motståndsmätning
Den kvantitativa bestämningen av den egenskap hos ett elektriskt ledande material, en komponent eller en krets som kallas elektrisk resistans. Ohm, som är det internationella systemets (SI) enhet för resistans, definieras genom tillämpning av Ohms lag som det elektriska motståndet mellan två punkter i en ledare när en konstant potentialskillnad på 1 volt som appliceras på dessa punkter producerar en ström på 1 ampere i ledaren. Enligt Ohm’s lag kan resistans R således definieras som förhållandet mellan likspänningen V och strömmen I, Eq. (1).
För metalliska ledare i bulk, t.ex. stänger, plattor, trådar och folier, är detta förhållande konstant. För de flesta andra ämnen, t.ex. halvledare, keramik och kompositmaterial, kan det variera med spänningen, och många elektroniska apparater är beroende av detta faktum. Motståndet hos en ledare ges av integralen av uttryck (2), där l är längden,
A tvärsnittsarean och &rgr; resistiviteten. Se elektrisk resistans, elektrisk resistivitet, Ohms lag, halvledare
Sedan den 1 januari 1990 har alla resistansmätningar i hela världen hänvisats till den kvantiserade Hallresistansstandarden, som används för att upprätthålla ohm i alla nationella standardiseringslaboratorier. Konventionella trådlindade arbetsstandarder mäts i termer av det kvantiserade Hallmotståndet och används sedan för att sprida ohmvärdet genom den normala kalibreringskedjan. Dessa arbetsstandarder kan mätas i termer av det kvantifierade Hallmotståndet med en osäkerhet på en standardavvikelse på cirka 1 del på 108. Se Hall-effekt
Värdet på ett okänt motstånd bestäms genom jämförelse med ett standardmotstånd. Wheatstone-bryggan är kanske den mest grundläggande och allmänt använda anordningen för jämförelse av motstånd eller impedans. Dess främsta fördel är att dess funktion och balans är oberoende av variationer i matningen. Den största känsligheten uppnås när alla motstånd har samma värde, och jämförelsen av standardmotstånd kan då göras med en repeterbarhet på cirka 3 delar på 108, vilket är gränsen som beror på termiskt brus i motstånden. Vid användning vänds matningsriktningen med jämna mellanrum för att eliminera effekterna av termisk eller kontaktemf.
Bryggan är normalt arrangerad för mätningar med två terminaler och lämpar sig därför inte för den mest exakta mätningen vid värden under cirka 100 &OHgr;, även om den fortfarande är mycket lämplig för lägre motstånd om förlusten av noggrannhet inte spelar någon roll. En Wheatstone-brygga har emellertid också utvecklats för mätning av motstånd med fyra terminaler. Detta innebär användning av hjälpbalanser, och motstånd av samma värde kan jämföras med osäkerheter på några få delar i 108.
Typiskt sett har en brygga två decaderapporterande armar, t.ex. 1, 10, 100, 1000 och 10 000 &OHgr; och en variabel omkopplad decaderapporterande arm på 1-100 000 &OHgr;, även om många variationer förekommer. För mätning av motstånd med värden som ligger nära decadvärdena kan en avsevärd ökning av noggrannheten uppnås med hjälp av substitutionsmätning, där bryggan endast används som ett indikeringsinstrument. De motstånd som jämförs kan fås till samma värde genom att ansluta ett mycket högre variabelt motstånd över det större av dem, och noggrannheten hos denna shunt med högt motstånd kan vara mycket mindre än noggrannheten hos det motstånd som jämförs. Se Wheatstone-brygga
Kelvin dubbelbryggan är en dubbelbrygga för mätningar med fyra terminaler och kan därför användas för mycket låga motstånd. Förutom att den används för noggrann laboratoriemätning av motstånd under 100 &OHgr; är den mycket värdefull för att hitta motståndet hos ledande stavar eller stänger, eller för kalibrering i fält av luftkylda motstånd som används för mätning av stora strömmar. Se Kelvinbrygga
Mätningar av motstånd från 10 megohm till 1 terohm (1012 &OHgr;) eller ännu högre med en Wheatstone-brygga medför ytterligare problem. Det motstånd som ska mätas är vanligtvis spänningsberoende och därför måste mätspänningen specificeras. Motstånden i förhållningsarmarna måste ha ett tillräckligt högt värde så att de inte överbelastas. Om en skyddselektrod är monterad är det nödvändigt att eliminera all ström som flödar till skyddselektroden från mätkretsen. Den effekt som förbrukas i motståndet 1-M&OHgr; är då 10 mW, och bryggförhållandet är 106. Skyddet är anslutet till en subsidiär delare med samma förhållande, så att all ström som flödar till det inte passerar genom detektorn. Automatiserade mätningar kan göras genom att ersätta Wheatstone-bryggans kvotarmar med programmerbara spänningskällor. En alternativ metod som också kan automatiseras är att mäta RC-tidskonstanten för det okända motståndet R i kombination med en kondensator med känt värde C.
Ett uppenbart och direkt sätt att mäta motstånd är genom samtidig mätning av spänning och ström, och detta är vanligt i väldigt många indikerande ohmmetrar och multirange-mätare. I de flesta digitala instrument, som vanligtvis också är digitala spänningsmätare, matas motståndet från en konstantströmskrets och spänningen över det mäts av den digitala spänningsmätaren. Detta är ett bekvämt arrangemang för en mätning med fyra terminaler, så att långa ledningar kan användas från instrumentet till motståndet utan att fel uppstår. De enklaste systemen, som används i passiva pekarinstrument, mäter direkt strömmen genom mätaren som justeras för att ge fullskalig avböjning med hjälp av ett extra motstånd i serie med batteriet. Detta ger en icke-linjär skala med begränsad noggrannhet, men tillräcklig för många praktiska tillämpningar. Se Strömmätning, Spänningsmätning
.