การวัดความต้านทานคืออะไร

การวัดความต้านทานคืออะไร?

คำนิยามของความต้านทาน

ความต้านทานคือการต้านทานกระแสไฟฟ้า ซึ่งเป็นแนวคิดพื้นฐานในวิศวกรรมไฟฟ้า

การวัดความต้านทานต่ำ (<1Ω)

สะพานวัดแบบเคลวินสองแขน

สะพานวัดแบบเคลวินสองแขนเป็นการปรับปรุงจากสะพานวัดแบบเวทสโตนที่เรียบง่าย รูปด้านล่างแสดงวงจรของสะพานวัดแบบเคลวินสองแขน

จากภาพด้านบนจะเห็นได้ว่ามีแขนสองชุด ชุดหนึ่งมีความต้านทาน P และ Q อีกชุดหนึ่งมีความต้านทาน p และ q R คือความต้านทานที่ไม่ทราบค่า S คือความต้านทานมาตรฐาน r แทนความต้านทานจากการติดต่อระหว่างความต้านทานที่ไม่ทราบค่ากับความต้านทานมาตรฐาน ซึ่งเราต้องกำจัดออก ในการวัดเราทำให้อัตราส่วน P/Q เท่ากับ p/q ทำให้สะพานวัดแบบเวทสโตนสมดุลและเกิดการเบี่ยงเบนของแกลวานอมิเตอร์เป็นศูนย์ ดังนั้นสำหรับสะพานที่สมดุลเราสามารถเขียนได้ว่า

โดยการแทนค่าสมการ 2 ลงในสมการ 1 และใช้อัตราส่วน P/Q = p/q เราจะได้ผลลัพธ์ดังนี้:

ดังนั้นเราเห็นว่าโดยใช้แขนคู่ที่สมดุลเราสามารถกำจัดความต้านทานจากการติดต่อออกไปอย่างสมบูรณ์ และลดความผิดพลาดจากมัน ในการกำจัดความผิดพลาดอีกประการหนึ่งที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าเทอร์โม-อิเล็กทริก เราทำการอ่านค่าอีกครั้งโดยสลับขั้วแบตเตอรี่แล้วหาค่าเฉลี่ยของทั้งสองค่า การวัดด้วยสะพานนี้มีประโยชน์สำหรับความต้านทานในช่วง 0.1µΩ ถึง 1.0 Ω

โอห์มมิเตอร์แบบดักเตอร์

โอห์มมิเตอร์แบบดักเตอร์เป็นเครื่องมือทางอิเล็กโตรเมคคาเนียลที่ใช้วัดความต้านทานต่ำ มีแม่เหล็กถาวรคล้ายกับเครื่องมือ PMMC และมีขดลวดสองขดวางอยู่ภายในสนามแม่เหล็กและตั้งฉากกัน หมุนได้อย่างเสรีรอบแกนเดียวกัน รูปด้านล่างแสดงโอห์มมิเตอร์แบบดักเตอร์และการเชื่อมต่อที่จำเป็นในการวัดความต้านทานที่ไม่ทราบค่า R

ขดลวดหนึ่งเรียกว่าขดลวดกระแส ต่อไปยังขั้ว C1 และ C2 ขณะที่ขดลวดอีกขดเรียกว่าขดลวดแรงดัน ต่อไปยังขั้ว V1 และ V2 ขดลวดแรงดันมีกระแสที่เป็นสัดส่วนกับแรงดันตกคร่อม R และสร้างแรงบิดขึ้น ขดลวดกระแสมีกระแสที่เป็นสัดส่วนกับกระแสที่ไหลผ่าน R และสร้างแรงบิดขึ้นเช่นกัน ทั้งสองแรงบิดทำงานในทิศตรงกันข้ามและตัวชี้หยุดเมื่อทั้งสองแรงบิดเท่ากัน เครื่องมือนี้มีประโยชน์สำหรับความต้านทานในช่วง 100µΩ ถึง 5Ω

การวัดความต้านทานระดับกลาง (1Ω – 100kΩ)

วิธีการวัดด้วยแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์

นี่เป็นวิธีการวัดที่ง่ายที่สุดและเรียบง่ายที่สุด ใช้แอมมิเตอร์วัดกระแส I และโวลต์มิเตอร์วัดแรงดัน V แล้วได้ค่าความต้านทาน

ตอนนี้เรามีการเชื่อมต่อแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์สองวิธี แสดงในรูปด้านล่างในรูปที่ 1 โวลต์มิเตอร์วัดแรงดันตกคร่อมแอมมิเตอร์และความต้านทานที่ไม่ทราบค่า ดังนั้น

ดังนั้น ความผิดพลาดสัมพัทธ์จะเป็น

สำหรับการเชื่อมต่อในรูปที่ 2 แอมมิเตอร์วัดกระแสรวมของโวลต์มิเตอร์และความต้านทาน ดังนั้น

ความผิดพลาดสัมพัทธ์จะเป็น

สามารถสังเกตได้ว่าความผิดพลาดสัมพัทธ์เป็นศูนย์เมื่อ Ra = 0 ในกรณีแรกและ Rv = ∞ ในกรณีที่สอง ตอนนี้คำถามคือควรใช้วิธีการเชื่อมต่อใดในกรณีใด ในการหาคำตอบเราเท่ากันทั้งสองความผิดพลาด

ดังนั้นสำหรับความต้านทานมากกว่าที่กำหนดโดยสมการข้างต้นเราใช้วิธีการแรก และสำหรับความต้านทานน้อยกว่าเราใช้วิธีการที่สอง

วิธีการวัดด้วยสะพานวัดแบบเวทสโตน

นี่เป็นวงจรสะพานวัดที่ง่ายที่สุดและเป็นพื้นฐานที่สุดที่ใช้ในการวัด ประกอบด้วยแขนความต้านทาน 4 แขน P, Q; R และ S R คือความต้านทานที่ไม่ทราบค่า S คือความต้านทานมาตรฐาน P และ Q คือแขนสัดส่วน แหล่ง EMF ต่อระหว่างจุด a และ b ขณะที่แกลวานอมิเตอร์ต่อระหว่างจุด c และ d

วงจรสะพานวัดทำงานตามหลักการตรวจจับค่าศูนย์ กล่าวคือ เราปรับพารามิเตอร์จนกระทั่งตัวตรวจจับแสดงค่าศูนย์ แล้วใช้ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์เพื่อกำหนดค่าที่ไม่ทราบในแง่ของพารามิเตอร์ที่เปลี่ยนแปลงและค่าคงที่อื่นๆ ที่นี่เราก็ปรับความต้านทานมาตรฐาน S เพื่อให้เกิดการเบี่ยงเบนศูนย์ของแกลวานอมิเตอร์ การเบี่ยงเบนศูนย์นี้หมายความว่าไม่มีกระแสจากจุด c ไปยังจุด d ซึ่งหมายความว่าศักย์ของจุด c และ d เท่ากัน ดังนั้น

โดยรวมสมการทั้งสองข้างต้นเราจะได้สมการที่มีชื่อเสียง –

วิธีการทดแทน

รูปด้านล่างแสดงวงจรสำหรับการวัดความต้านทานที่ไม่ทราบค่า R S คือความต้านทานมาตรฐานที่ปรับได้ r คือความต้านทานควบคุม

ก่อนอื่นสวิตช์จะอยู่ที่ตำแหน่ง 1 และแอมมิเตอร์จะแสดงค่ากระแสจำนวนหนึ่งโดยการปรับ r ค่าการอ่านแอมมิเตอร์จะถูกบันทึก ต่อมาสวิตช์จะย้ายไปที่ตำแหน่ง 2 และ S จะถูกปรับเพื่อให้แอมมิเตอร์แสดงค่าเดียวกับที่อ่านในกรณีแรก ค่า S ที่ทำให้แอมมิเตอร์แสดงค่าเดียวกับที่ตำแหน่ง 1 คือค่าของความต้านทานที่ไม่ทราบค่า R โดยที่แหล่ง EMF มีค่าคงที่ตลอดการทดลอง

การวัดความต้านทานสูง (>100kΩ)

วิธีการสูญเสียประจุ

ในวิธีนี้เราใช้สมการแรงดันข้ามคอนเดนเซอร์ที่กำลังปล่อยประจุเพื่อหาค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่า R รูปด้านล่างแสดงวงจรและสมการที่เกี่ยวข้องคือ

อย่างไรก็ตาม กรณีดังกล่าวถือว่าไม่มีความต้านทานรั่วของคอนเดนเซอร์ ดังนั้นเพื่อให้คำนวณถึงความต้านทานรั่ว เราใช้วงจรที่แสดงในรูปด้านล่าง R1

เราทำตามขั้นตอนเดียวกัน แต่ก่อนด้วยสวิตช์ S1 ปิด และต่อมาด้วยสวิตช์ S1 เปิด สำหรับกรณีแรกเราได้

สำหรับกรณีที่สองด้วยสวิตช์เปิดเราได้

โดยใช้ R1 จากสมการข้างต้นในสมการสำหรับ R' เราสามารถหา R ได้

วิธีการวัดด้วยสะพานเมโกห์ม

ในวิธีนี้เราใช้หลักการของสะพานวัดแบบเวทสโตน แต่ในรูปแบบที่ปรับปรุงเล็กน้อย ความต้านทานสูงแสดงเป็นดังรูปด้านล่าง

G คือขั้วป้องกัน ตอนนี้เราสามารถแสดงความต้านทานเป็นดังรูปที่อยู่ติดกัน ที่ R AG และ RBG คือความต้านทานรั่ว วงจรสำหรับการวัดแสดงในรูปด้านล่าง

สามารถสังเกตได้ว่าเราได้ความต้านทานที่เป็นการเชื่อมขนานของ R และ R AG แม้ว่าจะทำให้เกิดความผิดพลาดน้อยมาก