Đo điện trở

Điện trở là một trong những yếu tố cơ bản nhất gặp phải trong kỹ thuật điện và điện tử. Giá trị điện trở trong kỹ thuật dao động từ giá trị rất nhỏ như điện trở của cuộn dây biến áp, đến giá trị rất lớn như điện trở cách điện của cùng cuộn dây biến áp đó. Mặc dù đồng hồ đo đa năng hoạt động khá tốt nếu chúng ta cần một giá trị gần đúng của điện trở, nhưng để có giá trị chính xác và đặc biệt ở các giá trị rất thấp và rất cao, chúng ta cần các phương pháp cụ thể. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về các phương pháp đo điện trở. Để mục đích này, chúng ta phân loại điện trở thành ba nhóm -

Đo Điện Trở Thấp (<1Ω)

Vấn đề chính trong đo điện trở thấp là điện trở tiếp xúc hoặc điện trở dẫn của các thiết bị đo, mặc dù có giá trị nhỏ nhưng so sánh được với điện trở đang được đo và do đó gây ra lỗi nghiêm trọng.
Vì vậy, để loại bỏ vấn đề này, các điện trở có giá trị nhỏ được chế tạo với bốn đầu nối. Hai đầu nối là đầu nối dòng điện và hai đầu nối khác là đầu nối điện thế.
Hình dưới đây cho thấy cấu tạo của điện trở thấp.

Dòng điện chảy qua đầu nối dòng điện C1 và C2 trong khi điện thế giật được đo qua đầu nối điện thế V1 và V2. Do đó, chúng ta có thể tìm ra giá trị của điện trở đang thử nghiệm theo V và I như được chỉ ra trong hình trên. Phương pháp này giúp chúng ta loại trừ điện trở tiếp xúc do đầu nối dòng điện và mặc dù điện trở tiếp xúc của đầu nối điện thế vẫn còn, nó chỉ chiếm một phần rất nhỏ của mạch điện thế cao và do đó gây ra lỗi không đáng kể.

Các phương pháp được sử dụng để đo điện trở thấp là:

• Phương pháp cầu Kelvin kép

• Phương pháp Potentiometer

• Dụng cụ đo Ducter Ohmmeter.

Cầu Kelvin Đôi

Cầu Kelvin đôi là sự cải tiến của cầu Wheatstone đơn giản. Hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch của cầu Kelvin đôi.

Như chúng ta có thể thấy trong hình trên, có hai bộ cánh, một với điện trở P và Q và bộ kia với điện trở p và q. R là điện trở thấp chưa biết và S là điện trở chuẩn. Ở đây, r đại diện cho điện trở tiếp xúc giữa điện trở chưa biết và điện trở chuẩn, mà chúng ta cần loại bỏ. Để đo, chúng ta làm cho tỷ lệ P/Q bằng p/q và do đó tạo ra một cầu Wheatstone cân bằng dẫn đến độ lệch null trong galvanometer. Do đó, cho một cầu cân bằng, chúng ta có thể viết

Đặt eqn 2 vào 1 và giải, và sử dụng P/Q = p/q, chúng ta được-

Do đó, bằng cách sử dụng hai cánh cân bằng, chúng ta có thể loại bỏ hoàn toàn điện trở tiếp xúc và do đó lỗi do nó. Để loại bỏ lỗi khác do điện thế nhiệt điện, chúng ta lấy một lần đọc nữa với kết nối pin đảo ngược và cuối cùng lấy trung bình của hai lần đọc. Cầu này hữu ích cho điện trở trong khoảng từ 0.1µΩ đến 1.0 Ω.

Dụng cụ Đo Ducter Ohmmeter

Đây là thiết bị điện cơ khí được sử dụng để đo điện trở thấp. Nó bao gồm một nam châm vĩnh cửu tương tự như PMMC và hai cuộn dây giữa trường từ do các cực của nam châm tạo ra. Hai cuộn dây này vuông góc với nhau và có thể quay tự do xung quanh trục chung. Hình dưới đây cho thấy một Dụng cụ Đo Ducter Ohmmeter và các kết nối cần thiết để đo điện trở R chưa biết.

Một trong số các cuộn dây gọi là cuộn dây dòng điện, được kết nối với đầu nối dòng điện C1 và C2, trong khi cuộn dây kia gọi là cuộn dây điện thế, được kết nối với đầu nối điện thế V1 và V2. Cuộn dây điện thế mang dòng điện tỷ lệ với điện thế giật qua R và do đó là lực xoắn được tạo ra. Cuộn dây dòng điện mang dòng điện tỷ lệ với dòng điện chảy qua R và do đó cũng là lực xoắn. Cả hai lực xoắn đều tác dụng theo hướng ngược lại và chỉ báo dừng lại khi cả hai bằng nhau. Thiết bị này hữu ích cho điện trở trong khoảng từ 100µΩ đến 5Ω.

Đo Điện Trở Trung Bình (1Ω – 100kΩ)

Dưới đây là các phương pháp được sử dụng để đo điện trở có giá trị trong khoảng từ 1Ω – 100kΩ –

• Phương pháp Ampe-Voltmet

• Phương pháp Cầu Wheatstone

• Phương pháp Thay Thế

• Phương pháp Cầu Carey-Foster

• Phương pháp Dụng cụ Đo Ohm

Phương pháp Ampe-Voltmet

Đây là phương pháp thô sơ và đơn giản nhất để đo điện trở. Nó sử dụng một ampe để đo dòng điện, I và một voltmét để đo điện thế, V và chúng ta nhận được giá trị của điện trở là

Bây giờ chúng ta có hai kết nối có thể của ampe và voltmét, được hiển thị trong hình dưới đây.

Trong hình 1, voltmét đo điện thế giật qua ampe và điện trở chưa biết, do đó

Do đó, lỗi tương đối sẽ là,

Đối với kết nối trong hình 2, ampe đo tổng dòng điện qua voltmét và điện trở, do đó

Lỗi tương đối sẽ là,

Có thể thấy rằng lỗi tương đối là không cho Ra = 0 trong trường hợp thứ nhất và Rv = ∞ trong trường hợp thứ hai. Bây giờ câu hỏi đặt ra là nên sử dụng kết nối nào trong trường hợp nào. Để tìm ra điều này, chúng ta làm cho cả hai lỗi bằng nhau

Do đó, đối với điện trở lớn hơn giá trị cho bởi phương trình trên, chúng ta sử dụng phương pháp thứ nhất và đối với điện trở nhỏ hơn, chúng ta sử dụng phương pháp thứ hai.

Phương pháp Cầu Wheatstone

Đây là mạch cầu đơn giản và cơ bản nhất được sử dụng trong các nghiên cứu đo lường. Nó chủ yếu bao gồm bốn cánh của điện trở P, Q; R và S. R là điện trở chưa biết đang được thí nghiệm, trong khi S là điện trở chuẩn. P và Q được gọi là cánh tỷ lệ. Một nguồn EMF được kết nối giữa điểm a và b trong khi một galvanometer được kết nối giữa điểm c và d.

Mạch cầu luôn hoạt động theo nguyên tắc phát hiện null, nghĩa là chúng ta thay đổi một tham số cho đến khi bộ phát hiện hiển thị zero, sau đó sử dụng một mối quan hệ toán học để xác định giá trị chưa biết theo tham số thay đổi và các hằng số khác. Ở đây, điện trở chuẩn S cũng được thay đổi để đạt được độ lệch null trong galvanometer. Độ lệch null này có nghĩa là không có dòng điện từ điểm c đến d, điều này có nghĩa là điện thế của điểm c và d là như nhau. Do đó