Đo điện trở là gì?

Đo điện trở là gì?

Định nghĩa Điện Trở

Điện trở là sự chống đối dòng điện, một khái niệm cơ bản trong kỹ thuật điện.

Đo Điện Trở Thấp (<1Ω)

Cầu Kelvin Đôi

Cầu Kelvin đôi là cải tiến của cầu Wheatstone đơn giản. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của cầu Kelvin đôi.

Như chúng ta có thể thấy trong hình trên, có hai bộ cánh tay, một với điện trở P và Q và một khác với điện trở p và q. R là điện trở thấp không xác định và S là điện trở chuẩn. Ở đây r đại diện cho điện trở tiếp xúc giữa điện trở không xác định và điện trở chuẩn, mà tác động của nó chúng ta cần loại bỏ. Để đo, chúng ta làm cho tỷ lệ P/Q bằng p/q và do đó tạo thành cầu Wheatstone cân bằng dẫn đến galvanometer không có chỉ số. Do đó, cho một cầu cân bằng, chúng ta có thể viết

Bằng cách thay thế Phương trình 2 vào Phương trình 1 và sử dụng tỷ lệ P/Q = p/q, chúng ta suy ra kết quả sau:

Do đó, chúng ta thấy rằng bằng cách sử dụng các cánh tay cân bằng kép, chúng ta có thể loại bỏ hoàn toàn điện trở tiếp xúc và do đó lỗi do nó. Để loại bỏ lỗi khác do điện áp nhiệt điện, chúng ta lấy một lần đọc nữa với kết nối pin đảo ngược và cuối cùng lấy trung bình của hai lần đọc. Cầu này hữu ích cho điện trở trong khoảng từ 0.1µΩ đến 1.0 Ω.

Dụng cụ Đo Điện Trở Ducter

Dụng cụ đo điện trở Ducter, một thiết bị điện cơ, đo điện trở thấp. Nó bao gồm nam châm vĩnh cửu, tương tự như thiết bị PMMC, và hai cuộn dây được đặt trong trường từ và vuông góc với nhau, quay tự do xung quanh một trục chung. Hình dưới đây minh họa Dụng cụ đo điện trở Ducter và các kết nối cần thiết để đo điện trở không xác định R.

Một cuộn dây gọi là cuộn dây dòng, được kết nối với các đầu dòng C1 và C2, trong khi cuộn dây khác gọi là cuộn dây điện áp, được kết nối với các đầu điện áp V1 và V2. Cuộn dây điện áp mang dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp rơi qua R và vì vậy cũng là lực xoắn của nó. Cuộn dây dòng mang dòng điện tỷ lệ thuận với dòng điện chảy qua R và vì vậy cũng là lực xoắn của nó. Cả hai lực xoắn đều tác dụng theo hướng ngược lại và chỉ báo dừng lại khi cả hai bằng nhau. Thiết bị này hữu ích cho điện trở trong khoảng từ 100µΩ đến 5Ω.

Đo Điện Trở Trung Bình (1Ω – 100kΩ)

Phương pháp Ampe kế Volt kế

Đây là phương pháp thô sơ và đơn giản nhất để đo điện trở. Nó sử dụng một ampe kế để đo dòng điện, I và một voltmeter để đo điện áp, V và chúng ta nhận được giá trị điện trở là

Bây giờ chúng ta có hai kết nối có thể của ampe kế và voltmeter, được hiển thị trong hình dưới đây.Trong hình 1, voltmeter đo điện áp rơi qua ampe kế và điện trở không xác định, do đó

Vì vậy, lỗi tương đối sẽ là,

Đối với kết nối trong hình 2, ampe kế đo tổng dòng điện qua voltmeter và điện trở, do đó

Lỗi tương đối sẽ là,

Có thể thấy rằng lỗi tương đối là không đối với R a = 0 trong trường hợp thứ nhất và Rv = ∞ trong trường hợp thứ hai. Bây giờ câu hỏi đặt ra là nên sử dụng kết nối nào trong trường hợp nào. Để tìm ra điều này, chúng ta làm cho cả hai lỗi bằng nhau

Vì vậy, đối với điện trở lớn hơn so với phương trình trên, chúng ta sử dụng phương pháp thứ nhất và đối với nhỏ hơn, chúng ta sử dụng phương pháp thứ hai.

Phương pháp Cầu Wheatstone

Đây là cầu mạch đơn giản và cơ bản nhất được sử dụng trong nghiên cứu đo lường. Nó chủ yếu bao gồm bốn cánh tay điện trở P, Q; R và S. R là điện trở không xác định đang được thí nghiệm, trong khi S là điện trở chuẩn. P và Q được gọi là cánh tay tỷ lệ. Một nguồn EMF được kết nối giữa điểm a và b trong khi một galvanometer được kết nối giữa điểm c và d.

Một mạch cầu luôn hoạt động theo nguyên tắc phát hiện null, tức là chúng ta thay đổi một tham số cho đến khi máy dò hiển thị không và sau đó sử dụng một mối quan hệ toán học để xác định giá trị không biết theo tham số thay đổi và các hằng số khác. Ở đây, điện trở chuẩn S cũng được thay đổi để đạt được độ lệch null trong galvanometer. Độ lệch null này có nghĩa là không có dòng điện từ điểm c đến d, điều này có nghĩa là điện thế của điểm c và d là như nhau. Do đó

Kết hợp hai phương trình trên, chúng ta có phương trình nổi tiếng –

Phương pháp Thay Thế

Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch để đo điện trở không xác định R. S là điện trở chuẩn biến đổi và r là điện trở điều chỉnh.

Đầu tiên, công tắc được đặt ở vị trí 1 và ampe kế được điều chỉnh để đọc một lượng dòng điện nhất định bằng cách thay đổi r. Giá trị đọc của ampe kế được ghi lại. Sau đó, công tắc được di chuyển đến vị trí 2 và S được thay đổi để đạt được cùng giá trị đọc ampe kế như ban đầu. Giá trị của S khi ampe kế đọc cùng giá trị như ở vị trí 1, chính là giá trị của điện trở không xác định R, với điều kiện nguồn EMF giữ nguyên trong suốt quá trình thí nghiệm.

Đo Điện Trở Cao (>100kΩ)

Phương pháp Mất Điện Tích

Trong phương pháp này, chúng ta sử dụng phương trình về điện áp trên tụ điện đang xả để tìm giá trị của điện trở không xác định R. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch và các phương trình liên quan là-

Tuy nhiên, trường hợp trên giả định không có điện trở rò rỉ của tụ điện. Do đó, để tính đến điều này, chúng ta sử dụng mạch được hiển thị trong hình dưới đây. R 1

Chúng ta thực hiện theo cùng quy trình nhưng trước tiên với công tắc S1 đóng và sau đó với công tắc S1 mở. Đối với trường hợp đầu tiên, chúng ta có

Đối với trường hợp thứ hai với công tắc mở, chúng ta có

Sử dụng R 1 từ phương trình trên vào phương trình cho R’ chúng ta có thể tìm R.

Phương pháp Cầu Megohm

Trong phương pháp này, chúng ta sử dụng triết lý cầu Wheatstone nổi tiếng nhưng theo cách hơi sửa đổi. Điện trở cao được biểu diễn như trong hình dưới đây.

G là đầu bảo vệ. Bây giờ, chúng ta cũng có thể biểu diễn điện trở như trong hình bên cạnh, nơi R AG và RBG là điện trở rò rỉ. Mạch đo được hiển thị trong hình dưới đây.

Có thể thấy rằng chúng ta thực sự nhận được điện trở là tổ hợp song song của R và R AG. Mặc dù điều này gây ra lỗi rất không đáng kể.