Vastuksen mittaaminen

Vastus on yksi perustavimmista elementeistä, joihin törmätään sähkö- ja elektroniikan alalla. Vastuksen arvo vaihtelee insinöörityössä hyvin pienistä arvoista, kuten muuntajan kehän vastus, hyvin suuriin arvoihin, kuten samaa muuntajan kehän eristysvastus. Vaikka multimeter toimii hyvin, jos tarvitsemme vain likiarvon vastuksesta, tarkat arvot sekä hyvin pienillä että hyvin suurilla arvoilla vaativat erityisiä menetelmiä. Tässä artikkelissa käsittelemme erilaisia vastuksen mittaamisen menetelmiä. Tämän tarkoituksena luokittelemme vastuksen kolmeen luokkaan-

Matalan vastuksen mittaaminen (<1Ω)

Pääongelma matalan vastuksen mittaamisessa on mittalaitteiden kosketusvastus tai johtovastus, joka on vaikkakin pieni, mutta verrattavissa mittaamaan vastukseen ja aiheuttaa vakavaa virhettä.
Näin ollen pienen vastuksen mittaamiseksi on rakennettu neljä terminaalista. Kaksi terminaalia ovat sähkövirtaterminaaleja ja kaksi muuta potentiaaliterminaaleja.
Alla oleva kuva näyttää matalan vastuksen rakenteen.

Sähkövirta virtaa sähkövirtaterminaaleja C1 ja C2 kautta, kun taas potentiaaliero mitataan potentiaaliterminaaleiden V1 ja V2 välillä. Näin voimme selvittää tutkimuksen alla olevan vastuksen arvon V:n ja I:n avulla, kuten yllä olevassa kuvassa on näytetty. Tämä menetelmä auttaa meitä sulautumaan sähkövirtaterminaalien kosketusvastuksen, vaikka potentiaaliterminaalien kosketusvastus on edelleen näkyvissä, se on hyvin pieni osa korkean vastuksen potentiaalipiiriä ja siten aiheuttaa merkityksettömän virheen.

Menetelmät, joita käytetään matalien vastusten mittaamiseen, ovat seuraavat:

• Kelvinin kaksois silta menetelmä

• Potentsiometrimenetelmä

• Ducter Ohmmeter.

Kelvinin kaksois silta

Kelvinin kaksois silta on yksinkertaisen Wheatstonen sillan muokattu versio. Alla oleva kuva näyttää Kelvinin kaksois sillan piirikaavion.

Kuten nähdään yllä olevasta kuvasta, on kaksi sivua, toinen vastuksilla P ja Q ja toinen vastuksilla p ja q. R on tuntematon matala vastus ja S on standardivastus. Tässä r edustaa tuntemattoman vastuksen ja standardivastuksen välistä kosketusvastusta, jonka vaikutusta meidän täytyy poistaa. Mittaamiseksi teemme suhteen P/Q yhtä suureksi kuin p/q, mikä johtaa tasapainoiseen Wheatstonen siltaan, jossa galvanometrin deflektio on nolla. Täten tasapainoiselle sillalle voimme kirjoittaa

Laskemalla yhtälön 2 yhtälön 1 kanssa ja ratkaisemalla ja käyttäen P/Q = p/q, saamme-

Näin nähdään, että tasapainoisilla kaksipuolisilla sivuilla voimme poistaa kosketusvastuksen kokonaan ja siten virheen, joka johtuu siitä. Poistamme toisen virheen, joka johtuu termoelektrisestä emf:stä, otamme toisen lukeman akun yhdistämällä käänteisesti ja lopulta otamme kahden lukeman keskiarvon. Tämä silta on hyödyllinen vastuksille, jotka ovat 0.1µΩ ja 1.0 Ω välillä.

Ducter Ohmmeter

Se on sähkömekaaninen laite, jota käytetään matalien vastusten mittaamiseen. Se koostuu pysyvästä magneetista, joka on samankaltainen kuin PMMC-laitteessa, ja kahdella magneettikentässä, joka on luotujen magneettipoleiden välissä. Kaksi kierrosta ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan ja ne voivat kiertää yhteisen akselin ympäri. Alla oleva kuva näyttää Ducter Ohmmeter ja tarvittavat yhteydet tuntemattoman vastuksen R mittaamiseksi.

Yksi kierros, jota kutsutaan sähkövirtakierroksiksi, on yhdistetty sähkövirtaterminaaleihin C1 ja C2, kun taas toinen kierros, jota kutsutaan jännitekierroksiksi, on yhdistetty potentiaaliterminaaleihin V1 ja V2. Jännitekierros kuljettaa sähkövirtaa, joka on verrannollinen R:n jänniteeron ja siten myös sen tuottama momentti. Sähkövirtakierros kuljettaa sähkövirtaa, joka on verrannollinen R:n kautta kulkevaan sähkövirtaan ja siten myös sen tuottama momentti. Molemmat momentit toimivat päinvastaisissa suunnissa ja ilmaisin pysähtyy, kun ne ovat yhtä suuria. Tämä laite on hyödyllinen vastuksille, jotka ovat 100µΩ ja 5Ω välillä.

Keskiverto vastuksen mittaaminen (1Ω – 100kΩ)

Seuraavat menetelmät käytetään vastuksen mittaamiseen, jonka arvo on 1Ω – 100kΩ -

• Ammeter-Voltmeter Menetelmä

• Wheatstone Bridge Menetelmä

• Substituutio Menetelmä

• Carey-Foster Bridge Menetelmä

• Ohmmeter Menetelmä

Ammeter Voltmeter Menetelmä

Tämä on yksinkertaisin ja helpoin tapa mittaamisessa. Sitä käytetään yhden ammeterin avulla sähkövirtaa, I, ja yhden voltmeterin avulla jännitteen, V, mittaamiseen, ja saamme vastuksen arvoksi

Nyt voimme käyttää kahta mahdollista yhdistystä ammeterille ja voltmeterille, kuten alla olevassa kuvassa on näytetty.

Nyt kuvassa 1, voltmeteri mitataa jännitteet ammeterin ja tuntemattoman vastuksen välillä, joten

Joten, suhteellinen virhe on,

Kuvassa 2, ammeteri mitataa sähkövirtaa voltmeterin ja vastuksen kautta, joten

Suhteellinen virhe on,

Huomataan, että suhteellinen virhe on nolla, kun Ra = 0 ensimmäisessä tapauksessa ja Rv = ∞ toisessa tapauksessa. Nyt kysymys on, mitä yhdistystä käytetään missäkin tapauksessa. Löytääksemme tämän asetamme molemmat virheet yhtäsuuriksi

Joten vastuksille, jotka ovat suurempia kuin yllä oleva yhtälö antaa, käytämme ensimmäistä menetelmää ja alle sen käytämme toista menetelmää.

Wheatstone Bridge Menetelmä