Измерване на съпротивление

Измерването на електрическо съпротивление е необходимо в много индустриални сектори. Производителите на резистори, индуктори и дросели трябва да верифицират, че техните продукти отговарят на специфицирания толеранс на съпротивление в рамките на качествения контрол. При производството на комутатори, релета и конектори трябва да се гарантира, че контактното съпротивление е по-ниско от предварително зададена стойност. Производителите на кабели трябва да измерват съпротивлението на медните проводници – ако е прекалено високо, токопреносната способност на кабела ще е намалена; ако е прекалено ниско, диаметърът на кабела е твърде голям.

В производството на електродвигатели и генератори е необходимо да се определи максималната температура, която се достига при пълно натоварване, като за целта се използва температурният коефициент на медните бобини. Съпротивлението се измерва първо при температурата на околната среда, когато двигателят или генераторът не работят. След това агрегатите се подлагат на пълно натоварване за определен период от време и съпротивлението се измерва отново. От разликата в двете стойности на съпротивлението може да се определи вътрешната температура на двигателя/генератора.

Принципи на измерване

Най-простият метод за определяне на стойността на съпротивлението е използването на амперметър за измерване на тока и волтметър за измерване на напрежението. Въпреки че този метод може да предостави относително добра точност на резултатите, прилагането му за ежедневни нужди от изчисляване на съпротивлението не е практично.

Методът с двоен мост на Келвин е разновидност на Уитстъновия мост, позволяваща измерването на ниски съпротивления. Обхватът на измерване обикновено е между 1 mW и 1 kW с най-малка разделителна способност от 1 mW. Сред ограниченията на метода са необходимостта от чувствителен детектор за нулата или галванометър за засичане на равновесното състояние и изискването за относително висок измервателен ток за постигане на достатъчна чувствителност. Принципно прилагането на двойния мост на Келвин се замества с използването на дигитални омметри.

Когато е нужно измерване на по-високи стойности на съпротивление над 100 W и не се изисква висока точност, може да се използва обикновен цифров мултимер, който работи на база метода на двата проводника. При измерване на съпротивлението на компонент през него се пропуска тестов ток, като измервателният уред отчита напрежението при терминалите.

Впоследствие уредът изчислява и визуализира стойността на съпротивлението. Трябва да се отбележи, че мултимерът отчита напрежението при проводниците си, а не в компонента, поради което падът на напрежението в съединителните проводници също е включен в изчисляването на съпротивлението. Висококачествените тестови проводници имат съпротивление от приблизително 0,02 W на метър. В допълнение, съпротивлението на присъединяването също се включва в измерването. Когато се измерват по-големи стойности на съпротивление, тази допълнителна грешка може да бъде пренебрегната, но с понижаване на определяното съпротивление тя става значителна.

Методът на четирите проводника се предпочита за измерване на съпротивления под 100 W. През два от проводниците (токови) се пропуска ток, а другите два (измервателни) се използват за определяне на пада на напрежението в тествания компонент. Малък по големина ток протича и през измервателните проводници, но той е незначителен и може да бъде пренебрегнат. В такъв случай падът на напрежението в измервателните терминали на омметъра е равен на пада на напрежение в компонента. Получените по този метод резултати са с добра точност и повторяемост само при измерване на съпротивления под 100 W.

Възможни грешки

Съществуват няколко източници на грешки при измерването на съпротивление. Сред тях са замърсени присъединявания, прекалено високо съпротивление на проводниците, наличието на шум, температурни влияния и др.
Както при всички измервателни дейности и тук е важно да се гарантира, че свързаният уред не е замърсен и повърхността му не е оксидирала. Съединенията с високо съпротивление водят до грешки в отчитането или дори до възпрепятстване на измерването. Някои покрития също са добри изолатори. Анодирането е с много високо съпротивление и е класически пример в това отношение.

Въпреки че на теория измерването на съпротивление по метода на четирите проводника не зависи от дължината на изводите, трябва да се внимава тяхното съпротивление да не е прекомерно високо. Проводниците, чрез които се измерва падът на напрежението, не са от критично значение и съпротивлението им може да достигне 1 kW, без да се засегне точността на измерване, но случаят с токовите проводници не е такъв.

Ако тяхното съпротивление е прекалено високо, то падът на напрежението ще доведе до недостатъчно високо напрежение в тестваното устройство за достоверно отчитане. В случай че се налага използването на дълги проводници за измерването, е необходимо да се използват кабели с по-голям диаметър, за да се намали съпротивлението им.

Шумът също може да е проблем. Той се получава в тестовите проводници, когато са под въздействието на променливо магнитно поле или когато се движат в рамките на такова поле. За да се минимизира този ефект, проводниците трябва да са с възможно най-малка дължина от практична гледна точка, да са неподвижни и да са идеално екранирани.

Винаги трябва да се има предвид и ефектът, който измервателният ток оказва върху тестваното устройство. Когато тестваното оборудване е с малко тегло или е конструирано от материали с висок температурен коефициент, например тънки снопове меден проводник, измервателният ток трябва да бъде възможно най-нисък с цел да се избегне загряване. В тези случаи може да е подходящо прилагането на един-единствен токов импулс, за да се сведе допълнителното загряване до минимум.
Важно е да се отчете и фактът, че съпротивлението на повечето материали се влияе от температурата им.

Понякога, в зависимост от изискваната точност на измерването, е необходимо да се контролират условията на средата, в която се извършва тестването с цел поддържане на постоянна температура. Такъв е случаят с измерването на референтни стандарти на съпротивление, което се извършва в лаборатории при температура от 20 или 23°C. Когато контролирането на температурата на околната среда не е възможно, може да се приложи температурна компенсация. Тя включва коригиране на отчетеното показание за съпротивлението спрямо референтната температура от 20°C чрез свързана към омметъра температурна сонда, която регистрира температурата на околната среда.