저항계 디자인

기계식 저항계(저항계) 설계는 오늘날 거의 사용되지 않고 디지털 기기로 대부분 대체되었지만 그럼에도 불구하고 그 작동은 흥미롭고 연구할 가치가 있습니다.

옴미터의 목적

물론 저항계의 목적은 리드 사이에 배치된 저항을 측정하는 것입니다. 이 저항 판독값은 전류에 따라 작동하는 기계적 미터 이동을 통해 표시됩니다. 그런 다음 저항계에는 동작을 작동하는 데 필요한 전류를 생성하기 위해 내부 전압 소스가 있어야 하며, 또한 주어진 저항에서 동작을 통해 적절한 양의 전류를 허용하도록 적절한 범위 저항이 있어야 합니다.

저항계는 어떻게 작동합니까?

간단한 동작과 배터리 회로부터 시작하여 저항계로 기능하는 방법을 살펴보겠습니다.

무한 저항이 있는 경우(테스트 리드 사이에 연속성이 없음) 미터 이동을 통해 전류가 0이고 바늘이 눈금의 맨 왼쪽을 가리킵니다. 이와 관련하여 저항계 표시는 최대 표시(무한대)가 눈금 왼쪽에 있고 전압 및 전류 미터는 눈금 왼쪽에 0이 있기 때문에 "뒤로" 표시됩니다.

이 저항계의 테스트 리드가 함께 직접 단락되면(0Ω 측정) 미터 이동은 배터리 전압과 이동의 내부 저항에 의해서만 제한되는 최대 전류량을 통과하게 됩니다.

9볼트의 배터리 전위와 500Ω의 움직임 저항으로 우리의 회로 전류는 18mA가 될 것이며, 이는 무브먼트의 전체 등급을 훨씬 능가합니다. 이러한 과도한 전류는 미터를 손상시킬 수 있습니다.

뿐만 아니라 그러한 조건이 있으면 장치의 유용성이 제한됩니다. 미터면의 전체 눈금 왼쪽이 무한한 저항을 나타내는 경우 전체 눈금 오른쪽이 0을 나타내야 합니다. 현재 우리의 설계는 리드 사이에 저항이 0일 때 미터 이동을 오른쪽으로 강하게 "고정"합니다. 테스트 리드가 함께 단락되었을 때 움직임이 본격 등록되도록 하는 방법이 필요합니다. 이것은 미터 회로에 직렬 저항을 추가하여 수행됩니다.

R에 대한 적절한 값을 결정하기 위해 배터리에서 9볼트의 전위를 사용하여 전류를 1mA(무브먼트의 전체 범위 편향)로 제한하는 데 필요한 총 회로 저항을 계산한 다음 해당 수치에서 무브먼트의 내부 저항을 뺍니다.

R에 대한 올바른 값이 계산되었으므로 여전히 미터 범위 문제가 남아 있습니다. 스케일의 왼쪽에는 "무한대"가 있고 오른쪽에는 0이 있습니다. 전압계 및 전류계의 저울에서 "뒤집어" 있는 것 외에도, 이 저울은 무에서 유한 값(예:10볼트, 1암페어 등)이 아니라 무에서 모든 것으로 이동하기 때문에 이상합니다.

“중간 규모는 무엇을 나타내는가? 0과 무한대 사이에 정확히 어떤 숫자가 있습니까?” 무한대는 매우 큰 그 이상입니다. 양:그것은 계산할 수 없는 양으로, 이제까지의 어떤 일정한 수보다 더 큽니다. 다른 유형의 미터에서 하프 스케일 표시가 전체 스케일 범위 값의 1/2을 나타내는 경우 저항계 스케일에서 무한대의 절반은 얼마입니까?

옴미터의 로그 스케일

이 역설에 대한 답은 비선형 척도입니다. . 간단히 말해서, 저항계의 눈금은 바늘이 오른쪽에서 왼쪽으로 쓸어갈 때 0에서 무한대로 부드럽게 진행되지 않습니다. 오히려, 척도는 오른쪽에서 "확장"되어 시작하여 연속적인 저항 값이 척도의 왼쪽으로 갈수록 서로 가까워집니다.

무한대는 선형(짝수) 방식으로 접근할 수 없습니다. 규모가 절대 도착! 비선형 스케일을 사용하면 스케일의 주어진 거리에 걸쳐 있는 저항의 양이 스케일이 무한대로 진행됨에 따라 증가하여 무한대가 달성 가능한 목표가 됩니다.

그러나 저항계의 범위에 대한 질문은 여전히 ​​있습니다. 테스트 리드 사이의 저항 값은 정확히 바늘의 1/2 스케일 편향을 유발합니까? 무브먼트의 전체 등급이 1mA라는 것을 알고 있다면 0.5mA(500μA)가 하프 스케일 편향에 필요한 값이어야 합니다. 9볼트 배터리를 소스로 사용하여 설계에 따라 다음을 얻습니다.

내부 이동 저항이 500Ω이고 직렬 범위 저항이 8.5kΩ인 경우 1/2 스케일에서 외부(리드 간) 테스트 저항에 대해 9kΩ이 남습니다. 즉, 저항계에서 1/2 스케일 편향을 제공하는 테스트 저항은 미터 회로의 (내부) 직렬 총 저항 값과 동일합니다.

옴의 법칙을 몇 번 더 사용하면 1/4 및 3/4 스케일 변형에 대한 테스트 저항 값도 결정할 수 있습니다.

1/4 스케일 편향(미터 전류의 0.25mA):

3/4 스케일 편향(미터 전류의 0.75mA):

따라서 이 저항계의 눈금은 다음과 같습니다.

이 설계의 주요 문제 중 하나는 정확한 저항 판독을 위해 안정적인 배터리 전압에 의존한다는 것입니다. 배터리 전압이 감소하면(모든 화학 배터리가 노화 및 사용과 함께) 저항계 눈금의 정확도가 떨어집니다. 8.5kΩ의 일정한 값에서 직렬 범위 저항을 사용하고 배터리 전압이 감소하면 테스트 리드가 함께 단락(0Ω)될 때 미터가 더 이상 전체 스케일을 오른쪽으로 편향시키지 않습니다. 마찬가지로, 9kΩ의 테스트 저항은 더 낮은 배터리 전압으로 바늘을 정확히 1/2 스케일로 편향시키지 못합니다.

다양한 배터리 전압을 보상하는 데 사용되는 설계 기술이 있지만 문제를 완전히 처리하지 못하고 기껏해야 근사치로 간주해야 합니다. 이러한 이유로 그리고 비선형 스케일이라는 사실 때문에 이러한 유형의 저항계는 결코 정밀 기기로 간주되지 않습니다.

저항계와 관련하여 한 가지 마지막 주의 사항이 언급되어야 합니다. 저항계는 전압 또는 전류 소스에 의해 전원이 공급되지 않는 저항을 측정할 때만 올바르게 작동합니다. 즉, "라이브" 회로에서 저항계로 저항을 측정할 수 없습니다! 그 이유는 간단합니다. 저항계의 정확한 표시는 내부 배터리의 유일한 전압 소스에 달려 있습니다. 측정할 구성 요소에 전압이 있으면 저항계의 작동을 방해합니다. 전압이 충분히 크면 저항계가 손상될 수도 있습니다.

검토:

<울>

옴미터에는 저항 측정 시 전원을 공급하기 위한 내부 전압 소스가 포함되어 있습니다.

아날로그 저항계 눈금은 전압계 또는 전류계의 눈금에서 "뒤집어" 있습니다. 이동 바늘은 전체 눈금에서 저항이 0이고 정지 상태에서 무한 저항을 읽습니다.

아날로그 저항계는 또한 비선형 스케일을 가지고 있으며, 스케일의 낮은 쪽은 "확장"되고 높은 쪽은 "압축"되어 저항이 0에서 무한대까지 확장될 수 있습니다.

아날로그 저항계는 정밀 기기가 아닙니다.

옴미터는 절대 전원이 공급된 회로(즉, 자체 전압 소스가 있는 회로)에 연결해야 합니다. 저항계의 테스트 리드에 전압이 가해지면 판독값이 무효화됩니다.

관련 워크시트:

<울>

전류계 대 저항계 워크시트

기본 저항계 사용 워크시트