Měření odporu
Odpor je jedním z nejzákladnějších prvků, s nimiž se setkáváme v elektrotechnice a elektronice. Hodnota odporu v inženýrství se pohybuje od velmi malých hodnot, jako je odpor cívky transformátoru, až po velmi vysoké hodnoty, jako je izolační odpor téže cívky transformátoru. Ačkoli multimeter funguje docela dobře, pokud potřebujeme hrubou hodnotu odporu, pro přesné hodnoty, a to i při velmi nízkých a velmi vysokých hodnotách, potřebujeme specifické metody. V tomto článku diskutujeme různé metody měření odporu. Pro tento účel rozdělujeme odpor do tří kategorií -
Měření nízkého odporu (<1Ω)
Hlavním problémem při měření nízkého odporu je kontaktový odpor nebo odpor vedení měřicích přístrojů, který, ačkoliv má malou hodnotu, je srovnatelný s měřeným odporem a proto způsobuje závažnou chybu.
Tedy k eliminaci tohoto problému jsou konstruovány nízkoodporné elementy s čtyřmi terminály. Dva terminály jsou proudové terminály a další dva jsou napěťové terminály.
Níže uvedený obrázek ukazuje konstrukci nízkého odporu.
Proud teče přes proudové terminály C1 a C2, zatímco sklopení napětí je měřeno mezi napěťovými terminály V1 a V2. Tedy můžeme určit hodnotu měřeného odporu v termínech V a I, jak je naznačeno na výše uvedeném obrázku. Tato metoda nám umožňuje vyloučit kontaktový odpor způsobený proudovými terminály a i když kontaktový odpor napěťových terminálů stále hraje roli, je to velmi malý zlomek vysokého odporu napěťového obvodu a proto způsobuje zanedbatelnou chybu.
Metody používané pro měření nízkých odporů jsou:
Kelvinova dvojitá mostová metoda
Potenciometrická metoda
Ducter Ohmmetr.
Kelvinova dvojitá mostová metoda
Kelvinova dvojitá mostová metoda je modifikací jednoduché Wheatstoneovy mostové metody. Níže uvedený obrázek zobrazuje schéma obvodu Kelvinovy dvojitě mostové metody.
Jak vidíme na výše uvedeném obrázku, existují dva sady ramen, jedna s odporu P a Q a druhá s odporu p a q. R je neznámý nízký odpor a S je standardní odpor. Zde r reprezentuje kontaktový odpor mezi neznámým odporem a standardním odporem, jehož efekt potřebujeme eliminovat. Pro měření nastavíme poměr P/Q roven p/q, což vede k vyváženému Wheatstoneovu mostu a následně k nulovému deflexi galvanometru. Proto pro vyvážený most můžeme napsat
Dosazením rovnice 2 do 1 a řešením a použitím P/Q = p/q, dostaneme:
Tedy vidíme, že pomocí vyvážených dvojitých ramen můžeme kompletně eliminovat kontaktový odpor a také chybu způsobenou tím. K eliminaci další chyby způsobené tepelným elektromotorickým napětím provedeme další měření s převráceným připojením baterie a nakonec vezmeme průměr obou měření. Tento most je užitečný pro odpor v rozmezí 0,1 µΩ až 1,0 Ω.
Ducter Ohmmetr
Je to elektromechanický přístroj používaný k měření nízkých odporů. Skládá se z trvalého magnetu podobného PMMC přístroji a dvou cívek mezi magnetickým polem vytvořeným póly magnetu. Oba cívek jsou kolmé k sobě a jsou volné otáčet se kolem společné osy. Níže uvedený obrázek ukazuje Ducter Ohmmetr a připojení potřebná k měření neznámého odporu R.
Jedna z cívek, nazývaná proudová cívka, je připojena k proudovým terminálům C1 a C2, zatímco druhá cívka, nazývaná napěťová cívka, je připojena k napěťovým terminálům V1 a V2. Napěťová cívka nese proud proporcionální sklopení napětí přes R a její moment je také proporcionální. Proudová cívka nese proud proporcionální toku proudu přes R a její moment je také proporcionální. Oba momenty působí proti sobě a indikátor zastaví, když jsou oba rovny. Tento přístroj je užitečný pro odpor v rozmezí 100 µΩ až 5 Ω.
Měření středního odporu (1Ω – 100kΩ)
Následující metody jsou používány pro měření odporu, jehož hodnota je v rozmezí 1Ω – 100kΩ –
Metoda ampermetru-voltmetru
Wheatstoneův mostový způsob
Substituční metoda
Carey-Fosterův mostový způsob
Metoda ohmmetru
Metoda ampermetru-voltmetru
Je to nejhrubší a nejsnazší metoda měření odporu. Používá jeden ampermetr k měření proudu, I a jeden voltmeter k měření napětí, V a dostáváme hodnotu odporu jako
Nyní můžeme mít dvě možné připojení ampermetru a voltmeteru, jak je znázorněno na níže uvedeném obrázku.
Nyní na obrázku 1, voltmeter měří sklopení napětí přes ampermetr a neznámý odpor, tedy
Tedy relativní chyba bude,
Pro připojení na obrázku 2, ampermetr měří součet proudu přes voltmeter a odpor, tedy
Relativní chyba bude,
Lze pozorovat, že relativní chyba je nulová pro Ra = 0 v prvním případě a Rv = ∞ ve druhém případě. Nyní stojí otázka, které připojení použít v jakém případě. Chceme-li to zjistit, rovnáme obě chyby
Tedy pro odpor větší než ten daný výše uvedenou rovnicí používáme první metodu a pro menší používáme druhou metodu.
Wheatstoneův mostový způsob
