اندازهگیری مقاومت
مقاومت یکی از موارد پایهای در مهندسی برق و الکترونیک است. 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 مولتیمتر برای بدست آوردن مقدار تقریبی مقاومت کار میکند، اما برای مقادیر دقیق و به خصوص در مقادیر بسیار کم و بسیار زیاد نیاز به روشهای خاص داریم. در این مقاله به روشهای مختلف اندازهگیری مقاومت میپردازیم. برای این منظور مقاومت را به سه دسته تقسیمبندی میکنیم-
اندازهگیری مقاومت کم (<1Ω)
مشکل اصلی در اندازهگیری مقاومتهای کم مقادیر مقاومت تماس یا مقاومت سیمهای اندازهگیری است، که اگرچه ارزش کمی دارد اما با مقاومت مورد اندازهگیری قابل مقایسه است و بنابراین خطای جدی ایجاد میکند.
بنابراین برای رفع این مشکل مقاومتهای کم مقدار با چهار ترمینال ساخته میشوند. دو ترمینال جریان و دو ترمینال دیگر پتانسیل هستند.
شکل زیر ساختار مقاومت کم را نشان میدهد.
جریان از طریق ترمینالهای جریان C1 و C2 جریان مییابد در حالی که کاهش پتانسیل بین ترمینالهای پتانسیل V1 و V2 اندازهگیری میشود. بنابراین میتوانیم مقدار مقاومت تحت آزمایش را به صورت V و I مطابق شکل فوق محاسبه کنیم. این روش به ما کمک میکند تا مقاومت تماس ناشی از ترمینالهای جریان را حذف کنیم و اگرچه مقاومت تماس ترمینالهای پتانسیل همچنان در تصویر است، اما این فقط کسری کوچک از مدار پتانسیل با مقاومت بالا است و بنابراین خطای قابل توجهی ایجاد نمیکند.
روشهای به کار گرفته شده برای اندازهگیری مقاومتهای کم شامل:
روش پل دابل کلفین
روش پاتنتیومتر
اوهممتر داکتر.
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 فوق میبینیم دو مجموعه داریم، یکی با مقاومتهای P و Q و دیگری با مقاومتهای p و q. R مقاومت نامعلوم کم و S مقاومت استاندارد است. در اینجا r مقاومت تماس بین مقاومت نامعلوم و مقاومت استاندارد است که تأثیر آن را نیاز داریم حذف کنیم. برای اندازهگیری نسبت P/Q را با p/q مساوی میکنیم و بنابراین یک پل ویتستون متعادل تشکیل میشود که منجر به عدم تغییر در 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، بدست میآوریم-
بنابراین میبینیم که با استفاده از دو دسته متعادل میتوانیم مقاومت تماس را کاملاً حذف کنیم و بنابراین خطای ناشی از آن را. برای حذف خطای دیگر ناشی از ولتاژ ترمیک، یک خواندن دیگر با معکوس کردن اتصال باتری انجام میدهیم و در نهایت میانگین دو خواندن را میگیریم. این پل برای مقاومتهای در محدوده 0.1µΩ تا 1.0 Ω مفید است.
اوهممتر داکتر
این یک دستگاه الکترومکانیکی است که برای اندازهگیری مقاومتهای کم استفاده میشود. این دستگاه شامل یک مغناطیس دائمی مشابه با دستگاه PMMC و دو سیمپیچ در بین میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط قطبهای مغناطیس است. دو سیمپیچ عمود بر یکدیگر هستند و آزادند تا حول محور مشترک چرخان شوند. شکل زیر یک اوهممتر داکتر و اتصالات مورد نیاز برای اندازهگیری یک مقاومت نامعلوم R را نشان میدهد.
یکی از سیمپیچها به نام سیمپیچ جریان به ترمینالهای جریان C1 و C2 متصل است، در حالی که سیمپیچ دیگر به نام سیمپیچ ولتاژ به ترمینالهای پتانسیل V1 و V2 متصل است. سیمپیچ ولتاژ جریانی متناسب با کاهش ولتاژ R حمل میکند و نیروی گردشی آن نیز متناسب است. سیمپیچ جریان جریانی متناسب با جریان عبوری از R حمل میکند و نیروی گردشی آن نیز متناسب است. هر دو نیرو در جهت مخالف عمل میکنند و وقتی دو نیرو مساوی هستند نشاندهنده متوقف میشود. این دستگاه برای مقاومتهای در محدوده 100µΩ تا 5Ω مفید است.
اندازهگیری مقاومت متوسط (1Ω – 100kΩ)
روشهای زیر برای اندازهگیری مقاومتی که مقدار آن در محدوده 1Ω – 100kΩ است به کار گرفته میشوند-
روش آممتر-ولتمتر
روش پل ویتستون
روش جایگزینی
روش پل کری فاستر
روش اوهممتر
روش آممتر-ولتمتر
این روش سادهترین و خشنترین روش برای اندازهگیری مقاومت است. از یک آممتر برای اندازهگیری جریان I و یک ولتمتر برای اندازهگیری ولتاژ V استفاده میکند و مقدار مقاومت را به صورت زیر بدست میآوریم
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 بین آممتر و مقاومت نامعلوم را 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 Rv = ∞ در مورد دوم صفر است. حالا سوال این است که کدام اتص
