Merjenje upora

Upor je eden najosnovnejših elementov, s katerimi se soočamo v elektrotehniki in elektroniki. Vrednost upora v tehniki znaša od zelo majhne, kot je upor viklajev transformatorja, do zelo visokih, kot je izolacijski upor istega viklaja. Čeprav multimeter deluje zelo dobro, če potrebujemo približno vrednost upora, za natančne vrednosti in še posebej pri zelo nizkih in zelo visokih vrednostih potrebujemo specifične metode. V tem članku bomo razpravljali o različnih metodah meritve upora. Za ta namen upor razdelimo na tri skupine-

Meritev nizek upor (<1Ω)

Glavni problem pri meritvi nizek upor je kontakt upor ali upor vodil merilnih instrumentov, ki, čeprav so majhni, so primerljivi s meritim uporom in tako povzročajo resne napake. Torej, da bi to težavo odstranili, so majhni upori zgrajeni z štirimi terminali. Dva terminala so tok terminali, druga dva pa potencial terminali.
Slika spodaj prikazuje zgradbo nizega upora.

Tok teče skozi tok termnale C1 in C2, medtem ko padec potenciala merimo med potencialnima terminaloma V1 in V2. Tako lahko izračunamo vrednost upora pod eksperimentom v smislu V in I, kot je prikazano na zgornji sliki. Ta metoda nam pomaga izključiti kontakt upor zaradi tok terminalov in čeprav kontakt upor potencialnih terminalov še vedno igrajo neko vlogo, ta je zelo majhen delež visokih uporov potencialnega obvoda in tako povzroča zanemarljivo napako.

Metode, ki se uporabljajo za meritev nizek upor, so:

• Kelvinova dvojna mostna metoda

• Potenciometrična metoda

• Duktorski ohmmeter.

Kelvinova dvojna mostna metoda

Kelvinova dvojna mostna metoda je modifikacija preprostega Wheatstoneovega mosta. Slika spodaj prikazuje shemo Kelvinove dvojne mostne metode.

Kot lahko vidimo na zgornji sliki, obstajata dva seta rokov, en z upori P in Q, drug z upori p in q. R je neznani nizek upor, S pa standardni upor. Tukaj r predstavlja kontakt upor med neznanim uporom in standardnim uporom, katerega učinkov moramo izključiti. Za meritev postavimo razmerje P/Q enako p/q, kar vodi v uravnotežen Wheatstoneov most, kar vodi v ničelno deflekcijo galvanometra. Torej za uravnotežen most lahko zapišemo

Vstavimo enačbo 2 v 1 in rešimo ter uporabimo P/Q = p/q, dobimo-

Torej vidimo, da z uporabo uravnoteženih dvojnih rokov lahko popolnoma izključimo kontakt upor in s tem tudi napako zaradi njega. Za izključitev druge napake, povzročene termoelektričnim EMF, vzamemo drugo branje z obrnjenim stikom baterije in končno vzamemo povprečje obeh branj. Ta most je uporaben za upore v obsegu od 0,1 µΩ do 1,0 Ω.

Duktorski ohmmeter

To je elektromehanski instrument, ki se uporablja za meritev nizek upor. Sestavlja ga stalni magnet, podoben PMMC instrumentu, in dva cevna v polju, ustvarjenem z poli magneta. Dve cevi sta pravokotni druga na drugo in so proste, da se vrtijo okoli skupnega osi. Slika spodaj prikazuje duktorski ohmmeter in povezave, ki jih potrebujemo za meritev neznanih uporov R.

Ena od cev, imenovana tok cev, je povezana s tok terminali C1 in C2, medtem ko druga cev, imenovana napetostna cev, je povezana s potencialnimi terminali V1 in V2. Napetostna cev nosi tok sorazmerno s padcem napetosti preko R in tako tudi njegov vztek. Tok cev nosi tok sorazmerno s tokom, ki teče skozi R, in tako tudi njegov vztek. Oba vzteka delujeta v nasprotni smeri in kazalnik se ustavi, ko sta enaka. Ta instrument je uporaben za upore v obsegu 100 µΩ do 5 Ω.

Meritev srednjih uporov (1Ω – 100kΩ)

Spodaj so metode, ki se uporabljajo za meritev uporov, katerih vrednost je v obsegu 1Ω – 100kΩ –

• Metoda ampermetra-voltmetra

• Wheatstoneov mostni metoda

• Zamenjava metoda

• Carey-Fosterov mostni metoda

• Ohmmeter metoda

Metoda ampermetra-voltmetra

To je najbolj grob in najpreprostejši način merjenja upora. Uporablja en ampermeter za merjenje toka, I, in en voltmetr za merjenje napetosti, V, in dobimo vrednost upora kot

Sedaj lahko imamo dve možni povezavi ampermetra in voltmetra, prikazani na sliki spodaj.

Na sliki 1 voltmetr meri padec napetosti preko ampermetra in neznani upor, zato

Torej, relativna napaka bo,

Za povezavo na sliki 2 ampermetr meri vsoto tokov preko voltmetra in upora, zato

Relativna napaka bo,

Lahko opazimo, da je relativna napaka nič za Ra = 0 v prvem primeru in Rv = ∞ v drugem primeru. Sedaj se pojavlja vprašanje, katere povezave uporabiti v katerem primeru. Da bi to ugotovili, enačimo obe napaki

Torej za upore, večje od tistih, ki jih določa zgornja enačba, uporabljamo prvo metodo, za manjše pa drugo metodo.

Wheatstoneov mostni metoda

To je najpreprostejši in najosnovnejši mostni obvod, ki se uporablja v merilnih študijah. Glavno sestavljeno iz štirih rokov upora P, Q; R in S. R je neznani upor, ki ga meritimo, S pa je standardni upor. P in Q se imenujeta razmerje rokov. Izvor EMF je povezan med točkama a in b, medtem ko je galvanometer povezan med točkama c in d.