저항, 전압, 전류의 측정 - 전기기능사 이론 공부

 

■ 저항의 측정

 

저항을 측정하는 방법은 크게 두 가지가 있는데 회로에 저항계를 연결하여 직접 저항을 측정하는 ‘직접 측정’, 옴의 법칙을 이용하여 V=IR 공식을 활용하여 저항을 구하는 ‘간접 측정’입니다. 

 

휘트스톤 브릿지(Wheatstone bridge) 는 보다 정밀한 미지의 저항 값을 측정하기 위해서 사용합니다.

4개의 저항이 다이아몬드 철교의 형태를 이루는 것으로 PR = QX 평형 조건이 성립하면 즉 c-d 구간을 기준으로 대칭형이 되면 c-d구간은 전위가 0이 되어 전류가 흐르지 않고 검류계 G는 0을 0을 가리키게 됩니다. 평형 조건 상태에서 미지의 X를 구하는 공식은 다음과 같습니다.

휘트스톤 브릿지는 전자저울등에 응용합니다.

 

켈빈 더블 브릿지는 휘트스톤 브릿지에 보조 저항을 첨가한 것으로 1[Ω]이하의 저저항의 정밀 측정에 사용 합니다. 측정 저항과 표준 저항을 연결하는 도선의 저항이나 연결 단자의 접촉 저항에서 오는 측정 오차등을 최소화하기 위한 것입니다.

 

콜라우시 브릿지(Kohlraush Bridge)는 전해액의 저항이나 접지 저항을 측정하는데 사용 합니다.

 

 

■ 배율기(multiplier)

 

전압계의 측정 범위를 넓히기 위해서 전압계에 직렬로 접속하는 저항으로 이 저항을 이용해 전압계에 들어가는 전류의 양을 변화시켜 전압계가 측정할 수 없는 범위의 전압 값도 측정할 수 있도록 만든 장치 입니다. 전압계는 보통 회로에 병렬로 연결하는데 전압계에 직렬로 저항을 연결하면 전체 저항을 옴의 법칙에 의해 변화시킬 수 있습니다. 

 

V는 측정을 원하는 최대 전압. Rs는 배율기의 저항, Rm은 전압계의 내부 저항, 회로에 흐르는 최대 전류가 I일때 배율기의 저항을 구하는 공식은 

측정 가능한 최대 전압은 

전류는 아래와 같습니다.

 전압계의 걸리는 전압 Vm은 전압 분배 규칙에 따라 다음과 같습니다.

 

 

■ 분류기(shunt)

 

전류계(Ammeter)의 측정 범위를 넓히기 위해서 전류계에 병렬로 접속하는 저항입니다. 전류계에는 큰 전류를 흐르게 할 수 없으므로 병렬로 접속하는 분류기에 저항에 대부분의 전류를 흐르게 함으로써 큰 범위의 전류를 측정할 수 있고, 여러 종류의 분류기 저항을 연결하면 다양한 범위의 전류를 측정할 수 있게 되는 것입니다. 

 

I를 측정을 원하는 최대 전류. Rs는 분류기의 저항, Rm은 전류계의 내부 저항, Im을 최대 전류에서 전류계에 흐르는 전류라 할때 분류기의 저항을 구하는 공식은  다음과 같습니다.

 

 

■ 기출문제

 

※ 이제 기출문제를 통해서 복습해 보겠습니다. "정답보기☞"우측을 클릭하면 답을 확인할 수 있습니다.

 

1. 다음 중 저저항 측정에 사용되는 브리지는?(정답보기☞라)
    가. 휘트스톤 브리지 나. 빈브리지
    다. 맥스웰 브리지 라. 켈빈 더블 브리지

2. 어떤 전압계의 측정 범위를 10배로 하자면 배율기의 저항을 전압계 내부저항의 몇배로 하여야 하는가?(정답보기☞다)
   가. 10 나. 1/10
   다. 9 라. 1/9
※ Rs를 공식에서 I, Rm를 1배, V를 10배로 공식에 대입하면 됩니다.

3. 그림의 휘스톤브리지의 평형 조건은?(정답보기☞나)
   

    가. X = Q/P * R 나. X = P/Q * R
    다. X = Q/R * P 라. X = P^2/R * Q

4. 전지저항이나 전해액저항 측정에 쓰이는 것은?(정답보기☞다)
    가. 휘스톤 브리지 나. 전위차계
    다. 콜라우시 브리지 라. 메거

5. 그림의 브리지 회로에서 평형 조건식이 올바른 것은?(정답보기☞라)

    가. PX = QX 나. PQ = RX
    다. PX = QR 라. PR = QX

6. 전압계의 측정 범위를 넓히기 위한목적으로 전압계에 직렬로 접속하는 저항기를 무엇이라 하는가(정답보기☞라)
   가. 전위차계(potentiometer)
   나. 분압기(voltage divider)
   다. 분류기(shunt)
   라. 배율기(multiplier)
   
7. 부하의 전압과 전류를 측정하기 위한 전압계와 전류계의 접속방법으로 옳은 것은?(정답보기☞다)
   가. 전압계 : 직렬, 전류계 : 병렬
   나. 전압계 : 직렬, 전류계 : 직렬
   다. 전압계 : 병렬, 전류계 : 직렬
   라. 전압계 : 병렬, 전류계 : 병렬   
   
8. 전압계 및 전류게의측정 범위를 넓히기 위하여 사용하는 배율기와 분류기의 접속 방법은?(정답보기☞나)
    가. 배율기는 전압계와 병렬 접속, 분류기는 전류계와 직렬 접속
    나. 배율기는 전압계와 직렬접속, 분류기는 전류계와 병렬접속
    다. 배율기 및 분류기 모두 전압계와 전류계에 직렬접속
    라. 배율기 및 분류기 모두 전압계와 전류계에 병렬접속   

9. 직류 250[V]의 전압에 두 개의 150[V]용 전압계를 직렬로 접속하여 측정하면 각 계기의 지시값 V1, V2는 각 각 몇[V]인가?(정답보기☞나)
 (단, 전압계의 내부저항은 V1=15[kΩ], V2=10[kΩ]이다.)
    가. V1=250, V2=150 나. V1=150, V2=100
    다. V1=100, V2=150 라. V1=150, V2=250

10. 100[V]의 전압계가 있다. 이 전압계를 써서 200[V]의 전압을 측정하려면 최소 몇 [Ω]의 저항을 외부에 접속해야 하는가?(정답보기☞나)
(단, 전압계의 내부저항은 5000[Ω]이다.)
    가. 10000 나. 5000
    다. 2500 라. 1000
※ 2번 참조

11. 전류계의 측정범위를 확대시키기 위하여 전류계와 병렬로 접속하는 것은?(정답보기☞가)
    가. 분류기 나. 배율기
    다. 검류기 라. 전위차계

12. 최대눈금 1A, 내부저항 10Ω의 전류계로 최대 101A까지 측정하려면 몇 Ω의 분류기가 필요 한가?(정답보기☞라)
    가. 0.01 나. 0.02
    다. 0.05 라. 0.1
※ 분류기의 공식 참조. I=101, Im=1, Rm=10