ما هو قياس المقاومة؟

ما هو قياس المقاومة؟

تعريف المقاومة

المقاومة هي العائق أمام تدفق التيار الكهربائي، وهي مفهوم أساسي في الهندسة الكهربائية.

قياس المقاومة المنخفضة (<1Ω)

جسر كلفين المزدوج

جسر كلفين المزدوج هو تعديل لجسر ويتستون البسيط. يوضح الشكل أدناه رسم تخطيطي لجسر كلفين المزدوج.

كما نرى في الشكل أعلاه، هناك مجموعتان من الأذرع، واحدة مع مقاومات P و Q والأخرى مع مقاومات p و q. R هي المقاومة المنخفضة غير المعروفة و S هي المقاومة القياسية. هنا r تمثل مقاومة الاتصال بين المقاومة غير المعروفة والمقاومة القياسية، والتي نحتاج إلى إلغاء تأثيرها. للقياس نجعل نسبة P/Q تساوي p/q وبالتالي يتم تشكيل جسر ويتستون متوازن يؤدي إلى عدم وجود انحراف في الجالفانومتر. لذلك بالنسبة للجسر المتوازن يمكننا كتابة

باستبدال المعادلة 2 في المعادلة 1 واستخدام نسبة P/Q = p/q، نحصل على النتيجة التالية:

وبالتالي نرى أنه باستخدام الأذرع المزدوجة المتوازنة يمكننا إلغاء مقاومة الاتصال تمامًا وبالتالي الخطأ الناجم عنها. لإلغاء خطأ آخر ناجم عن الفرق الكهربائي الحراري، نأخذ قراءة أخرى مع عكس اتصال البطارية وأخيرًا نأخذ متوسط القراءتين. هذا الجسر مفيد للمقاومات في نطاق 0.1µΩ إلى 1.0 Ω.

أوميتر دكتير

أوميتر دكتير، وهو جهاز كهروميكانيكي، يقيس المقاومات المنخفضة. يتضمن مغناطيس دائم، مشابه للأجهزة PMMC، وحلقتين موضعهما داخل المجال المغناطيسي وعلى زاوية قائمة مع بعضهما البعض، وتدور بحرية حول محور مشترك. يوضح الشكل أدناه أوميتر دكتير والاتصالات اللازمة لقياس المقاومة غير المعروفة R.

تُربط إحدى الحلقات، وتسمى حلقة التيار، بمصادر التيار C1 و C2، بينما تُربط الحلقة الأخرى، وتسمى حلقة الجهد، بمصادر الجهد V1 و V2. تحمل حلقة الجهد تيارًا متناسبًا مع فولتية السقوط عبر R وبالتالي يكون عزمها أيضًا. تحمل حلقة التيار تيارًا متناسبًا مع التيار المار عبر R وبالتالي يكون عزمها أيضًا. يعمل كل من العزمين في الاتجاه المعاكس ويقف المؤشر عندما يكون الاثنان متساويين. هذا الجهاز مفيد للمقاومات في نطاق 100µΩ إلى 5Ω.

قياس المقاومة المتوسطة (1Ω – 100kΩ)

طريقة الأميتر والفولتمتر

هذه هي أبسط وأكثر طرق قياس المقاومة بدائية. تستخدم أميترًا واحدًا لقياس التيار I وفولتمترًا واحدًا لقياس الجهد V ونحصل على قيمة المقاومة كالتالي

يمكن أن يكون لدينا اتصالان ممكنان للأميتر والفولتمتر، كما هو موضح في الشكل أدناه. الآن في الشكل 1، يقيس الفولتمتر فولتية السقوط عبر الأميتر والمقاومة غير المعروفة، وبالتالي

وبالتالي سيكون الخطأ النسبي،

بالنسبة للاتصال في الشكل 2، يقيس الأميتر مجموع التيار عبر الفولتمتر والمقاومة، وبالتالي

سيكون الخطأ النسبي،

يمكن ملاحظة أن الخطأ النسبي صفر عند Ra = 0 في الحالة الأولى وRv = ∞ في الحالة الثانية. الآن السؤال هو أي اتصال يجب استخدامه في أي حالة. لايجاد ذلك نساوي الخطأين

وبالتالي بالنسبة للمقاومات الأكبر من تلك المعطاة بالمعادلة نستخدم الطريقة الأولى وللأقل منها نستخدم الطريقة الثانية.

طريقة جسر ويتستون

هذا هو أبسط وأساسى دائرة جسرية تستخدم في الدراسات القياسية. تتكون بشكل أساسي من أربع أذرع مقاومة P، Q؛ R و S. R هي المقاومة غير المعروفة تحت التجربة، بينما S هي المقاومة القياسية. P و Q تسمى الأذرع النسبية. يتم توصيل مصدر الجهد الكهربائي بين النقاط a و b بينما يتم توصيل الجالفانومتر بين النقاط c و d.

دائماً ما تعمل دائرة الجسر على مبدأ الكشف عن الصفر، أي نقوم بتغيير معلمة حتى يظهر الكاشف صفر ثم نستخدم علاقة رياضية لتحديد المجهول من حيث المعلمة المتغيرة والثوابت الأخرى. هنا أيضًا يتم تغيير المقاومة القياسية S لتوفير انحراف صفر في الجالفانومتر. يعني هذا الانحراف الصفر عدم وجود تيار من نقطة c إلى d، مما يعني أن جهد النقطة c والنقطة d متساوٍ. وبذلك

بجمع المعادلتين أعلاه نحصل على المعادلة الشهيرة -

طريقة التعويض

يوضح الشكل أدناه رسم تخطيطي لقياس مقاومة المقاومة غير المعروفة R. S هي مقاومة قياسية متغيرة و r هي مقاومة تنظيم.

أولاً يتم وضع المقود في الموضع 1 ويتم ضبط الأميتر ليقرأ كمية معينة من التيار بواسطة تغيير r. يتم تسجيل قيمة قراءة الأميتر. ثم يتم نقل المقود إلى الموضع 2 وتتم تغيير S لتحقيق نفس قراءة الأميتر كما كانت في الحالة الأولية. تكون قيمة S التي تقرأ الأميتر نفس قراءتها في الموضع 1 هي قيمة المقاومة غير المعروفة R، شريطة أن يكون مصدر الجهد الكهربائي ثابتًا خلال التجربة.

قياس المقاومة العالية (>100kΩ)

طريقة فقدان الشحنة

في هذه الطريقة نستغل معادلة الجهد عبر مكثف يفقد شحنته لحساب قيمة المقاومة غير المعروفة R. يوضح الشكل أدناه رسم التخطيطي والمعادلات المعنية هي-

ومع ذلك، فإن الحالة أعلاه تستند إلى عدم وجود مقاومة تسرب للمكثف. ولذلك لأخذ ذلك في الاعتبار نستخدم الدائرة الموضحة في الشكل أدناه. R1

نتبع نفس الإجراء ولكن أولاً مع المقود S1 مغلق ثم مع المقود S1 مفتوح. بالنسبة للحالة الأولى نحصل على

بالنسبة للحالة الثانية مع المقود مفتوح نحصل على

باستخدام R1 من المعادلة أعلاه في المعادلة لـ R' يمكننا حساب R.

طريقة جسر الميغا أوم

في هذه الطريقة نستخدم فلسفة جسر ويتستون الشهيرة ولكن بطريقة معدلة قليلاً. يتم تمثيل المقاومة العالية كما هو موضح في الشكل أدناه.

G هو المحطة الحامية. الآن يمكننا أيضًا تمثيل المقاومة كما هو موضح في الشكل المجاور، حيث RAG و RBG هما مقاومات التسرب. توضح الدائرة أدناه كيفية القياس.

يمكن ملاحظة أننا نحصل في الواقع على المقاومة التي هي تركيب موازي لـ R و RAG. رغم أن هذا يسبب خطأ غير مهم للغاية.