weerstandsmeting
De kwantitatieve bepaling van die eigenschap van een elektrisch geleidend materiaal, component, of circuit die elektrische weerstand wordt genoemd. De ohm, die in het Internationaal Stelsel (SI) de eenheid van weerstand is, wordt door toepassing van de wet van Ohm gedefinieerd als de elektrische weerstand tussen twee punten van een geleider wanneer een constant potentiaalverschil van 1 volt op deze punten in de geleider een stroom van 1 ampère opwekt. Volgens de wet van Ohm kan de weerstand R dus worden gedefinieerd als de verhouding tussen gelijkspanning V en stroom I, Eq. (1).
Voor metalen bulkgeleiders, bijvoorbeeld staven, platen, draden en folies, is deze verhouding constant. Voor de meeste andere stoffen, zoals halfgeleiders, keramiek en composietmaterialen, kan zij variëren met de spanning, en veel elektronische apparaten zijn afhankelijk van dit feit. De weerstand van een geleider wordt gegeven door de integraal van uitdrukking (2), waarbij l de lengte is,
A de doorsnede, en &rgr; de weerstandscoëfficiënt. Zie Elektrische weerstand, Elektrische weerstandsvermogen, Wet van Ohm, Halfgeleider
Sinds 1 januari 1990 wordt bij alle weerstandsmetingen wereldwijd verwezen naar de gekwantificeerde Hall-weerstandsnorm, die in alle nationale normalisatielaboratoria wordt gebruikt om de ohm te handhaven. Conventionele draadgewonden werkstandaarden worden gemeten in termen van de gekwantiseerde Hall-weerstand en vervolgens gebruikt om de ohm te verspreiden via de normale kalibratieketen. Deze werkstandaarden kunnen worden gemeten in termen van de gekwantificeerde Hall-weerstand met een één-standaard-afwijking onzekerheid van ongeveer 1 deel op 108. Zie Hall-effect
De waarde van een onbekende weerstand wordt bepaald door vergelijking met een standaardweerstand. De brug van Wheatstone is wellicht het meest eenvoudige en meest gebruikte apparaat voor weerstands- of impedantievergelijking. Het belangrijkste voordeel is dat de werking en het evenwicht onafhankelijk zijn van variaties in de voeding. De grootste gevoeligheid wordt verkregen wanneer alle weerstanden van gelijke waarde zijn, en de vergelijking van standaardweerstanden kan dan worden gemaakt met een herhaalbaarheid van ongeveer 3 delen op 108, de grens die voortvloeit uit thermische ruis in de weerstanden. In gebruik, wordt de richting van voeding periodiek omgekeerd om effecten van thermische of contactemf’s te elimineren.
De brug wordt gewoonlijk geschikt gemaakt voor twee-terminal metingen, en is zo niet geschikt voor de nauwkeurigste meting bij waarden onder ongeveer 100 &OHgr;, hoewel nog zeer geschikt voor lagere weerstanden als het verlies van nauwkeurigheid niet van belang is. Er is echter ook een brug van Wheatstone ontwikkeld voor de meting van vier-terminale weerstanden. Dit impliceert het gebruik van hulpbalansen, en de weerstanden van dezelfde waarde kunnen met onzekerheden van een paar delen in 108 worden vergeleken.
Typisch zal een brug twee decade-verhouding armen hebben, bijvoorbeeld, van 1, 10, 100, 1000, en 10.000 &OHgr;, en een veranderlijk geschakelde decade arm van 1-100.000 &OHgr;, hoewel vele variaties worden aangetroffen. Voor het meten van weerstanden met waarden die dicht bij de decadewaarden liggen, kan een aanzienlijke verhoging van de nauwkeurigheid worden verkregen door substitutiemetingen, waarbij de brug alleen als aanwijsinstrument wordt gebruikt. De te vergelijken weerstanden kunnen op dezelfde waarde worden gebracht door een veel hogere variabele weerstand over de grootste ervan aan te sluiten, en de nauwkeurigheid van deze shunt met hoge weerstand kan veel kleiner zijn dan die van de te vergelijken weerstand. Zie Wheatstone-brug
De dubbele brug van Kelvin is een dubbele brug voor metingen met vier aansluitingen, en kan dus worden gebruikt voor zeer lage weerstanden. Naast het gebruik voor nauwkeurige laboratoriummetingen van weerstanden beneden 100 &OHgr;, is hij zeer waardevol voor het vinden van de weerstand van geleidende staven of staven, of voor de ijking in het veld van luchtgekoelde weerstanden die worden gebruikt voor het meten van grote stromen. Zie Kelvinbrug
Metingen van weerstanden van 10 megohms tot 1 terohm (1012 &OHgr;) of zelfs hoger met een brug van Wheatstone leveren extra problemen op. De te meten weerstand zal meestal spanningsafhankelijk zijn, en dus moet de meetspanning worden opgegeven. De weerstanden in de verhoudingsarmen moeten voldoende hoog zijn in waarde dat ze niet overbelast worden. Indien een afschermingselektrode is gemonteerd, is het noodzakelijk eventuele stroom naar de afscherming uit het meetcircuit te verwijderen. Het gedissipeerde vermogen in de 1-M&OHgr; weerstand is dan 10 mW, en de brugverhouding is 106. De afscherming is verbonden met een secundaire verdeler met dezelfde verhouding, zodat eventuele stroom die ernaartoe loopt niet door de detector gaat. Geautomatiseerde metingen kunnen worden verricht door de verhoudingsarmen van de Wheatstone-brug te vervangen door programmeerbare spanningsbronnen. Een alternatieve methode die ook kan worden geautomatiseerd is het meten van de RC-tijdconstante van de onbekende weerstand R in combinatie met een condensator van bekende waarde C.
Een voor de hand liggende en directe manier om weerstand te meten is door gelijktijdige meting van spanning en stroom, en dit is gebruikelijk in zeer veel aanwijzende ohmmeters en multirange-meters. In de meeste digitale instrumenten, die gewoonlijk ook digitale spanningsmeters zijn, wordt de weerstand gevoed uit een constant-stroomcircuit en wordt de spanning erover gemeten door de digitale spanningsmeter. Dit is een handige opstelling voor een meting met vier aansluitingen, zodat lange leidingen van het instrument naar de weerstand kunnen worden gebruikt zonder fouten te introduceren. De eenvoudigste systemen, gebruikt in passieve aanwijsinstrumenten, meten rechtstreeks de stroom door de meter, die op volle schaal wordt doorgebogen door een extra weerstand in serie met de batterij. Dit geeft een niet-lineaire schaal met beperkte nauwkeurigheid, maar voldoende voor vele praktische toepassingen. Zie Stroommeting, Spanningsmeting