מדידת התנגדות
התנגדות היא אחת מהיסודות הבסיסיים ביותר שפגישים בהם בהנדסת חשמל ואלקטרוניקה. ערך ההתנגדות בהנדסה משתנה מערך נמוך מאוד, כמו התנגדות של סליל טרנספורמר, לערך גבוה מאוד, כמו התנגדות ההצלה של אותו סליל טרנספורמר. למרות שמולטימטר עובד היטב אם אנחנו צריכים ערך גס של התנגדות, עבור ערכים מדויקים ובמיוחד בערכים מאוד נמוכים ו非常高电阻值，我们需要特定的方法。在本文中，我们将讨论各种电阻测量方法。为此，我们将电阻分为三类：
מדידת התנגדות נמוכה (<1Ω)
הבעיה העיקרית במדידת ערכי התנגדות נמוכים היא ההתנגדות הנוצרת מגע או התנגדות המוביל של מכשירי המדידה, למרות שהן בערך קטן הן קרובות לערכן של ההתנגדויות הנמדדות ולכן גורמות לשגיאות חמורות.
לכן כדי להיפטר מהבעיה זו, מתוכננות התנגדויות בערך נמוך עם ארבעה תermo-electric emf, we take another reading with battery connection reversed and finally take average of the two readings. This bridge is useful for resistances in range of 0.1µΩ to 1.0 Ω.
Ducter Ohmmeter
זהו מכשיר אלקטרומכני המשמש למדידת התנגדויות נמוכות. הוא כולל מגנט קבוע דומה לזה של מכשיר PMMC ושני צירים בין השדה המגנטי שנוצר על ידי קטבים של המגנט. שני הצירים הם בניצב אחד לשני וחופשיים לסיבוב סביב הציר המשותף. בתמונה להלן מוצג Ducter Ohmmeter והחיבור הדרוש למדידת התנגדות לא ידועה R.
אחד מצירי השטף קרוי ציר שטף, מחובר לתא מתח C1 ו-C2, בעוד הציר השני הקרוי ציר מתח מחובר לתאים של מתח V1 ו-V2. ציר המתח נושא זרם פרופורציונלי למתח שנופל על R כך גם הטורק שלו. ציר השטף נושא זרם פרופורציונלי לזרם העובר דרך R כך גם הטורק שלו. שני הטורקים פועלים בכיוונים מנוגדים והמחוון מגיע לעצירה כאשר שניהם שווים. המכשיר שימושי להתנגדויות בספק 100µΩ עד 5Ω.
מדידת התנגדות בינונית (1Ω – 100kΩ)
להלן המתודים המשמשים למדידת התנגדות שערכה נמצא בספק 1Ω – 100kΩ –
שיטת אמפרמטר-וולטמטר
שיטת הגשר של וויסטון
שיטת החלפה
שיטת הגשר של קארי-פורסטר
שיטת האהומטר
שיטת האמפרמטר-וולטמטר
זוהי המתודה הכי פשוטה וברוטלית למדידת התנגדות. היא משתמשת באמפרמטר אחד למדידת זרם, I בוולטמטר אחד למדידת מתח, V ומקבלים את ערך ההתנגדות כ
עכשיו יש לנו שתי אפשרויות לחיבור של האמפרמטר והוולטמטר, כפי שמופיע בתמונה להלן.
עכשיו בתמונה 1, הוולטמטר מודד את נפילת המתח על האמפרמטר והתנגדות לא ידועה, לכן
לכן, השגיאה היחסית תהיה,
עבור החיבור בתמונה 2, האמפרמטר מודד את סך הזרמים דרך הוולטמטר והתנגדות, לכן
השגיאה היחסית תהיה,
ניתן לראות שהשגיאה היחסית היא אפס עבור Ra = 0 במקרה הראשון ו-Rv = ∞ במקרה השני. עכשיו השאלה היא איזה חיבור להשתמש בו בכל מקרה. כדי למצוא זאת, אנו משווים את שתי השגיאות
לכן עבור התנגדויות גדולות יותר מאשר אלה המופיעות במשוואה הנ"ל אנו משתמשים בשיטה הראשונה而对于低阻抗的测量，主要问题在于测量仪器的接触电阻或引线电阻，尽管其值很小，但与被测电阻相比却相当大，因此会引起严重的误差。
因此，为了消除这个问题，小阻值电阻通常设计为四个端子。两个端子是电流端子，另外两个是电位端子。
下图显示了低电阻的构造。
该电流通过电流端子C1和C2流入，而电位降则在电位端子V1和V2之间测量。因此，我们可以根据上图中的V和I来找出实验中的电阻值。这种方法帮助我们排除了由于电流端子引起的接触电阻，尽管电位端子的接触电阻仍然存在，但它只是高阻抗电位电路的一小部分，因此引起的误差可以忽略不计。
用于测量低电阻的方法有：
- 开尔文双桥法
- 电位差计法
- 导通欧姆表
### 开尔文双桥法
开尔文双桥是简单惠斯通电桥的一种改进。下图显示了开尔文双桥的电路图。
如上图所示，有两个臂，一个带有电阻P和Q，另一个带有电阻p和q。R是未知的低电阻，S是标准电阻。r代表未知电阻和标准电阻之间的接触电阻，其影响需要消除。为了测量，我们使P/Q等于p/q，从而形成平衡的惠斯通电桥，导致检流计零偏转。因此，对于平衡桥，我们可以写成
将公式2代入公式1并求解，并使用P/Q = p/q，我们得到
因此，我们看到，通过使用平衡双臂，我们可以完全消除接触电阻及其引起的误差。为了消除由热电动势引起的另一种误差，我们在电池连接反转后进行另一次读数，最后取两次读数的平均值。此桥适用于0.1μΩ至1.0Ω范围内的电阻。
### 导通欧姆表
这是一种用于测量低电阻的机电仪表。它包括一个类似于PMMC仪表的永磁体和位于磁体两极产生的磁场中的两个线圈。这两个线圈相互垂直，并且可以绕共同轴自由旋转。下图显示了一个导通欧姆表以及测量未知电阻R所需的连接。
其中一个线圈称为电流线圈，连接到电流端子C1和C2，另一个线圈称为电压线圈，连接到电位端子V1和V2。电压线圈携带与R上的电压降成比例的电流，因此也是其产生的扭矩。电流线圈携带与通过R的电流成比例的电流，因此也是其扭矩。两个扭矩作用方向相反，当两者相等时，指示器停止。此仪表适用于100μΩ至5Ω范围内的电阻。
## 中等电阻（1Ω – 100kΩ）的测量
以下是用于测量电阻值在1Ω – 100kΩ范围内的方法：
- 安培-伏特表法
- 惠斯通电桥法
- 替代法
- 卡里-福斯特电桥法
- 欧姆表法
### 安培-伏特表法
这是测量电阻最简单、最粗略的方法。它使用一个安培表来测量电流I，一个伏特表来测量电压V，我们得到电阻值为
现在我们可以有两种可能的安培表和伏特表连接方式，如下图所示。
在图1中，伏特表测量安培表和未知电阻上的电压降，因此
因此，相对误差为
在图2中，安培表测量通过伏特表和电阻的总电流，因此
相对误差为
可以看出，当Ra = 0时第一种情况下的相对误差为零，当Rv = ∞时第二种情况下的相对误差为零。现在的问题是在哪种情况下使用哪种连接。为了找出这一点，我们使两种误差相等
因此，对于大于上述方程给出的电阻，我们使用第一种方法，对于小于该值的电阻，我们使用第二种方法。
### 惠斯通电桥法
这是测量研究中最简单和最基本的电桥电路。它主要由四个电阻臂P、Q；R和S组成。R是实验中的未知电阻，而S是标准电阻。P和Q被称为比率臂。电源连接在点a和b之间，而检流计连接在点c和d之间。
电桥电路总是基于零检测原理工作，即我们改变一个参数直到检测器显示为零，然后使用数学关系来确定未知量。这里也通过改变标准电阻S以获得检流计的零偏转。这种零偏转意味着从点c到d没有电流，这意味着点c和d的电位相同。因此
结合以上两个方程，我们得到著名的方程
### 替代法
下图显示了未知电阻R的电阻测量电路图。S是一个可变的标准电阻，r是一个调节电阻。
首先，开关置于位置1，并通过调节r使安培表读取一定的电流。记录安培表的读数。然后，将开关移动到位置2，并调整S以达到与初始情况相同的安培表读数。当安培表读数与位置1相同的时候，S的值就是未知电阻R的值，前提是整个实验过程中电源的电动势保持不变。
## 高电阻（>100kΩ）的测量
以下是用于测量高电阻值的一些方法：
- 充电损耗法
- 绝缘电阻测试仪
- 兆欧电桥法
- 直接偏转法
我们通常使用非常小的电流进行此类测量，但由于高电阻的存在，产生高电压的可能性并不令人惊讶。因此，我们会遇到一些其他问题，例如：
- 测量仪器上可能会积累静电荷
- 泄漏电流与测量电流相当，可能导致误差
- 绝缘电阻是这一类别中最常见的，然而介质总是被建模为并联的电阻和电容。因此，在测量绝缘电阻（IR）时，电流包括两个分量，因此无法获得真正的电阻值。电容分量虽然呈指数衰减，但仍需很长时间才能衰减。因此，在不同时间会得到不同的IR值。
- 保护精密仪器免受强电场的影响
因此，为了解决泄漏电流或电容电流的问题，我们使用保护电路。保护电路的概念是绕过安培表的泄漏电流，以便测量真正的电阻电流。下图显示了两个连接在伏特表和微安表上以测量R的电路，一个没有保护电路，一个有保护电路。
在第一个电路中，微安表测量电容和电阻电流，导致R值出现误差，而在另一个电路中，微安表只读取电阻电流。
### 充电损耗法
在这种方法中，我们利用放电电容器上的电压方程来找到未知电阻R的值。下图显示了电路图和涉及的方程
但是上面的情况假设电容器没有泄漏电阻。因此，为了考虑它，我们使用下图所示的电路。R1是C的泄漏电阻，R是未知电阻。
我们采用相同的程序，但首先闭合开关S1，然后打开开关S1。对于第一种情况，我们得到
对于开关打开的第二种情况，我们得到
使用上面方程中的R1，我们可以找到R。
### 兆欧电桥法
在这种方法中，我们使用著名的惠斯通电桥原理，但略有修改。高电阻表示如下图所示。
G是保护端子。我们现在也可以用相邻的图表示电阻，其中RAG和RBG是泄漏电阻。测量电路如下图所示。
可以看出，我们实际上获得了R和RAG的并联组合。尽管这会导致非常小的误差。
### 绝缘电阻测试仪
绝缘电阻测试仪是电气工程师使用的重要测量设备，主要用于测量绝缘电阻。它包括一个可以手动驱动的手摇发电机，或者现在我们有电子绝缘电阻测试仪。绝缘电阻测试仪的详细信息已在另一篇文章中讨论。
声明：尊重原创，好文章值得分享，如有侵权请联系删除。
