modstandsmåling
Den kvantitative bestemmelse af den egenskab ved et elektrisk ledende materiale, komponent eller kredsløb, der kaldes elektrisk modstand. Ohm, som er det internationale systems (SI) enhed for modstand, defineres ved anvendelse af Ohm’s lov som den elektriske modstand mellem to punkter i en leder, når en konstant potentialforskel på 1 volt, der påføres disse punkter, frembringer en strøm på 1 ampere i lederen. Ohm’s lov kan således anvendes til at definere modstand R som forholdet mellem jævnspænding V og strøm I, Eq. (1).
For metalliske ledere i bulk, f.eks. stænger, plader, tråde og folier, er dette forhold konstant. For de fleste andre stoffer, f.eks. halvledere, keramik og kompositmaterialer, kan det variere med spændingen, og mange elektroniske apparater er afhængige af dette forhold. Modstanden for enhver leder er givet ved integralet af udtryk (2), hvor l er længden,
A er tværsnitsarealet og &rgr; resistiviteten. Se elektrisk modstand, elektrisk resistivitet, ohms lov, halvleder
Siden 1. januar 1990 er alle modstandsmålinger på verdensplan blevet henvist til den kvantiserede Hallmodstandsstandard, som anvendes til at opretholde ohm i alle nationale standardlaboratorier. Konventionelle trådviklede arbejdsstandarder måles i forhold til den kvantiserede Hallmodstand og anvendes derefter til at formidle ohm gennem den normale kalibreringskæde. Disse arbejdsstandarder kan måles med hensyn til den kvantificerede Hallmodstand med en usikkerhed på en standardafvigelse på ca. 1-108. Se Hall-effekt
Værdien af en ukendt modstand bestemmes ved sammenligning med en standardmodstand. Wheatstone-broen er måske den mest grundlæggende og udbredte modstands- eller impedanssammenligningsanordning. Dens vigtigste fordel er, at dens funktion og balance er uafhængig af variationer i forsyningen. Den største følsomhed opnås, når alle modstande har samme værdi, og sammenligningen af standardmodstande kan i så fald foretages med en repeterbarhed på ca. 3 dele i 108, hvilket er grænsen på grund af termisk støj i modstandene. I brug vendes forsyningsretningen med jævne mellemrum for at eliminere virkningerne af termiske eller kontaktemf’er.
Broen er normalt indrettet til målinger med to terminaler og er derfor ikke egnet til den mest nøjagtige måling ved værdier under ca. 100 &OHgr;, selv om den stadig er meget praktisk til lavere modstande, hvis tabet af nøjagtighed ikke har nogen betydning. Der er imidlertid også blevet udviklet en Wheatstone-bro til måling af fireterminale modstande. Dette indebærer anvendelse af hjælpevægte, og modstande af samme værdi kan sammenlignes med usikkerheder på få dele i 108.
Typisk vil en bro have to dekadeforholdsarme, f.eks. på 1, 10, 100, 1000 og 10.000 &OHgr;, og en variabel skiftet dekadearm på 1-100.000 &OHgr;, selv om der forekommer mange variationer. Ved måling af modstande med værdier, der ligger tæt på dekadeværdierne, kan der opnås en betydelig forøgelse af nøjagtigheden ved substitutionsmåling, hvor broen kun anvendes som et indikationsinstrument. De modstande, der skal sammenlignes, kan bringes til samme værdi ved at forbinde en meget højere variabel modstand over den største af dem, og nøjagtigheden af denne shunt med høj modstand kan være meget mindre end nøjagtigheden af den modstand, der skal sammenlignes. Se Wheatstone-bro
Kelvin-dobbeltbroen er en dobbeltbro til måling af fire terminaler og kan således anvendes til meget lave modstande. Ud over at den anvendes til nøjagtig laboratoriemåling af modstande under 100 &OHgr; er den meget værdifuld til at finde modstanden i ledende stænger eller stænger eller til kalibrering i marken af luftkølede modstande, der anvendes til måling af store strømme. Se Kelvinbro
Målinger af modstande fra 10 megohms til 1 terohm (1012 &OHgr;) eller endnu højere med en Wheatstone-bro giver yderligere problemer. Den modstand, der skal måles, vil normalt være spændingsafhængig, og derfor skal målespændingen angives. Modstandene i forholdsarmene skal have en tilstrækkelig høj værdi, så de ikke overbelastes. Hvis der er monteret en beskyttelseselektrode, er det nødvendigt at fjerne enhver strøm, der løber til beskyttelseselektroden, fra målekredsløbet. Den effekt, der går tabt i 1-M&OHgr; modstanden, er i så fald 10 mW, og broforholdet er 106. Beskyttelsesanordningen er forbundet med en subsidiær deler med samme forhold, således at en eventuel strøm, der løber til den, ikke passerer gennem detektoren. Der kan foretages automatiserede målinger ved at erstatte Wheatstone-broens forholdsarme med programmerbare spændingskilder. En alternativ metode, der også kan automatiseres, er at måle RC-tidskonstanten for den ukendte modstand R kombineret med en kondensator af kendt værdi C.
En indlysende og direkte måde at måle modstand på er ved samtidig måling af spænding og strøm, og dette er sædvanligt i rigtig mange indikerende ohmmetre og multirange-målere. I de fleste digitale instrumenter, som normalt også er digitale spændingsmålere, forsynes modstanden fra et konstantstrømskredsløb, og spændingen over den måles af den digitale spændingsmåler. Dette er et praktisk arrangement for en måling med fire terminaler, således at der kan anvendes lange ledninger fra instrumentet til modstanden uden at der opstår fejl. De enkleste systemer, der anvendes i instrumenter med passiv pegepind, måler direkte strømmen gennem måleren, som justeres til at give fuld skalaudslag ved hjælp af en ekstra modstand i serie med batteriet. Dette giver en ikke-lineær skala af begrænset nøjagtighed, men tilstrækkelig til mange praktiske anvendelser. Se strømmåling, spændingsmåling
.