Moving iron

โครงสร้างของเครื่องวัดชนิดแผ่นเหล็กเคลื่อนที่ (Moving iron )เครื่องวัดไฟฟ้าชนิดนี้ อาศัยการเคลื่อนที่ของส่วนเคลื่อนที่ทำด้วยแผ่น เหล็ก สามารถใช้ได้ทั้งไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสสลับ มี 2 แบบคือ  แบบอาศัยแม่เหล็กดึงดูด ( Attraction type ) แบบอาศัยแม่เหล็กผลักดัน ( Repulsion type )

1. แบบอาศัยแม่เหล็ก ดึงดูด การทำงานขึ้นอยู่กับการดึงดูดระหว่างอำนาจแม่เหล็กของแผ่นเหล็กอ่อน (soft iron) กับอำนาจแม่เหล็กของขดลวดอยู่กับที่  ( stationary coil )

หลักการทำงาน เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กจะเกิดสนามแม่เหล็กมากที่สุดที่จุดศูนย์กลางของขดลวด ปลายของจานเหล็กรูปไข่จะถูกแรงดึงดูดของสนามแม่เหล็ก ให้เคลื่อนที่เข้าสู่ศูนย์กลางของขดลวดเข็มชี้ที่ยึดติดกับแกนจะบ่ายเบนไปมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับจำนวนกระแสไฟฟ้าที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านมากเข็มชี้จะบ่ายเบนมาก 

2.แบบอาศัยแม่เหล็กผลักดัน การทำงานขึ้นอยู่กับการผลักกันระหว่างแผ่นโลหะที่วางอยู่ใกล้กันในสนามแม่เหล็กเดียวกัน

หลักการทำงาน เมื่อมีกระแสไหลผ่านขดลวดอยู่กับที่จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไปเหนี่ยวนำแผ่นโลหะอ่อนทั้งสองที่วางขนานกันแผ่นโลหะทั้งสองจะมีอำนาจแม่เหล็กและมีขั้วแม่เหล็กเหมือนกัน เกิดแรงผลักกันทำให้เข็มที่ชี้ยึดติดกับแผ่นโลหะเคลื่อนที่เกิดแรงบิดบ่ายเบนมีทิศทางตรงข้ามกับแรงบิดของสปริงหรือน้ำหนักถ่วงที่ทำหน้าที่เป็นแรงบิดควบคุมแรงผลักของโลหะทั้งสองเป็นสัดส่วนใกล้เคียงกับกำลังสองของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดที่อยู่กับที่

 สัญลักษณ์เครื่องวัดแบบแผ่นเหล็กเคลื่อนที่ ( Moving Iron Type Instrument )

เครื่องวัดแบบแผ่นเหล็กเคลื่อนที่ (Iron Vane Meter) 

                เครื่องวัดแบบแผ่นเหล็กเคลื่อนที่แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือแบบแรงดูด , แบบแรงผลัก , รวมทั้งแบบแรงดูดและแรงผลักเข้าด้วยกัน 

1.เครื่องวัดแบบแรงดูด (Attraction Movement) 
                เครื่องวัดชนิดนี้ประกอบด้วยส่วนที่อยู่กับที่ซึ่งเรียกว่าขดลวดสนามแม่เหล็กหรือขดลวดฟิลด์ (Field Coil) และส่วนที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งทำจากแผ่นเหล็กอ่อน (Soft Iron Plunger) ส่วนที่เคลื่อนที่จะมีกลไกเชื่อมกับสปริงควบคุม (Control Spring) และเข็มชี เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดฟิลด์จะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นที่บริเวณนั้น ซึ่งทำให้เกิดการเหนี่ยวนำและเกิดแรงดูดแผ่นเหล็กอ่อนเคลื่อนตัวเข้าไป เข็มของเครื่องวัดจึงเบี่ยงเบนไปได้ และเมื่อเกิดความสมดุลระหว่างแรงดูดของขดลวดฟิลด์กับแรงที่เกิดจากสปริงเข็มจะหยุดนิ่ง 

2.เครื่องวัดแบบแรงผลัก (Repulsion Movement) 
                การเบี่ยงเบนของเข็มในเครื่องวัดชนิดนี้เกิดจากแรงผลักของแผ่นแม่เหล็กอ่อน 2 แผ่น แผ่นหนึ่งติดอยู่กับแกนเคลื่อนไหวของเครื่องวัด ซึ่งเราเรียกว่า แผ่นเหล็กเคลื่อนที่ อีกแผ่นหนึ่งติดอยู่กับขดลวดสนามแม่เหล็กอยู่กับที่ ซึ่งเรียกว่า แผ่นเหล็กอยู่กับที่ เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดฟลักซ์แม่เหล็กและเกิดการเหนี่ยวนำที่แผ่นเหล็กทั้งสอง แผ่นเหล็กทั้งสองกลายเป็นแม่เหล็กที่มีขั้ว (N และ S) เหมือนกันและมีแรงผลักระหว่างแผ่นเหล็กทั้งสองทำให้เกิดแรงบิดไปหมุนแกนของเครื่องวัดจนกระทั่งเข็มเบี่ยงเบนได้ และเมื่อแรงผลักของแผ่นเหล็กทั้งสองกับสปริงควบคุมสมดุลกันเข็มจึงหยุดเคลื่อนไหว 

3.เครื่องวัดแบบแรงดูดและแรงผลักร่วมกัน (The Repulsion – Attraction Movement) 
                เข็มในเครื่องวัดแบบแรงดูดหรือเครื่องวัดแบบแรงผลักเบี่ยงเบนได้ประมาณ 90 องศา เท่านั้น แต่เข็มในเครื่องวัดแบบแรงดูดและแรงผลักร่วมกันเบี่ยงเบนได้ถึง 250 องศา ส่วนประกอบที่สำคัญของเครื่องวัดชนิดนี้ คือ แผ่นเหล็กอ่อน 2 คู่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก คู่หนึ่งจะออกแรงผลัก อีกคู่จะออกแรงดูดเพื่อให้เข็มเบี่ยงเบน เมื่อขดลวดสนามแม่เหล็กเริ่มได้รับไฟฟ้ากระแสสลับ การเบี่ยงเบนของเข็มจะอาศัยแรงผลักของเหล็กอยู่กับที่กับเหล็กเคลื่อนที่แต่เมื่อเข็มเบี่ยงเบนในช่วงท้ายสเกลแผนเหล็กปรับแต่งได้จะดูดแผ่นเหล็กเคลื่อนที่เพื่อชดเชยแรงผลักในตอนแรก ทำให้การเบี่ยงเบนของเข็มในเครื่องวัดชนิดนี้มุมเพิ่มขึ้น

โครงสร้างเครื่องวัดแบบแผ่นเหล็กเคลื่อนที่ (moving iron instrument)

1.แผ่นเหล็กอ่อนสองแผ่นวางตัวขนานกันสอดอยู่ในขดลวดที่อยู่กับที่

2. แผ่นเหล็กตัวหนึ่งยึดให้อยู่กับที่อีกตัวหนึ่งยึดกับแกนหมุน

3.เมื่อป้อนกระแส  I  เข้าขดลวดจะทำให้แผ่นเหล็กทั้งสองมีอำนาจแม่เหล็กในแนวเดียวกันทำให้เกิดแรงผลักกันเองอำนาจการผลักขึ้นกับ I2

4.อำนาจการผลักจะลดลงเมื่อมันผลักกันจนห่างออกไป จึงมีการออกแบบให้มีการดูดกันด้วยเมื่อมุมที่เบี่ยงเบนมากขึ้นดังรูป

เครื่องวัดชนิดนี้มีหลักการทำงาน คือ อาศัยคุณสมบัติของขั้วแม่เหล็กที่เหมือนกันจะผลกกันถ้าเรานำเอาแท่งเหล็กอ่อนสองแผ่นมาวางไว้ใกล้ๆ กันแล้วพันลวดตัวนำโดยรอบแท่งเหล็กอ่อนทั้งสองเสร็จแล้วให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดซึ่งจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นภายในขดลวด และเหนี่ยวนำให้แผ่นเหล็กอ่อนทั้งสองกลายเป็นแม่เหล็กที่มีขั้วเดียวกันตลอดเวลาและเกิดแรงผลักกันขึ้นระหว่างแผ่นเหล็กอ่อนทั้งสอง ดังรูปที่ 9

เครื่องวัดแบบแผ่นเหล็กเคลื่อนที่ที่นิยมใช้งานโดยทั่วๆไป คือ แบบ เรเดียลเวนรีพัลชั่นมูฟเมนต์

(Radial Vane Repulsion Movement)

ลักษณะโครงสร้างแอมมิเตอร์  โครงสร้างภายในของแอมมิเตอร์แบ่งได้เป็นคร่าวๆ ดังนี้

        1. แบบ Moving Iron

    1.1 แบบอาศัยแม่เหล็กดึงดูด ( ใช้ได้ทั้งไฟฟ้ากระแสตรง และ ไฟฟ้ากระแสสลับ ) การทำงานขึ้นอยู่กับการดึงดูดอำนาจแม่เหล็กของเหล็กแผ่นอ่อน  กับอำนาจแม่เหล็กของคอล์ยอยู่กับที่ ( sttationary coli )
    1.2 แบบอำนาจแม่เหล็กดึงดูด ( ใช้กับไฟฟ้ากระแสสลับ )  การทำงานขึ้นอยู่กับการผลักกันระหว่างท่อนเหล็กหรือแผ่นเหล็กที่อยู่ใกล้กัน  และอยู่ในสนามแม่เหล็กเดียวกัน  ส่วนประกอบภายในประกอบไปด้วยฟิกซ์คอล์ย และแท่งแม่เหล็กอ่อนภายในวางขนานกันอยู่ตามแนวแกนของเหล็กอ่อนอันหนึ่งที่ยึดอยู่กับที่

    1.3 เครื่องวัดแบบอาศัยอำนาจแม่เหล็กผลักดัน  ซึ่งโครงสร้างภายในมันจะมีฟิกซ์คอลย์  และมีแท่งแม่เหล็กอ่อนวางขนานกันอยู่  ซึ่งตัวหนึ่งยึดอยู่กับแกน  และอีกตัวหนึ่งจะสามารถเคลื่อนที่ได้ เมื่อมีกระแสไหลผ่านฟิกซ์คอลย์จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กซึ่งจะทำการผลักกันทำให้เข็มเกิดการบ่ายเบนความคลาดเคลื่อน

ความคลาดเคลื่อนของเครื่องวัดแบบ Moving Iron เกิดจาก

    - ความคลาดเคลื่อนเนืองจากความร้อน

    - ความคลาดเคลื่อนเนืองจากแม่เหล็กรั่วไหล

    - เมื่อความถี่มีการเปลี่ยนแปลงจะทำให้ค่าอิมพิแดนซ์ของฟิกซ์คอล์ยเปลี่ยนแปลงและขนาดของกระแสเปลี่ยน

2. แบบอาศัยการเหนี่ยวนำ

              หลักการทำงาน การทำงานของแอมมิเตอร์ที่อาศัยการเหนี่ยวนำ ขึ้นอยู่กับแรงบิดที่เกิดขึ้นจากอำนาจแม่เหล็กของกระแสหรือแรงดันที่จะทำการวัด  และกระแสไหลวนจะมีค่าน้อยมาก
3. แบบแผ่นโลหะผลักเคลื่อนที่  

               เป็นมิเตอร์ที่ใช้ผลสนามแม่เหล็กให้แผ่นโลหะเคลื่อนที่ไปในแนวเส้นแรงแม่เหล็กคล้ายกับมิเตอร์ขดลวดเอียงทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของเข็มชี้การเคลื่อนไหวของแผ่นโลหะผลักเคลื่อนที่สามารถสร้างเป็นได้ทั้งแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ได้  โครงสร้างจะประกอบไปด้วยแผ่นเหล็กแผ่นอ่อน 2 แผ่น แผ่นหนึ่งอยู่กับที่ อีกแผ่นหนึ่งเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ