วัดค่าความต้านทานอย่างไร?

ในการวัดค่าความต้านทานไฟฟ้า (ความต้านทานต่ำ ความต้านทานปานกลาง และความต้านทานสูง) เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์จะใช้เทคนิคการวัดสองวิธี ได้แก่ แรงดันคงที่และกระแสคงที่

วิธีการใช้แรงดันคงที่วัดค่าความต้านทานสูง โดยใช้แรงดันที่ทราบค่าเพื่อหาค่ากระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านความต้านทานที่ไม่ทราบค่า วิธีนี้มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการใช้กระแสคงที่ เนื่องจากเราสามารถใช้แรงดันทดสอบต่างๆ เพื่อหาค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่าได้

ในขณะที่วิธีการวัดกระแสคงที่นั้น จะส่งกระแสไฟฟ้าที่ทราบค่าไปยังตัวต้านทานที่ไม่ทราบค่า จากนั้นจึงวัดแรงดันไฟฟ้า ในการวัดความต้านทานสูง (200 เมกะโอห์ม) เราสามารถใช้วิธีการวัดกระแสคงที่ได้ มัลติมิเตอร์ดิจิทัล (DMM) ใช้หลักการนี้

ต่อไปนี้เราจะมาพูดถึงวิธีการวัดค่าความต้านทานกัน

วิธีการวัดความต้านทาน

การวัดค่าความต้านทานช่วยให้ทราบค่าสูงสุดขององค์ประกอบที่มีความต้านทาน เช่น แมงกานีส ทองแดง นิกเกล เป็นต้น ค่าความต้านทานที่วัดได้มีตั้งแต่ไม่กี่ไมโครโอห์มไปจนถึงหลายเมกะโอห์ม

เราสามารถต่อโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์เข้ากับวงจรเพื่อหาค่าความต้านทานต่ำและความต้านทานสูงในวงจรได้ โดยใช้วิธีการต่อแบบบริดจ์และการวัดความต่างศักย์

วิธีการเชื่อมต่อแบบบริดจ์ใช้กัลวาโนมิเตอร์และตัวต้านทาน แบบง่ายๆ ที่มีความแม่นยำสูง การวัดความต้านทานแบบบริดจ์บางประเภท ได้แก่ บริดจ์วีทสโตน อิมพีแดนซ์กระแสสลับ และบริดจ์คู่เคลวิน

วิธีการหาค่าความต้านทานโดยใช้หลักการ ลดลงของศักย์ไฟฟ้าใช้โวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์ในการวัดค่าความต้านทาน โวลต์มิเตอร์จะคำนวณค่าแรงดันไฟฟ้า และแอมมิเตอร์จะวัดกระแสไฟฟ้า จากกฎของโอห์ม เราสามารถหาค่าความต้านทานได้

วิธีการวัดค่าความต้านทานต่ำ (<1Ω)

ความต้านทานต่ำพบได้ในสวิตช์ ขดลวดทองแดง ขดลวดหม้อแปลง หน้าสัมผัสของเบรกเกอร์ การเชื่อมต่อสายแบตเตอรี่ ขดลวดมอเตอร์ เป็นต้น

เพื่อทำความเข้าใจวิธีการวัดค่าความต้านทานต่ำกว่า 1 โอห์ม จะมีการใช้วิธีการสามวิธี ได้แก่ โพเทนชิโอมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์-แอมมิเตอร์ และสะพานเคลวิน

วิธีโพเทนชิออมิเตอร์

วิธีการวัดความต้านทานด้วยโพเทนชิโอมิเตอร์แบบกระแสตรง (DC potentiometer) นั้นใช้วัดความต้านทานที่ไม่ทราบค่า โดยใช้ความต้านทานคงที่หรือความต้านทานมาตรฐานเป็นค่าอ้างอิง ตัวต้านทานปรับค่าได้ (rheostat) จะเปลี่ยนค่าความต้านทานและควบคุมกระแสไฟฟ้า ' I ' ในวงจร โดยต่อแอมมิเตอร์อนุกรมกับความต้านทานที่ไม่ทราบค่าและความต้านทานมาตรฐาน

เมื่อสวิตช์ DPT อยู่ที่ตำแหน่ง 1 จะควบคุมความต้านทานที่ไม่ทราบค่า และเมื่ออยู่ที่ตำแหน่ง 2 จะควบคุมความต้านทานมาตรฐาน แรงดันตกคร่อมความต้านทานจะถูกใช้เป็นค่าเอาต์พุตโดยใช้กฎของโอห์ม ดังนั้นความต้านทานที่ไม่ทราบค่าจึงกำหนดโดย

ความต้านทานที่ไม่ทราบค่า = (แรงดันตกคร่อมความต้านทานที่ไม่ทราบค่า / แรงดันตกคร่อมความต้านทานมาตรฐาน) * ความต้านทานมาตรฐาน

วิธีการใช้โวลต์มิเตอร์-แอมมิเตอร์

วิธีการวัดด้วยโวลต์มิเตอร์-แอมมิเตอร์สามารถวัดค่าความต้านทานต่ำได้ด้วยความแม่นยำ ±1% เพื่อให้ได้ค่าความคลาดเคลื่อน 1% จึงใช้ขั้วต่อ 4 ขั้วในการวัด โดย 2 ขั้วเป็นขั้ววัดกระแส ( C1 , C2 ) และอีก 2 ขั้วเป็นขั้ววัดศักย์ไฟฟ้า ( V1 , V2 )

แรงดันตกคร่อมขั้วต่อศักย์จะน้อยลง และกระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าและออกจากตัวต้านทานที่ไม่ทราบค่า ความต้านทานสัมผัสที่ขั้วต่อกระแสไฟฟ้ามีค่าน้อย และความต้านทานที่ไม่ทราบค่าจะคำนวณได้จากแรงดันตกคร่อมโวลต์มิเตอร์และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านแอมมิเตอร์

สะพานเคลวิน

การวัดด้วยวงจรบริดจ์เคลวิน (บริดจ์ทอมสัน) มีข้อดีคือสามารถตัดความต้านทานส่วนเกินจากสายวัดและหน้าสัมผัสได้ ภาพด้านล่างแสดงวงจรบริดจ์คู่เคลวิน

วงจรบริดจ์นี้ใช้แขนที่มีอัตราส่วนสองเท่าเพื่อลดความต้านทานลง ' R ' คือความต้านทานที่ไม่ทราบค่า และ ' S ' คือความต้านทานมาตรฐานที่มีค่าต่ำ ' C ' คือจุดเชื่อมต่อทองแดงขนาดใหญ่ ส่วนแขนงa , b , a1และb1มีค่าความต้านทานสูงเมื่อเทียบกับ ' R ' และ ' S '

สมการสะพานคู่เคลวินแสดงได้ด้วยสูตรดังนี้

R/S = (a1/b1) – {C/S × (b/(a+b+C)) × (a1/b1 – a/b)}

สำหรับการวัดที่ถูกต้อง อัตราส่วนของ ' R ', ' S ' และa , bต้องเท่ากัน ขณะนี้วงจรอยู่ในสภาวะสมดุล ซึ่งจะทำให้กระแสในแกลวาโนมิเตอร์ ' G ' เบี่ยงเบน สะพานวัดนี้ใช้วัดความต้านทานในช่วงตั้งแต่ 0.1 โอห์มถึง 1 โอห์ม

การวัดค่าความต้านทานปานกลาง (1Ω - 100KΩ)

แอมมิเตอร์ โวลต์มิเตอร์

วิธีการใช้แอมมิเตอร์-โวลต์มิเตอร์ทำงานโดยใช้การต่อสองแบบ ในการต่อแบบแรก ให้ต่อแอมมิเตอร์แบบอนุกรมกับความต้านทานที่ไม่ทราบค่า วิธีนี้จะวัดค่ากระแสที่ถูกต้องที่ไหลผ่านความต้านทานที่ไม่ทราบค่า ' R '

โวลต์มิเตอร์มีค่าเท่ากับผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านแอมมิเตอร์และแรงดันไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทาน ' R ' ในการวัดค่าความต้านทานขาออก ( Rm ₎ค่าความต้านทาน ' R ' ต้องมากกว่าค่าความต้านทานของแอมมิเตอร์ ( Ra ₎ดังนั้น วิธีนี้จึงเหมาะสำหรับการวัดค่าความต้านทานปานกลาง

ค่าความต้านทานที่วัดได้จริงคือR _m = R+R _aเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่แม่นยำ ความต้านทานของแอมมิเตอร์ต้องเป็นศูนย์ ซึ่งเป็นจริงในกรณีอุดมคติ

ในการต่อแบบที่สอง ให้ต่อโวลต์มิเตอร์แบบขนานกับตัวต้านทานที่ไม่ทราบค่า โวลต์มิเตอร์จะวัดค่าแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้อง แต่ในกรณีนี้ แอมมิเตอร์จะวัดผลรวมของกระแสที่ไหลผ่านโวลต์มิเตอร์และตัวต้านทานที่ไม่ทราบค่า ในกรณีที่เหมาะสมที่สุด ความต้านทานของโวลต์มิเตอร์ควรเป็นอนันต์เพื่อให้ได้ค่าแรงดันไฟฟ้าที่แท้จริง

ความคลาดเคลื่อนของการวัดด้วยแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ที่ระดับเต็มสเกลนั้นอยู่ที่ประมาณ 0 ถึง 1% ดังนั้นวงจรบริดจ์วีทสโตนจึงเหมาะสมกว่า

สะพานวีทสโตน

วงจรบริดจ์วีทสโตนเป็นวิธีการเก่าและไม่ได้ใช้งานแล้ว แต่แสดงให้เห็นถึงแนวคิดของวงจรบริดจ์สมดุลในการวัดค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่า วงจรบริดจ์นี้มีโครงสร้างเป็นรูปเพชร ประกอบด้วยตัวต้านทานสี่ตัว คือA , B , RและSโดยที่ตัวต้านทานBและSเป็นค่าคงที่

แรงดันไฟฟ้าจะถูกป้อนเข้าที่ขั้วอินพุต ' a ' และ ' s ' และเครื่องวัดกระแสไฟฟ้า (หรือที่เรียกว่าตัวตรวจจับศูนย์) จะเชื่อมต่อกับขั้วเอาต์พุต ' p ' และ ' d ' ในการวัดความต้านทาน ' R ' โดยใช้บริดจ์วีทสโตน ให้ปรับค่าความต้านทานมาตรฐาน ' A ' จนกระทั่งกระแสไฟฟ้าในเครื่องวัดกระแสไฟฟ้าอ่านค่าเป็นศูนย์ ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าบริดจ์อยู่ในสภาวะสมดุล

การวัดค่าความต้านทานโดยใช้โอห์มมิเตอร์

ต่อไปนี้เป็นขั้นตอนการทำงานของโอห์มมิเตอร์ในการวัดค่าความต้านทานของตัวต้านทานหรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บางอย่าง

1. ขั้นตอนสำคัญแรกคือการปิดวงจร (เพื่อให้แน่ใจในความถูกต้องในการวัดและป้องกันความเสียหายต่อวงจร ให้ถอดปลั๊กไฟออกจากวงจร)
2. วางหัววัดลงบนช่องเสียบที่เกี่ยวข้อง:
   1. เสียบโพรบสีดำเข้ากับพอร์ตทั่วไป (COM) ของมัลติมิเตอร์
   2. เสียบโพรบสีแดงเข้ากับพอร์ตวัดแรงดันไฟฟ้า ( VmAΩ ) ของมัลติมิเตอร์ (ขั้วสีแดง)
3. ตั้งค่ามิเตอร์เป็นศูนย์โดยวางหัววัดทั้งสองให้แตะกัน แล้วปรับหน้าปัดหรือปุ่มหมุนจนกว่าจะแสดงค่าศูนย์โอห์ม
4. ทดสอบค่าความต้านทานของชิ้นส่วนโดยใช้โพรบสองตัว วางไว้ที่แต่ละด้าน
5. หมุนปุ่มไปที่ช่วงค่าโอห์มที่ต้องการวัด (ถ้าเข็มชี้ไปทางด้านขวาของมาตราส่วน ให้ลดช่วงการวัดลงหนึ่งระดับ ถ้าเข็มชี้ไปทางด้านซ้ายของมาตราส่วน ให้เพิ่มช่วงการวัดขึ้นหนึ่งระดับ)
6. นำค่าที่อ่านได้จากมาตรวัดมาคูณกับช่วงค่าที่เหมาะสมบนหน้าปัด
7. ปรับค่าโอห์มมิเตอร์ให้เป็นศูนย์อีกครั้งก่อนทดสอบชิ้นส่วนอื่น

หมายเหตุ : ควรตรวจสอบค่าความต้านทานที่ต่อขนานกันเสมอ มัลติมิเตอร์จะคำนวณค่าความต้านทานระหว่างเส้นทางต่างๆ ในวงจร

มัลติมิเตอร์ใช้วัดความต้านทานรวมในวงจรผ่านเส้นทางที่เป็นไปได้ทั้งหมด ควรแยกชิ้นส่วนออกมาวัดความต้านทาน ก่อนเสมอ มิเช่นนั้นมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าความต้านทานที่ไม่ถูกต้อง

การวัดค่าความต้านทานสูง (>100KΩ)

วิธีการสูญเสียประจุ

การวัดค่าความต้านทานโดยใช้วิธีการสูญเสียประจุ ใช้ความต้านทานที่ไม่ทราบค่า (R) ต่อขนานกับโวลต์มิเตอร์และตัวเก็บประจุ (C) เมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านวงจรและตัวเก็บประจุจะชาร์จจนถึงระดับแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ หลังจากนั้น กระแสไฟฟ้าจะคายประจุผ่านความต้านทาน 'R'

สมการสำหรับแรงดันตกคร่อมตัวเก็บประจุคือ v = Ve ^(-t/CR)

สมการความต้านทาน ' R ' เท่ากับ0.4343t/ (C log10 V/(Ve))

วงจรเมกเกอร์

เครื่องวัดความต้านทานฉนวน (megger) ใช้สำหรับวัดความต้านทานฉนวนสูงในวงจร ภาพด้านล่างแสดงวงจรของเครื่องวัดความต้านทานฉนวน โดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบมือหมุนซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้า 500 โวลต์ 1000 โวลต์ และ 2500 โวลต์

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยคลัตช์อัตโนมัติที่ใช้หลักการแรงเหวี่ยงในการทำงานของอุปกรณ์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจ่ายแรงดันไฟฟ้าคงที่เพื่อวัดค่าความต้านทานฉนวนต่ำ

เครื่องวัดความต้านทานเมกเกอร์มีขดลวดสามขด (ขดลวดแรงดัน 2 ขด และขดลวดกระแส 1 ขด) ขดลวดกระแสหมุนตามเข็มนาฬิกา และขดลวดแรงดันหมุนทวนเข็มนาฬิกา ขดลวดทั้งสองทำให้เข็มชี้ไปอยู่ที่ตำแหน่งตรงกลาง จากนั้นคุณสามารถจ่ายแรงดันและวัดความต้านทานได้

เมื่อต่อตัวต้านทานที่ต้องการทดสอบ (ตัวต้านทานที่ไม่ทราบค่า Rx) เข้ากับเข็มชี้ เข็มชี้จะหยุดนิ่ง

วิธีบริดจ์เมกะโอห์ม

เครื่องวัดความต้านทานเมกะโอห์มนี้ใช้วัดความต้านทานสูงตั้งแต่ 0.1 เมกะโอห์ม ถึง 1 เมกะโอห์ม ขั้วต่อป้องกัน (Guard terminal) เชื่อมต่อกับแกลวาโนมิเตอร์ ( G ) สวิตช์ตัวคูณใช้สำหรับเลือกช่วงความต้านทานที่จะวัด

การใช้ค่าความต้านทานคงที่ 100 KΩ และการเชื่อมต่อขั้วป้องกันเข้ากับวงจรป้องกัน จะช่วยขจัดความต้านทานการรั่วไหลได้

ความยากลำบากในการอ่านความต้านทาน

• ร่างกายมนุษย์ดูดซับกระแสไฟฟ้า ดังนั้นควรระมัดระวังอย่าให้สัมผัสกับชิ้นส่วนขณะวัดด้วยมัลติมิเตอร์หรือโอห์มมิเตอร์
• ทดสอบส่วนประกอบแต่ละชิ้นแยกกันเพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่ถูกต้อง
• อย่าวัดค่าความต้านทานในวงจรที่เปิดใช้งานอยู่ เพราะจะทำให้ได้ค่าที่ผิดพลาด

คำแนะนำ:ปิดวงจรและวัดค่าความต้านทาน

• ตรวจสอบความเสียหายของชิ้นส่วน (วัดด้วยมัลติมิเตอร์แล้วได้ค่าความต้านทานเป็นศูนย์)
• ความสามารถในการวัดค่าความต้านทานต่ำซ้ำได้ในระดับไมโครโอห์ม ซึ่งจะส่งผลต่อการใช้กระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า

บทสรุป

ในปัจจุบันมีวิธีการวัดความต้านทานหลายวิธี ในบรรดาวิธีเหล่านั้น เครื่องวัด LCR ​​และโอห์มมิเตอร์ความต้านทานต่ำแบบดิจิทัลได้เข้ามาแทนที่วงจรบริดจ์วีทสโตน วงจรบริดจ์คู่เคลวิน และวิธีการอื่นๆ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมสำหรับการทดสอบความต้านทาน