Miksi vastus pitää säätää nollaan, kun ohmimittari vaihtaa vaihteita?
1. Periaate
Liitä akku, ampeerimittari ja reostaatti sarjaan ohmimittarin sisäisen piirin muodostamiseksi.
1) Mittaustila
Kytke mitattava resistanssi ohmimittarin kahden mittausjohdon väliin, jolloin akkupaketti, ampeerimittari, reostaatti ja mitattava resistanssi muodostavat suljetun piirin, virtapiirissä muuttuu mitattavan resistanssin muutoksen myötä, ja ampeerimittarin nykyinen asteikkoarvo muutetaan vastaavaksi Ulkoisen vastuksen asteikkoarvo voidaan lukea suoraan ohmimittarista vastuksen resistanssiarvon mittaamiseksi.
Rx=εI-(r plus Rg plus R)
Esimerkki Herkkä ampeerimittari, jonka täysi esijännite on IG=100μA ja sisäinen resistanssi Rg=100(Ω), akkupaketti, jonka sähkömotorinen voima on ε=1,5 V, sisäinen vastus r=0.1(Ω) ja reostaatti, jonka kokonaisvastus on R=I8KΩ Kytke ne sarjaan ja säädä reostaatti arvoon R=14.9 (KΩ) , eli koota ohmimittariksi. Jokaista virta-arvoa vastaava mitattava resistanssiarvo lasketaan yllä olevasta kaavasta taulukon mukaisesti:
Merkitse kullekin virta-asteikolle vastaava mitattava resistanssiarvo kellotauluun ja lue sitten mitattava resistanssiarvo suoraan.
2) Nollasäätötila
①Mekaaninen nollan säätö
Kun kaksi mittausjohtoa on erotettu toisistaan, eli kun mitattava resistanssi on ääretön, virran intensiteetti tällä hetkellä on Ohmin lain mukaan nolla. Toisin sanoen, kun kaksi testijohtoa on erotettu toisistaan, mittarin osoittimen osoittaman tilan tulee olla nollavirta ja ääretön ohmi. Kuitenkin eri syistä johtuen, kun kaksi mittausjohtoa on erotettu toisistaan, ampeerimittarin osoitin ei toisinaan osoita nollavirran asteikolla, mikä vaatii mekaanista nollan säätöä. Käännä mekaanista nollauksen säätöruuvia ruuvimeisselillä saadaksesi osoittimen pyörimään niin, että osoitin osoittaa äärettömään ohmin asteikkoon.
② Ohmin nollasäätö
Kun kaksi mittausjohtoa ovat oikosulussa, Ohmin lain mukaan ampeerimittari voidaan esijännittää täysin säätämällä liukuvaa reostaattia, eli osoitin osoittaa ampeerimittarin täysbias-virta-asteikkoa, eli nolla- ohmin asteikko. Eli kun kaksi testijohtoa ovat oikosulussa, ampeerimittarin osoittimen osoittaman tilan tulee olla täysi esijännite ja nollaohmin vastus. Muussa tapauksessa säädä reostaattia niin, että ampeerimittarin osoitin osoittaa täyden esijänniteasteikon eli nollaohmin asteikon, ja nollaohmin säätö on valmis.
2. Sisäinen vastus
1) Suunnitteluarvo
Oikosulje ohmimittarin kaksi testijohtoa, eli ohmimittari on nollasäätötilassa. Ohmin lain mukaan ohmimittarin sisäinen resistanssi on yhtä suuri kuin ohmimittarin teholähteen sähkömotorisen voiman suhde ohmimittarin ampeerimittarin täysbiasvirtaan RΩ=ε /IG. Joten kun ohmimittarin kokoamiseen käytetty herkkä ampeerimittari ja akku on valittu, kootun ohmimittarin sisäinen vastus määritetään.
2) Todellinen arvo
Ohmimittarin todellinen sisäinen resistanssi koostuu virtalähteen sisäisestä resistanssista, ampeerimittarin sisäisestä resistanssista ja nollasäätöreostaatin resistanssista sarjassa, ja sen kokonaisresistanssin tulee olla yhtä suuri kuin mitoitusarvo. RΩ=r plus RG plus R. Liukuvan reostaatin kokonaisresistanssi tulee valita kohtuullisesti, jotta se täyttää ohmimittarin sisäisen resistanssin mitoitusarvon vaatimukset.
3) asteikkoarvo
Kun mitatun resistanssin resistanssiarvo on täsmälleen yhtä suuri kuin ohmimittarin sisäinen vastus RΩ, koko mittauspiirin kokonaisresistanssi on kaksi kertaa ohmimittarin sisäinen vastus ja mitattu virta on puolet täydestä bias-virrasta ampeerimittarin eli asteikkolevyn osoitinpisteet. Mediaani R? tahroja. Toisin sanoen ohmimittarin mediaaniasteikko osoittaa ohmimittarin R? sisäisen resistanssin arvon? Tahra=RΩ.
3. Virhe
1) Virtalähdevirhe
Kun ohmimittaria on käytetty pitkään, akun sähkömotorinen voima pienenee ja sisäinen vastus kasvaa. Vaikka ampeerimittari on täysin esijännitetty ohmin nollasäätöä suoritettaessa, tämä muutos tekee luetusta resistanssista suuremman kuin mitatun resistanssin todellinen arvo.
Ohmimittarin sisäisen resistanssin suunnittelustandardiarvo määräytyy uuden akun sähkömotorisen voiman ja ampeerimittarin täyden bias-virran perusteella: RΩ=ε/IG; vastaava suhde vastusasteikon ja virran välillä määräytyy uuden akun sähkömotorisen voiman standardiarvon ja ohmimittarin sisäisen resistanssin perusteella: RX *=ε/I-RΩ; kun vanha akku on asennettu, ohmimittarin todellinen sisäinen resistanssi on pienempi kuin standardi sisäinen resistanssi ohmin nollasäädön jälkeen: RΩ*=ε`/IG; kun vanhaa akkua käytetään, virtalähteen sähkömotorinen voima ja ohmimittarin sisäinen resistanssi sekä mitatun resistanssin todellinen arvo määrittää mitatun virran I=ε`/(RΩ plus RX) taulukko, ja yllä olevat neljä kaavaa ratkaistaan samanaikaisesti
RX=εε'RX
Voidaan nähdä, että kun teholähteen sähkömotorinen voima vähitellen pienenee, resistanssin mitattu arvo kasvaa vähitellen käänteisessä suhteessa.
Esimerkki Ohmimittarin akun sähkömotorinen voima on 1,5 V. Pitkäaikaisen käytön jälkeen sähkömotorinen voima laskee 1,2 volttiin. Käytä sitä vastuksen mittaamiseen. Mitattu arvo on 500Ω. Mikä on vastuksen todellinen arvo?
Ratkaisu: Rx=(ε`/ε) RX*=1.2÷1.5×500=400Ω
2) Lukuvirhe
Ihmisen rajallisen havainnointikyvyn vuoksi lukemissa on aina geometrisia virheitä. Olkoon virta-asteikko osoittimen todellisessa sijainnissa I ja vastaava ohmiasteikko RΩ ja virta-asteikko havaitussa osoittimen kohdassa I` ja vastaava ohmiasteikko RΩ`. Sitten mennessä
RX=εI-RΩ ja R'X=εI'-RΩ
Hanki ΔRx=εI-εI'=-I-I'I·I'-ε=εI2·ΔI
Eli δ=ΔRxRx=εI2·ΔIεI-εIG=IGI(IG-I)·ΔI
Eli δ=Θθ (Θ-θ) Δθ
Voidaan nähdä, että nimittäjän kahden tekijän summa on tietty luku, eli suurin poikkeutuskulma, joten kun nimittäjän kaksi tekijää ovat yhtä suuret, maksimitulon lukuvirhe on pienin.
Eli kun θ=Θ2, δ=δmin=4·ΔθΘ
Siksi asteikkokaaren geometrisessa keskipisteessä geometrisen parallaksin aiheuttama ohminen virhe on pienin.
Sopiva vaihde tulee valita siten, että osoittimen ilmoitettu arvo on mahdollisimman lähellä paneelin mediaaniarvoa, jotta lukuvirhe on mahdollisimman pieni.
