4-Leiter-Widerstandsmessung

TEILE UND MATERIALIEN

• 6-Volt-Batterie
• Elektromagnet aus dem Experiment im vorherigen Kapitel oder eine große Drahtspule

Ideal wären in diesem Experiment zwei Meter:ein Voltmeter und ein Amperemeter.

Für Experimentatoren mit kleinem Budget ist dies möglicherweise nicht möglich. Welches Amperemeter auch immer verwendet wird, sollte in der Lage sein, mindestens ein paar Ampere Strom zu messen.

Eine 6-Volt-Laternenbatterie, die im Wesentlichen durch ein langes Stück Draht kurzgeschlossen ist, kann Ströme dieser Größenordnung erzeugen, und Ihr Amperemeter muss in der Lage sein, diese zu messen, ohne eine Sicherung durchzubrennen oder andere Schäden zu erleiden. Stellen Sie sicher, dass der höchste Strombereich des Messgeräts mindestens 5 Ampere beträgt!

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 8:„DC-Messkreise“

LERNZIELE

• Um das Funktionsprinzip der Kelvin (4-Draht)-Widerstandsmessung zu veranschaulichen
• Um zu veranschaulichen, wie man niedrige Widerstände mit üblichen Testgeräten misst

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Obwohl dieses Experiment am besten mit zwei Messgeräten durchgeführt wird und auch in der schematischen Darstellung und Abbildung als solches dargestellt ist, reicht ein Multimeter aus.

Die meisten Ohmmeter arbeiten nach dem Prinzip des Anlegens einer kleinen Spannung an einen unbekannten Widerstand (R_unbekannt ) und Ableiten des Widerstands aus der von ihm gezogenen Strommenge.

Außer in Sonderfällen wie dem Megger , sind sowohl die vom Messgerät verwendeten Spannungs- als auch Stromgrößen recht klein.

Dies stellt ein Problem bei der Messung von niedrigen Widerständen dar, da eine Probe mit niedrigem Widerstand einen viel kleineren Widerstandswert haben kann als die Messschaltung selbst.

Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, den Durchmesser eines Baumwollfadens mit einem Zollstock zu messen oder das Gewicht einer Münze mit einer Waage zum Wiegen von Lastkraftwagen zu messen, und Sie werden das vorliegende Problem erkennen.

Eine der vielen Fehlerquellen bei der Messung kleiner Widerstände mit einem gewöhnlichen Ohmmeter ist der Widerstand der eigenen Messleitungen des Ohmmeters.

Als Teil des Messkreises können die Messleitungen einen höheren Widerstand aufweisen als der Widerstand des Prüflings, was zu erheblichen Messfehlern durch ihr Vorhandensein führen kann:

Eine Lösung heißt Kelvin , oder 4-adrig , Widerstandsmessverfahren. Es beinhaltet die Verwendung eines Amperemeters und eines Voltmeters, um den Probenwiderstand durch Berechnung des Ohmschen Gesetzes zu bestimmen.

Ein Strom wird durch den unbekannten Widerstand geleitet und gemessen. Die am Widerstand abfallende Spannung wird mit dem Voltmeter gemessen und der Widerstand nach dem Ohmschen Gesetz (R=E/I) berechnet.

Sehr kleine Widerstände können leicht durch Verwendung eines großen Stroms gemessen werden, was einen leichter messbaren Spannungsabfall liefert, aus dem der Widerstand abgeleitet werden kann, als wenn ein kleiner Strom verwendet würde.

Da nur der Spannungsabfall durch den unbekannten Widerstand in die Berechnung eingeht – nicht der Spannungsabfall über den Messleitungen des Amperemeters oder anderen hauptstromführenden Anschlussdrähten – werden sonst durch diese Streuwiderstände verursachte Fehler vollständig eliminiert.

Wählen Sie zunächst eine Probe mit geeignetem niedrigem Widerstand aus, die in diesem Experiment verwendet werden soll. Ich schlage die im letzten Kapitel angegebene Elektromagnetspule oder eine Drahtspule vor, an der beide Enden zugänglich sind. Schließen Sie eine 6-Volt-Batterie an dieses Exemplar mit einem in Reihe geschalteten Amperemeter an.

WARNUNG:

Das verwendete Amperemeter sollte in der Lage sein, einen Strom von mindestens 5 Ampere zu messen, damit es nicht durch den (möglicherweise) hohen Strom beschädigt wird, der in diesem Zustand nahe einem Kurzschluss erzeugt wird. Wenn Sie ein zweites Messgerät haben, verwenden Sie es, um die Spannung an den Anschlusspunkten der Probe zu messen, wie in der Abbildung gezeigt, und notieren Sie die Anzeigen beider Messgeräte.

Wenn Sie nur ein Messgerät haben, messen Sie zuerst den Strom, notieren Sie die Anzeige so schnell wie möglich und öffnen (unterbrechen) Sie dann sofort den Stromkreis.

Schalten Sie das Messgerät in den Spannungsmodus, verbinden Sie es mit den Anschlusspunkten der Probe und schließen Sie die Batterie wieder an, achten Sie dabei schnell auf die Spannungsanzeige.

Sie sollten die Batterie nicht länger an der Probe angeschlossen lassen, als es für die Messung mit dem Messgerät erforderlich ist, da sie sich aufgrund des hohen Stroms im Stromkreis schnell entlädt und somit die Messgenauigkeit beeinträchtigt, wenn das Messgerät neu konfiguriert wird und die Stromkreis für die nächste Messung wieder geschlossen.

Bei Verwendung von zwei Zählern ist dies kein so großes Problem, da die Strom- und Spannungsanzeigen gleichzeitig aufgezeichnet werden können .

Nehmen Sie die Spannungsmessung vor und teilen Sie sie durch die Strommessung. Der Quotient ist gleich dem Widerstand der Probe in Ohm.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt zur einfachen Ohmmeter-Verwendung