روش‌های اندازه‌گیری مقاومت (قسمت اوّل)

مقدمه

مقاومت یکی از اساسی‎ترین عناصری است که در مهندسی برق و الکترونیک با آن سر و کار داریم. مقدار مقاومت می‎تواند مثل مقاومت سیم‎پیچ یک ترانس، بسیار کوچک باشد، یا مثل مقاومت ماده‎ی عایق موجود در سیم‎پیچی همان ترانس، بسیار بزرگ باشد. با وجود اینکه در بسیاری از موارد برای اندازه‎گیری مقاومت هر چیزی می‎توانیم از اُهم‎متر یا مولتی‎متر استفاده کنیم؛ اما در موارد خاصی که نیاز داریم تا مقاومت قطعه‎ی مورد نظر خود را با دقت بسیار بالا بدانیم، یا در مواردی که مقاومت مجهول دارای مقداری بسیار بزرگ‎تر یا بسیار کوچک‎تر از محدوده‎ی عملکرد مولتی‎متر باشد باید از روش‎های دیگری استفاده کنیم.

اندازه‎گیری مقاومت یک قطعه به کمک مولتی‎متر

در این مقاله با روش‎های مختلف اندازه‎گیری مقاومت آشنا خواهیم شد. به همین منظور ما مقاومت‎ها را به سه دسته‎ی مقاومت‎های کوچک (کمتر از 1 اهم)، مقاومت‎های متوسط (بین 1 اهم تا 100 کیلواهم) و مقاومت‎های بزرگ (بیشتر از 100 کیلواهم) تقسیم می‎کنیم.

اندازه‎گیری مقاومت‎های کوچک

مهم‎ترین مسئله در اندازه‎گیری مقاومت‎های کوچک این است که سیم و اتصالاتی که برای اندازه‎گیری مقاومت یک قطعه مورد استفاده قرار می‎گیرند، خود دارای مقاومت کوچکی هستند که با مقاومت قطعه‎ی مجهول قابل مقایسه است و می‎تواند موجب بروز خطای شدید در اندازه‎گیری مقاومت شود.

برای برطرف کردن این مسئله برای مقاومت‎های کوچک، چهار ترمینال (پایه) در نظر می‎گیرند. دو ترمینال مخصوص جریان و دو ترمینال مخصوص ولتاژ.

یک جریان معلوم از طریق ترمینال‎های جریان C1 و C2 در مقاومت جاری می‎شوند و موجب بروز افت ولتاژ بین ترمینال‎های ولتاژ V1 و V2 می‎شوند. بنابراین با اندازه‎گیری ولتاژ دو سر مقاومت توسط ولت‎متر و جریان عبوری از آن توسط آمپرمتر و به کمک قانون اهم می‎توانیم مقاومت قطعه را به دست آوریم. با این روش دیگر مقاومت سیم‎ها تأثیری در اندازه‎گیری‎ها نخواهد داشت. با وجود اینکه همچنان مقاومت اتصالات در ترمینال‎های ولتاژ می‎توانند موجب بروز خطا شوند اما چون این خطا بسیار کوچک است می‎توان از آن صرف نظر کرد.

روش‎های مختلفی برای اندازه‎گیری مقاومت‎های کوچک وجود دارد که در اینجا روش پل کلوین مضاعف (Kelvin’s Double Bridge) را شرح خواهیم داد.

روش پل کلوین مضاعف

پل کلوین مضاعف یک نسخه‎ی بهبود یافته از پل وتستون است که در بخش‎های بعدی در مورد آن هم صحبت خواهیم کرد. شکل زیر ساختار مدار پل کلوین را نمایش می‎دهد:

همانطور که در شکل بالا می‎بینید این مدار دارای دو جفت بازو است، یک جفت با مقاومت‎های P و Q و یک جفت دیگر با مقاومت‎های p و q (با حروف کوچک). مقاومت R همان مقاومت مجهول کوچک است که می‎خواهیم مقدارش را اندازه بگیریم و مقاومت S یک مقاومت معلوم است که مقدار آن را با دقت خوبی می‎دانیم و آن را مقاومت استاندارد می‎نامیم. در اینجا منظور از مقاومت r ، مقاومت سیمی است که بین مقاومت مجهول و مقاومت استاندارد قرار دارد و باید اثر آن را از بین ببریم. همچنین یک گالوانومتر (نوعی آمپرمتر بسیار حساس) بین دو نقطه‎ی C و d قرار داده‎ایم.

برای اندازه‎گیری مقاومت تنها کاری که باید بکنیم این است که مقاومت‎های P، Q، p و q را طوری تغییر دهیم تا جریان عبوری از گالوانومتر دقیقاً صفر شود. طبق خاصیت پل وتستون این وضعیت زمانی پیش می‎آید که نسبت P/Q با نسبت p/q مساوی شود. در این وضعیت می‎توانیم مقاومت R را از رابطه‎ی زیر محاسبه کنیم:

\[{\rm{R = }}\frac{{\rm{P}}}{{\rm{Q}}}{\rm{ \times S}}\]

در انتخاب ولتاژ ثابتی که در مدار قرار می‎دهید (E) توجه داشته باشید که چون مقاومت‎های R و S کوچک هستند باید ولتاژی انتخاب شود تا جریان زیادی از مقاومت‎های R و S عبور نکند و موجب آسیب دیدن آن‎ها نشود. برای اینکه بتوانید جلوی مشکلات احتمالی ناشی از ولتاژهای بالای تغذیه را بگیرید بهتر است با باتری یا منبع ولتاژ یک مقاومت متغیر سری کنید تا به کمک آن جریان مدار را محدود کنید.

همچنین برای اینکه بتوانید جریان گالوانومتر را صفر کنید بهتر است حداقل یکی از مقاومت‎های P، Q، p و q را از نوع مقاومت‎های متغیر یا پتانسیومتر انتخاب کنید.

همان طور که دیدید ما با این روش توانستیم خطای ناشی از مقاومت سیم‎ها و اتصالات را از بین ببریم. برای از بین بردن منبع خطای دیگر که ناشی از اثرات ترموالکتریک است بهتر است پس از این که یک بار R را با این روش اندازه‎گیری کردید، جهت اتصال باتری را معکوس کنید و دوباره اندازه‎گیری‎ها را تکرار کنید، سپس بین دو مقدار بدست آمده میانگین بگیرید.

جالب است بدانید که شما با این روش می‎توانید مقاومت‎های مجهول در محدوده‎ی 0.1 میکرواُهم تا 1 اهم را اندازه‎گیری کنید!

مرجع: electrical4u.com

برای تهیه‌ی این مقاله زمان، انرژی و هزینه‌ی قابل توجهی صرف شده است؛ لطفاً در صورت استفاده از این مقاله، برای حمایت از نویسنده و جهت فراهم آوردن امکان ادامه فعالیت پایگاه فناوری تابین، لینک زیر را در رسانه یا مقاله‌ی خود قرار دهید: