หลักการทำงาน Amp Meter

 หลักการทำงานของ Digital Panel Amp Meter หรือมิเตอร์วัดกระแสนั้น มีการทำงานเหมือนกับตัว Digital Voltmeter เพียงแต่ในส่วนของภาคอินพุต จากที่รับสัญญาณเป็นแบบแรงดันเพื่อเปรียบเทียบกับแรงดันอ้างอิงนั้น จะใช้หลักการเปลี่ยนกระแสทางด้านอินพุตเป็นแรงดันก่อน จากนั้นค่อยทำการเปรียบเทียบค่าแรงดันที่ได้กับค่าแรงดันอ้างอิง โดยวิธีการเปลี่ยนกระแสเป็นแรงดันนั้น ที่นิยมใช้กันในตัว Digital Panel Amp Meter นั้นมีอยู่ 2 รูปแบบคือ

1. Resistor Shunt หรือการต่อตัวต้านทานซึ่งมีค่าต่ำๆ อนุกรมกับวงจรที่ต้องการวัดกระแส เมื่อกระแสไหลผ่านตามกฎของโอห์มจะทำให้เกิดค่าแรงดันตกคร่อมที่ตัวความต้านทาน จากนั้นจึงนำค่าแรงดันตกคร่อมที่ได้ไปใช้ต่อ การใช้งานแบบนี้ต้องใช้ตัวต้านทานที่มีความเที่ยงตรงสูง ความผิดพลาดน้อย และมีความความต้านทานต่ำๆ เพื่อไม่ให้ตัวเองกลายเป็นภาระโหลดให้กับวงจรไฟฟ้า นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการวัดค่ากระแสที่ไม่สูงมาก โดยส่วนใหญ่ไม่เกิน 5A
2. Current Sensor หรือการใช้เซ็นเซอร์ตรวจจับกระแสไฟฟ้า ซึ่งกระแสที่ได้จะวิ่งขนานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า Hall Sensor ซึ่งทำหน้าที่แปลงตรวจจับเส้นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตัดผ่านตัวมัน ให้กลายเป็นแรงดันไฟฟ้า แล้วนำค่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้ ไปใช้งานต่อ โดยตัว Current Sensor แบบนี้สามารถวัดค่ากระแสได้โดยไม่ต้องตัดวงจรไฟฟ้า หรือวัดแบบไม่สัมผัสได้

    ในกระบวนการวิเคราะห์หรือหาค่าของตัวประกอบทางไฟฟ้าต่างๆ นั้น จะสามารถทำได้โดยง่ายเนื่องจากวิทยาการความก้าวหน้าทางด้านวงจรรวมอิเล็กทรอนิกส์ IC นั้น สามารถช่วยลดขั้นตอนในการออกแบบเครื่องมือวัดให้ใช้เวลาน้อยลง และยังให้ค่าความเที่ยงตรงที่สูงมากขึ้น โดยการทำงานของตัว Digital Panel Amp Meter นั้นจะแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ Digital AC Amp Meter, Digital DC Amp Meter

1. Digital DC Amp Meter ใช้วัดกระแสไฟฟ้าดีซี เป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าพื้นฐานทำงานโดยการรับค่ากระแสไฟฟ้าดีซีทางด้านอินพุต แล้วทำการเปลี่ยนเป็นค่าแรงดันไฟฟ้าเพื่อเปรียบเทียบค่ากับค่าแรงดันอ้างอิง เพื่อทำการแปลงค่าสัญญาณอนาล็อกให้เป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อให้ง่ายต่อการประมวลผลสัญญาณต่างๆ เช่น การทำสเกล การฟิลล์เตอร์สัญญาณรบกวน หรือการเก็บข้อมูล การเตรียมข้อมูลทางด้านสถิติ เช่น ค่าสูงสุด ค่าต่ำสุด ค่าเฉลี่ย โดยเมื่อได้ค่าที่เป็นดิจิตอลแล้ว ก็จะส่งไปยังส่วนของการแสดงผล ซึ่งจะเป็นหน้าจอที่ใช้สื่อสารกับผู้ใช้งานเช่น LED ซึ่งจะให้ความสว่างในการการมองเห็นในเวลากลางวัน หรือแบบ LCD ก็จะประหยัดพลังงานกว่า
2. Digital AC Amp Meter ใช้วัดกระแสไฟฟ้าเอซี  AC Current ซึ่งเป็นเครื่องมือวัดไฟฟ้าพื้นฐานทำงานโดยรับค่ากระแสไฟฟ้าเอซีทางด้านอินพุต แล้วทำการเปลี่ยนเป็นค่าแรงดันไฟฟ้า ซึ่งค่าแรงดันที่ได้จะเป็นแบบเอซี ซึ่งจำเป็นต้องแปลงค่าเป็นแรงดันดีซีก่อน ซึ่งจะผ่านวงจรแปลงแรงดันจากค่า Vp-p เป็นค่าแรงดันดัน RMS ซึ่งก็คื่อค่าแรงดันดีซี จากนั้นก็จะทำงานเหมือนกับวงจรของ DC Amp Meter ซึ่งจะทำการเปรียบเทียบค่ากับค่าแรงดันอ้างอิง เพื่อทำการแปลงค่าสัญญาณอนาล็อกให้เป็นสัญญาณดิจิตอล เพื่อให้ง่ายต่อการประมวลผลสัญญาณต่างๆ เช่น การทำสเกล การฟิลล์เตอร์สัญญาณรบกวน หรือการเก็บข้อมูล การเตรียมข้อมูลทางด้านสถิติ เช่น ค่าสุงสุด ค่าต่ำสุด ค่าเฉลี่ย โดยเมื่อได้ค่าที่เป็นดิจิตอลแล้ว ก็จะส่งไปยังส่วนของการแสดงผล ซึ่งจะเป็นหน้าจอที่ใช้สื่อสารกับผู้ใช้งานเช่น LED ซึ่งจะให้ความสว่างในการการมองเห็นในเวลากลางวัน หรือแบบ LCD ก็จะประหยัดพลังงานกว่า

    กฎที่เกี่ยวข้องกับเครื่องมือวัดไฟฟ้านั้นมีอยู่หลากหลายกฎ แต่ที่มีใช้อยู่เป็นประจำในชีวิตประจำวันนั้นได้แก่ กฎของโอห์ม OHM’s LAW ซึ่งเข้าใจว่าหลายๆ ท่านคงคุ้นเคยเป็นอย่างดี และก็คงมีอีกหลายท่านที่กำลังทำหน้างงๆ โดยกฎของโอห์ม นั้นถือว่าเป็นเครื่องมือหากินของชาวไฟฟ้าเป็นหลัก ซึ่งภายในกฏนั้นจะกล่าวถึงตัวพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า ดังนี้

V=IR

        V    = Voltage หรือแรงเคลื่อนไฟฟ้า บางครั้งเรียกแรงดันไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโวลต์ V
I    = Current หรือกระแสไฟฟ้า มีหน่วยเป็นแอมป์ A
R    = Resistance หรือความต้านทานไฟฟ้า มีหน่วยเป็นโอห์ม Ω

P=IV
P=I²R

        P    = Power หรือกำลังงานไฟฟ้าที่เกิดขึ้น มีหน่วยเป็นวัตต์ W

    นอกจากกฎของโอห์มที่ใช้กันอยู่ แล้วเรายังจำเป็นต้องการเข้าใจเรื่องของแรงดันไฟฟ้าเอซีที่อยู่ในรูปของ sin wave โดยสามารถคำนวณหาค่าแรงดันไฟฟ้า ได้จากสมการด้านล่าง

Vavg=0.637Vp =0.9VRMS
VRMS=0.707Vp=1.11Vavg
Vp=1.414VRMS=1.57Vavg
VRMS=0.3535Vpp

        Vp    = คือ ค่าแรงดันไฟฟ้าจุดสุงสุดหรือจุดต่ำสุดเทียบกับกึ่งกลางของ sin wave
        Vpp    = คือ ค่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดต่ำสุดเทียบกับจุดสูงสุดของ sin wave
        VRMS    = คือ ค่าแรงดัน (Root Mean Square) ซึ่งเท่ากับค่าแรงดันดีซี
        Vavg    = คือ ค่าแรงดันเฉลี่ยของ sin wave  

    ในเครื่องมือวัดที่เป็นลักษณะของ Panel Meter นั้น จะวัดค่ากระแสไฟฟ้าที่เป็นค่า RMS ซึ่งค่ากระแสไฟฟ้า RMS ของมิเตอร์นั้น ยังสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แบบ คือ RMS กับ True RMS ซึ่งแบบ RMS จะวัดหาค่ากระแสจากความถี่มูลฐาน หรือ (Fundamental Frequency) เท่านั้น โดยในที่นี้จะเท่ากับ 50Hz หรือ 60Hz แต่สำหรับ True RMS แล้วจะเป็นการวัดค่ากระแสรวมของ Fundamental Frequency และค่า Harmonics Frequency ด้วย ซึ่งจะได้ค่าที่ถูกต้องกว่า ในกรณีที่รูปคลื่นของสัญญาณที่วัดอยู่นั้นไม่เป็นรูป sin wave เช่น กระแสไฟฟ้าที่อยู่ใกล้ตัวปรับความเร็วรอบมอเตอร์ AC Drive หรือจาก UPS

ภาพแสดงการคำนวนหาค่ากระแสไฟฟ้าของ Digital Panel Amp Meter