مقاومت سنجی
مقاومت یکی از پایهایترین عناصری است که در مهندسی برق و الکترونیک مواجه میشویم. مقدار مقاومت در مهندسی از مقادیر بسیار کوچک مانند، مقاومت سیمپیچ ترانسفورماتور، تا مقادیر بسیار بالا مانند، مقاومت عایق سیمپیچ همان ترانسفورماتور متغیر است. اگرچه یک مالتیمتر برای بدست آوردن مقدار تقریبی مقاومت کار میکند، اما برای مقادیر دقیق و به ویژه در مقادیر بسیار کم و بسیار زیاد نیاز به روشهای خاص داریم. در این مقاله به روشهای مختلف اندازهگیری مقاومت میپردازیم. برای این منظور مقاومتها را به سه دسته تقسیمبندی میکنیم-
اندازهگیری مقاومت کم (<1Ω)
مشکل اصلی در اندازهگیری مقاومتهای کم مقادیر مقاومت تماس یا مقاومت سیمهای اتصال دستگاههای اندازهگیری است، که با وجود کوچک بودن مقدار آنها با مقاومت مورد اندازهگیری قابل مقایسه است و بنابراین خطای جدی ایجاد میکند.
بنابراین برای حذف این مشکل، مقاومتهای کم مقدار با چهار ترمینال ساخته میشوند. دو ترمینال جریان و دو ترمینال دیگر ولتاژ هستند.
شکل زیر ساختار مقاومت کم را نشان میدهد.
جریان از طریق ترمینالهای C1 و C2 جریان مییابد در حالی که کاهش ولتاژ بین ترمینالهای V1 و V2 اندازهگیری میشود. بنابراین میتوانیم مقدار مقاومت تحت آزمایش را به صورت V و I مطابق شکل بالا تعیین کنیم. این روش به ما کمک میکند تا مقاومت تماس ناشی از ترمینالهای جریان را حذف کنیم و اگرچه مقاومت تماس ترمینالهای ولتاژ همچنان در تصویر است، اما این یک کسر بسیار کوچک از مدار ولتاژ با مقاومت بالا است و بنابراین خطای ناچیزی ایجاد میکند.
روشهایی که برای اندازهگیری مقاومتهای کم استفاده میشوند عبارتند از:-
روش پل دابل کلفین
روش پاتنتیومتر
اهمسنج دکتر.
پل دابل کلفین
پل دابل کلفین یک تغییر از پل ویتستون ساده است. شکل زیر نمودار مداری پل دابل کلفین را نشان میدهد.
همانطور که در شکل بالا میبینیم دو مجموعه دسته وجود دارد، یکی با مقاومتهای P و Q و دیگری با مقاومتهای p و q. R مقاومت نامعلوم کم و S یک مقاومت استاندارد است. در اینجا r مقاومت تماس بین مقاومت نامعلوم و مقاومت استاندارد است که اثر آن را نیاز داریم حذف کنیم. برای اندازهگیری نسبت P/Q را برابر با p/q میکنیم و بنابراین یک پل ویتستون متعادل تشکیل میشود که منجر به عدم انحراف گالوانومتر میشود. بنابراین برای یک پل متعادل میتوانیم بنویسیم
با قرار دادن معادله 2 در 1 و حل و استفاده از P/Q = p/q، به دست میآوریم-
بنابراین میبینیم که با استفاده از دستههای دوبل متعادل میتوانیم مقاومت تماس را کاملاً حذف کنیم و بنابراین خطای ناشی از آن را. برای حذف خطای دیگر ناشی از فشار الکترواستاتیکی، یک خواندن دیگر با اتصال باتری معکوس میگیریم و در نهایت میانگین دو خواندن را میگیریم. این پل برای مقاومتهای در محدوده 0.1µΩ تا 1.0 Ω مفید است.
اهمسنج دکتر
این یک دستگاه الکترومکانیکی است که برای اندازهگیری مقاومتهای کم استفاده میشود. شامل یک مغناطیس دائمی مشابه با دستگاه PMMC و دو کویل در میان میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط قطبهای مغناطیس است. دو کویل در زاویه قائمه نسبت به یکدیگر هستند و آزاد هستند تا دور محور مشترک بچرخند. شکل زیر یک اهمسنج دکتر و اتصالات مورد نیاز برای اندازهگیری یک مقاومت نامعلوم R را نشان میدهد.
یکی از کویلها به نام کویل جریان به ترمینالهای جریان C1 و C2 متصل است، در حالی که کویل دیگر به نام کویل ولتاژ به ترمینالهای ولتاژ V1 و V2 متصل است. کویل ولتاژ جریان متناسب با کاهش ولتاژ R را حمل میکند و بنابراین گشتاور تولید شده آن نیز متناسب است. کویل جریان جریان متناسب با جریان عبوری از R را حمل میکند و بنابراین گشتاور آن نیز متناسب است. هر دو گشتاور در جهتهای مخالف عمل میکنند و نشانگر زمانی متوقف میشود که دو گشتاور برابر شوند. این دستگاه برای مقاومتهای در محدوده 100µΩ تا 5Ω مفید است.
اندازهگیری مقاومت متوسط (1Ω – 100kΩ)
روشهای زیر برای اندازهگیری یک مقاومت که مقدار آن در محدوده 1Ω – 100kΩ است استفاده میشوند-
روش آممتر-ولتمتر
روش پل ویتستون
روش جایگزینی
روش پل کری-فورستر
روش اهمسنج
روش آممتر-ولتمتر
این سادهترین و خشنترین روش اندازهگیری مقاومت است. از یک آممتر برای اندازهگیری جریان I و یک ولتمتر برای اندازهگیری ولتاژ V استفاده میکند و مقدار مقاومت را به دست میآورد
حالا میتوانیم دو اتصال ممکن برای آممتر و ولتمتر داشته باشیم که در شکل زیر نشان داده شده است.
در شکل 1، ولتمتر کاهش ولتاژ را در آممتر و مقاومت نامعلوم اندازهگیری میکند، بنابراین
بنابراین، خطای نسبی خواهد بود،
برای اتصال در شکل 2، آممتر مجموع جریان از ولتمتر و مقاومت را اندازهگیری میکند، بنابراین
خطای نسبی خواهد بود،
میتوان مشاهده کرد که خطای نسبی برای Ra = 0 در مورد اول و R
