ทำความรู้จักแคล้มป์มิเตอร์ ตอนที่ 2

ในบทความที่แล้ว บริษัท แสงชัยมิเตอร์ จำกัด ได้แนะนำให้ทุกท่านทำความรู้จักเรื่องราวของแคล้มป์มิเตอร์, ชนิดของแคล้มป์มิเตอร์ในแบบต่างๆ, รวมถึงประโยชน์ที่ได้จากการใช้งาน ในคราวนี้เราอยากจะนำเสนอเรื่องราวของของแคล้มป์มิเตอร์ในแบบที่ละเอียดมากยิ่งขึ้นเพื่อเป็นประโยชน์ให้กับทุกท่านต่อไป

โครงสร้างและส่วนประกอบของแคล้มป์มิเตอร์ (Clamp Meter)

รูปร่างของแคล้มป์มิเตอร์โดยทั่วๆ ไปในปัจจุบันจะมีลักษณะดังรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่ารูปร่างของแคล้มป์มิเตอร์ถูกออกแบบให้เหมาะสมพอดีกับการใช้มือจับขณะทำการวัด จึงสะดวกต่อการใช้งานมาก

รูปที่ 1 แสดงรูปร่างและลักษณะของแคล้มป์มิเตอร์

รูปที่ 2 ส่วนประกอบต่างๆ ของแคล้มป์มิเตอร์

1. ก้ามปู (Transformer Jaws)

2. ปุ่มกดสำหรับเปิดก้ามปู (Jaw Trigger)

3. สวิทช์เลือกย่านการวัด (Function Selector Switch)

4. ปุ่มกดสำหรับคงค่าที่วัดไว้ (Data Hold Button)

5. ปุ่มล็อคย่านวัดไฟ AC/DC (AC/DC Button)

6. ปุ่มกดเลือกโหมด (Mode Button)

7. ปุ่มกดปรับศูนย์ (Zero ADJ.RESET Button)

8. จอแสดงผล (LCD Display)

9. ฝาครอบขั้วต่อย่านวัด (Terminal Cover)

10. ขั้วต่อเอ๊าท์พุท (OUTPUT Terminal)

11. ขั้วคอมมอน (COM Terminal)

12. ขั้ววัดแรงดันไฟฟ้าและโอห์ม (V/ΩTerminal)

13. สายคล้องแขน (Safety hand Strap)

14. สายวัด (Test Leads (7107))

15. ช่องเสียบเอ๊าท์พุท (Output Plug (8201))

ก้ามปู (Transformer Jaws)

เครื่องมือวัดทุกชนิดจะมีส่วนของตัวเซนเซอร์ (Sensor) สำหรับวัด แคล้มป์มิเตอร์ก็เช่นเดียวกัน ก็จะมีก้ามปู หรือ Transformer Jaws เป็นตัวเซนเซอร์สำหรับตรวจวัดกระแสไฟ ซึ่งรูปร่างลักษณะของก้ามปูจะมีหลายแบบด้วยกัน เช่น แบบสี่เหลี่ยม แบบวงกลม แบบหยดน้ำ ดังรูปที่ 3

รูปที่ 3 รูปร่างและลักษณะของก้ามปูแบบต่าง ๆ

โครงสร้างภายในของก้ามปูจะประกอบด้วยแผ่นเหล็กที่ทำมาจากโลหะผสมพิเศษที่มีผลต่อสนามแม่เหล็กน้อย นำมาตัดเป็นรูปร่างที่กำหนดไว้เป็นแผ่นบางๆ วางซ้อนกัน และจะมีขดลวดทองแดงพันอยู่รอบๆ แผ่นเหล็กที่ประกบกัน

จากความแตกต่างของลักษณะของแกนเหล็ก และขดลวดทองแดงของก้ามปู (Transformer Jaws) ทำให้มีข้อดี ข้อเสีย และเหมาะกับการใช้งานต่างกันออกไป ดังนั้นในการเลือกใช้งานแคล้มป์มิเตอร์ ควรจะพิจารณาในจุดนี้ด้วย

รูปที 4 แสดงโครงสร้างของก้ามปูแบบวัดกระแสรั่วไหลได้

สำหรับก้ามปูของแคล้มป์มิเตอร์แบบวัดกระแสรั่วไหลได้ นอกจากกจะประกอบด้วยแผ่นเหล็กที่ประกบกัน และขดลวดทองแดงแล้ว

ยังมีชีลด์สำหรับป้องกันสนามแม่เหล็กจากภายนอกครอบอยู่อีกชั้นหนึ่งทำให้ก้ามปูแบบนี้มีความเที่ยงตรงสูงมาก

หลักการทำงานเบื้องต้น

ในขณะที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านสายไฟฟ้าอยู่นั้น รอบๆ สายไฟจะเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น ถ้าหากนำเอาก้ามปูของแคล้มป์มิเตอร์ไปคล้องกับสายไฟฟ้าแล้ว จะทำให้ตัวตรวจจับ (Sensor) ที่อยู่ตรงก้ามปูส่งค่าที่ได้ไปแสดงผลที่ภาคแสดงผลของแคล้มป์มิเตอร์ต่อไป ซึ่งวิธีการตรวจจับมีด้วยกันอยู่หลายวิธี โดยในที่นี้จะอธิบายเฉพาะวิธีที่นิยมใช้กันมากเท่านั้น คือ

1. วิธีตรวจจับโดยใช้ CT (Current Transformer)
2. วิธีตรวจจับโดยใช้ Hall Device

วิธีการตรวจจับโดยใช้ CT (Current Transformer)

เมื่อเรานำเอาแคล้มป์มิเตอร์คล้องเข้ากับสายไฟในขณะที่มีกระแสไหลอยู่ภายในสายเส้นนั้น สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นรอบๆ สายไฟจะเกิดการเหนี่ยวนำไปตัดกับขดลวดทองแดงที่พันอยู่รอบแกนเหล็กของก้ามปู ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้นที่ขดลวดบนแกนเหล็ก

รูปที่ 5 ไดอะแกรมของแคล้มป์มิเตอร์แบบ CT (Current Transformer)

ซึ่งหลักการดังกล่าวนี้จะคล้ายกับหลักการของการเหนี่ยวนำภายในหม้อแปลงไฟฟ้า (Transformer) โดยกระแสไฟฟ้าที่ได้จากการเหนี่ยวนำของขดลวดนี้จะถูกส่งผ่านไปยังวงจรเปลี่ยนกระแสไฟให้เป็นแรงดันไฟ และผ่านการลดทอนสัญญาณเพื่อให้ได้สัญญาณขนาดที่พอเหมาะ ในขณะนี้สัญญาณที่ได้รับจะเป็นสัญญาณ AC ดังนั้นเพื่อให้ง่ายต่อการนำไปแสดงผล เราจึงต้องทำการเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณ DC ด้วยวงจร Rectifier แล้วส่งสัญญาณให้ภาค A/D converter เพื่อเปลี่ยนสัญญาณ Analog แรงดันไฟที่ได้จากวงจร Rectifier เป็นสัญญาณดิจิตอล ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังภาคแสดงผลแบบดิจิตอลต่อไป

วิธีตรวจจับด้วย Hall Device

Hall Device จะมีหลักการดังนี้ คือ เมื่อป้อนกระแสไบอัสทางด้าน Input ของ Hall Device และมีความเข้มของสนามแม่เหล็กอยู่ใกล้ Hall Device แล้ว จะมี Output ของ Hall Device ออกมาเป็นแรงดันไฟ โดยแรงดันไฟที่ได้ จะเป็นสัดส่วนกับผลคูณของสนามแม่เหล็ก และกระแสไบอัส

การใช้ Hall Device สำหรับวัดกระแสนี้ไม่เพียงแต่จะวัดไฟกระแสสลับได้เท่านั้น ยังสามารถวัดไฟกระแสตรงได้อีกด้วย

แคล้มป์มิเตอร์แบบที่ใช้ตัวตรวจจับแบบ Hall Device นี้จะมี Hall Device อยู่ที่ช่องว่างเล็กๆ (GAP) เมื่อเรานำแคล้มป์มิเตอร์มาวัดกระแสไฟฟ้าแล้ว จะทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กไหลในก้ามปูเป็นผลให้ Hall Device ส่งแรงดันไฟ Output ออกมา ผ่านวงจรชดเชยสัญญาณ แล้วผ่านวงจรขยายสัญญาณเพื่อให้ได้ขนาดสัญญาณที่พอเหมาะ จากนั้นสัญญาณจะถูกนำไปกรองให้เป็นไฟ DC และส่งต่อไปยังวงจร A/D เพื่อแสดงผลแบบดิจิตอลต่อไป

รูปที่ 6 ไดอะแกรมของแคล้มป์มิเตอร์แบบ HALL DEVICE

วิธีการวัดแบบนี้ วงจรชดเชยสัญญาณ (Compensator) จะมีความสำคัญเนื่องจากวิธีการวัดวิธีนี้เมื่อใช้กับไฟกระแสตรงจะเกิดแรงดันไฟที่ไม่สมดุล (Unbalanced Voltage) จากแรงดันไฟออฟเซทของวงจรและอื่นๆ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีวงจรชดเชยเข้าช่วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุณหภูมิจะมีผลกระทบต่อ Hall Device ในขณะที่ใช้วัดไฟกระแสตรง จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณออกจากตำแหน่งศูนย์ได้

ขอขอบคุณสำหรับข้อมูลจาก บริษัท KEW (Thailand) Limited