การหาค่า Reactive power

1.ในเวลาจ่ายไฟจะพบว่ามีกระแส 2 ส่วน คือ

- สวนที่เรียกว่า active current ทำให้เกิด active power ที่จะใช้จ่ายกำลัง power ให้ load

- สวนที่เรียกว่า reactive current ทำให้เกิด reactive power ส่วนนี้ ไม่ให้ power ที่เป็นประโยชน์กับ load

  ที่ต่ออยู่ อาจเป็นได้ทั้งกระแสชนิด inductive และ capacitive

ส่วนหลังนี้ทำให้ generator มี load เพิ่มขึ้น ทั้งยังทำให้หม้อแปลงต้องถูกจำกัดรายจ่าย active power ไปที่ load เกิด loss เพิ่มขึ้นในสาย conductor หากลดกระแสส่วนนี้ได้ก็จะทำให้สามารถ ผลิต/ส่ง active power ได้มากขึ้นการต่อ reactive compensator ขนานกับ load หรือ สายส่งเป็นวิธีลดกระแสส่วนนี้ให้ต่ำลง

2. compensator

เนื่องจากส่วนที่เป็น reactive power ทำให้กระแสรวมเพิ่มสูงขึ้น เกิด voltage drop และlosses เพิ่มขึ้นในลวดตัวนำที่กระแสทั้งหมดไหลผ่านอุปกรณ์ที่ใช้ลด reactive power ไดแก่

2.1 ชนิด uncontrolled reactive compensation

เป็นชนิดต่อ fix ไม่มีการปลด-สับ เช่น shunt reactor / shunt capacitor bank ที่ใช้จำนวนหนึ่ง unit หรือ หนึ่ง bank ต่อขนานเข้ากับระบบจำหน่ายโดยผ่านfuse ไมสามารถปรับค่าได้

2.2 ชนิด controlled reactive compensation

สามารถปรับค่าได้เพื่อควบคุม parameter บางตัวของระบบที่ต้องการ ได้แก่

 2.2.1 synchronous condenser เป็น rotating machine

- under excited synchronous machine เมื่อต้องการใช้เป็น inductive loads

- over excited synchronous machine เมื่อต้องการใช้เป็น capacitive loads

 2.2.2 static var compensator มีการออกแบบไดหลายรูปแบบ เช่น

- shunt capacitor bank/shunt reactor bank ที่ใช้ circuit breaker เป็นตัวสับเขา-ปลดออก

  โดยออกแบบ  แบ่งเป็น step/bank สามารถใช้งานตามจำนวน reactive power ที่ต้องการลด

  เรียกว่า   mechanically switched reactor/capacitor

- continuous controlled โดยใช้ thyristor เป็นตัวตัดต่อที่สามารถควบคุมให้ได้ปริมาณ

   reactive var ที่ต้องการ ได้แก่ thyristor controlled reactor :TCR

- discontinuous controlled ใช thyristor เป็นตัวตัดต่อที่แทน circuit breaker สามารถ ควบคุม

  ให้ทั้ง bank เข้า-ออกได้ ได้แก่ thyristor switched capacitor :TSC และthyristor switched reactor : TSR

  อุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้ร่วมกันได้ การใช้ร่วมกันเรียกว่า static var compensation : SVC

  ทำหน้าที่เป็น reactive plant

3. mechanically switched capacitor

               ในระบบ distribution จะใช้ capacitor unit หรือ capacitor bank ขนาดเล็กๆ ติดตั้งที่เสาต่อเข้า line ผ่าน fuse ในกรณีที่ bank มีขนาดใหญ่ขึ้น อาจใช้ switcher แทน fuse ในสถานีจำเป็นต้องใช้ bank ขนาดใหญ่มี แรงดัน และ mvar สูง จะใช้ circuit breaker เป็นตัวปลด-สับพร้อมมีระบบป้องกัน ปกติจะมี reactor ขนาดเล็กๆ ตอ series กับ capacitor เพื่อทำหน้าที่ลด inrush

*current หรือ transient ที่เกิดขึ้นขณะ energize ถ้ามีขนาดใหญ่จะทำหน้าที่ลดกระแส harmonic

ข้อควรระวัง  การเกิด pre-strike หรือ re-strike ในขณะที่ breaker ทำงาน close และ open

ซึ่งจะทำให้เกิด transient over voltage

output ระหว่าง U-I จะ linear แต่ขณะที่แรงดันเปลี่ยนไป ค่า reactive power จะเปลี่ยนไปตาม factor ของ (ratio ของ U) 2

การ energize การใช้งานประจำวันหากต้องปลด-สับหลายๆ ครั้ง ควร energize ขณะที่ capacitor ไม่มี

trap charge หรือ เหลืออยู่ในระดับ 50-70 volt ซึ่งต้องมีอุปกรณ์สำหรับ discharge เช่น discharge resistor

-harmonic capacitor unit จะมี load เพิ่มขึ้นจากกระแส harmonics ลำดับต่างๆ ที่ไหลผ่าน

  และเกิด voltage stresses ที่ capacitor element

- losses ปกติจะน้อยมาก เกิดจาก dielectric loss, film loss, connecting/internal fuse loss

  และ discharge resistor loss

-over voltage / over current ค่อนข้างจะมีผลและอิทธิพล (sensitive) ต่อ shunt capacitor จึงต้องมี

  ระบบป้องกัน ซึ่งใช้หลักการของ unbalance เช่น unbalance voltage relay, unbalance current relay

วัตถุประสงค์ในการใช้ capacitor bank

- เป็น voltage support ในระบบที่ weak

- ปรับปรุง power factor

3.1. การออกแบบ capacitor bank

การออกแบบจำเป็นต้องคำนึงถึง

- ความปลอดภัยในการใช้งานและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม

- capacitor unit หรือกระป๋องต้องกำหนดขนาด แรงดันที่เหมาะสม

- ลักษณะการต่อแต่ละ unit เพื่อทำเป็น bank

- สภาพการใช้งาน

3.2 capacitor unit

capacitor unit แบ่งตามลักษณะโครงสร้างได้เป็น 3 ชนิด

 1. internally fused

 2. fuseless

 3. externally fused

                capacitor unit ต้องมี discharge resistor ต่ออยู่ภายในเพื่อลดแรงดันของ trap chargeหลังจาก

ปลดออกจากระบบเพื่อให้เหลือแรงดันไมเกิน 50-70 volt ภายในเวลา 5 -10 นาทีสามารถคำนวณ

หาค่า discharge resistor : R ได้จาก สมการ

R.ln(V√2/UR) = t/ C. megaohm

โดยที่

V = rated voltage : kV

UR = residual voltage : kV

C = capacitance : µ F

t = discharge time : min.

-แต่ละกระป๋องต้องทนแรงดันที่เกิดขึ้นจาก internal fault (brusting pressure) ได้โดยที่ตัวถังต้องไม่แตกออก

-dielectric fluid ที่ใช้ต้องไม่มีสาร PCB เจือปนและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม

-การกำหนด output kVAR ต่อกระป๋อง ควรทำให้เป็นมาตรฐานเพื่อให้สามารถกำหนดขนาดของกระป๋อง  (dimension) ที่จะนำไปติดตั้ง และเป็นการกำจัด spare ไม่ให้มีหลายขนาด

3.3 การต่อ bank   สามารถต่อใช้งานได้หลายลักษณะ เช่น

a) Delta (b) Ground Y

(c) Ungrounded Y (d) Ungrounded Double Y-Neutrals

(e) Ground Double Y

ในระบบแรงสูง capacitor bank ที่ติดตั้งในสถานีมีการต่อใช้งานเป็น 3 ลักษณะดังนี้

- แรงดัน 22/33 kV :ungrounded bank ที่ต่อแบบ wye จะใช้ voltage transformer  ต่อ ระหว่าง

  จุด neutral กับ ground เพื่อใช้กับระบบป้องกันที่ตรวจวัด unbalance  voltage ของ neutral point

  หรือ จะต่อเป็นแบบ wye-wye ใช้ current transformer (CT) ต่อระหว่าง จุด neutral ของแต่ละ wye

  เชื่อมผ่าน CT เข้าหากัน เพื่อใช้กับระบบป้องกันที่ตรวจวัด unbalance current ใน neutral wire

- แรงดัน 69/115 kV: ungrounded bank ที่ต่อแบบ wye-wye (หรือ double wye)

  neutral tied, จะใช้ current transformer (CT) ต่อระหว่าง จุด neutral ของแต่ละ

  wye เชื่อมผ่าน CT เข้าหากัน เพื่อใช้กับระบบป้องกันที่ตรวจวัด unbalance current

  ในneutral wire

- แรงดัน 230 kV: grounded bank ที่ต่อเป็นแบบ wye-wye (หรือ double wye) neutral

  tied/grounded, หรือ H connection หรือ hybrid connection, ในระบบแรงสูงจำเป็นต้องนำ

  capacitor หลาย unit ต่อ series กัน จึงอาจเปลี่ยนตำแหน่งของ unbalance CT ไปอยู่จุดเชื่อมต่อ

  ของ  capacitors ตำแหน่งที่เป็นลำดับของ group เดียวกันของแต่ละ wye เข้าหากัน และอาจต่อ

  neutral ของ bank ลง ground

3.4 การลดหรือจำกัด(limit)   

ค่า inrush current ในขณะ energizeขณะที่ energize capacitor bank ที่ถูก discharge แล้หรือไม่มี trap charge เหลืออยู่แล้ว จะเหมือนเกิดลัดวงจร (short circuit) bank จะสร้าง inrush current สูงมากโดยเฉพาะ energize ในขณะแรงดันระบบเป็น peak การ energize เพียงหนึ่ง bank เรียกว่า isolated bank inrush current จะรุนแรงมากที่สุดขณะ energize ชนิด back to back คือ การ energize ขณะแรงดันระบบเป็นpeak ขนานกับ           bank / banks ที่ใช้งานอยู่ energized bank/banks จะ discharge พลังงานของประจุเข้าสู่ energizing bank กระแสสูงสุดจะเกิดขณะนำ bank สุดท้ายเข้าใช้ เพราะexisting bank จะมี reactance ลดลงเหลือเท่ากับ          ( L/n-1) และ capacitance เพิ่มเป็น (n-1)C

การลดค่า inrush current จะใช้ current limiting reactor ต่อ series กับ bank เพื่อลด

oscillating frequency และเพิ่ม impedance ในช่วงแรกของ inrush

3.4.1 การคำนวณขนาด inrush current

กรณี back to back switching (เมื่อมี bank อื่นสับเข้าอยู่ก่อน)

โดยที่

Ipk = inrush current peak

Q = MVAr of capacitor bank

Qi = Q1+Q2+….Qn-1

Qn = Q ของ bank ที่จะ switching เข้า

Leq = inductance series รวมทุก bank

L1, L2, ….Ln-1 = L ที่ Switching เข้าอยู่ก่อน

Ln = L ที่จะ Switching เข้า

การต่อใน ungrounded bank จะติด current limiting reactor ไว้ที่ด้าน line แต่ grounded bank

อาจต่อที่ด้าน neutral คือใส่ไว้ในแต่ละ phase ก่อนต่อรวมกันเป็น neutral point แรงดันที่เพิ่มขึ้น

เนื่องจากการนำ capacitor bank เข้าใช้งานหาได้จากสมการ

∆u/U ≈ Q/S

∆u = แรงดันที่เพิ่มขึ้น

U = แรงดันก่อน energize

Q = MVAR ของ capacitor bank

S = short circuit MVA ตรงจุดที่ energize

ในทางปฏิบัติ การนำ bank เข้าใช้งานแต่ละครั้งแรงดันไม่ควรเปลี่ยนสูงเกิน 3 %

3.4.2 ค่า/ขนาดของ reactance มีผลต่อ resonnant frequency

system impedance และ capacitance ของ c-bank ที่นำเข้าใช้งานในลักษณะขนานกับระบบอาจทำให้เกิด resonant frequency ที่ใกล้กับ harmonic ที่เกิดขึ้นจาก load

wr = 1/(√ Ls.C) ; h . ws = wr ; wr = 2πfr

wr = natural frequency (resonant frequency)

ws = system frequency : Hz

h = harmonic order

C = per phase bank capacitance : farad

Ls = system inductance : henry

h = wr/ ws = √ (short circuit level ที่จุดต่อเข้า/ capacitor bank MVAR)

ในทางปฏิบัติ Ls จะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ขึ้นอยู่กับสภาพของ network คือ จำนวน line,

และหม้อแปลงที่ต่ออยู่ในระบบ รวมถึงการเดินเครื่อง generator และรวมถึง load ที่ต่อเข้า จึงทำ

ให้ resonant frequency ไม่คงที่ เปลี่ยนแปลงได้

-ทั่วไป capacitor bank ขนาดใหญ่จะมี reactor ต่อ series อยู่ อาจมีไว้เพื่อลดกระแส inrush

 หรือ มีวัตถุประสงค์ใช้เป็น harmonic filter หรือ de-tuned bank

-การทำ harmonic filter จะปรับ tune : resonant frequency ของ bank ให้เท่ากับ frequency

 ที่ต้องการกรอง (ในทางปฏิบัติจะให้เกิด resonant frequency ต่ำกว่าต้องการเล็กน้อย)

-การทำ de-tuned bank จะปรับให้มี resonant frequency ต่ำกว่า harmonic ต่ำสุดที่เกิดขึ้น

 ในระบบ เพื่อให้ harmonic ต่างๆ เห็น impedance ของ bank เป็น inductance เช่น

 harmonic ลำดับที่ต่ำที่สุดในระบบคือลำดับที่ 5 จะทำ de-tuned bank ต้องเลือก reactor

 ขนาด 6% ทำให้bank มี resonant frequency ต่ำกว่า 5

XL – XC = 0

h . XL - XC/ h = 0

h = √ XC/ XL = √ 100/6 = 4.08 < 5

การต่อ series reactor ขนาดที่สูงขึ้นเพื่อทำเป็น tuned หรือ de-tuned bank จะทำให้แรงดันคร่อม

capacitor สูงขึ้น (จึงต้องระวัง unit voltage rating) และระบบจะได MVAR จาก bank มากขึ้น

4. mechanically switched reactor

ประกอบด้วย shunt reactor ที่ใช้ circuit breaker เป็นอุปกรณ์ตัด-ต่อเข้ากับ transmission

line, bus bar, หรือ transformer-tertiary terminal

reactor มีลักษณะเหมือนหม้อแปลงเพียงแต่ core จะมี air-gap

output ในช่วงแรงดันใช้งานจะมีความสัมพันธ์ของ U-I เป็น linear แต่ในขณะที่แรงดันสูง

เกินมากๆ จะเกิด saturation ของ iron core: ทำให้ impedance ลดลง

reactor ไม sensitive กับ over voltage สามารถทนสภาพแรงดับเกินในช่วงเวลาหนึ่ง

วัตถุประสงค์ในการใช้งาน

- เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันที่ปลายสายส่งยาวๆ หรือ cable

- เป็น compensation ให้ capacitance ของสายส่งยาวๆ หรือ cable

- ใช้เพื่อ control แรงดัน และ reactive power ของ underground cable

5. SVC static var compensator

มีวัตถุประสงค์ในการใช้งาน

- ควบคุมแรงดันตรงจุดติดตั้งอย่างต่อเนื่อง

- เพิ่มการไหลของ active power ใน transmission line

- ลด temporary over voltage

- เพิ่ม transient stability

- damping power system oscillation

- ใช้ลดแรงดันกระพริบ flickering voltage

เนื่องจาก SVC สามารถแก้ปัญหาของระบบส่งกำลังไฟฟ้าได้หลายอย่าง ผู้ใช้จำเป็นต้อง

ระบุสิ่งที่ต้องการหรือปัญหาที่ประสงค์จะใช้ SVC ช่วยเพื่อผู้ออกแบบจะได้ออกแบบที่เหมาะสม

range ของ reactive power ที่ต้องการ

output ของ SVC สามารถกำหนดได้ดังนี้

- กำหนดค่า reactive power output ที่ rated line-line voltage เป็น

inductive MVAR

capacitive MAR

- ในช่วงของ inductive range จะเกิด maximum total reactive power output

(inductive) ที่ maximum system voltage

- ในช่วงของ capacitive range จะเกิด minimum total reactive power output

(capacitive) ที่ minimum system voltage

specification of SVC

SVC ทุกชนิดสามารถให้ reactive power ตามที่ต้องการได้ที่ nominal rating อย่างไรก็

ตาม SVC แต่ละชนิดจะทำงานตามลักษณะเฉพาะที่ออกแบบไว้ ผู้ใช้งานจำเป็นต้องให้ข้อมูล

- nominal rating

- ความสามารถในการ over load (capability)

- การควบคุมและตอบสนองขณะระบบผิดไปจากกำหนด (control and dynamic performance)

- ระดับของ harmonics ทั้งก้อน (background) และขณะใช้ SVC

ข้อมูลบางอย่างที่ต้องคำนึงถึง

- การกำหนดค่า inductive power สูงมาก ( low reactance) ในช่วง inductive range  จะมีผล

  ทำให้ transient overload capability สูงขึ้น มี harmonic มีปริมาณสูงขึ้นราคา reactor ถูกลง

- ถ้ากำหนด capacitive range ไม่กว้างนักจะทำให้ ราคา capacitor และหม้อแปลงลดลง

http://www.aida-engineering.co.th/

http://guru.google.co.th/guru/thread?tid=125f52b85483dd2d

http://www.pq-team.com/engineering-zone/what-is-power-factor

http://love-energysavings.blogspot.com/

เครื่องวัดแบบชี้ค่าศูนย์ ( กรณีโพเทนชิโอมิเตอร์ )

เครื่องวัดแบบชี้ค่าศูนย์ ( กรณีโพเทนชิโอมิเตอร์ )

โพเทนชิโอมิเตอร์ ( Potentiometer ) กระแสตรงแบบกระแสคงที่

               โพเทนชิโอมิเตอร์ เป็นเครื่องวัดที่สำคัญในการวัดค่าแรงดันกระแสตรงที่ต้องการความถูกต้องสูงมาก โดยการเปรียบเทียบค่าที่ต้องการทราบกับค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลมาตรฐานและอัตราส่วนความต้านทานที่รู้ค่า

               โพเทนชิโอมิเตอร์หรือพอต (Pot) คือตัวต้านทานที่เปลี่ยนค่าได้ในวงจรต่าง ๆ โครงสร้างส่วนใหญ่จะใช้วัสดุประเภทคาร์บอนผสมกับเซรามิคและเรซินวางบนฉนวน ส่วนแกนหมุนขากลางใช้โลหะที่มีการยืดหยุ่นตัวได้ดี โดยทั่วไปจะเรียกว่าโวลลุ่มหรือ VR (Variable Resistor)

     (ก)                     (ข)               (ค)                   (ง)

รูปนี้แสดงลักษณะรูปร่างและสัญลักษณ์ของโพเทนชิโอมิเตอร์และรีโอสตาท

               จากรูปข้างต้น ( ก) จะเห็นว่าโพเทนชิโอมิเตอร์มี 3 ขา ขาที่ 1 และ 2 จะมีค่าคงที่ส่วนขาที่ 3 เปลี่ยนแปลงขึ้นลงตามที่ต้องการ ส่วนรีโอสตาทนั้นจะมี 2 ขา ตามรูป ( ข) แต่ในกรณีที่ต้องการต่อโพเทนชิโอมิเตอร์ให้เป็นรีโอสตาทก็ทำได้โดยการต่อขาที่ 3 เข้ากับขาที่ 2 ก็จะกลายเป็นรีโอสตาทตามรูปที่ 10 (ค) ส่วนรูป (ง) แสดงโครงสร้างทั่ว ๆ ไปของโพเทนชิโอมิเตอร์
               อีกชนิดหนึ่งคือจำพวกฟิล์มคาร์บอนใช้วิธีการฉาบหรือพ่นฟิล์มคาร์บอนลงในสารที่มีโครงสร้างแบบเฟโนลิค (Phenolic) ส่วนแกนหมุนจะใช้โลหะประเภทที่ใช้ทำสปริงเช่นเดียวกัน ตัวอย่างเช่น VR 100 KA หมายความว่า การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานต่อการหมุนในลักษณะของลอกการิทึม (Logarithmic) หรือแบบล็อกคือหมุนค่าความต้านทานจะค่อย ๆ เปลี่ยนค่า พอถึงระดับกลางค่าความต้านทานจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วนิยมใช้เป็นโวลลุ่มเร่งความดังของเสียง ส่วนแบบ B นั้นค่าความต้านทานจะเปลี่ยนไปในลักษณะแบบลิเนีย (Linear) หรือเชิงเส้นคือค่าความต้านทานเพิ่มขึ้นตามการหมุนที่เพิ่มขึ้น ส่วนมากนิยมใช้ในวงจรชุดควบคุมความทุ้มแหลมและวงจรแบ่งแรงดัน

               โพเทนชิโอมิเตอร์กระแสตรง ได้เริ่มพัฒนาขึ้นเมื่อประมาณปี ค.ศ.1800 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันและได้มีการพัฒนามาตลอด จนถึงปี ค.ศ.1900 จึงยอมรับกันอย่างกว้างขวางว่าเป็นเครื่องมือที่สำคัญมากในห้องปฏิบัติการวัดละเอียด โดยใช้เป็นเครื่องวัดและสอบเทียบ มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในงานอุตสาหกรรมในกระบวนการผลิตและควบคุมกระบวนการ โดยเริ่มจากใช้ในการวัดอุณหภูมิร่วมกับเทอร์โมคัปเปิลและขยายขอบเขตจนใช้วัดค่าตัวแปรในกระบวนการใด ๆ ที่สามารถถูกแทนในรูปของแรงดันเอาต์พุตของตัวรับรู้ ( Sensor )

               โพเทนชิโอมิเตอร์ ในแบบแรก ๆ จะเป็นแบบอาศัยการปรับสมดุลด้วยมือ ( Manual ) และพัฒนาขึ้นมาเป็นแบบสามารถปรับสมดุลโดยตัวเครื่องวัดเอง ( Self-Balance ) ซึ่งทำให้สามารถขยายขีดความสามารถจากเครื่องวัดไปเป็นเครื่องควบคุม ( Controller ) วงจรโพเทนชิโอมิเตอร์สามารถแบ่งได้เป็น 2 แบบ คือ

1.         แบบกระแสคงที่ ( Constant Current Potentiometer )

2.         แบบความต้านทานคงที่ ( Constant Resistance Potentiometer )

โพเทนซิโอมิเตอร์ (Potentiometer  or Potentiometric)

โพเทนชิโอมิเตอร์จะทำหน้าที่เปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือเชิงมุมไปเป็นค่าความต้านทานกล่าวคือ        หากเราจ่ายแรงเคลื่อนทางด้านอินพุต    จะทำให้สัญญาณแรงเคลื่อนและกระแสที่ออกทางเอาต์พุตเปลี่ยนแปลงไปตามระยะทางเนื่องจากการเลื่อนของแขน(wiper)  ที่ตัวโพเทนซิโอมิเตอร์ดังกล่าว1.   ชนิดของโพเทนซิโอมิเตอร์

 1.1 โพเทนซิโอมิเตอร์แบบเชิงเส้น  (Linear  Potentiometer)  ใช้ในการวัดระยะทางที่เป็นเส้นตรง 
                 1.2 โพเทนซิโอมิเตอร์แบบเชิงมุม  (Rotary  Potentiometer) ใช้สำหรับวัดระยะในลักษณะการหมุน  
โพเทนซิโอมิเตอร์

มิเตอร์วัดระยะมุมบางตัวสามารถวัดระยะเชิงมุมได้ถึง  10°  หากมันหมุนเต็มรอบจะได้  357°  แต่ในแบบหลายรอบอาจจะมีมุมในการหมุนได้ถึง3500°   หรือมากกว่าความเร็วรอบสูงสุดที่โพเทนซิโอมิเตอร์แบบไวร์วาวด์หมุนได้ประมาณ  300  รอบ/นาที  หากมากกว่านี้จะทำให้เกิดสัญญาณรบกวนซึ่งเป็นผลมาจากการไม่สัมผัสกันอย่างต่อเนื่องของแขน  ความเร็วในการหมุนของโพเทนซิโอมิเตอร์แบบต่อเนื่องอาจหมุนได้ถึง  2,000  รอบ/นาทีโพเทนซิโอมิเตอร์แบบไวร์วาวด์ที่บางมากๆจะมีเส้นศูนย์กลางเพียง 0.01 มิลลิเมตร  โดยลวดที่ใช้อาจทำมาจากแพลทินัมหรือโลหะผสมนิกเกิลที่นำมาพันอยู่บนฟอร์ม

2.      ความละเอียด ( Resolution)  ของโพเทนซิโอมิเตอร์ คือการเปลี่ยนแปลงความต้านทานค่าน้อยที่สุดเมื่อแขนโพเทนซิโอมิเตอร์เคลื่อนที่จากขดลวดช่วงหนึ่งไปยังอีช่วงหนึ่ง  ดังนั้นความละเอียดจึงกำหนดได้จาก

Resolution  =  full  scale  displacement /  number  of turn  of  wire

               3.  การปรับสภาพสัญญาณ สัญญาณรบกวนของโพเทนซิโอมิเตอร์จะเกิดจากวัสดุที่ใช้ทำ  พบว่าค่ารบกวนดังกล่าวเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิและกระแสของตัวมัน ดังนั้นเพื่อให้มีค่ารบกวนน้อยที่สุดจึงต้องรักษาแรงเคลื่อนที่จ่ายให้มีค่าต่ำสุด  นอกจากนี้สัญญาณรบกวนยังอาจเกิดจากการเลื่อนของแขนได้อีกด้วย โพเทนซิโอมิเตอร์แบบต่อเนื่องจะสามารถหมุนได้เร็วกว่าและสร้างสัญญาณรบกวนน้อยกว่าแบบไวร์วาวด์ แต่ก็พบว่าโพเทนซิโอมิเตอร์แบบไวร์วาวด์            จะแสดงค่าความเหนี่ยวนำและค่าการเก็บประจุออกมาด้วยที่ความถี่  50 Hz ค่ารีแอกแตนซ์จะมีค่าอยู่ในย่าน  MW
แต่ถ้ากระตุ้นโพเทนซิโอมิเตอร์ด้วนคลื่นไซน์ขนาด 10 kHz  ค่ารีแอกแตนซ์จะตกมาอยู่ที่ย่าน  kW   ดังนั้นหากต้องมีการกระตุ้นสัญญาณ ต้องรักษาความถี่และความต้านทานฐานให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

โครงสร้างและหลักการทำงาน

               หลักการทำงานของโพเทนชิโอมิเตอร์แบบนี้ อาศัยการป้อนกระแสที่คงที่แก่ตัวต้านทาน ( วงจรวัด ) ที่อยู่ระหว่างจุดที่ต่อค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ต้องการทราบค่า การปรับค่าความต้านทานดังกล่าวเป็นการปรับค่าแรงดันที่ใช้เปรียบเทียบกับแรงดันที่ต้องการทราบค่า

               วงจรโพเทนชิโอมิเตอร์แบบกระแสคงที่อย่างง่าย วงจรนี้ประกอบด้วยแบตเตอรี่ E และรีโอสแตต ( Rheostat ) R ซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนจ่ายกระแสคงที่แก่ลวดความต้านทาน XZ ( Slide Wire ) ซึ่งมีค่าความต้านทานที่มีค่าสม่ำเสมอตลอดความยาว กัลป์วานอมิเตอร์ G ทำหน้าที่ตรวจจับ ( Detect ) กระแส

               เมื่อสวิตช์ S อยู่ที่ “Operate” และสวิตช์ K เปิดวงจร แบตเตอรี่จะจ่ายกระแสผ่านรีโอสแตต R และเส้นลวดความต้านทาน ค่าของกระแสจะขึ้นอยู่กับการปรับค่า R วิธีการหาค่าแรงเคลื่อนที่ไม่ทราบค่า ( E_x ) ทำได้โดยการหาตำแหน่งของลวดวามต้านทานที่ทำให้กัลวานอมิเตอร์ชี้ค่าศูนย์ ( Zero Deflection ) เมื่อปิดสวิตช์ K ซึ่งหมายความว่า

 E = E_x  ลวดความต้านทาน XZ จะมีความต้านทานสม่ำเสมอตลอดความยาว สเกลจะถูกปรับเทียบเป็นเซนติเมตร หรือส่วนของเซนติเมตรตลอดความยาวของเส้นลวด ทำให้สามารถเลื่อนหน้าสัมผัสเลื่อนได้ ( Sliding Contact ) Y ไปอยู่ที่

จุดใด ๆ บนเส้นลวดได้ตามต้องการอย่างเที่ยงตรง เนื่องจากความต้านทานของเส้นลวดถูกสร้างให้มีความเที่ยงตรงมาก ดังนั้นแรงดันตกคร่อมตลอดเส้น ( หรือเพียงส่วนใดส่วนหนึ่ง ) ของเส้นลวด จะขึ้นอยู่กับค่ากระแสที่จ่ายจาก E และค่ากระแสคงที่นี้จะถูกปรับมาตรฐาน ( Standardized ) โดยเทียบกับแรงดันอ้างอิงที่รู้ค่า ( เซลมาตรฐาน )

               วิธีการปรับมาตรฐานของโพเทนชิโอมิเตอร์ ( Standardizing Potentiometer ) ทำได้ดังนี้ คือ สมมติให้เส้นลวดความต้านทานยาว 200 เซนติเมตร มีความต้านทาน 200 โอห์ม ( 1 เซนติเมตร = 1 โอห์ม ) แรงเคลื่อนของแรงดันอ้างอิงมาจากเซลมาตรฐาน มีค่า 1.0129 โวลต์ เมื่อสวิตช์ S อยู่ที่ตำแหน่ง “ปรับเทียบ ( Calibrate )” จะตั้งหน้าสัมผัสเลื่อนได้ Y ให้อยู่ที่ระยะ 101.9 เซยติเมตร บนสเกลของเส้นลวดความต้านทาน ปรับรีโอสแตต R ( เป็นการปรับค่ากระแสที่จ่ายจาก

E ด้วย ) จนกระทั่งกัลวานอมิเตอร์ชี้ค่า 0 ( เมื่อสวิตช์ K ปิด ) ที่จุดนี้แรงดันตกคร่อม 101.9 เซนติเมตร จะเท่ากับแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลมาตรฐานคือ 1.019 โวลต์ ( 101.9 เซนติเมตร = 101.9 โอห์ม )

กระแสที่จ่ายจาก               E            =             V/R            =       1.019V/101.9 Ohm                    =             10 mA

               หลังจากการปรับมาตรฐานแล้ว ขณะนี้แรงดันที่ตกคร่อมลวดความต้านทาน 1 เซนติเมตร = 10 mV และทำให้สามารถรู้ได้ว่า แรงดันตกคร่อมมีค่าเท่าใด เมื่อรู้ตำแหน่งของหน้าสัมผัส Y เช่น ถ้าหน้าสัมผัส Y อยู่ที่ระยะ 146.5เซนติเมตร ( Y’ ) แรงดันตกคร่อมมีค่า 1.465 โวลต์

               ภายหลังจากปรับมาตรฐานตัวโพเทนชิโอมิเตอร์แล้ว จะสามารถใช้โพเทนชิโอมิเตอร์นี้วัดแรงดันที่ไม่ทราบค่าได้ โดยตั้งสวิตช์ S ที่ “ทำงาน ( Operate )” แล้วเคลื่อนหน้าสัมผัส ( Sliding Contact ) Y ไปตามความยาวของลวดความต้านทาน ( XZ ) จนกัลป์วานอมิเตอร์แสดงค่า 0 ( เมื่อสวิตช์ K ปิด ) โดยการอ่านระยะบนสเกล จะสามารถรู้ค่าแรงดันตกคร่อม ซึ่งเท่ากับค่าของแรงดันหรือแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ต้องการหาค่า

โพเทนชิโอมิเตอร์ที่มีใช้งานจริง

               ในทางปฏิบัติ โพเทนชิโอมิเตอร์ที่มีใช้กันอยู่จะมีไดอะแกรม โดยจากรูปจะเห็นได้ว่า เราใช้ความต้านทาน R₆ ~ R₁₂ ควบคู่กับลวดความต้านทานที่ขดเป็นวงกลม เพื่อช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวัด เมื่อสวิตช์มีจุดสัมผัสดังรูป ในขณะที่กัลวานอมิเตอร์อยู่ในสภาวะสมดุล ค่าแรงดันไฟฟ้าที่วัดจะมีค่า

R₆ ~ R₁₂ ในรูป เป็นตัวต้านทานที่มีความแม่นยำสูง ส่วน R₁₃ เป็นลวดความต้านทาน ซึ่งสามารถปรับเลื่อนจุดสัมผัส C ได้                                                     Vx = VR11 + VR12 + VRBC

R₁ และ R₂ เป็นความต้านทานปรับค่าได้ ซึ่งต่อขนานกัน เพื่อควบคุมและปรับปริมาณกระแสที่ไหล R₁ จะมีค่าความต้านทานน้อย และใช้ในการควบคุมค่ากระแสอย่างหยาบ ๆ ขณะที่ R₂ จะมีค่าความต้านทานสูง ( เมื่อเทียบกับ R₁ ) มาก และใช้ในการควบคุมค่ากระแสโดยละเอียด ในการสอบเทียบ ก่อนใช้งานโพเทนชิโอมิเตอร์ เราจะปรับสวิตช์ให้กัลวานอมิเตอร์ต่อเข้ากับเซลล์มาตรฐานคร่อมขนานกับตัวต้านทาน R₃ โดย R₃ และ R₄ เป็นความต้านทานความแม่นยำสูง ซึ่งเราเลือกค่าความสัมพันธ์ R₃ และ R₄ ไว้เพื่อว่า เมื่อสามารถปรับกระแส ( I₁ ) จนกระทั่ง V_R3 มีค่าเท่ากับเซลล์มาตรฐานแล้ว แสดงว่าโพเทนชิโอมิเตอร์ ได้รับการปรับเทียบถูกต้องแล้ว

หลังจากการปรับเทียบแล้ว สวิตช์จะรับเพื่อต่อกัลวานอมิเตอร์เข้ากับแรงดันไม่ทราบค่า ( V_x ) โดยสวิตช์สัมผัส F จะได้รับการปรับเพื่อสร้างสมดุลแก่กัลวานอมิเตอร์อย่างหยาบ ๆ หลังจากนั้น การปรับละเอียดเพื่อให้ได้การสมดุลที่แท้จริง จะอาศัยสวิตช์สัมผัส C ค่าแรงดัน V_x จะสามารถอ่านได้ จากค่าที่แสดงบนสวิตช์สัมผัส F และ C รวมกัน

R₁ ถึง R₁₅ เป็นตัวต้านทานความแม่นยำสูง มีค่า 50 โอห์ม ส่วน R₁₆ เป็นลวดความต้านทานความแม่นยำสูงค่า 50 โอห์ม เช่นเดียวกัน ในกรณีที่ปุ่มปรับช่วงการวัดอยู่ในตำแหน่ง ( 1.0 ) ดังรูป ค่าแรงดันสูงสุดที่โพเทนชิโอมิเตอร์สามารถวัดได้ คือ 1.0 × ( 1.5 + 0.1 ) โวลต์ หรือคือ 1.6 โวลต์

ในกรณีที่มีการเปลี่ยนช่วงการวัดเป็น 0.1 หรือ 0.01 ค่าแรงดันสูงสุดที่โพเทนชิโอมิเตอร์สามารถวัดได้จะเป็น 0.16 โวลต์ และ 0.016 โวลต์ ตามลำดับ

ความแม่นยำในการวัดของโพเทนชิโอมิเตอร์ ตามพิกัดของผู้ผลิตจะเป็น

ช่วงการวัด                         ความแม่นยำ

0 ~ 1.6 โวลต์                      ± 500 µV

0 ~ 0.6 โวลต์                      ± 100 µV

0 ~ 0.016 โวลต์                 ± 10 µV

เซลล์มาตรฐาน

               ความถูกต้องแม่นยำในการวัดด้วยโพเทนชิโอมิเตอร์ ขึ้นอยู่กับความแม่นยำของความต้านทานที่ใช้ รวมทั้งความแม่นยำของแรงดันจากเซลล์มาตรฐาน ในเครื่องมือวัดที่ใช้กันในห้องปฏิบัติการ ซึ่งต้องการความแม่นยำในระดับสูงมาก ๆ เรามักใช้เซลล์มาตรฐาน ( Standard Cell ) เป็นแหล่งแรงดันมาตรฐาน เซลล์มาตรฐาน เช่น แบบ Weston มีความละเอียดและความแม่นยำสูงมากคือ มีค่า 1.0186 โวลต์ที่ 20 องศาเซลเซียส และมีสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำมาก คือ ประมาณ 40 µV ต่อ องศาเซลเซียส กับทั้งมีเสถียรภาพดีเยี่ยม คือ ค่าจะเปลี่ยนไปประมาณ 2 ~ 3 µV ภายในเวลาถึง 10 ปี

               ในบางกรณี เราอาจใช้สิ่งประดิษฐ์คงค่าแรงดัน เช่น ซีเนอร์ไดโอด ( Zener Diode ) ที่ช่วยให้สามารถออกแบบแหล่งแรงดันมาตรฐานซึ่งปรับค่าได้ กับทั้งทำให้เกิดความสะดวกในการสร้างเครื่องมือวัดทางไฟฟ้าขึ้นมาก

               ซีเนอร์ไดโอด เป็นสิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนำ ที่มีแรงดันตกคร่อมตัวมันคงที่เมื่อไบแอสย้อนให้จนถึงแรงดันค่าหนึ่ง แรงดันนี้เรียกว่า แรงดันเบรกดาวน์ ( Break Down Voltage ) ดังลักษณะสมบัติที่แสดงในรูป

               สำหรับตัวอย่างการนำ Zener Diode มาใช้งานเป็นแหล่งแรงดันมาตรฐาน ซึ่งอาจจะทำได้ดังรูป

               เนื่องจากเมื่อถึงจุดเบรกดาวน์ แรงดันตกคร่อมไดโอด ( V_z ) จะคงที่และความต้านทานภายในไดโอดจะลดต่ำลงมาก ดังนั้น จึงต้องมีตัวต้านทาน R เพื่อควบคุมค่ากระแสไม่ให้เกินค่าพิกัดของตัวไดโอด

โวลต์บอกซ์ ( Volt Box ) และ ชันต์บอกซ์ ( Shunt Box )

               จากโครงสร้างของโพเทนชิโอมิเตอร์ เราจะเห็นได้ว่า การวัดโดยโพเทนชิโอมิเตอร์สามารถวัดแรงดันไฟฟ้าในช่วง 1 ~ 3 โวลต์เท่านั้น ทั้งนี้เพราะถ้าต้องการวัดแรงดันค่าสูง ๆ จะต้องใช้ขดลวดความต้านทานที่ยาวมาก ซึ่งไม่นิยมทำกัน

               ในกรณีที่เราต้องการวัดค่าแรงดัน ( หรือกระแส ) ค่าสูงกว่าพิกัดปกติ เราจึงต้องใช้อุปกรณ์เสริม ซึ่งเรียกกันว่า โวลต์บอกซ์ และชันต์บอกซ์                

การใช้ตัวต้านทานสำหรับปรับมาตรฐาน

ตัวต้านทานแบบโพเทนชิโอมิเตอร์อีกประเภทหนึ่งคือ ตัวต้านทานแบบปรับละเอียด (Trimmer Potentiometers) ตัวต้านทานแบบนี้ส่วนมากมักใช้ประกอบในวงจรประเภทเครื่องมือวัดและทดสอบ เพราะสามารถปรับหมุนเพื่อต้องการเปลี่ยนค่าความต้านทานได้ทีละน้อยและสามารถหมุนได้ 15 รอบหรือมากกว่า ซึ่งเมื่อเทียบกับโพเทนชิโอมิเตอร์แบบที่ใช้ในเครื่องรับวิทยุและเครื่องเสียง ซึ่งจะหมุนได้ไม่ถึง 1 รอบก็จะทำให้ค่าความต้านทานเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว        

โดยการต่อตัวต้านทานแยกออกต่างหาก ( R_s ) การปรับมาตรฐานของโพเทนชิโอมิเตอร์จะสามารถกระทำได้อย่างสะดวกและปลอดภัยยิ่งขึ้น ค่าความต้านทาน R_s ที่ต้องการ จะได้จากการคำนวณ เมื่อกำหนดแรงเคลื่อนไฟฟ้า E แรงดันอ้างอิง E_s และค่ากระแสที่จ่ายจาก E ที่ต้องการ

               ถ้าผลักสวิตช์ของกัลป์วานอมิเตอร์ ( G ) มาตำแหน่ง “Calibrate” ปรับรีโอสแตต R จนกระทั่งกระแสที่ไหลผ่านกัลป์วานอมิเตอร์เป็นศูนย์ จะเห็นได้ว่า โดยวิธีนี้ขณะปรับมาตรฐานตำแหน่งของหน้าสัมผัสเลื่อน Y จะอยู่ที่ใดก็ได้ ซึ่งต่างกับแบบที่ผ่านมา ที่ต้องตั้งตำแหน่งของหน้าสัมผัสเลื่อน Y ให้สัมพันธ์กับค่าแรงดันอ้างอิง และตำแหน่งของหน้าสัมผัสเลื่อน ๆ อยู่ที่ตำแหน่งที่ความต้านทานมีค่าเป็น 0 โอห์ม เมื่อสวิตช์อยู่ในตำแหน่ง “Calibrate” จะเป็นการลัดวงจรตัวเซลมาตรฐาน ( ซึ่งปกติจะยอมให้มีกระแสออกจากตัวเซลมาตรฐานเป็นไมโครแอมป์ ) จะเห็นได้ว่า วิธีนี้จะเป็นการป้องกันการลัดวงจรตัวเซลมาตรฐาน นอกจากนั้น โดยการต่อวงจรลักษณะนี้ จะทำให้สามารถตรวจสอบและปรับค่าของกระแสที่จ่ายจาก E ได้โดยไม่กระทบกระเทือนการวัด วงจรนี้จะเป็นพื้นฐานของโพเทนชิโอมิเตอร์แบบที่ใช้ในอุตสาหกรรม

               โพเทนชิโอมิเตอร์ที่ใช้ลวดความต้านทานในแบบที่ผ่านมา จะไม่เป็นที่นิยมในทางปฏิบัติ โดยจากรูปจะแทนเส้นลวดความต้านทานด้วยชุดตัวต้านทานค่าละเอียดเที่ยงตรงทุกตัวมีค่าเท่ากันต่ออนุกรม ( แทนค่าแรงดันเป็นขั้น ( Step ) ตรมจำนวนตัวต้านทานที่ใช้ ) และต่ออนุกรมกับลวดความต้านทานอีก 1 เส้น เพื่อปรับค่าระหว่างขั้น ( Step ) โดยแบ่งสเกลเป็นช่องเล็ก ๆ เช่น 100 ช่อง ซึ่งสามารถประมาณให้อ่านค่าได้ถึง 1/5 ของช่องเล็ก R_s มีไว้เพื่อปรับมาตรฐาน ค่าของ R_s จะขึ้นอยู่กับว่า ต้องการให้กระแสไหลจากแบตเตอรี่ ( Working Current ) เท่าใด จึงจะได้แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัวตามที่ต้องการ

การประยุกต์ใช้งานในการสอบเทียบ

               เนื่องจากโพเทนชิโอมิเตอร์ เป็นเครื่องมือวัดแรงดันที่มีความแม่นยำสูงที่สุดประเภทหนึ่ง จึงมักใช้งานในห้องปฏิบัติการวัด และการประยุกต์ใช้ที่สำคัญอันหนึ่งก็คือ เพื่อสอบเทียบเครื่องมือวัดต่าง ๆ อันได้แก่ โวลต์มิเตอร์ แอมมิเตอร์ และวัตต์มิเตอร์

การสอบเทียบโวลต์มิเตอร์

               การประยุกต์ใช้งานอย่างพื้นฐานที่สุดของโพเทนชิโอมิเตอร์ก็คือ การใช้ในงานสอบเทียบโวลต์มิเตอร์กระแสตรง ดังรูป เราจะใช้โพเทนชิโอมิเตอร์เป็นตัวอ่านค่าเพื่อเปรียบเทียบกับค่าแรงดันที่อ่านได้จากโวลต์มิเตอร์ที่ต้องการสอบเทียบ ปุ่มปรับค่าแรงดันอย่างหยาบและโดยละเอียด ทำหน้าที่ปรับค่าแรงดันที่ป้อนให้กับโวลต์มิเตอร์ เพื่อให้เข็มของโวลต์มิเตอร์ชี้ตรงกับตำแหน่งสเกลที่ต้องการ พร้อมกันนั้นโพเทนชิโอมิเตอร์จะอ่านค่าแรงดันเปรียบเทียบกันด้วย เมื่อแปรเปลี่ยนค่าแรงดันที่ต้องการวัดไป แล้วนำความแตกต่างที่ได้ไปแสดง ก็จะได้ดังรูปกราฟ

               ในกรณีซึ่งค่าแรงดันที่อ่าน สูงกว่าค่าพิกัดสูงสุดที่โพเทนชิโอมิเตอร์อาจวัดได้ เรามาสารถใช้โวลต์บอกซ์ เพื่อแบ่งแรงดันให้อยู่ในช่วงพิกัดตามที่ต้องการได้

การสอบเทียบแอมมิเตอร์

               การสอบเทียบแอมมิเตอร์สามารถทำได้โดยต่อแอมมิเตอร์อย่างอนุกรมเข้ากับตัวต้านทานความแม่นยำสูง ดูจากรูป ค่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานจะถูกวัดโดยโพเทนชิโอมิเตอร์อย่างแม่นยำ ค่ากระแสจริงที่ไหลผ่านคัวต้านทาน ( และไหลผ่านแอมมิเตอร์ ซึ่งต่ออนุกรมอยู่ด้วย ) สามารถคำนวณ โดยหารค่าแรงดันตกคร่อมนี้ด้วยค่าความต้านทาน เนื่องจากค่าแรงดันตกคร่อมสามารถวัดได้แม่นยำ โดยโพเทนชิโอมิเตอร์ ขณะที่ค่าความต้านทานก็มีความแม่นยำสูง กระแสที่คำนวณได้ จึงสามารถนำไปสอบเทียบความแม่นยำของแอมมิเตอร์ได้

                 ตัวต้านทาน R₁ และ R₂ สามารถปรับเปลี่ยนค่าได้ เพื่อควบคุมกระแสที่ไหลผ่านแอมมิเตอร์ กระทั่งเข็มของแอมมิเตอร์ชี้สเกลตามต้องการ R₁ จะใช้ในการปรับค่าหยาบ ๆ ขณะที่ R₂ จำทำการปรับค่าโดยละเอียดกว่า

                 ผลการวัด จะถูกบันทึกเป็นตาราง โดยแบ่งเป็นกระแสที่อ่านตามสเกลของแอมมิเตอร์กับกระแสจริงที่คำนวณจากค่าที่อ่านโดยโพเทนชิโอมิเตอร์ ค่าทั้งสองสามารถจัดทำเป็นตางรางได้ ดังแสดงในตาราง

                 ในกรณีซึ่งค่ากระแสที่ต้องการวัด สูงกว่าค่าพิกัดที่โพเทนชิโอมิเตอร์อาจวัดได้ เราสามารถใช้ชันต์บอกซ์ เพื่อแบ่งแรงดันให้อยู่ในช่วงพิกัดตามต้องการได้

โพเทนชิโอมิเตอร์แบบสมดุลตัวเอง ( Self-Balancing Potentiometers )

               โพเทนชิโอมิเตอร์แบบปรับด้วยมือ ( Manual ) มีที่ใช้ค่อนข้างจำกัดเฉพาะในห้องปฏิบัติการวัด ซึ่งต้องการความแม่นยำสูงเท่านั้น สาเหตุสำคัญที่ไม่ได้รับความนิยมก็เพราะผู้ใช้ต้องมีประสบการณ์ ในการปรับเพื่อให้เกิดสภาวะสมดุล การพัฒนาวิธีการวัดด้วยโพเทนชิโอมิเตอร์แบบอัตโนมัติ หรือแบบสมดุลตัวเองจึงช่วยทำให้มีการใช้วิธีการวัด เช่นนี้อย่างกว้างขวางขึ้น นอกจากช่วยในการวัดค่าแล้ว โพเทนชิโอมิเตอร์แบบสมดุลตัวเองยังสามารถบันทึกค่าวัดพร้อมกันไปด้วย ดังอาจจะเห็นได้จากกหลักการทำงาน ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป

หลักการทำงาน

               หลักการทำงานของโพเทนชิโอมิเตอร์แบบสมดุลตัวเอง อาจจะอธิบายได้ด้วยบล็อกไดอะแกรม ความสามารถในการสมดุลตัวเองของโพเทนชิโอมิเตอร์แบบอัตโนมัตินี้ เกิดตากการทำงานของเซอร์โวมอเตอร์ ( Servomotor ) และวงจรอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ในภาพ สัญญาณแรงดันซึ่งต้องการวัดค่า ( V_i ) จะถูกป้อนให้กับขั้วเข้าขั้วหนึ่งของวงจรตรวจหาความแตกต่าง ( Error Detector ) ขั้วเข้าอีกข้างหนึ่งของวงจรนี้ มีสัญญาณ V_s ซึ่งได้จากแหล่งแรงดันอ้างอิงที่ปรับค่าได้ วงจรตรวจหาความแตกต่าง จะให้สัญญาณออกเป็นสัดส่วนกับผลต่างของ V_i และ V_s สัญญาณออกนี้เราเรียกว่า สัญญาณความแตกต่าง ( Error Signal ) และ ส่งต่อไปเพื่อขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์ อย่างไรก็ตาม สัญญาณความแตกต่างดังกล่าว จะถูกแปลงเป็นสัญญาณกระแสสลับ แล้วทำการขยายให้มีกำลังเพียงพอที่จะขับเคลื่อนมอเตอร์

                  สัญญาณที่ขับเคลื่อนมอเตอร์ จะทำให้เพลาของมอเตอร์เกิดการหมุน เพลาของมอเตอร์นี้จะต่อเข้ากับวงจรแบ่งแรงดัน ซึ่งทำหน้าที่ปรับค่าของแหล่งแรงดันมาตรฐาน ( V_s ) เมื่อเพลาเกิดการหมุน มันก็จะไปเลื่อนจุดสัมผัสของตัวแบ่งแรงดัน และการเคลื่อนของจุดสัมผัสนี้จะไปในทิศที่จะลดค่าความแตกต่างของ V_i และ V_s เมื่อ │V_i – V_s │ = 0 สัญญาณความแตกต่างจากวงจรตรวจหาความแตกต่างจะเป็นศูนย์ ยังผลให้เซอร์โวมอเตอร์หยุดอยู่กับที่ ขณะเดียวกัน เพลาของมอเตอร์ ยังต่อเข้ากับตัวชี้ค่า ( Pointer ) เพื่อใช้ในการแสดงค่าและใช้ในการบันทึกค่าด้วย              

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งาน

               การประยุกต์ใช้งานของโพเทนชิโอมิเตอร์แบบสมดุลตัวเองที่สำคัญอันหนึ่ง ได้แก่ การใช้ในการวัดอุณหภูมิ 

 สัญญาณที่ต้องการวัด ( V_i ) คือ ค่าแรงดันที่ปลายทั้งสองของเทอร์โมคัปเปิล แรงดันส่วนนี้จะต่ออนุกรมกับแหล่งแรงดันที่ปรับค่าได้ ( V_s ) ผลต่างของแรงดันทั้งสอง ( V_i – V_s ) จะถูกแปลงให้เป็นสัญญาณกระแสสลับโดยผ่านวงจรชอฟเฟอร์ ( Chopper ) ซึ่งช่วยเปลี่ยนกระแสตรงเป็นกระแสสลับ กระแสสลับส่วนนี้จะถูกป้อนเพื่อขยายด้วยวงจรขยายกระแสสลับ สำหรับนำไปขับเคลื่อนเซอร์โวมอเตอร์ต่อไป

                 การทำงานของเซอร์โวมอเตอร์จะเหมือนดังเช่นโพเทนชิโอมิเตอร์แบบสมดุลตัวเอง ซึ่งกล่าวมาข้างต้น                  เนื่องจาก แรงดันจากเทอร์โมคัปเปิล จะมีความสัมพันธ์ค่อนข้างเป็นเชิงเส้นกับอุณหภูมิของรอยต่อเทอร์โมคัปเปิล ดังนั้น เราจึงอาจแสดงค่าที่วัดได้ออกเป็นอุณหภูมิ โดยเป็นสัดส่วนกับค่าแรงดัน

โพเทนชิโอมิเตอร์สำหรับงานห้องปฏิบัติการ

               โพเทนชิโอมิเตอร์แบบนี้ จะสามารถใช้วัดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันขนาด 1 µV หรือต่ำกว่า โดยมีความถูกต้องต่ำกว่า 0.01 เปอร์เซ็นต์ ตัวต้านทานที่ใช้ในวงจรจะต้องเท่ากัน ( ภายในความละเอียดระดับที่ต้องการ ) ตลอดช่วงเวลาที่ยาวในวงจร จุดสัมผัสที่ไม่ต้องถูกบัดกรีจะมีเพียงที่ตัวตรวจจับ ( Detector ) และที่จุดต่อแบตเตอรี่เข้าไป เนื่องจากเป็นบริเวณที่การแปรค่าความต้านทานของจุดสัมผัสมีผลน้อยมาก นอกจากนั้นจะต้องให้ความระมัดระวังเกี่ยวกับค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ไม่ต้องการ เช่น แรงเคลื่อนไฟฟ้าความร้อนที่จุดสัมผัสของโลหะต่างชนิดที่ขั้วต่อ ( Binding Posts ) เป็นต้น

               การกำหนดจำเพาะ ( Specifications )

               Specifications

1.         Measuring range

0.0100 mV to 111.110 mV ( with more than four effective digits )

100 mV – Rang         ;              -0.01 mV to + 111.11 mV

10 mV – Range          ;              -0.001 mV to + 11.111 mV

1 mV – Range            ;              -0.0001 mv to + 1.1111 mV

2.         Measuring dials

Dial I                           ;              1 mV × 10

Dial II                          ;              0.1 mV × 10

Dial III                        ;              0.01 mV × 10

Dial IV                        ;              0.001 mV to + 0.0110 mV

                                                     ( Continuously variable, minimum division : 0.1 µV )

Range selector           ;              3 ranges of “100 mV” “10 mV” and “1 mV”

                                                     ( with interlocked decimal point indicator )

Standard cell dial      ;              1.01770 V to 1.01980 V, continuously variable ( minimum

division : 0.02 mV )        

3.         Internal resistance as seen from the side of galvanometer circuit

Approx. 18 Ω constant ( where, the resistance between Ex-terminals is 0 Ω

4.         – Source of working current

4.5    V to 4 V, 22 mA

5.         Accuracy

100 mV – Range       ;              +( 0.01% of measured value + 1 µV )

10 mV – Range          ;              +(0.02% of measured value + 0.2 µV )

1 mV – Range            ;              +(0.02% of measured value + 0.05 µV )

Where, the ambient temperature is kept within the scope of 20 ± 2.5 องศา

6.         Dimensions and weight

310 × 491 × approx. 205 mm, including the height of the rubber foot and the dial knob.

310 × 491 × 145 mm ( case only )

Approx. 11.1 kg

  แผงด้านหน้า ( Front Panel )

               จากรูป ตามหมายเลขกำกับดังนี้

               1, 2, 3, 4 หน้าปัด I, II, III และ IV

                              - ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ต้องการทราบ จะแสดงเป็นตัวเลขในช่อง

5. ตัวเลือกพิสัย

- ตั้งเลือกพิสัยการวัดที่ต้องการ ตำแหน่งของจุดทศนิยมจะสัมพันธ์กับพิสัยวัดที่เลือก

6. หน้าปัดเซลมาตรฐาน ( E_s – Dial )

- จะต้องตั้งที่ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลมาตรฐาน

7. ตัวปรับกระแส ( Current ADJ )

- สำหรับปรับค่ากระแสเรียงตามลำดับจากหยาบ ( Coarse ) กลาง ( Medium ) และละเอียด (Fine)

8. สวิตช์เลือกแรงดัน ( E_x – E_s )

- ตั้งที่ E_s เมื่อต้องการปรับมาตรฐานกระแส ที่ E_x เมื่อต้องการวัดค่าแรงเคลื่อนที่ต้องการทราบค่า

9. สวิตช์เลือกขั้ว E_s, E_x BA ( NOR – REV )

- สำหรับกลับขั้วของ E_s, E_x และ BA

10. สวิตช์เลือกวามไวของกัลป์วานอมิเตอร์

- เป็นสวิตช์แบบปุ่มกด ความไวจะเพิ่มขึ้นจาก G₂ ไปถึง G_o, G_s จะใช้เมื่อต้องการลัดวงจร ( Short Circuit ) ตัวกัลป์วานอมิเตอร์ และสามารถจะให้สวิตช์เหล่านี้ค้างอยู่ โดยการหมุนตามเข็มนาฬิกา ขณะกดสวิตช์นี้ลง

11. ขั้วต่อ “E_x”

- สำหรับต่อแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ต้องการวัดค่า

12. ขั้วต่อ “BA”

- สำหรับต่อแบตเตอรี่

13. ขั้วต่อ “GA” และขั้วต่อ “GA Guard”

- “GA” สำหรับต่อกัลป์วานอมิเตอร์และ “GUARD” สำหรับต่อวงจรคุ้มกัน

14. ขั้วต่อ “BA GUARD”

- เป็นขั้วต่อคุ้มสำหรับแบตเตอรี่

15. ขั้วต่อ “E_s”

- สำหรับต่อเซลมาตรฐาน

16. ขั้วต่อลงดิน

- ขั้วต่อนี้จะต่อกับแผงหน้า ( Panel ) และกล่อง ( Case ) อยู่ภายใน สำหรับต่อลงดินภายนอก

การปรับมาตรฐานกระแส ( Standardization )

1.         ให้ G₀ , G₁, G₂, G_s อยู่ที่ตำแหน่ง “OFF” พิจารณาตำแหน่งเข็มของกัลป์วานอมิเตอร์ว่าขี้ที่ศูนย์หรือไม่

2.         ต่อเซลมาตรฐาน ปรับ E_s-dial ตามค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลมาตรฐาน

3.         ตั้งสวิตช์เลือกแรงดัน ( E_s-E_k ) ที่ “E_s” ต่อแบตเตอรี่ให้ถูกขั้ว กด “G₂” ( แล้วปล่อย ) เพื่อให้รู้ทิศทางของการปรับที่จำเป็น ขณะนี้ขอแนะนำให้ตั้งค่ากระแสก่อนให้มีค่าประมาณ 22 mA โดยใช้แอมมิเตอร์วัด         ( ในกรณีที่ใช้แหล่งกำเนิดกระแสคงที่ ให้ปรับที่ตัวแหล่งกำเนิดให้จ่ายกระแส 22 mA ) ปรับกระแสโดย “Coarse” และ “Medium” เพื่อให้ได้การสมดุลอย่างหยาบ เพิ่มความไวของกัลป์วานอมิเตอร์ โดยใช้ G₁, G₀ ปรับกระแสโดยใช้ “Medium” และ “Fine” จนกระทั่งกัลป์วานอมิเตอร์ชี้ค่าศูนย์ การกด G₂, G₁, G₀ ควรจะใช้เวลาน้อยที่สุดเท่าที่ทำได้ เพื่อให้การถ่ายเทประจุจากเซลมาตรฐานมีค่าน้อยที่สุด              ( กระแสที่ผ่านเซลมาตรฐานควรน้อยกว่า 1 µA)

หมายเหตุ    ขณะปรับมาตรฐานกระแส หน้าปัด I, II, III และตัวเลือกพิสัย จะอยู่ที่ตำแหน่งใดก็ได้ อย่างไรก็ตาม dial IV ควรอยู่ภายใน -1 ถึง +11

โพเทนชิโอมิเตอร์สำหรับอุตสาหกรรม

               โพเทนชิโอมิเตอร์แบบนี้ ใช้ในงานที่ต้องการความละเอียดรองลงมา แต่ถูกออกแบบให้แข็งแรงสำหรับใช้งานในโรงงาน ค่าที่อ่านจะถูกปรับเทียบให้อยู่ในรูปปริมาณที่ต้องการ เช่น อุณหภูมิ ความดัน และอื่น ๆ จะแสดงวงจรหนึ่งของโพเทนชิโอมิเตอร์ที่ใช้ในอุตสาหกรรม โดยออกแบบสำหรับงานเฉพาะอย่างเช่น ใช้วัดอุณหภูมิจาก 400 ถึง 1000 องศาเซลเซียส โดยใช้เทอร์โมคัปเปิลชนิด Iron – constantan ในวงจรนี้ กระแสจากแบตเตอรี่จะแยกไหลเป็น 2 สาขา ( Branch ) ในการออกแบบ จะให้กระแสในแต่ละสาขาเท่ากัน ดังนั้นความต้านทานรวมในแต่ละสาขาจะเท่ากัน

               สาขาแรกประกอบด้วยตัวต้านทาน R₁, R₂ ขนานกับ W และ R₃ อีกสาขาหนึ่งประกอบด้วย ตัวต้านทาน R_s และ R_n ความต้านทานรวม R_s + R_n ทำหน้าที่ปรับมาตรฐานกระแส ( ให้มีค่าตามที่ต้องการ ) ค่าความต้านทาน R_n จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของจุดต่ออ้างอิง ( Reference Junction ) ที่เลือก R_n อาจเป็นเส้นลวดตัวต้านทาน ( Slide Wire ) และถูกปรับเทียบเป็นมิลลิโวลต์ ซึ่งสามารถถูกตั้งโดยมือ ( Manually ) ให้มีค่าเหมาะที่จะชดเชยตลอดช่วงอุณหภูมิของจุดต่ออ้างอิง R₁ จะเลือกสำหรับชดเชยอุณหภูมิปลายช่วงวัด ( กรณีนี้คือ 400 องศาเซลเซียส ) การปรับของ W ( ที่ต่อขนานกับ R₂ ) จะต้องสามารถครอบคลุม Span ของการวัด ( 1000 – 400 = 600 องศาเซลเซียส ) ค่าของ R₃ คือ ความต้านทานที่ใส่เข้าไป เพื่อทำให้ความต้านทานรวมในแต่บะสาขาเท่านั้น แสดงโพเทนชิโอมิเตอร์ที่ปรับสมดุลด้วยตัวเอง ซึ่งใช้เครื่องแปลงผันแบบชอปเปอร์ ( Chopper Type Converter ) แทนกัลวานอมิเตอร์ในเครื่องวัดแบบปรับด้วยมือ แรงดันไม่สมดุลจะถูกป้อนสู่วงจรขยายโดยผ่านเครื่องแปลงผัน เอาต์พุตของวงจรขยายจะไปขับมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบสองเฟส ซึ่งจะขับตัวเลื่อน ( Slider ) ของโพเทนขิโอมิเตอร์ไปสู่ตำแหน่งสมดุล ตัวแปลงผันจะอยู่ระหว่างเอาต์พุตของโพเทนชิโอมิเตอร์และอินพุตของวงจรขยาย และทำหน้าที่แปลงแรงดันกระสตรงที่ไม่สมดุลเป็นแรงดันกระแสสลับไม่สมดุล ซึ่งจะถูกขยายโดยวงจรขยายไฟสลับจะใช้สำหรับวัดอุณหภูมิโดยเทอร์โมคัปเปิล ลิ้น ( Reed ) ที่สั่นของเครื่องแปลงผัน ( หมายเลข 1 ) จะถูกขับ   โดยแรงดันสายความถี่ 60 เฮิรตซ์ ให้ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ ซึ่งจะกลับกระแสที่ผ่านขดวลดปฐมภูมิที่แยกกันของหม้อแปลงอินพุต ทุกครั้งที่ลิ้นสั่น ผลก็คือ เอาต์พุตของหม้อแปลงจะมีแรงดัน 60 เฮิรตซ์ ( ซึ่งเป็นสัดส่วนอินพุตกระแสตรงของเครื่องแปลงผัน ) และถูกป้อนเข้าสู่วงจรขยาย ( 1 ) เอาต์พุตจากวงจรขยาย ( 1 ) จะป้อนเข้าสู่ขดควบคุม ( Control Winding ) ของมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบสองเฟส แรงดันที่ป้อนแก่ขดกระตุ้น ( Exciting Winding ) จะมาจากแรงดันสาย ( Line Voltage ) ที่ถูกเลื่อนเฟสไป 90 องศา ขึ้นอยู่กับขั้วของแรงดันกระแสตรงไม่สมดุล ที่ป้อนเข้าสู่อินพุตของเครื่องแปลงผัน ทำให้ทิศทางการหมุนของมอเตอร์ถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์เฟสระหว่างสองแรงดันที่ขดลวดทั้งสอง ถ้าแรงดันเคลื่อนที่ต้องการวัดค่า E_x มากกว่าแรงดันปรับสมดุลที่สร้างโดยโพเทนชิโอมิเตอร์ มอเตอร์จะหมุนในทิศทางหนึ่ง ถ้า E_x น้อยกว่าแรงดันปรับสมดุล เอาต์พุตจากวงจรขยาย ( 1 ) จะเลื่อนไป 180 องศา ทำให้มอเตอร์หมุนกลับอีกทิศหนึ่ง แกนหมุนของมอเตอร์จะต่อทางกลอยู่กับตัวเลื่อนในลักษณะที่การหมุนของมอเตอร์จะลดการไม่สมดุลในวงจรโพเทนชิโอมิเตอร์ การหมุนจะหยุดเมื่อเข้าสู่สภาวะสมดุลหรือกระแสควบคุมเป็นศูนย์ เมื่อกระแสของโพเทนชิโอมิเตอร์ถูกรักษาให้คงที่ ( ที่สมดุล ) ตำแหน่งของตัวเลื่อน C จะแสดงอุณหภูมิ ถ้าต่อเขื่อมทางกล มอเตอร์กับกลไกของปากกา การเคลื่อนที่ของตัวเลื่อนจะกลายเป็น การเคลื่อนที่ของปากกาอย่างต่อเนื่อง

               เนื่องจากเราจะต้องรักษากระแสด้านโพเทนชิโอมิเตอร์และในความต้านทานชดเชย R_n ให้คงที่ สำหรับแหล่งกำเนิดกระแสคงที่จะทำการเรียงกระแส และทำให้เรียบเป็นกระแสกระแสตรง ในการรักษาให้เป็นกระแสกระแสตรงที่มีค่าคงที่ เราจะคุมค่า ( Regulate ) กระแสอัตโนมัติ โดยวงจรปรับกระแสอ้างอิง ซึ่งในรูปประกอบด้วย เซลมาตรฐาน E_x ส่วนของเครื่องแปลงผัน หม้อแปลงอินพุต วงจรขยายกระแสสลับ ( 2 ) วงจรเรียงกระแส และวงจรกรอง

               เราจะใช้ความต้านทาน R ในการตรวจสอบว่า ค่ากระแสถูกต้องหรือไม่ สมมติว่า R ทำให้กระแสในตัวมัน ( I )เท่ากับใน R_n ถ้ารักษากระแสใน R_n ให้มีค่าคงที่ ดังนั้นกระแสใน R จะคงที่ด้วย ค่าของ R จะถูกกำหนดในลักษณะที่       เมื่อกระแสมาตรฐานไหลผ่านตัวมัน แรงดันตกคร่อมมันจะเท่ากับแรงดันของเซลมาตรฐาน หรือ

                                                                                               VR=RI = Es

               เมื่อกระแส I กลายเป็น I’ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของแรงดันแหล่งกำเนิด อินพุตของวงจรขยาย ( 2 )       จะกลายเป็น

                                                                                     Vin=  Es- V'R   =  R(I-I')

               ซึ่ง V_in นี้จะถูกขยายและเรียงกระแส และ ( I-I’ ) ก็จะถูกกำจัดออกไปจากวงจร กระแสของวงจรจะอยู่ภายใน                 I ± 0.1% เมื่อแรงดันแหล่งกำเนิดอยู่ภายใน 100 ± 10 V

โพเทนชิโอมิเตอร์กระแสตรงแบบความต้านทานคงที่

               โพเทนชิโอมิเตอร์ที่ใช้หลักการนี้ ได้เสนอโดย Lindeck ในปี 1899 เพื่อวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเทอร์โมคัปเปิล และใช้ความต้านทานมาตรฐาน R แบบ 4 ขั้ว ทำจากแมงกานินร่วมกับแบตเตอรี่ E ตัวต้านทานปรับค่าได้ R_B  มิลลิแอมมิเตอร์ A และกัลวานอมิเตอร์ G

               เมื่อต่อค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ต้องการทราบค่า ( E_x ) เข้าไปทำการแปรค่ากระแสโดยการปรับ R_B จนกระทั่งกัลวานอมิเตอร์ G ชี้ค่าศูนย์ ซึ่งหมายถึง ขณะนี้แรงดันที่ตกคร่อมความต้านทานค่าคงที่ ( R ) เท่ากับแรงเคลื่อนที่ต้องการทราบค่า การเปลี่ยนพิสัยวัด ( Range ) ของเครื่องวัดแบบนี้ทำได้ง่าย โดยเพียงแต่เปลี่ยนค่า R และเพราะว่าเครื่องวัดแบบนี้ไม่ใช่ค่ากระแสอ้างอิง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้เซลมาตรฐาน ความละเอียดถูกต้องจะถูกจำกัดโดยค่าความละเอียดถูกต้องของมิลลิแอมมิเตอร์ A ( ปกติมีค่า ± 0.5 เปอร์เซ็นต์ของค่าสูงสุดสเกล ) ซึ่งใช้สำหรับอ่านค่ากระแสที่ผ่าน R โดยการเลือกค่า R ที่เหมาะสม การแบ่งสเกลของแอมมิเตอร์ให้เป็น 1, 10, 100 µV หรือค่าอื่น ๆ ได้ตามต้องการ

               แม้ว่าความถูกต้องของเครื่องวัดจะไม่สูงมาก แต่มันจะมีข้อดีเหนือโพเทนชิโอมิเตอร์แบบกระแสคงที่มนการวัดแรงดันต่ำ วงจรซึ่งจะต้องถูกป้องกันจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าปรสิต ( Parasitic ) จะไม่ยุ่งยากเพราะเพียงระกอบด้วยชันต์            กัลวานอมอเตอร์ โดยไม่มีหน้าสัมผัสเลื่อน หรือองค์ประกอบที่ปรับค่าได้ ดังนั้นมันสามารถถูกแยกอยู่ในสิ่งห่อหุ้มที่กำบังความร้อน เพื่อให้แน่ใจว่ามันอยู่ในอุณหภูมิที่เป็นหนึ่งเดียวกัน การเปลี่ยนพิสัยวัดทำได้โดยการใช้สวิตช์เลือกเพื่อเปลี่ยนตัวต้านทานมาตรฐาน

โพเทนชิโอมิเตอร์กระแสสลับ

               โดยหลักการเบื้องต้นแล้ว โพเทนชิโอมิเตอร์กระแสสลับทำงานเหมือนกับโพเทนชิโอมิเตอร์กระแสตรง อย่างไรก็ตามจะมีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างมันทั้งสองคือ ในโพเทนชิโอมิเตอร์กระแสตรง เราพยายามทำให้ขนาด ( Mgnitude ) ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ต้องการทราบค่ากับแรงดันคร่อมลวดความต้านทานเท่ากันเพื่อให้ได้สภาวะสมดุล แต่ในโพเทนชิโอมิเตอร์กระแสสลับ เราจะต้องทำให้ทั้งขนาดและเฟสเท่ากัน เพื่อให้ได้สภาวะสมดุล

โพเทนชิโอมิเตอร์กระแสสลับจะมีประโยชน์มาก

1.         ในงานวัดทางวิศวกรรม ซึ่งความถูกต้อง 0.5 ถึง 1 % ก็เพียงพอ หรือถูกใช้ในกรณีที่วิธีโพเทนชิโอมิเตอร์อาจจะสะดวกหรือง่ายกว่าการหาค่าแรงดันโดยวิธีอื่น

2.         เมื่อต้องการการวัดอัตราส่วนของสองแรงดันอย่างถูกต้อง แต่ไม่ต้องการรู้ค่าขนาดของตัวหนึ่งตัวใด

3.         การวัดแรงดันที่ต้องแยกเป็นส่วนประกอบแกนขวาง ( Quadrature Component ) โพเทนชิโอมิเตอร์กระแสสลับจะให้ผลที่ดีมาก เมื่อใช้ในการทดสอบทางแม่เหล็ก และในการหาอัตราส่วนและมุมเฟสอย่างละเอียดของหม้อแปลงเครื่องมือวัด

เนื่องจากไม่มีกระแสที่สมมูลกับเซลมาตรฐาน ดังนั้นความถูกต้องสัมบูรณ์ที่เราสามารถวัดแรงดันกระแสสลับโดยโพเทนชิโอมิเตอร์กระแสสลับ จะไม่สามารถเทียบได้กับค่าแรงดันกระแสตรงที่ได้จากการวัดโดยโพเทนชิโอมิเตอร์กระแสตรง ในทางปฏิบัติ เมื่อต้องการให้อ่านแรงดันโดยตรงจากหน้าปัดของโพเทนชิโอมิเตอร์กระแสสลับ เราจะต้องปรับมาตรฐานกระแสของโพเทนชิโอมิเตอร์

เช่นเดียวกับในกรณีของโพเทนชิโอมิเตอร์กระแสตรง การปรับมาตรฐานกระแส ทำได้โดยใช้มิลลิแอมมิเตอร์แบบอิเล็กโตรไดนาโมมิเตอร์ ที่จะตอบสนองต่อกระแสสลับได้เช่นเดียวกับกระแสตรง โดยการปรับเทียบกับกระแสตรงและปรับให้มีค่าเดียวกัน เมื่อใช้กับกระแสสลับ

โพเทนชิโอมิเตอร์กระแสสลับแบ่งได้เป็น 2 ชนิด ตามค่าที่แรงดันที่ต้องการทราบค่า ปรากฏที่หน้าปัด หรือ สเกลของเครื่องวัด ได้แก่

โพเทนชิโอมิเตอร์เชิงขั้ว ( Polar )

                              ในโพเทนชิโอมิเตอร์แบบนี้ แรงดันที่ต้องการทราบค่าจะถูกทำให้สมดุล โดยการปรับทั้งขนาดและเฟสของแรงกันตัวเดียว ตัอย่างของโพเทนชิโอมิเตอร์แบบนี้คือ โพเทนชิโอมิเตอร์ของ Drysdale ( ในปี 1908 ) จะใช้กระแสทำงานประมาณ 0 mA โดยการตั้งมิลลิแอมมิเตอร์แบบอิเล็กโตรไดนามิก โดยเริ่มจากการปรับมาตรฐานกระแส โดยป้อนแหล่งกำเนิดกระแสตรงให้แก่โพเทนชิโอมิเตอร์ต่อเซลมาตรฐานคร่อมลวดเลื่อน ปรับกระแสโพเทนชิโอมิเตอร์ให้ได้ค่ากระแสโพเทนชิโอมิเตอร์ตามต้องการ ต่อไปให้แรงดันที่ป้อนแก่โพเทนชิโอมิเตอร์มาจากตัวเลื่อนเฟส ซึ่งจะให้แรงดันกระแสสลับที่ขนาดคงที่ แต่สามารถปรับเฟสได้ตามต้องการ จากนั้นนำแรงดันที่ต้องการทราบค่ามาต่อแทนเซลมาตรฐาน เราสามารถปรับขนาด โดยปรับตัวเลื่อนของลวดความต้านทาน ร่วมกับมุมเฟสของตัวเลื่อนเฟส เพื่อให้ได้ขนาดและเฟสของแรงดันที่เราต้องการทราบค่า

โพเทนชิโอมิเตอร์เชิงพิกัด ( Coordinate )

                              ในโพเทนชิโอมิเตอร์แบบนี้ จะเป็นการเปรียบเทียบพิกัดของแรงดันที่ต้องการทราบค่า ในพจน์ของส่วนประกอบที่ Inphase ( X ) และส่วนประกอบแกนขวาง ( y ) ค่าทั้งสองนี้ จะอ่านขากสเกลทั้งสองของโพเทนชิโอมิเตอร์ ตัวอย่างของโพเทนชิโอมิเตอร์ชนิดนี้ได้แก่ โพเทนชิโอมิเตอร์ของ Gall หลักการจะอาศัยกระแสสองค่า I₁ กับ I₂ โดยที่ความต่างเฟสร่วม 90 องศา กระแสทั้งสองค่าจะได้จากแหล่งจ่ายเฟสเดียวผ่านหม้อแปลงแยกขดลวด I₂ จะมีเฟสห่างจาก I₁ 90 องศา โดยวงจรแยกเฟส

ก่อนใช้วัด จะต้องปรับมาตรฐานกระแส I₁ โดยวิธีเดียวกับที่อธิบายในโพเทนชิโอมิเตอร์ของ Drysdale ต่อไปทำการปรับมาตรฐานกระแส I₂ โดยอาศัยแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำร่วมในขดทุติยภูมิของตัวเหนี่ยวนำร่วม ค่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าจะนำไปปรับเทียบกับส่วนประกอบแกนขวาง ( ที่วัดคร่อมลวดเลื่อน ) การสมดุลจะเกิดเมื่อ I₂ มีขนาดที่ถูกต้องและต่างเฟสกัน 90 องศา พอดี ซึ่งทำได้โดยการปรับตัวเลื่อนเฟสและ R₂

จากนั้นทำการป้อนแรงดันที่ต้องการทราบค่าลวดเลื่อนชุดที่ 1 จะวัดส่วนประกอบของ E_x ซึ่ง Inphase กับ I₂ ลวดเลื่อนชุดที่ 2 จะวัดส่วนประกอบของ E_x ซึ่ง Inphase กับ I₁ เพราะว่า I₁ กับ I₂ ห่างกัน 90 องศา ดังนั้นค่าที่วัดจากลวดเลื่อนจะเป็นส่วนประกอบของ E_x ที่ห่างกัน 90 องศา ด้วย

สวิตช์กลับทางจะใช้สำหรับวัดทั้งส่วนประกอบ Inphase และตามขวางที่เป็นแรงดันบวกและลบที่ไม่ทราบค่า

รูปนี้ แสดงลักษณะของตัวต้านทานแบบโพเทนชิโอมิเตอร์แบบปรับละเอียด

                                             รูปแสดงลักษณะโครงสร้างของโพเทนชิโอมิเตอร์ (Potentiometer)

แหล่งอ้างอิง

http://automationreview.blogspot.com/2013/10/potentiometer-motor-inverter.html
https://www.google.co.th/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCoQFjAA&url=http%3A%2F%2Fstudent.nu.ac.th%2Felectronic%2F00001.doc&ei=vYR_Ur7dF8L-rAervoDADQ&usg=AFQjCNHA0hFMUXP8FAZHUAAs22waxjk-oA
https://www.google.co.th/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCoQFjAA&url=http%3A%2F%2Fstudent.nu.ac.th%2Felectronic%2F00004.doc&ei=VEh6UsnPGKbiigLei4HIBA&usg=AFQjCNEwRDWU5MmVyXcdIgU0nmxW0nCxrg
http://www.ee.eng.cmu.ac.th/OnlineCourses/252283/Lab2-TheoryIV.html

หนังสือ ทฤษฏีเครื่องวัดไฟฟ้า การวัดขนาดทางไฟฟ้า  ผู้เขียน  วิบูล เขมรังสฤษฎ์

หนังสือ การวัดและเครื่องวัดไฟฟ้า  ผู้เขียน  รศ.ดร.เอก ไชยสวัสดิ์

หนังสือ เครื่องวัดและการวัดทางไฟฟ้า  ผู้เขียน  อาภรณ์ เก่งพล  และ  ดร.โอซามุ นิชิโนะ