Meetings van weerstand

Weerstand is een van de meest basale elementen die in de elektrische en elektronische techniek worden aangetroffen. De waarde van de weerstand in de techniek varieert van zeer kleine waarden, zoals de weerstand van een transformatorwinding, tot zeer hoge waarden, zoals de isolatieweerstand van dezelfde transformatorwinding. Hoewel een multimeter goed werkt als we een ruwe waarde van de weerstand nodig hebben, hebben we specifieke methoden nodig voor nauwkeurige waarden, vooral bij zeer lage en zeer hoge waarden. In dit artikel bespreken we verschillende methoden van weerstandsmeting. Voor dit doel categoriseren we de weerstand in drie klassen-

Meting van lage weerstand (<1Ω)

Het belangrijkste probleem bij de meting van lage weerstanden is de contactweerstand of leidingweerstand van de meetinstrumenten. Hoewel deze klein zijn, zijn ze vergelijkbaar met de gemeten weerstand en veroorzaken daarom ernstige fouten.
Daarom worden kleine weerstanden gemaakt met vier terminals. Twee terminals zijn stroomterminals en de andere twee zijn spannings-terminals.
Hieronder is de constructie van lage weerstand weergegeven.

De stroom stroomt door de stroomterminals C1 en C2, terwijl het spanningsverschil wordt gemeten over de spannings-terminals V1 en V2. Daarmee kunnen we de waarde van de onderzoeksweerstand bepalen in termen van V en I, zoals aangegeven in de bovenstaande figuur. Deze methode helpt ons om de contactweerstand door de stroomterminals te uitsluiten en hoewel de contactweerstand van de spannings-terminals nog steeds meespeelt, is het een heel klein deel van de hoge weerstand van het spanningscircuit en veroorzaakt daardoor een verwaarloosbare fout.

De methoden die worden gebruikt voor de meting van lage weerstanden zijn:-

• Kelvin’s Dubbele Brug Methode

• Potentiometer Methode

• Ducter Ohmmeter.

Kelvin’s Dubbele Brug

Kelvin’s dubbele brug is een modificatie van de eenvoudige Wheatstone brug. De onderstaande figuur toont het schakelschema van Kelvin’s dubbele brug.

Zoals we in de bovenstaande figuur kunnen zien, zijn er twee sets armen, één met weerstanden P en Q en de ander met weerstanden p en q. R is de onbekende lage weerstand en S is een standaardweerstand. Hier vertegenwoordigt r de contactweerstand tussen de onbekende weerstand en de standaardweerstand, wiens effect we moeten elimineren. Voor de meting maken we de verhouding P/Q gelijk aan p/q, en vormen dus een gebalanceerde Wheatstone brug, wat leidt tot nulafwijking in het galvanometer. Dus voor een gebalanceerde brug kunnen we schrijven

Door eqn 2 in 1 in te vullen en op te lossen en gebruikmakend van P/Q = p/q, krijgen we-

Dus zien we dat door het gebruik van gebalanceerde dubbele armen we de contactweerstand volledig kunnen elimineren en dus de fout door deze. Om een andere fout veroorzaakt door thermo-elektrische emf te elimineren, nemen we een andere meting met de batterijverbinding omgekeerd en nemen uiteindelijk het gemiddelde van de twee metingen. Deze brug is nuttig voor weerstanden in het bereik van 0.1µΩ tot 1.0 Ω.

Ducter Ohmmeter

Het is een elektromechanisch instrument dat wordt gebruikt voor de meting van lage weerstanden. Het bestaat uit een permanent magneet, vergelijkbaar met dat van een PMMC-instrument, en twee spoelen tussen het magnetische veld dat wordt gecreëerd door de polen van de magneet. De twee spoelen staan loodrecht op elkaar en kunnen vrij roteren rond de gemeenschappelijke as. De onderstaande figuur toont een Ducter Ohmmeter en de benodigde verbindingen om een onbekende weerstand R te meten.

Eén van de spoelen, genaamd de stroomspoel, is verbonden met de stroomterminals C1 en C2, terwijl de andere spoel, genaamd de spanningsspoel, is verbonden met de spannings-terminals V1 en V2. De spanningsspoel draagt een stroom die evenredig is aan het spanningverschil over R en zo ook de kracht die wordt geproduceerd. De stroomspoel draagt een stroom die evenredig is aan de stroom die door R stroomt en zo ook de kracht. Beide krachten werken in tegengestelde richting en de indicator komt tot stilstand wanneer de twee gelijk zijn. Dit instrument is nuttig voor weerstanden in het bereik van 100µΩ tot 5Ω.

Meting van middelgrote weerstand (1Ω – 100kΩ)

Volgende methoden worden toegepast voor de meting van een weerstand waarvan de waarde in het bereik 1Ω – 100kΩ ligt –

• Ammeter-Voltmeter Methode

• Wheatstone Brug Methode

• Substitutiemethode

• Carey-Foster Brug Methode

• Ohmmeter Methode

Ammeter Voltmeter Methode

Dit is de meest eenvoudige en eenvoudigste methode voor de meting van weerstand. Het gebruikt één ammeter om de stroom, I, te meten en één voltmeter om de spanning, V, te meten en we krijgen de waarde van de weerstand als

Nu kunnen we twee mogelijke verbindingen van de ammeter en voltmeter hebben, zoals weergegeven in de onderstaande figuur.

In figuur 1 meet de voltmeter het spanningverschil over de ammeter en de onbekende weerstand, dus

Dus, de relatieve fout zal zijn,

Voor de verbinding in figuur 2, meet de ammeter de som van de stroom door de voltmeter en de weerstand, dus

De relatieve fout zal zijn,

Men kan observeren dat de relatieve fout nul is voor Ra = 0 in het eerste geval en Rv = ∞ in het tweede geval. Nu staat de vraag welke verbinding in welk geval moet worden gebruikt. Om dit te vinden, stellen we beide fouten gelijk

Dus voor weerstanden groter dan die gegeven door de bovenstaande vergelijking gebruiken we de eerste methode en voor minder dan dat gebruiken we de tweede methode.

Wheatstone Brug Methode

Dit is de eenvoudigste en meest basisse brugschakeling die in meetstudies wordt gebruikt. Het bestaat voornamelijk uit vier armen van weerstand P, Q; R en S. R is de onbekende weerstand die wordt onderzocht, terwijl S een standaardweerstand is. P en Q worden de ratioarmen genoemd. Een EMF-bron is verbonden tussen punten a en b, terwijl een galvanometer is verbonden tussen punten c en d.

Een brugschak