Mikä on vastuksen mittaaminen?

Mikä on vastuksen mittaaminen?

Vastuksen määritelmä

Vastus on sähkövirran vastustus, joka on sähkötekniikan peruskäsite.

Matalan vastuksen (<1Ω) mittaaminen

Kelvinin kaksipaikkainen silta

Kelvinin kaksipaikkainen silta on yksinkertaisen Wheatstonen sillan muokattu versio. Alla oleva kaavio näyttää Kelvinin kaksipaikkaisen sillan piirikaavion.

Kuten näemme yllä olevasta kaaviosta, on olemassa kaksi kyynärpäiden sarjaa, toinen vastuksilla P ja Q, toinen vastuksilla p ja q. R on tuntematon matala vastus ja S on standardivastus. Tässä r edustaa yhteyden vastusta tuntemattoman vastuksen ja standardivastuksen välillä, jonka vaikutuksen meidän täytyy poistaa. Mittauksessa asetamme suhteen P/Q yhtä suureksi kuin p/q, mikä johtaa tasapainotettuun Wheatstonen siltaan, jossa galvanometrin osoitus on nolla. Tästä seuraa, että tasapainotetulle sillalle voimme kirjoittaa

Sijoittamalla Yhtälön 2 arvot Yhtälöön 1 ja käyttämällä suhdetta P/Q = p/q, johdamme seuraavan tuloksen:

Näin nähdään, että tasapainotettujen kaksipaikkaisilla kyynärpäillä voimme poistaa yhteyden vastuksen kokonaan ja siten virheen, joka sen aiheuttaa. Toisen virheen, termoelektrisen emf:n aiheuttaman, poistamiseksi otamme toisen mittauksen akun yhdistystä kääntäen ja lopulta otamme kahden mittauksen keskiarvon. Tämä silta on hyödyllinen vastuksille, jotka ovat 0.1 µΩ:sta 1.0 Ω:aan.

Ducter-ohmimetri

Ducter-ohmimetri, sähkömekaaninen laite, mitataan matalia vastuksia. Se sisältää pysyvän magneitin, samankaltainen kuin PMMC-laitteissa, ja kaksi kulmaa, jotka sijaitsevat magneettikentässä ja ovat kohtisuorassa toisiaan vasten, pyörimässä vapaasti yhteisellä akselilla. Alla oleva kaavio havainnollistaa Ducter-ohmimetria ja tarvittavia yhteyksiä tuntemattoman vastuksen R mittaamiseksi.

Yksi kuluista, jota kutsutaan sähkökulmaksi, on yhdistetty sähköterminals C1 ja C2, kun taas toista kuluista, jota kutsutaan jännitekulmaksi, on yhdistetty potentiaaliterminaaleihin V1 ja V2. Jännitekulu kuljettaa sähköä, joka on verrannollinen jännitteen pudotukseen R:lla, ja siksi myös sen tuottama momentti on verrannollinen. Sähkökulu kuljettaa sähköä, joka on verrannollinen sähkövirran R:lla, ja siksi myös sen tuottama momentti on verrannollinen. Molemmat momentit vaikuttavat päinvastaiseen suuntaan, ja ilmaisin pysähtyy, kun ne ovat tasa-arvoiset. Tämä laite on hyödyllinen vastuksille, jotka ovat 100 µΩ:sta 5 Ω:aan.

Keskitason vastusten (1Ω – 100kΩ) mittaaminen

Ammeteri-voltmetri-menetelmä

Tämä on raakkin ja yksinkertaisin tapa mittailla vastusta. Se käyttää yhtä ammeteriä sähkövirran I mittaamiseen ja yhtä voltmeteriä jännitteen V mittaamiseen, ja saamme vastuksen arvoksi

Nyt voimme olla kahdella mahdollisella ammeterin ja voltmeterin yhdistelmällä, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.Nyt kuvassa 1 voltmeteri mitataa jännitteen pudotuksen ammeterin ja tuntemattoman vastuksen yli, joten

Joten, suhteellinen virhe on,

Yhteydessä kuvassa 2, ammeteri mitataa summan sähkövirrasta voltmeterin ja vastuksen läpi, joten

Suhteellinen virhe on,

Voidaan huomata, että suhteellinen virhe on nolla, kun Ra = 0 ensimmäisessä tapauksessa ja Rv = ∞ toisessa tapauksessa. Nyt kysymys on, mitä yhteyttä käytetään missäkin tapauksessa. Selvittääksemme tämän yhtäsuuruuden asetamme molempien virheiden yhtäsuuren.

Joten vastuksille, jotka ovat suurempia kuin yllä oleva yhtälö antaa, käytämme ensimmäistä menetelmää, ja alle tämän toista menetelmää.

Wheatstonen silta-menetelmä

Tämä on yksinkertaisin ja perustavin silta-piiri, jota käytetään mittausopin tutkimuksissa. Se koostuu neljästä vastuskyynärpäistä, P, Q, R ja S. R on tuntematon vastus, jota tutkitaan, kun taas S on standardivastus. P ja Q ovat suhteverhoja. EMF-lähde on yhdistetty pisteen a ja b välille, kun taas galvanometri on yhdistetty pisteen c ja d välille.

Silta-piiri toimii aina nolladetektion periaatteella, eli vaihdamme parametrin, kunnes detektori näyttää nollan, ja sitten käytämme matemaattista yhtälöä määrittääksemme tuntemattoman muuttujan muuttuvan parametrin ja muita vakioita avulla. Tässä myös standardivastus S vaihdetaan, jotta saadaan nollan deflektio galvanometrissä. Tämä nollan deflektio tarkoittaa, että ei ole sähkövirtaa pisteestä c pisteeseen d, mikä tarkoittaa, että pisteiden c ja d potentiaali on sama. Siksi

Yhdistämällä nämä kaksi yhtälöä saamme kuuluisan yhtälön –

Substituutiomenetelmä

Alla oleva kaavio näyttää piirikaavion tuntemattoman vastuksen R mittaamiseksi. S on variabeli standardivastus, ja r on säätövastus.

Ensin kytkin asetetaan paikkaan 1, ja ammeteri tehdään lukemaan tietty määrä sähkövirrata muuttamalla r. Ammeterin lukemus merkitään. Sitten kytkin siirretään paikkaan 2, ja S muutetaan, jotta saadaan sama ammeterin lukema kuin alkuperäisessä tapauksessa. Arvo S, jolla ammeteri näyttää saman kuin paikassa 1, on tuntematon vastus R, jos EMF-lähde on vakio koko kokeen ajan.

Korkeiden vastusten (>100kΩ) mittaaminen

Varauksen menetelmä

Tässä menetelmässä käytämme varauksen yhtälöä löytääksemme tuntemattoman vastuksen R arvon. Alla oleva kaavio näyttää piirikaavion ja osallistuvat yhtälöt ovat -

Yllä oleva tapaus kuitenkin olettaa, ettei kondensaattorilla ole vuotoresistanssia. Siksi huomioidaksemme sen käytämme alla olevaa piirikaaviota. R1

Seuraamme samaa menettelytapaa, mutta ensin kytkimen S1 suljettuna ja sitten avattuna. Ensimmäiselle tapaukselle saamme

Toiselle tapaukselle, kun kytkin on auki, saamme

Käyttämällä R1:ää yllä olevasta yhtälöstä R' yhtälössä voimme löytää R:n.

Megohmin silta-menetelmä

Tässä menetelmässä käytämme kuuluisaa Wheatstonen sillan filosofiaa, mutta hieman muodostettuna. Korkea vastus esitetään kuvan mukaan.

G on vartennussolmu. Nyt voimme myös esittää vastuksen kuvan mukaan, jossa R AG ja RBG ovat vuotoresistansseja. Mittauspiiri näkyy kuvassa.

Voidaan huomata, että saamme itse asiassa vastuksen, joka on R:n ja R AG:n rinnakkaisyhdistelmä. Vaikka tämä aiheuttaa hyvin merkityksettömän virheen.