Cách thiết kế đồng hồ đo điện trở ( How to design Ohmmeter )

Mặc dù thiết kế cơ khí (đồng hồ đo điện trở) hiếm khi được sử dụng ngày nay, phần lớn được thay thế bằng các dụng cụ kỹ thuật số, hoạt động của chúng vẫn hấp dẫn và đáng nghiên cứu.

Dĩ nhiên, mục đích của một máy đo ma sát là đo điện trở giữa các dây dẫn của nó. Việc đọc điện trở này được biểu thị thông qua một chuyển động của đồng hồ đo cơ khí hoạt động trên dòng điện. Các ohmmeter sau đó phải có một nguồn điện áp bên trong để tạo ra dòng điện cần thiết để vận hành chuyển động, và cũng có các điện trở khác nhau thích hợp để chỉ cho phép lượng dòng điện thông qua chuyển động tại bất kỳ điện trở nào.

Cách thiết kế đồng hồ đo điện trở ( How to design Ohmmeter )

Bắt đầu với một chuyển động đơn giản và mạch ắc quy, chúng ta hãy xem nó hoạt động như thế nào với một máy đo độ ồn:




Khi có điện trở vô hạn (không có sự liên tục giữa các đạo trình thử nghiệm), thì không có dòng điện qua chuyển động của đồng hồ đo, và kim chỉ về phía trái của thang đo. Về vấn đề này, chỉ báo ohmmeter là “ngược” vì chỉ báo tối đa (vô cực) nằm ở bên trái thang đo, trong khi điện áp và đồng hồ đo dòng điện có 0 ở bên trái thang đo của chúng.

Nếu các đầu đo kiểm tra của ống kế này được nối trực tiếp với nhau (đo zero Ω), chuyển động của đồng hồ sẽ có lượng dòng điện tối đa qua nó, chỉ giới hạn bởi điện áp pin và điện trở bên trong của chuyển động:




Với 9 volts pin tiềm năng và chỉ có 500 Ω kháng chuyển động, dòng điện của chúng tôi sẽ là 18 mA, vượt xa mức đánh giá toàn diện của chuyển động. Một lượng dư thừa như vậy sẽ làm hỏng đồng hồ.

Không chỉ vậy, nhưng có một điều kiện như vậy giới hạn tính hữu dụng của thiết bị. Nếu toàn bộ tỷ lệ trái trên mặt đồng hồ biểu thị một lượng kháng vô hạn thì toàn bộ tỷ lệ phải là số không. Hiện nay, thiết kế của chúng tôi "chốt" chuyển động của đồng hồ cứng ở bên phải khi không có điện trở nào được nối giữa các dây dẫn. Chúng tôi cần một cách để làm cho nó để các phong trào chỉ đăng ký đầy đủ quy mô khi các thử nghiệm dẫn được shorted với nhau. Điều này được thực hiện bằng cách thêm một loạt kháng với mạch của đồng hồ đo:




Để xác định giá trị thích hợp cho R, chúng tôi tính toán tổng điện trở mạch cần thiết để giới hạn dòng điện đến 1 mA (độ lệch toàn phần trên chuyển động) với 9 vôn điện thế từ pin, sau đó trừ đi sức cản bên trong của chuyển động từ hình đó:




Bây giờ giá trị đúng cho R đã được tính toán, chúng tôi vẫn còn lại với một vấn đề của phạm vi mét. Ở phía bên trái của quy mô chúng ta có "vô cùng" và ở phía bên phải chúng ta có số không. Ngoài việc “ngược” từ vảy vôn kế và ampe kế, thang đo này còn lạ lùng vì nó không chuyển từ bất cứ thứ gì sang tất cả mọi thứ, thay vì không có giá trị hữu hạn (chẳng hạn như 10 vôn, 1 amp, vv). Người ta có thể dừng lại để tự hỏi, "những gì giữa quy mô đại diện? Con số này nằm chính xác giữa 0 và vô cực? ”Infinity không chỉ là một số lượng rất lớn : nó là một số lượng không thể tính toán, lớn hơn bất kỳ con số xác định nào có thể. Nếu chỉ thị một nửa trên bất kỳ loại đồng hồ nào khác đại diện cho 1/2 giá trị phạm vi toàn dải, thì nửa số vô cực trên thang đo ohmmeter là bao nhiêu?


Câu trả lời cho nghịch lý này là một thang đo phi tuyến . Nói một cách đơn giản, quy mô của một ống kế không trôi chảy từ 0 đến vô cùng khi kim quét từ phải sang trái. Thay vào đó, quy mô bắt đầu “mở rộng” ở phía bên tay phải, với các giá trị điện trở kế tiếp tục ngày càng gần nhau hơn về phía bên trái của thang đo:




Infinity không thể được tiếp cận trong một thời trang tuyến tính (thậm chí), bởi vì quy mô sẽ không bao giờ đạt được điều đó! Với thang đo phi tuyến, lượng kháng cự kéo dài cho bất kỳ khoảng cách nhất định nào trên thang đo tăng lên khi quy mô tiến tới vô cùng, làm cho vô cực đạt được mục tiêu.

Tuy nhiên, chúng tôi vẫn có một câu hỏi về phạm vi của chúng tôi. Giá trị của điện trở giữa các dẫn thử nghiệm sẽ gây ra chính xác 1/2 độ lệch của kim? Nếu chúng ta biết rằng chuyển động có một tỷ lệ toàn phần là 1 mA, thì 0,5 mA (500 µA) phải là giá trị cần thiết cho độ lệch nửa quy mô. Theo thiết kế của chúng tôi với pin 9 volt như một nguồn chúng tôi nhận được:




Với điện trở chuyển động nội tại 500 Ω và điện trở phạm vi loạt là 8,5 kΩ, điều này để lại 9 kΩ cho điện trở kiểm tra bên ngoài (chì-đến-chì) ở mức 1/2. Nói cách khác, điện trở thử cho độ lệch 1/2 độ trong một ống kế là bằng nhau về giá trị với tổng trở kháng của hàng loạt (bên trong) của mạch đo.

Sử dụng Luật Ohm một vài lần nữa, chúng ta có thể xác định giá trị điện trở thử cho độ lệch thang 1/4 và 3/4:

1/4 độ lệch quy mô (0,25 mA của đồng hồ đo dòng điện):




3/4 độ lệch (0,75 mA của đồng hồ dòng điện):




Vì vậy, quy mô cho ohmmeter này trông giống như thế này:





Một vấn đề lớn với thiết kế này là sự phụ thuộc vào điện áp pin ổn định để đọc chính xác. Nếu điện áp pin giảm (như tất cả các loại pin hóa học làm với tuổi tác và sử dụng), thang đo ohmmeter sẽ mất độ chính xác. Với điện trở dãy số ở giá trị không đổi là 8,5 kΩ và điện áp pin giảm, đồng hồ sẽ không còn làm lệch hướng toàn bộ ở bên phải khi các đầu đo kiểm bị thiếu hụt với nhau (0 Ω). Tương tự như vậy, điện trở thử 9 kΩ sẽ không làm lệch kim chính xác đến 1/2 độ với điện áp pin thấp hơn.

Có những kỹ thuật thiết kế được sử dụng để bù cho điện áp pin khác nhau, nhưng chúng không hoàn toàn chăm sóc vấn đề và được xem là xấp xỉ tốt nhất. Vì lý do này, và cho thực tế của quy mô phi tuyến, loại ohmmeter này không bao giờ được coi là một công cụ chính xác.

Một báo trước cuối cùng cần phải được đề cập liên quan đến ohmmeters: chúng chỉ hoạt động chính xác khi đo điện trở không được cấp nguồn bởi một điện áp hoặc nguồn dòng. Nói cách khác, bạn không thể đo điện trở bằng một vòng đo trên một mạch "sống"! Lý do cho việc này rất đơn giản: chỉ báo chính xác của máy đo độ ồn phụ thuộc vào nguồn điện áp duy nhất là pin bên trong của nó. Sự hiện diện của bất kỳ điện áp nào trong thành phần được đo sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của máy đo. Nếu điện áp đủ lớn, nó thậm chí có thể làm hỏng ohmmeter.

ÔN TẬP:

Ohmmeters chứa nguồn nội bộ của điện áp để cung cấp điện trong việc đo điện trở.
Một thang đo tương tự là "ngược" từ vôn kế hoặc ampe kế, kim chuyển động đọc không có điện trở ở mức kháng cự toàn phần và vô hạn khi nghỉ ngơi.
Các đồng hồ đo tương tự cũng có thang đo phi tuyến, “mở rộng” ở đầu thấp của thang đo và “nén” ở đầu cao để có thể kéo dài từ 0 đến vô hạn.
Các đồng hồ đo tương tự không phải là các công cụ chính xác.
Ohmmeters không bao giờ nên được kết nối với một mạch năng lượng (có nghĩa là, một mạch với nguồn riêng của điện áp). Bất kỳ điện áp nào được áp dụng cho các đầu đo kiểm tra của một ống kế sẽ làm mất hiệu lực đọc của nó.
Bài tiếp theo chúng ta cùng tìm hiểu Cách sử dụng đồng hồ đo điện trở đất, cách điện

Cám ơn bạn chia sẻ Cách thiết kế đồng hồ đo điện trở ( How to design Ohmmeter ). Mong sẽ có những chia sẽ hữu ích khác từ bạn.