Ohmmetrul

Ohmmetrul

Scopul ohmmetrului

Chiar daca ohmmetrele mecanice (analogice) sunt folosite destul de rar astazi, fiind inlocuite de instrumentele digitale, modul lor de functionare este foarte interesant si merita prin urmare studiat.

Scopul unui ohmmmetru este, desigur, masurarea rezistentei conectata intre bornele sale. Citirea valorii rezistentei se face prin observarea deplasarii unui mecanism de masura actionat de un curent electric. Prin urmare, ohmmetrul trebuie echipat cu o sursa interna de tensiune pentru a crea curentul necesar actionarii deplasarii. Avem nevoie, de asemenea, de rezistente suplimentare pentru a permite trecerea unui curent necesar si suficient prin mecanismul de deplasare, pentru oricare valoare a rezistentei de masurat.

Realizarea unui ohmmetru simplu

Incepem cu un circuit simplu, format din mecanismul de masura si o baterie:

Cand avem o rezistenta infinita (nu exista continuitate intre cele doua sonde), curentul prin circuitul intern al ohmmetrului este zero. In acest caz, nu avem nicio deplasare, iar acul indicator este pozitionat in partea stanga a scalei de valori. Din acest punct de vedere, indicatia ohmmetrului este chiar "inversa", deoarece valoarea maxima (infinit) este la stanga scalei. Indicatia voltmetrelor si ampermetrelor este chiar inversa.

Daca sondele acestui ohmmetru sunt conectate impreuna (scurt-circuitate, rezistenta 0 Ω), curentul prin aparatul de masura va fi maxim. Valoarea acestui curent este limitata doar de tensiunea bateriei si de rezistenta interna a mecanismului de masura:

Cu o tensiune a bateriei de 9 V si o rezistenta interna a mecanismului de deplasare de doar 500 Ω, curentul prin circuit va fi de 18 mA. Aceasta valoare este mult peste deplasarea maxima (D.M. = 1 mA) permisa de dispozitivul nostru. Un asemenea exces va duce cu siguranta la distrugerea aparatului.

Pe langa aceste aspecte, dispozitivul de mai sus nu va fi nici foarte practic. Daca partea din stanga a scalei reprezinta o rezistenta infinita, atunci partea din dreapta (deplasare maxima) ar trebui sa reprezinte 0 Ω. Trebuie sa ne asiguram de faptul ca deplasarea acului indicator este maxima spre dreapta doar cand sondele sunt conectate impreuna (scurt-circuitate). Acest lucru se realizeaza prin adaugarea unei rezistente serie in circuitul aparatului de masura:

Pentru determinarea valorii lui R, calculam rezistenta totala din circuit necesara pentru a limita curentul la 1 mA (curentul necesar pentru deplasarea maxima). Stim de asemenea ca avem o diferenta de potential de 9 V, dinspre baterie. Valoarea rezistentei pe care o cautam va fi diferenta dintre aceasta rezistenta totala si rezistenta interna a aparatului de masura:

Impartirea scalei

Acum ca avem valoarea corecta a rezistorului R, mai avem o problema: scala aparatului de masura. Dupa cum se stie deja, in stanga scalei avem infinit, iar in drepta zero. In afara faptului ca aceasta scala este inversa fata de cea a voltmetrelor si ampermetrelor, mai are o ciudatenie: valorile intre care se face citirea se afla intre doua extreme (infinit si zero). In cazul celorlalte aparate de masura, valorile citite se afla intre zero si o anumita valoare (10 V, 1 A, etc.). Prin urmare, ce valoare reprezinta mijlocul scalei ?! Ce valoare se afla exact intre infinit si zero?

Raspunsul acestui paradox poarta numele de "scala ne-liniara". Pe scurt, scala unui ohmmetru nu reprezinta o trecere liniara de la zero spre infinit, pe masura ce acul indicator se deplaseaza dinspre dreapta spre stanga. Initial, indicatia este maxima spre dreapta (rezistenta zero), iar valorile rezistentelor se aduna din ce in ce mai rapid una langa cealalta pe masura ce trecem inspre partea stanga a scalei:

Nu ne putem apropia de infinit printr-o maniera liniara, pentru ca nu am ajunge niciodata acolo! Cu o scala ne-liniara, cantitatea de rezistenta acoperita de o anumita distanta creste pe masura ce scala se apropie de infinit. In acest caz, putem spune ca infinitul este o "valoare" ce poate fi atinsa.

Mai exista totusi inca o nelamurire legata de scala noastra. Care este valoarea necesara a rezistentei dintre sonde, astfel incat acul indicator sa se regaseasca la jumatatea scalei? Cunoastem ca deplasarea maxima este 1 mA. Atunci, 0,5 mA (500 µA) este valoare curentului necesar pentru aceasta deplasare la mijlocul scalei. Pastrand bateria de 9 V in circuit, obtinem urmatorul rezultat:

Cu o rezistenta interna de 500 Ω, si un rezistor serie de 8,5 kΩ, ne mai raman 9 kΩ pentru o rezistenta de test externa (conectata intre sonde), pentru o deplasare la jumatate a scalei. Cu alte cuvinte, rezistenta de test necesara unei deplasari la jumatatea scalei a acului indicator, este egala in valoare cu rezistenta serie interna totala a aparatului de masura. Aplicand din nou legea lui Ohm, putem determina valoarea rezistentei de test pentru o deplasare la 1/4 si 3/4 a scalei:

Deplasare la 1/4 (0,25 mA):

Deplasare la 3/4 (0,75 mA):

Prin urmare, scala finala a ohmmetrului arata astfel:

Dezavantajele metodei de mai sus

O problema majora a acestui aranjament consta in necesitatea utilizarii unei baterii precise. In caz contrar, valorile citite nu vor fi reale. Daca tensiunea bateriei scade (acest lucru se intampla cu toate bateriile chimice), ohmmetrul va pierde din precizie. Cu rezistorul de scala conectat in serie si la o valoare constanta de 8,5 kΩ, o descrestere a tensiunii bateriei va insemna ca deplasarea acului indicator nu se va realiza inspre pozitia dreapta-maxima la conectarea sondelor impreuna (0 Ω). Identic, o rezistenta de test de 9 kΩ nu va reusi sa deplaseze acul indicator la exact jumatatea scalei de masura, daca tensiunea bateriei scade.

Desigur, exista metode de compensare a acestei pierderi de tensiune a bateriei. Aceste "artificii" insa nu rezolva in totalitate problema, si sunt considerate in cel mai bun caz doar aproximatii. Din acest motiv, si datorita scalei neliniare, acest tip de ohmmetru nu poate fi in niciun caz considerat un instrument de precizie.

Observatie asupra utilizarii ohmmetrelor

Mai exista inca o particularitate a ohmmetrelor ce trebuie mentionata: acestea functioneaza corect doar atunci cand masoara o rezistenta ce nu este alimentata de o sursa de curent sau de tensiune. Cu alte cuvinte, nu putem masura rezistenta cu un ohmmetru, atunci cand circuitul este alimentat (conectat la o sursa de tensiune). Motivul este simplu: indicatia precisa a ohmmetrului se bazeaza pe faptul ca singura sursa de tensiune din circuit este propria sa baterie interna. Prezenta unei alte caderi de tensiune la bornele componentului supus masuratorii va da peste cap functionarea corecta a ohmmetrului. Daca aceasta cadere de tensiune este suficient de mare, poate duce chiar la distrugerea acestuia.