Ohmmeter-ontwerp

Hoewel mechanische ohmmeter-ontwerpen (weerstandsmeters) tegenwoordig zelden worden gebruikt, omdat ze grotendeels zijn vervangen door digitale instrumenten, is hun werking niettemin intrigerend en het bestuderen waard.

Het doel van de ohmmeter

Het doel van een ohmmeter is natuurlijk om de weerstand te meten die tussen de draden is geplaatst. Deze weerstandswaarde wordt aangegeven door een mechanische meterbeweging die werkt op elektrische stroom. De ohmmeter moet dan een interne spanningsbron hebben om de benodigde stroom te creëren om de beweging te laten werken, en ook geschikte afstandsweerstanden hebben om precies de juiste hoeveelheid stroom door de beweging te laten gaan bij een bepaalde weerstand.

Hoe werkt een ohmmeter?

Laten we beginnen met een eenvoudig bewegings- en batterijcircuit, laten we eens kijken hoe het zou functioneren als een ohmmeter:

Wanneer er oneindige weerstand is (geen continuïteit tussen meetsnoeren), is er nul stroom door de beweging van de meter en wijst de naald helemaal links op de schaal. In dit opzicht is de ohmmeter-indicatie "achterwaarts" omdat de maximale indicatie (oneindig) aan de linkerkant van de schaal staat, terwijl spannings- en stroommeters nul aan de linkerkant van hun schaal hebben.

Als de meetsnoeren van deze ohmmeter direct aan elkaar worden kortgesloten (nul Ω meten), zal de beweging van de meter een maximale hoeveelheid stroom hebben, alleen beperkt door de batterijspanning en de interne weerstand van de beweging:

Met 9 volt batterijpotentieel en slechts 500 Ω bewegingsweerstand, zal onze circuitstroom 18 mA zijn, wat ver boven de volledige beoordeling van de beweging ligt. Een dergelijke overmaat aan stroom zal de meter waarschijnlijk beschadigen.

Niet alleen dat, maar het hebben van een dergelijke toestand beperkt het nut van het apparaat. Als volledig links van de schaal op het metervlak een oneindige hoeveelheid weerstand vertegenwoordigt, dan zou volledig rechts van schaal nul moeten vertegenwoordigen. Momenteel "pint" ons ontwerp de beweging van de meter hard naar rechts wanneer er geen weerstand tussen de draden is bevestigd. We hebben een manier nodig om het zo te maken dat de beweging gewoon op volledige schaal registreert wanneer de meetsnoeren aan elkaar worden kortgesloten. Dit wordt bereikt door een serieweerstand toe te voegen aan het circuit van de meter:

Om de juiste waarde voor R te bepalen, berekenen we de totale circuitweerstand die nodig is om de stroom te beperken tot 1 mA (volledige afbuiging van de beweging) met 9 volt potentiaal van de batterij, en trekken vervolgens de interne weerstand van de beweging van dat cijfer af:

Nu de juiste waarde voor R is berekend, hebben we nog steeds een probleem met het meterbereik. Aan de linkerkant van de schaal hebben we "oneindig" en aan de rechterkant hebben we nul. Behalve dat hij "achterwaarts" is ten opzichte van de schalen van voltmeters en ampèremeters, is deze schaal vreemd omdat hij van niets naar alles gaat, in plaats van van niets naar een eindige waarde (zoals 10 volt, 1 ampère, enz.).

Je zou kunnen stilstaan ​​​​bij de vraag:"wat vertegenwoordigt het midden van de schaal? Welk getal ligt precies tussen nul en oneindig?” Infinity is meer dan alleen een heel groot hoeveelheid:het is een onberekenbare hoeveelheid, groter dan een bepaald aantal ooit zou kunnen zijn. Als de halve schaalaanduiding op een ander type meter de helft van de volledige schaalbereikwaarde vertegenwoordigt, wat is dan de helft van oneindig op een ohmmeterschaal?

Logaritmische schaal van ohmmeter

Het antwoord op deze paradox is een niet-lineaire schaal . Simpel gezegd, de schaal van een ohmmeter gaat niet soepel van nul naar oneindig als de naald van rechts naar links veegt. In plaats daarvan begint de schaal "uitgebreid" aan de rechterkant, waarbij de opeenvolgende weerstandswaarden steeds dichter naar elkaar toe groeien naar de linkerkant van de schaal:

Oneindigheid kan niet op een lineaire (even) manier worden benaderd, omdat de schaal nooit . zou zijn daar komen! Met een niet-lineaire schaal neemt de hoeveelheid weerstand over een bepaalde afstand op de schaal toe naarmate de schaal vordert naar oneindig, waardoor oneindigheid een haalbaar doel wordt.

We hebben echter nog steeds een kwestie van bereik voor onze ohmmeter. Welke weerstandswaarde tussen de meetsnoeren zal precies 1/2 schaalafwijking van de naald veroorzaken? Als we weten dat het uurwerk een volle-schaal rating van 1 mA heeft, dan moet 0,5 mA (500 µA) de waarde zijn die nodig is voor halve-schaal doorbuiging. Volgens ons ontwerp met de 9 volt batterij als bron krijgen we:

Met een interne bewegingsweerstand van 500 Ω en een seriebereikweerstand van 8,5 kΩ, blijft er 9 kΩ over voor een externe (lead-to-lead) testweerstand op 1/2 schaal. Met andere woorden, de testweerstand die een halve schaalverdeling in een ohmmeter geeft, is in waarde gelijk aan de (interne) totale serieweerstand van het metercircuit.

Door de wet van Ohm nog een paar keer te gebruiken, kunnen we ook de testweerstandswaarde voor 1/4 en 3/4 schaalafbuiging bepalen:

1/4 schaalafbuiging (0,25 mA meterstroom):

3/4 schaalafbuiging (0,75 mA meterstroom):

Dus de schaal voor deze ohmmeter ziet er ongeveer zo uit:

Een groot probleem met dit ontwerp is de afhankelijkheid van een stabiele batterijspanning voor nauwkeurige weerstandsmeting. Als de batterijspanning afneemt (zoals alle chemische batterijen doen met de leeftijd en het gebruik), verliest de ohmmeterschaal aan nauwkeurigheid. Met de seriebereikweerstand op een constante waarde van 8,5 kΩ en een afnemende batterijspanning, zal de meter niet meer volledig naar rechts afbuigen wanneer de meetsnoeren aan elkaar worden kortgesloten (0 ). Evenzo zal een testweerstand van 9 kΩ de naald niet afbuigen tot precies 1/2 schaal met een lagere batterijspanning.

Er zijn ontwerptechnieken die worden gebruikt om de variërende batterijspanning te compenseren, maar deze lossen het probleem niet volledig op en moeten op zijn best als benaderingen worden beschouwd. Om deze reden, en vanwege de niet-lineaire schaal, wordt dit type ohmmeter nooit als een precisie-instrument beschouwd.

Een laatste waarschuwing moet worden vermeld met betrekking tot ohmmeters:ze werken alleen correct bij het meten van weerstanden die niet worden gevoed door een spannings- of stroombron. Met andere woorden, u kunt geen weerstand meten met een ohmmeter op een "live" circuit! De reden hiervoor is simpel:de nauwkeurige indicatie van de ohmmeter hangt af van de enige spanningsbron, namelijk de interne batterij. De aanwezigheid van spanning over het te meten onderdeel zal de werking van de ohmmeter verstoren. Als de spanning groot genoeg is, kan deze zelfs de ohmmeter beschadigen.

BEOORDELING:

• Ohmmeters bevatten interne spanningsbronnen om stroom te leveren bij het uitvoeren van weerstandsmetingen.
• Een analoge ohmmeterschaal is "achterwaarts" van die van een voltmeter of ampèremeter, waarbij de bewegingsnaald nul weerstand aangeeft bij volledige schaal en oneindige weerstand in rust.
• Analoge ohmmeters hebben ook niet-lineaire schalen, "uitgebreid" aan de onderkant van de schaal en "gecomprimeerd" aan de bovenkant om van nul tot oneindige weerstand te kunnen overspannen.
• Analoge ohmmeters zijn geen precisie-instrumenten.
• Ohmmeters mogen nooit worden aangesloten op een stroomcircuit (dat wil zeggen een circuit met een eigen spanningsbron). Elke spanning die op de meetsnoeren van een ohmmeter wordt toegepast, maakt de uitlezing ongeldig.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad Ampèremeter naar Ohmmeter
• Werkblad voor basis ohmmetergebruik