Een klassieke mechanische ohmmeter ontwerpen: principes en praktische overwegingen

Hoewel mechanische ohmmeters grotendeels zijn vervangen door digitale instrumenten, levert het bestuderen van hun werking waardevolle inzichten in analoge meetprincipes op.

Doel van een ohmmeter

Een ohmmeter meet de weerstand tussen de testkabels. De lezing wordt weergegeven door een mechanische meetbeweging aangedreven door een elektrische stroom. Om deze stroom te genereren, bevat het instrument een interne spanningsbron en een set bereikweerstanden die ervoor zorgen dat de beweging de juiste hoeveelheid stroom ontvangt voor elke te meten weerstand.

Hoe een ohmmeter werkt

Beschouw een eenvoudige beweging aangedreven door een batterij:

Met open kabels (oneindige weerstand) vloeit geen stroom door de beweging, en de naald rust aan de linkerzijde van de schaal. Omdat de schaal omgekeerd is, verschijnt oneindige weerstand links, terwijl nulweerstand zich aan de rechterkant bevindt.

Het kortsluiten van de testkabels (0 Ω) dwingt de beweging om maximaal stroom te trekken, alleen beperkt door de batterijspanning en de interne weerstand van de beweging. Bijvoorbeeld, een 9 V batterij en een 500 Ω beweging zouden 18 mA produceren—ver boven de 1 mA vol-schaal waarde en waarschijnlijk de meter beschadigend.

Om deze overbelasting te voorkomen en de meter vol-schaal uitschuiving bij nulweerstand te laten bereiken, wordt een serieweerstand toegevoegd:

Het berekenen van de juiste serie-waarde (R) houdt in dat de totale weerstand wordt bepaald die nodig is om de stroom te beperken tot 1 mA bij 9 V, en daarna de 500 Ω van de beweging af te trekken:

Zelfs na het toevoegen van R blijft de schaal "achterstevoren" en strekt zich uit van nul tot oneindigheid, wat de vraag oproept: welke weerstandswaarde correspondeert met half-schaal?

Ohmmeter's logaritmische schaal

Het antwoord ligt in een niet-lineaire, logaritmische schaal. De metermarkeringen zijn dicht bij het lage-weerstandseinde en progressief spaarder naarmate de weerstand toeneemt, waardoor de naald het linkereinde van de schaal bereikt wanneer de weerstand oneindigheid benadert.

Voor een vol-schaal uitschuiving van 1 mA, correspondeert half-schaal met 0,5 mA. Met de 9 V voeding en de serieweerstand, is de externe testweerstand die nodig is voor half-schaal 9 kΩ:

Op dezelfde wijze treden 1/4 en 3/4 schaal uitschuivingen op bij 4,5 kΩ en 13,5 kΩ, respectievelijk:

1/4 schaal (0,25 mA):

3/4 schaal (0,75 mA):

De complete schaal is dus:

Een belangrijke beperking van dit ontwerp is de afhankelijkheid van een stabiele batterijspanning. Naarmate de batterij ontlaadt, zal de vol-schaal uitschuiving van de meter bij kortgesloten kabels afdwalen, en zal het 9 kΩ middenpunt niet meer overeenkomen met half-schaal. Hoewel compensatietechnieken bestaan, bieden ze slechts benaderende correcties, en het instrument blijft ongeschikt voor precisiemetingen.

Daarnaast kan een ohmmeter alleen worden gebruikt op schakelingen die niet onder spanning staan. Elke externe spanning over de testkabels zal interfereren met de interne batterij, de meting corrumpereen en potentiëel de meter beschadigen.

• Ohmmeters bevatten een interne spanningsbron om de meetstroom te leveren.
• De analoge schaal is omgekeerd ten opzichte van voltmeters en ammeters, met nulweerstand bij vol-schaal en oneindige weerstand in rust.
• Analoge ohmmeters gebruiken een logaritmische schaal, uitdijend bij lage weerstand en samendrukkend bij hoge weerstand om het volledige bereik te bestrijken.
• Ze zijn geen precisie-instrumenten vanwege batterijafhankelijkheid en schaal-non-lineariteit.
• Gebruik nooit een ohmmeter op een energizeerde schakeling; elke aangelegde spanning maakt de meting ongeldig.

Gerelateerde Werkbladen

• Ammeter naar Ohmmeter Werkblad
• Basis Ohmmeter Gebruik Werkblad