Apakah Pengukuran Rintangan?

Apakah Pengukuran Rintangan?

Definisi Rintangan

Rintangan adalah penentangan terhadap aliran arus elektrik, konsep asas dalam kejuruteraan elektrik.

Pengukuran Rintangan Rendah (<1Ω)

Jambatan Ganda Kelvin

Jambatan ganda Kelvin adalah pengubahsuaian jambatan Wheatstone yang mudah. Rajah di bawah menunjukkan gambarajah litar jambatan ganda Kelvin.

Seperti yang kita lihat dalam rajah di atas, terdapat dua set lengan, satu dengan rintangan P dan Q dan yang lain dengan rintangan p dan q. R adalah rintangan rendah yang tidak diketahui dan S adalah rintangan piawai. Di sini, r mewakili rintangan kontak antara rintangan yang tidak diketahui dan rintangan piawai, yang perlu kita hilangkan. Untuk pengukuran, kita membuat nisbah P/Q sama dengan p/q dan oleh itu, jambatan Wheatstone seimbang terbentuk, menyebabkan galvanometer tidak bergerak. Oleh itu, untuk jambatan yang seimbang, kita boleh tulis

Dengan menggantikan Persamaan 2 ke dalam Persamaan 1 dan menggunakan nisbah P/Q = p/q, kita mendapatkan hasil berikut:

Oleh itu, kita melihat bahawa dengan menggunakan lengan ganda yang seimbang, kita dapat menghilangkan rintangan kontak sepenuhnya dan oleh itu, kesilapan disebabkannya. Untuk menghilangkan kesilapan lain disebabkan oleh emf termo-elektrik, kita ambil bacaan lain dengan sambungan bateri dibalik dan akhirnya ambil purata dua bacaan tersebut. Jambatan ini berguna untuk rintangan dalam julat 0.1µΩ hingga 1.0 Ω.

Ohmmeter Ducter

Ohmmeter Ducter, instrumen elektromekanikal, mengukur rintangan rendah. Ia termasuk magnet kekal, serupa dengan instrumen PMMC, dan dua kumparan yang diletakkan dalam medan magnet dan pada sudut kanan satu sama lain, berputar bebas tentang paksi yang sama. Rajah di bawah menunjukkan Ohmmeter Ducter dan sambungan yang diperlukan untuk mengukur rintangan R yang tidak diketahui.

Salah satu kumparan dipanggil kumparan arus, disambungkan ke terminal arus C1 dan C2, manakala kumparan lain dipanggil kumparan voltase, disambungkan ke terminal potensial V1 dan V2. Kumparan voltase membawa arus yang berkadar dengan jatuh tegangan merentasi R dan oleh itu torka yang dihasilkan. Kumparan arus membawa arus yang berkadar dengan arus yang mengalir melalui R dan oleh itu torkanya juga. Kedua-dua torka bertindak dalam arah yang berlawanan dan penunjuk berhenti apabila kedua-duanya sama. Instrumen ini berguna untuk rintangan dalam julat 100µΩ hingga 5Ω.

Pengukuran Rintangan Sederhana (1Ω – 100kΩ)

Kaedah Ammeter Voltmeter

Ini adalah kaedah yang paling kasar dan paling mudah untuk mengukur rintangan. Ia menggunakan satu ammeter untuk mengukur arus, I dan satu voltmeter untuk mengukur voltan, V dan kita mendapatkan nilai rintangan sebagai

Sekarang kita boleh mempunyai dua sambungan yang mungkin untuk ammeter dan voltmeter, ditunjukkan dalam rajah di bawah.Sekarang dalam rajah 1, voltmeter mengukur jatuh tegangan merentasi ammeter dan rintangan yang tidak diketahui, oleh itu

Oleh itu, ralat relatif akan menjadi,

Untuk sambungan dalam rajah 2, ammeter mengukur jumlah arus melalui voltmeter dan rintangan, oleh itu

Ralat relatif akan menjadi,

Boleh diperhatikan bahawa ralat relatif adalah sifar untuk Ra = 0 dalam kes pertama dan Rv = ∞ dalam kes kedua. Sekarang soalan timbul bahawa sambungan mana yang digunakan dalam kes mana. Untuk mencari ini, kita samakan kedua-dua ralat tersebut

Oleh itu, untuk rintangan yang lebih besar daripada yang diberikan oleh persamaan di atas, kita gunakan kaedah pertama dan untuk yang kurang daripada itu, kita gunakan kaedah kedua.

Kaedah Jambatan Wheatstone

Ini adalah jambatan litar yang paling mudah dan asas yang digunakan dalam kajian pengukuran. Ia terutamanya terdiri daripada empat lengan rintangan P, Q; R dan S. R adalah rintangan yang tidak diketahui dalam eksperimen, manakala S adalah rintangan piawai. P dan Q dikenali sebagai lengan nisbah. Sumber EMF disambungkan antara titik a dan b, manakala galvanometer disambungkan antara titik c dan d.

Litar jambatan selalu beroperasi berdasarkan prinsip deteksi sifar, iaitu kita ubah parameter sehingga detektor menunjukkan sifar dan kemudian gunakan hubungan matematik untuk menentukan yang tidak diketahui dalam sebutan parameter yang berubah dan pemalar lain. Di sini juga, rintangan piawai, S diubah untuk mendapatkan defleksi sifar dalam galvanometer. Defleksi sifar ini bermaksud tiada arus dari titik c ke d, yang bermaksud bahawa potensial titik c dan d adalah sama. Oleh itu

Dengan menggabungkan kedua-dua persamaan di atas, kita mendapatkan persamaan yang terkenal –

Kaedah Substitusi

Rajah di bawah menunjukkan gambarajah litar untuk pengukuran rintangan R yang tidak diketahui. S adalah rintangan piawai yang boleh diubah dan r adalah rintangan pengatur.

Pertama, sakelar diletakkan pada posisi 1 dan ammeter dibuat untuk membaca jumlah arus tertentu dengan mengubah r. Nilai bacaan ammeter dicatat. Kemudian, sakelar dipindahkan ke posisi 2 dan S diubah untuk mencapai bacaan ammeter yang sama seperti dalam kes awal. Nilai S yang mana ammeter membaca sama seperti pada posisi 1, adalah nilai rintangan yang tidak diketahui R, dengan syarat sumber EMF mempunyai nilai yang tetap sepanjang eksperimen.

Pengukuran Rintangan Tinggi (>100kΩ)

Kaedah Rugi Muatan

Dalam kaedah ini, kita menggunakan persamaan voltan merentasi kapasitor yang sedang dicharge untuk menentukan nilai rintangan yang tidak diketahui R. Rajah di bawah menunjukkan gambarajah litar dan persamaan yang terlibat adalah-

Namun, kes di atas mengandaikan tiada rintangan kebocoran kapasitor. Oleh itu, untuk mengambil kira hal ini, kita menggunakan litar yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. R1

Kita mengikuti prosedur yang sama tetapi pertama dengan sakelar S1 ditutup dan seterusnya dengan sakelar S1 dibuka. Untuk kes pertama, kita mendapatkan

Untuk kes kedua dengan sakelar dibuka, kita mendapatkan

Dengan menggunakan R1 dari persamaan di atas dalam persamaan untuk R', kita boleh mencari R.

Kaedah Jambatan Megohm

Dalam kaedah ini, kita menggunakan filosofi jambatan Wheatstone yang terkenal tetapi dengan cara yang sedikit dimodifikasi. Rintangan tinggi diwakili seperti dalam rajah di bawah.

G adalah terminal pengawal. Sekarang kita juga boleh mewakili resistor seperti yang ditunjukkan dalam rajah bersebelahan, di mana RAG dan RBG adalah rintangan kebocoran. Litar untuk pengukuran ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Boleh diperhatikan bahawa kita sebenarnya mendapatkan rintangan yang merupakan kombinasi selari R dan RAG. Walaupun ini menyebabkan ralat yang sangat tidak signifikan.