Meten van weerstand
De ohmse weerstand wordt bij een gelijkstroom gemeten. Parasitaire zelfinducties en capaciteiten hebben hierdoor geen invloed op het resultaat. Zo kunnen behalve weerstanden, ook de gelijkstroom weerstand van een spoel of kabel bepaald worden, of de lekweerstand van een condensator.
Meten met de multimeter
De meest voor de hand liggende methode om weerstanden te meten is deze te meten met een multimeter met een weerstandsbereik. In de meeste gevallen kan hiermee een betrouwbare meting verricht worden. Alleen bij zeer laagohmige weerstanden wordt de meetfout onacceptabel door de weerstand van de gebruikte meetsnoeren en contactweerstanden. Bij hoogohmige weerstanden spelen lekweerstanden in de betrouwbaarheid van de meting. Hier wordt later verder op in gegaan.
Het principe van de weerstandsmeting wordt verduidelijkt aan de hand van de meetmethodes die in multimeters wordt toegepast.
Passieve multimeters
De meeste modellen multimeters uitgerust met een draaispoelmeter meten de weerstand al volgt: De onbekende weerstand Rtest wordt in serie met een bereikweerstand Rb en een draaispoelmeter A aangesloten is op een spanningsbron Ub. Zie de figuur hiernaast.
De stroom die door de meter loopt is:
[A]
Hierin is te zien dat de uitslag van de wijzer, die evenredig is met de stroom, niet lineair is. Hiermee is de afwijkende schaalverdeling van dit type meters verklaard. Rd is hier de weerstand van de draaispoelmeter. De weerstand Rm is de vervangingsweerstand van de meetsnoeren en de contactweerstanden. Aangezien deze weerstand geen vaste waarde kent, is de onzekerheid bij laagohmige weerstanden relatief groot.
Actieve multimeters
De spanning die door de voltmeter V gemeten wordt is:
[V]Indien de weerstand van de meetsnoeren Rm verwaarloost kan worden, ziet met een duidelijk lineair verband tussen de gemeten spanning en de te meten weerstand. De voltmeter dient hier een type te zijn met een zeer hoogohmige ingang. Vooral bij meten van hoogohmige weerstanden zal deze ingangsweerstand een grote rol spelen, en de meting onbetrouwbaar maken. Net als hiervoor kunnen de weerstanden van de meetsnoeren en de contacten een grote onzekerheid veroorzaken.
Vierpuntsmeting
Zoals hiervoor een aantal keer is opgemerkt mag bij het meten van laagohmige weerstanden mag de weerstand van de meetsnoeren en de contactweerstanden niet verwaarloost worden. Een waarde van 1 Ω voor deze extra geïntroduceerde weerstand is niet ongewoon. Dit is eenvoudig te controleren door een multimeter in het laagste weerstandsbereik te zetten en de meetpennen tegen elkaar te houden.
Wil men een weerstanden meten met een onzekerheid kleiner dan 1%, dan zal dit bij weerstandswaarden lager dan 100 Ω niet meer met een eenvoudige multimeter gaan. Omdat bij de multimeter de meetstroom door de snoeren en contacten loopt veroorzaakt dit een extra spanningsval die meegemeten wordt. Bij de vierpuntsmeting worden deze fouten voorkomen door de circuits voor de geïnjecteerde stroom, en de spanningsmeting gescheiden gehouden.
Met stroombron
De te meten weerstand Rtest wordt aangesloten op een stroombron Ib. Door het toepassen van een stroombron hebben de verbindingssnoeren en contactweerstanden Rv geen invloed op de stroom door de te meten weerstand. De spanning over de weerstand wordt gemeten met het tweede circuit. Omdat hier gemeten wordt met een voltmeter V met hoogohmige ingang, zal er nagenoeg geen stroom lopen in dit deel van het circuit. De spanningsval over de meetsnoeren en contactweerstanden Rm is daarom dan ook verwaarloosbaar.
De weerstand kan volgens de wet van Ohm berekend worden:
[Ω]
Voor een betrouwbare meting wordt de spanning zo dicht mogelijk bij het testobject gemeten. De stroom moet aan het eind van de aansluitdraden geïnjecteerd worden.
Met spanningsbron en weerstand
Als geen voeding beschikbaar is die in stroombegrenzingsmode kan werken, kan ook een gewone voeding gebruikt worden. Schakel daarvoor een weerstand Rs en ampèremeter A in serie met de spanningsbron Ub. De serieweerstand moet in overeenstemming zijn met de gewenste geïnjecteerde stroom. En de stroom kan worden afgelezen van de ampèremeter.
Tafelmultimeters en kelvinprobes
Duurdere multimeters zoals vele tafelmodelen kunnen naast tweepuntsmetingen ook vierpuntsmetingen verrichten aan weerstanden. Hiertoe zijn deze voorzien van een zeer nauwkeurige stroombron welke twee aansluitingen naar buiten zijn gebracht. Het tweede paar aansluitingen, "sense", zijn verbonden met een hoogohmige voltmeter. De gemeten spanning wordt intern omgerekend naar de gemeten weerstandswaarde.
Om het verbinden van de vier aansluitingen met de te meten weerstand te vergemakkelijken zijn er zogenaamde kelvinprobes in de handel. Een kelvinprobe bestaat uit twee klemmen: één voor de positieve en één voor de negatieve aansluiting. Elke klem heeft twee van elkaar geïsoleerde lippen waarvan één verbonden is met de stroombron en de andere is verbonden met de voltmeter.
Brug van Wheatstone
Met de brug van Wheatstone kan een onbekende weerstand met een referentieweerstand vergeleken worden om zo de exacte weerstandswaarde te bepalen.
Beschrijving meetopstelling
In principe is voor deze meetopstelling geen nauwkeurige spanningsbron en meter nodig. Echter, alle gebruikte weerstanden dienen goed bekend te zijn. De brug is te onderscheiden in twee helften: De linker tak met weerstanden R1 en de referentieweerstand Rref, en de rechter tak met R2 en de onbekende weerstand Rx. Beide helften zijn aangesloten op de spanningsbron Ub. Van oorsprong wordt voor het meetinstrument een draaispoel wijzermeter gebruikt waarbij de neutrale stand in het midden van de schaal ligt. Zo kunnen zowel positieve als negatieve spanningen geregistreerd worden. Een multimeter die zowel positieve als negatieve waardes kan aanwijzen is bruikbaar.
De diodes beschermen de meter tegen te hoge spanningen. Deze dienen een lage lek te hebben. Meestal zal een 1N4148 voldoen. Maar bij het meten van hoogohmige weerstanden zullen JFET diodes gebruikt moeten worden, of kunnen de diodes beter achterwege gelaten worden.
Meten met de brug van Wheatstone
De weerstanden R1 en R2 dienen exact gelijk aan elkaar te zijn. Als de referentieweerstand Rref zo gekozen wordt dat deze exact gelijk is aan de onbekende weerstand Rx zal door beide takken dezelfde stroom lopen. De spanning over de weerstanden R1 en R2 zal daarom ook gelijk zijn, en over het meetinstrument zal geen spanning staan, en diengevolge zal er ook geen stroom I door lopen.
Wijst het instrument echter een positieve spanning aan, dan betekend dit dat de spanning in de rechter tak hoger is dan in de linker. Rx is dan groter dan de referentie weerstand. Het omgekeerde: als de meter een negatieve spanning aanwijst betekend dit dat Rx kleiner is dan de referentieweerstand.
In de praktijk wordt voor de referentieweerstand veelal een weerstand decadebank gebruikt. Deze bevat een groot aantal nauwkeurige weerstanden welke met draaischakelaars geselecteerd kunnen worden. De weerstanden R1 en R2 hebben een waarde in ongeveer dezelfde orde grootte als de referentieweerstand.
Meting hoogohmige weerstanden
Veel multimeters hebben weerstandbereiken voor zeer hoogohmige weerstanden, 200 MΩ of zelfs nog hoger. Het is de vraag of deze bereiken erg zinvol zijn. Het gevaar van meetfouten ligt hier in de lekweerstanden die kunnen ontstaan tussen de twee polen en naar de aarde. Let erop dat de meter goed droog is, er geen vuil aanwezig is en de meetsnoeren van goede kwaliteit en onbeschadigd zijn.
Meetopstelling
Hiernaast is de meetopstelling voor hoogohmige weerstanden weergegeven. Voor een goede meting moet de weerstand Ra ongeveer in dezelfde ordegrootte liggen als de onbekende weerstand Rx. De hoogte van de voedingsspanning Ub moet zodanig gekozen worden dat bij een Rx van 0 Ω, de stroom die dan alleen begrenst wordt door Ra, gelijk is aan het meetbereik van de meter.
De onbekende weerstand Rx is:
[Ω]
Hieruit blijkt al dat voor een nauwkeurige meting Ra goed bekend moet zijn.
Indien zeer hoge spanningen gebruikt worden is het aan te bevelen om de negatieve voedingszijde te aarden. Alle punten aan de hoogspanningszijde moeten ver verwijderd zijn van objecten in de omgeving. Ook moet er op gelet worden dat er geen sproeiontladingen kunnen ontstaan. De beide weerstanden moeten uiteraard ook de meetspanning kunnen doorstaan.
Meetfouten
Hiervoor zijn de belangrijkste oorzaken van meetfouten al besproken. Er zijn nog een aantal punten waarop gelet moet worden.
Invloed van de meting op de weerstand
De weerstand is altijd temperatuursafhankelijk, gegeven door het gebruikte materiaal. Let daarom ook op de temperatuur waarbij de meting verricht wordt. Doordat tijdens de meting een stroom door de weerstand wordt gestuurd zal deze tijdens de meting opwarmen. Maak de meetstroom daarom niet groter dan noodzakelijk is voor de nauwkeurigheid. En verricht de meting in een zo kort mogelijke tijd.
Skin-effect
De hierboven beschreven metingen worden allen verricht bij een gelijkstroom. De ohmse weerstand is echter een frequentieafhankelijke component. Hoe deze afhankelijkheid gemeten kan worden wordt beschreven in het artikel Meten van parasitaire eigenschappen.