آشنایی با مولتی متر و وسایل اندازه گیری
تاريخ :
۱۳۹۱/۱۱/۲۹
آشنایی با انواع مولتی متر و وسایل اندازه گیری
زمینه نظری: دستگاه اندازه گیری عقربه ای یا آنالوگ از یك قاب متحرك تشكیل شده كه در داخل یك میدان مغناطیسی دائمی قرار گرفته و میزان چرخش آن را عقربه نشان می دهد . وقتی جریان معینی از قاب متحرك حركت می كند؛ قاب و عقربه
متصل به آن منحرف شده و عقریه مقدار جریان را نشان می دهد. برای اندازه گیری پارامترهای مختلف مانند شدت جریان ،ولتاژ مقاومت و... روی صفحه را طوری درجه بندی می كنند كه میزان انحراف عقربه متناسب با جریان عبور كرده از قاب متحرك و در نتیجه متناسب با پرامتر مورد اندازه گیری باشد. و بتوان مقدار پارامتر مورد اندازه گیری را مستقیما روی صفحه خواند.
مولتی متر عقربه ای (آنالوگ) Sanwa مدل yx360 TRE
مولتی متر (Multi meter) یا آوومتر دستگاهی است كه به وسیله آن می توان چند كمیت مختلف را اندازه گیری كرد. و نام آن از حروف اول كلمات Amper ,Volt ,Ohm گرفته شده است. تمام مولتی مترها با جزیی اختلاف مانند یكدیگر هستند. در اینجا جهت آشنایی با طرز كار و نحوه قرار دادن آن در مدارهای الكتریكی ،به شرح یكی از مدل های مولتی متر می پردازیم. در روی مولتی متر قسمت های زیر قابل مشاهده است:
- صفحه نمایش شامل عقربه و قوس های مدرج
- كلید انتخاب یا سلكتور (دكمه انتخاب)
- دكمه تنظیم كننده مكان عقربه
- پیچ تنظیم عقربه
- فیش های مثبت و منفی به رنگ های قرمز و سیاه
در مولتی متر مورد نظر در صفحه، برای كمیت های مختلف 9 ردیف قوس های مدرج دیده می شود كه هر ردیف به درجات مختلف تقسیم شده است.
روی صفحه و در كنار سلكتور علائم V برای اختلاف پتانسیل،A برای شدت جریان، W برای مقاومت، Ac برای جریان متناوب و Dc برای جریان مستقیم به كار رفته است. بر روی صفحه منحنی شماره (1) برای اندازه گیری مقاومت به كار می رود. منحنی دوم در زیر آینه برای اندازه گیری (با سه سری (2)،(3) و (4)) ولتاژ و شدت جریان مستقیم به كار می رود. منحنی شماره (5) برای اندازه گیری ولتاژ متناوب تا حداكثر 10v به كار می رود. منحنی شماره (6) برای اندازه گیری ظرفیت خازن به كار می رود.
منحنی پنج با شماره گدذاری های (7) و (8) نیز برای اندازه گیری ولتاژ مستقیم به ترتیب تا حداكثر+25v ,+5v به كار می رود. با این تفاوت مه چون صفر منحنی در وسط قرار دارد ،نحوه اتصال دستگاه در مدار یعنی فیش مثبت دستگاه به قطب مثبت منبع یا قطب منفی منبع تغذیه متصل شود می توان اندازه گیری را انجام داد. البته برای تغییرات ولتاژ از مثبت به منفی و بالعكس نیز قابل استفاده است.
منحنی های نشان داده شده با شماره های (9) و (10)، (11) و (12) برای اندازه گیری های پارامترهای ** و ترانفریستور به كار می رود كه از ذكر آن صرف نظر می كنیم.
معمولا درجه بندی مربوط به مقاومت الكتریكی از راست به چپ و بقیه درجه بندی ها از چپ به راست می باشد.
سلكتور (دكمه انتخاب) كلیدی است كه می تواند روی صفحه دایره شكل حول خود حركت كند. در محیط دایره درجاتی است كه حوزه كار دستگاه را نشان می دهد. اعدادی كه كلیه سلكتور مقابل آن قرارداده می شود ممكن است كوچكتر یا بزرگتر از درجات قوس های مدرج باشند. حاصل تقسم را كه ضزیب قرائت نامیده می شود در عدد متقابل به عقربه ضرب می نماییم ،به این ترتیب مقدار كمیت به دست می آید. هنگام كار با دستگاه توجه به نكات زیر ضروری است.
- برای اندازه گیری شدت جریان دستگاه را به طور سری و هنگام اندازه گیری اختلاف پتانسیل باید دستگاه را به طور موازی در مدار قرار داد.
- هنگام اندازه گیری مقاومت لازم است جریام برق را قطع كنید در غیر این صورت به دستگاه آسیب می رسد.
- همیشه هنگام اندازه گیری كمیت ها كلید سلكتور را روی بیشترین درجه قرار دهید و در صورت لزوم به تدریج آن را كاهش دهید تا به دستگاه لطمه ای وارد نشود.
- اگر كلید سلكتور مقابل بیشترین درجه قرار داده شود و عقربه بیش از حد مجاز منحرف گردد ،باید بلافاصله مدار را قطع كنید. زیرا دستگاه برای اندازه گیری آن مقدار از كمیت مناسب نیست و باید دستگاه دیگری با ظرفیت بیشتر استفاده كنیم.
- اگر چرخش عقربه در جهت معكوس باشد یا باید جای فیش های ورودی را جابجا كرده ،با اینكه عمل تعویض دو قطب را در منبع تغذیه انجام داد.
- در صفحه ای مدرج آینه ای موازی صفحه وجود دارد كه به كمك آن می توان خطای اندازه گیری را كاهش داد. زیرا برای قرائت صحیح باید یه طور عمودی به صفحه نگاه كنیم. طوری كه عقربه با تصویر آن در آینه منطبق شود.
طرز اندازه گیری ولتاژ مستقیم
ابتدا سلكتور را در وضعیت اندازه گیری ولتاژ مستقیم (DC=) بر روی بیشترین ولتاژ قرار دهید. (گستره 1000 V) فیش های مولتی متر را به دو سر منبع یا قسمتی از مدار كه می خواهید اختلاف پتانسیل آن را اندازه گیری كنید. به طرز صحیح متصل كنید.
در صورتی كه میزان عقربه ناچیز است ،سلكتور را به ترتیب روی گستره های 2.5 V ,10 V ,50 V ,250 V -0.1 V و0.25 V قرار دهید تا میزان انحراف عقربه بهترین حالت را نشان دهد (عقربه نه به قسمت ابتدا و نه به انتهای منحنی نزدیك باشد). برای قرائت ولتاژ مجهول باید از منحنی دوم صفحه نمایش (زیر آینه) استفاده كنید. این منحنی برای ولتاژ در جریان مستقیم و متناوب قابل استفاده است. در زیر این منحنی سه ردیف عدد نوشته شده است. ردیف اول از (0 تا 250) ردیف دوم از (0 تا 50) و ردیف سوم از (0 تا 10). اگر سلكتور را روی 250 V قرار داده اید عدد را از (0 تا 250) قرائت كنید. اگر سلكتور را روی 50 V یا 10 V قرار داده اید.به ترتیب از ردیف های (0 تا 50) یا (0 تا 10) قرائت كنید. در صورتی كه سلكتور را در وضعیت 2.5 V یا 0.25 قرار می دهید ،بهتر است عدد را از ردیف (0 تا 250) قرائت كرد ه و عدد قرائت شده را به ترتیب در 100/1 و 1000/1 ضرب كنید تا وبتاژ مجهول به دست آید. اما اگر سلكتور را در حالت 1000 V یا 0.1 V قرار داده اید ،بهتر است عدد را از ردیف (0 تا 10) قرائت نموده و عدد قرائت شده را به ترتیب در 100 و 100/1 ضرب كنید تا ولتاژ مجهول به دست آید.
تذكر: برای اندازه گیری ولتاژهای بین 1 تا 25 ولت مستقیم از منحنی پنجم می توان استفاده كرد.
توجه: وقتی دستگاه را برای اندازه گیری ولتاژ به كار می برید به هیچ نباید سلكتور در وضعیت های غیر ولتاژ قرار داشته باشد.
طرز اندازه گیری ولتاژ متناوب
اندازه گیری ولتاژ متناوب شبیه حالت مستقیم است ،با این تفاوت كه گستره های انتخاب حالت (AC V)
فقط 10 V ،50 V ،250 V ,750 V است و برای وضعیتی كه سلكتور به حالت 750 V است و بهتر است عدد را از ردیف (0 تا 50) در زیر منحنی دوم قرائت نموده و در 3/1 ضرب كنید تا ولتاژ مجهول به دست آید.
تذكر: می تو.انید ولتاژ متناوب را از روی منحنی دوم (در زیر أینه) قرائت كنید. اما برای حالت سلكتور روی وضعیت 10V است می توانید ولتاژ را از روی منحنی سوم از بالای صفحه نمایش (AC 10 V) نیز قرائت كنید.
توجه: ولتاژی كه توسط مولتی متر و كلا ولت سنج ها در وضعیت جریان متناوب قابل اندازه گیری است. ولتاژ موثر می باشد.
طرز اندازه گیری شدت جریان مستقیم:
ابتدا سلكتور را در بالاترین گستره وضعیت (DCA=) (O.25A) قراردهید. سپس در سر فیش های مولتی متر را در شاخه ای از مدار كه می خواهید شدت جریان آن را مشاهده كنید قرار دهید. سایر مراحل اندازه گیری مانند اندازه گیری ولتاژ مستقیم است با این تفاوت كه گستره های قابل انتخاب برای اندازه گیری شدت جریان ،0،25 A ،2.5 MA ،50 MA می باشد. اگر سلكتور در وضعیت 50 A باشد می توان از ردیف (0 تا 50) استفاده كنید جهت قرائت شدت جریان بر حسب میكرو آمپر برای وضعیت هایی كه سلكتور روبه روی 0.25 A ، و 2.5 MA بهتر است از این عدد از (0 تا 250) قرائت نموده و به ترتیب در 1، 10، 100 ضرب نمایید تا شدت جریان را بر حسب میلی آمپر به دست آورید.
توجه: به دلیل اینكه دستگاه برای شدت جریان های تا 250 میلی آمپر طراحی شده از اعمال شدت جریان های بیشتر به آن اجتناب كنید.
در مورد اندازه گیری مقاومت الكتریكی و ظرفیت خازن با استفاده از مولتی متر در جای خود بحث خواهد شد.
البته با این دستگاه می توان كمیت های دیگری از قبیل كلتورامیتر در ترانزیستور ICEO (جریان نشتی) بهره جریان ترانزیستور hfe، ولتاژ در بایاس مستقیم دیود lv و جریان در بایاس مستقیم ویود LI و نیز ضریب تقویت ولتاژ بر حسب دسی بل dB را نیز اندازه گیری نموده صرف نظر می كنیم.
گالوانومتر
گالوانومتر یا میكروآمپر ابزاری است كه با آن می توان شدت جریان های ضعیف در حد چند میكرو آمپر را اندازه گیری نمود. از آنجا این ابزار بسیار دقیق می باشد باید سعی شود از وارد كردن ضربه و اعمال جریان های بالا از ظرفیت مجاز به دستگاه خودداری نمود.
گالوانومتر موجود در آزمایشگاه با دقت 10mA است ،بنابراین عدد نمایش داده شده بر حسب صدم میلی آمپر یا صد هزارم آمپر دقت دارد. از آنجا كه صفر دستگاه در وسط قرار دارد نحوه اتصال آن به مدار از جهت قطب های مثبت و منفی تاثیری در اندازه گیری نخواهد داشت. بر روی دستگاه حداكثر تا عدد +30 نشان داده شده كه منظور +30 صدم میلی آمپر یا +300 میكرو آمپر است.
برای اندازه گیری شدت جریان یك آمپر باید از ورودی و خروجی های كه در طرفین قرار دارد استفاده كرد چرا كه در حال یك مقاومت 4/2 كیلو اهمی با دستگاه سری شده و باعث حفاظت دستگاه از اعمال جریان های زیاد می شود.
اما وقتی شدت جریان را مطمئنا كاهش داده اید می توانید از خروجی وسط كه فقط یك مقاومت 100 اهمی را شامل می شود استفاده كنید تا دقت آزمایش افزایش یابد.
وسایل افزایش:
- منبع تغذیه DC و AC
- صفحه مدار
- سیم رابط
- مقاومت الكتریكی
- مولتی متر
- گالوانومتر
- رئوستا
روش آزمایش:
مداد ساده ای مطابق شكل متصل كنید و با استفاده از مولتی متر كه یك بار به عنوان ولت سنج و بار دیگر به عنوان آمپر سنج به كار برید اختلاف پتانسیل و شدت جریان مدار را اندازه گیری كنید. با به كار بردن مقاومت زیاد یا كاهش دادن ولتاژ با رئوستا شدت جریان را كاهش دهید و شدت جریان را با استفاده از گالوانومتر اندازه گیری كنید.
مقاومت ها
آشنایی با مقاومت الكتریكی ،انواع مقاومت و اندازه گیری آن با استفاده از اهم سنج و تشخیص مقدار مقاومت از روی نوارهای رنگی
چرا همه اجسام در مقابل عبور جریان الكتریسیته مقاومت می كند؟
و این مقاومت به صورت ایجاد ولتاژ (اختلاف پتانسل) و همچنین از بین رفتن مقداری انرژی به صورت حرارت تجلی می نماید. بنابراین اغلب سعی می كنند در مسیرهای انتقال جریان الكتریسیته ،مقدار مقاومت را به حداقل ممكن برسانند. برای یك مسیر جریان الكتریسیته (مانندیك سیم) مقدار مقاومت به عواملی همچون ضریب رسانندگی، مساحت سطح مقطع و طول مسیر بستگی دارد.
نماد واحد مقاومت الکتریکی
واحد مقاومت الكتریكی اهم كه با نماد W نشان می دهند كه گاه با ضرایبی همچون میلی اهم mW، كیلو اهم kW- مگا اهم mW نیز بیان می شود كه به ترتیب عبارتند از یك هزارم اهم، یك هزارم اهم و یك میلیون اهم و...
بنا به تعریف یك اهم مقاومت سیمی است كه وقتی جریان یك آمپر در یك ثانیه از آن عبور كند یك ژول انرژی از دست داده می شود و یا به عبارت دیگر، اگر اختلاف پتانسیل دو سرسیمی یك ولت باشد و جریان یك أمپر از آن عبور كند، مقاومت این سیم یك اهم است. از نظر علمی 3/106 سانتیمتر از یك ستون جیوه به سطح مقطع یك میلیمتر مربع در دمای صفر درجه سانتیگراد یك اهم مقاومت دارد.
جعبه مقاومت الكتریكی یك عامل هر اهم به حساب نمی آید چرا كه در الكترونیك از این خاصیت استفاده شده قطعه ای به نام مقاومت (Resistor) به معنی مقاومت كننده ساخته شده است كه جهت محدود كردن جریان و با ایجاد ولتاژ مناسب در مدارها استفده می شود.
انواع مقاومت
قطعه مقاومت كه از این پس به اختصار آن را مقاومت می نامیم، در الكترونیك مورد استفاده زیادی دارد. تا آنجا كه كمتر وسیله الكترونیكی را می توان یافت كه در آن از مقاومت استفاده نشده باشد. لذا اشكال و انواع گوناگونی ساخته شده و هر یك دامنه كاربردی خاص خود را دارند. در زیر به مهمترین انواع مقاومت اشاره می كنیم.
مقاومت ثابت
- مخلوط كربن
- لایه ای:
- لایه كربن
- لایه فلز
- لایه اكسید فلز
- سیمی:
مقاومت های قابل تنظیم
- صنعتی: ولوم - پتانسیومتر
- آزمایشگاهی:
مقاومت های متغیر ی(وابسته)
- وابسته به حركت: pte- Ntc
- وابسته به نور LRD
رایجترین ترین انواع مقاومت
مقاومت مخلوط كربن
در ساخت این نوع مقاومت پودر كربن (گرافیت)، صمغ (رزین) و مواد مقاوم در برابر حرارت در اثر فشار و حرارت به شكل دلخواه ساخته می شود. مقدار مقاومت را نسبت گرافیت به دیگر مواد تعیین می كند.
مقاومت های لایه ای
این نوع مقاومت از رسوب دادن یك لایه نازك كربن ،فلز و یا اكسید فلز بر روی میله ای از جنس سرامیك ساخته شده كه بر حسب جنس لایه مذكور به سه دسته لایه كربن ،لایه فلز و لایه اكسد فلز تقسیم بندی می شود. مقدار دقیق این نوع مقاومت ها با توجه به ضخامت لایه رسانا (كه از حدود 001/0 تا 10 میكرون قابل تغییر است) و نیز به وسیله ایجاد شیار حلزونی بر روی بدنه مقاومت ایجاد می شود. به این ترتیب كه شیار مزبور طول موثر مقاومت را افزایش داده و بنابراین با ایجاد طول معینی شیار ،مقدار دلخواه مقاومت ،به دست می آید. این مقاومت به دلیل قیمت ارزان شایع ترین نوع مقاومت در مدارهای گسترده می باشد.
مقاومت های سیمی
مقاومت سیمی از پیچیدن طول معینی سیم مقاومت دار از جنس آلیاژهای مختلف (نیكل ،كروم - نیكل مس و یا نیكل كروم آلومینییم) بر روی استوانه ای از جنس سرامیك ساخته می شود این نوع مقاومت برای توان های بالا (2 تا 250 وات) قابل ساخت است. انواع خاصی از مقاومت سیمی برای مصارف ،تلرانس پایین به عنوان مقاومت دقیق ساخته می شود. اما اغلب مقاومت سیمی در یك بلوك سیمانی یا مقطع مربع - مستطیل شكل ساخته می شود كه به آن مقاومت آجری می گویند.
مقاومت های قابل تنظیم
- صنعتی: در مقاومت های قابل تنظیم صنعتی از یك مقاومت با پوشش كربن یا مقاومت سیمی كه به صورت نعلی شكل ساخته می شود. و دو ورودی مقاومت به دو انتهای آن متصل است. خروجی مقاومت به یك بازوی متحرك كه در وسط مقاومت قرار دارد متصل است. مقدار مقاومت بین دو سر كناری (یا دو سر وردی) مقداری ثابت بوده كه در واقع حداكثر مقدار مقاومت است. منتهی مقدار مقاومت بین سر وسط و هر یك سرهای كناری بسته به موقعیت بازوی متحرك بین حداقل صفر و حداكثر مقاومت قابل تغییر است. مقاومت های قابل تغییر صنعتی عمدتا در دو نوع ساخته می شود. در یك نوع تغییر مقاومت به وسیله یك دسته متحرك انجام می شود در ایران آن را ولوم می نامند و اگر این كار با پیچ گوشتی انجام شود آن را پتانسیومتر می نامند. هر چند در واقع هر دو پتانسیومترند. البته گاه ولوم به صورت كشویی نیز ساخته می شود كه ساختاری تقریبا شبیه رئوستا دارد.
- آزمایشگاهی: در آزمایشگاه ها معمولا از دو نوع مقاومت متغیر استفاده می شود یكی رئوستا و دیگری جعبه مقاومت. رئوستاها ساختاری مشابه مقاومت های سیمی دارند با این تفاوت كه یك خروجی آن به یك اهرم لغزنده متصل بوده و تغییر مكان اهرم باعث تغییر طول موثر سیم و در نتیجه متغیر مقاومت می شود.
در جعبه مقاومت گاه از تعدادی مقاومت ثابت استفاده می شود كه از اتصال سری تعداد مشخص از آنها تعدادی مقاومت كه اینجا از ذكر آنها صرف نظر می كنیم.
مقاومت های متغیروابسته
گاه مقدار موثر مقاومت وابسته به پارامتر دیگری مانند حرارت ، نور یا ولتاژ است.
در این نوع مقاومت ها با متغیر پارامتری كه مقدار مقاومت به آن وابسته است مقدار مقاومت نیز كمتر یا زیادتر از مقدار اولیه آن می شود. برای مثال در مقایسه های وابسته به حرارت (ترمیستورها) ساختار درونی مقاومت طوری طراحی می شود كه گاه با افزایش دما مقدار مقاومت افزوده شده PTC و گاه نیز با كاهش دما مقدار موثر مقاومت افزایش یابد (NTC).
مقاومت های وابسته به نور یا سلول نوری (photo cill) اغلب از جنس سولفید كادمینیم ساخته می شوند. مقدار این نوع مقاومت در تاریكی خیلی زیاد (بزرگتر از یك مگا اهم) است. اما در روشنائی بسته به میزان نور مقدار مقاومت آن به حدود صد اهم تا یك كیلو اهم می رسد.
همچنین مقاومت هایی ساخته می شود كه با افزایش ولتاژ مقدار آن نیز افزوده می شود و محافظتی در قبال اضافه ولتاژ محسوب می گردد.
از مقاومت های متغیر وابسته در وسایل هشدار دهنده و نیز سیستم های كنترل شرایط محیط استفاده می شود.
البته انواع دیگری از مقاومت نیز ساخته می شوند همچون مقاومت های درون مدارهای یك پارچه (Ic) كه در اینجا از ذكر آنها صرف نظر می كنیم.
تشخیص مقدار مقاومت به وسیله نوارهای رنگی:
از آنجایی كه مقاومت های توان پایین دارای ابعاد كوچكی هستند، معمولا مقدار مقاومت و حداكثر خطای ممكن (تلرانس) آن را به وسیله نوارهای رنگی نشان می دهند.
اندازه مقاومت بر حسب اهم بوده در معمولترین روش به وسیله چهار عدد نوار رنگی مشخص می شود. كه به صورت یك عدد دو رقمی و تعدادی صفر كه در سمت راست قرار می گیرند و همین طور میزان خطای مربوط تعیین می شود. اما مجموعه علائم دارای فاصله های مساوی از دو سر مقاومت نیستند و طوری در مقابل خود بگیریم كه مجموعه نوارهای رنگی در طرف چپ قرار بگیرند. یا به عبارتی مقاومت را باید طوری مقابل خود بگیریم كه نوار تلرانس كه معمولا طلایی یا نقره ایست در طرف دست راست ما باشد.
حلقه های رنگی استاندارد
حلقه های رنگی استاندارد هستند و هر رنگی نماینده و عددی به شرح زیر است:
سیاه - 0 نارنجی - 3 آبی - 6
قهوه ای - 1 زرد - 4 بنفش - 7 سفید - 9
قرمز - 2 سبز - 5 خاكستری - 8
در ردیف چهارم از طرف چپ نوار نقره ای نشان دهنده %10 و نوار طلایی نشان گر %5 خطای ممكن است.
اولین نوار رنگی از سمت چپ رقم اول ،دومین نوار رقم دوم و سومین نوار ضزیب یا تعداد صفرهای سمت راست این دو رقم را نشان می دهد. نوار چهارم نشان دهنده میزان خطا است كه به صورت درصد % + نوشته می شود.
مثال: اگر روی مقاومتی از سمت چپ به راست نوارهای رنگی زیر باشد ،مقدار مقاومت چقدر است ؟
(طلایی ،نارنجی ،بنفش ،زرد)
تذكر: اگر نوار سوم سیاه باشد اندازه مقاومت بر حسب اهم عددی دو رقمی است و نوار سیاه به آن معنی است كه صفر جلوی عدد دو رقمی گذاشته نمی شوند.
اگر نوار سوم به رنگ طلایی و یا نقره ای باشد به ترتیب نشانگر ضریب 10/1 و 100/1
بوده و برای مقاومت های كمتر از 10 اهم و یا یك اهم به كار می رود.
چنانچه مقاومتی نوار چهارم نداشته باشد تولرانس آن 20% است.
البته گاه مقدار مقاومت را با بیشتر از چهار نوار یا با علائمی همچون حروف و اعداد مشخص می كنند كه در اینجا ذكری از آن به میان نمی آوریم.
وسایل برای آزمایش: مولتی متر یا اهم سنج - صفحه مدار - مقاومت الكتریكی
اندازه گیری مقاومت الكتریكی با استفاده از مولتی متر
- سلكتور (دكمه انتخاب) را روی وضعیت xlk در قسمت اندازه گیری مقاومتW قرار دهید سپس دو سر فیش های مولتی متر را به هم وصل كنید ،خواهید دید كه عقربه از سمت چپ صفحه به سمت راست حركت خواهد كرد با استفاده از دكمه تنظیم عقربه كه در زیر صفحه مدرج در سمت راست قرار دارد مكان عقربه را روی صفر اهم DW تنظیم كنید.
- دو سر فیش های مولتی متر را به پایه های مقاومت متصل كنید و مقدار مقاومت كه تغییرات آن بر روی منحنی اول از سمت بالا (بالای آینه) ز راست به چپ زیاد می شود ،بخوانید. توجه داشته باشید كه تغییرات مقاومت به صورت خطی نبوده بنابراین با دقت مقدار واقعی را تشخیص دهید. در صورتی كه انحراف عقربه از صفر اهم مقدار كمی بود سلكتور را به ترتیب روی وضعیت های x100,x10,xl قرار دهید.
- مقداری كه در هر وضعیت توسط عقربه نشان داده می شود ضرب در ضریبی كه سلكتور روبه روی آن قرار دارد، نمایید تا مقدار واقعی را به دست آورید.
توجه: به هیچ وجه از مقاومتی كه می خواهید مقدار آن را اندازه گیری كنید نباید جریان الكتریكی عبور كند یا عبارتی به هیچ وجه منبع ولتاژی متصل نباشد.
توجه: برای حذف مسیرهای موازی و افزایش دقت در اندازه گیری مقاومت ،حداقل یكی از پایه های آن را از مدار كاملا جدا نمایید.
آزمایش قانون اهم
- ابتدا مقدار اسمی مقاومتی كه در اختیار دارید با استفاده از نوارهای رنگی كه به روی آن قرار دارد مشخص كنید. سپس مقاومت را بر روی صفحه مدار قرار دهید و مقدار آن را با استفاده از مولتی متر (اهم سنج) اندازه گیری كرده و یاداشت كنید.
- اندازه گیری را برای چند بار تكرار كنید تا مطمئن شوید مقدار مقاومت را به طور صحیح اندازه گیری نموده اید. مقدار به دست آمده را با مقدار اسمی مقاومت كه از روی نوارهای رنگی مشخص كرده اید مقایسه كنید و ببینید كه آیا مقدار اندازه گیری شده در گستره تلرانس مقاومت قرار دارد یا خیر؟
- آزمایش را برای چند مقاومت تكرار كنید.
وسایل آزمایش قانون اهم
- منبع تغذیه الكتریكی DC
- ولت سنج- آمپر سنج
- سیم رابط
- رئوستا
- صفحه مدار
- مقاومت الكتری: بررسی قانون اهم
اگر دو سر یك هادی جریان برق را به اختلاف پتانسیلVمتصل كنیم، (مثلا به یك باطری وصل كنیم) جریانب به شدت I از آن عبور می كند. طبق قانوق اهم اگر درجه حرارت و سایر شرایط فیزیكی در این هادی ثابت نگه داشته شود، نسبت اختلاف پتانسیل V به شدت جریان I مقداری است كه أن را مقاومت الكتریكی أن هادی می نامند و به صورت زیر نوشته می شود:
= cte = R
یا به عبارتی V=I.R
رابطه فوق به قانون اهم معروف است. همانطور كه از این رابطه پیداست، منحنی نمایش تغییرات اختلاف پتانسل بر حسب شدت جریان خطی می باشد.
البته بر اثر عبور جریان الكتریكی از یك هادی طبق قانون ژول در آن گرما ایجاد می شود و گرمای حاصل موجب تغییر مقاومت هادی می شود. اما در اینجا از تغییرات دما صرف نظر می كنیم.
كی.
روش آزمایش قانون اهم:
- ابتدا با توجه به مدارهای رنگی رو ی مقاومت، مقدار اسمی آن را تعیین كنید (R). سپس مقدار آن را با استفاده از اهم سنج (مولتی متر) اندازه گیری كرده (R) و یادداشت كنید. حال مداری مطابق شكل متصل كنید و قبل از اینكه جریان را در مدار برقرار كنید آن را به مربی آزمایشگاه نشان دهید.
- شدت جریان مدار را با استفاده از آمپرسنج (گالوانومتر) اندازه گیری كنید (A) و بر حسب آمپر یادداشت كنید و نیز اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت را اندازه گیری كنید و بر حسب ولت یادداشت نمایید.
خازن متغیر
در این نوع خازن با چرخاندن صفحات متحرك ،بین صفحات ثابت سطح مشترك كم و زیاد شده و در نتیجه ظرفیت خازن تغییر می یابد و می توان به دلخواه ظرفیت خازن را از صفر تا مقدار ماكزیمم تغییر داد.
بسته به این كه اهرم تغییر ظرفیت را بتوان با دست و یا با ابزاری مانند پیچ گوشتی تغییر داد به ترتیب آن را واریابل و تریمر می نامند.
خازن ثابت
- خازن سرامیكی: خازن سدامیكی معمولیترین خازن غیر الكترولیتی است كه در آن عایق را سرامیك و جوشن ها را لایه نازك نقره تشكیل می دهد. خازن های سرامیكی معمولا در دو نوع دیسكی (عدسی) و لوله ای ساخته می شوند.
- خازن میكا و شیشه: صفحات نازك فلزی و ورقه های میكا را یكی در میان روی هم قرار می دهند به طوری كه صفحات فلزی یك عدد بیشتر از صفحات میكا (شیشه) باشد.
- خازن ورقه ای: در این نوع خازن ورقه پلاستیكی یا نوار كاغذی آغشته به پارافین را بین دو نوار فلزی بسیار نازك (معمولا از آلومینیم یا قلع) قرار می دهند و مجموعه را روی نوار عایق دیگری گذاشته و می پیچند تا به شكل استوانه درآید.
- خازن الكترولیتی (شیمیایی): در مدارهایی كه ظرفیت زیاد و حجم كم لازم است از خازن های شیمیایی استفاده می شود. ساختمان آن مانند خازن كاغذی است، با این تفاوت كه كاغذ وی الكتریك خازن آغشته به الكترولیت (تترابورات آمونیوم) بوده و بر روی یكی از ورقه های هادی (آلومینیوم یا تانتالیم) لایه از اكسید تشكیل شده و به صورت عایق عمل می كند. این نوع خازن دارای قطب های مثبت و منفی مجزا است. باید در موقع قرار دادن در مدار به علامت قطبها توجه كرد. چون اگر به طور معكوس گذارده شود ،اتصال كوتاه شده دی الكتریك (لایه اكسید) آن از بین می رود.
البته انواع دیگری از خازن همچون خازن روغنی ،خازن گازی نیز استفاده می شود كه از ذكر آن صرف نظر می كنیم.
تشخیص مقدار ظرفیت خازن از روی رمز عددی:
در بعضی موارد (مانند خازن های الكترولیتی) مقدار عدد ظرفیت و واحد آن عینا بر روی بدنه خازن قید می شود كه در این صورت ابهامی برای خواندن مقدار ظرفیت وجود ندارد. در اغلب موارد مقدار واحد ظرفیت بر روی بدنه خازن قید نمی شود. در این صورت چنانچه عدد مزبور از یك كوچكتر باشد ،ظرفیت بر حسب میكروفاراد و چنانچه عدد بزرگتر از یك باشد ظرفیت بر حسب پیكوفاراد است.
در حالتی كه عدد ظرفیت بزرگتر از واحد است به خوص در مورد خازن های سرامیكی عدسی 100 پیكوفاراد به بالا معمولا عدد ظرفیت به صورت یك عدد سه رقمی مشخص می شود. كه دو رقم اول عدد به صورت یك عدد سه رقمی مشخص می شود. كه دو رقم اول عدد و رقم سوم ضریب (تعداد صفر) را مشخص می كند.
مقدار تلرانس خازن با استفاده از یك حرف بر روی آن مشخص می شود كه مفهوم آن به شكل زیر است.
گاهی ولتاژ مجاز خازن یا حداكثر ولتاژی كه می تواند خازن تحمل كرده بدون اینكه تغییر در ساختار آن ایجاد شود. نیز بر روی آن نوشته می شود.
البته گاه مشخصات دیگری نیز به صورت علائم بر روی خازن نوشته می شود و یا مشخصات خازن به طور كلی با استفاده از رمزهای رنگی بر روی خازن ثبت می گردد كه از ذكر موارد فوق صرف نظر می كنیم.
وسایل آزمایش با خازن
مولتی متری كه بتوان با آن ظرفیت خازن را اندازه گیری كرد - صفحه مدار - سیم رابط - خازن اندازه گیری ظرفیت خازن با استفاده از مولتی متر:
سلكتور (دكمه اتنخاب) را روی وضعیت (mf) c قرار دهید. دو سر فیش های مولتی متر را به هم متصل نموده و با دكمه تنظیم عقربه ،موقعیت عقربه را روبه روی صفر اهم (W0) تنظیم كنید. دو پایه خازن را اتصال كوتاه كنید تا مطمئن شوید كه خازن شارژ شده ،دو سر فیش های مولتی متر را به پایه های خازن متصل كنید. مشاهده خواهید كرد كه كه عقربه درجه بندی (mf) c را به سرعت طی كرده به نقطه معینی می رسد و خازن به وسیله باطری مولتی متر شارژ می شود پس از آن عقربه از نقطه مذكور شروع به بازگشت خواهد كرد. نشینه انحراف عقربه كه بر روی منحنی (mf)c نشان داده می شود مقدار ظرفیت خازن است.
توجه: برای هر بار اندازه گیری ظرفیت خازن باید حتما خازن مورد آزمایش را دشارژ كنید.
توجه: در مورد خازن های الكترولیتی به قطبیت خازن توجه كرده و قطب مثبت خازن را به قطب منفی مولتی متر متصل كنید و بالعكس.
روش آزمایش با خازن
ابتدا مقدار اسمی ظرفیت خازن را مشخص كنید سپس خازن را یر روی صفحه مدار متصل كرده و ابتدا پایه های آن را با استفاده از سیم رابط برای چند لحظه اتصال كوتاه نید تا از دشارژ بودن آن مطمئن شوید. مقدار ظرفیت خازن را با استفاده از مولتی متر اندازه گیری كرده و با مقدار اسمی آن مقایسه كنید. اندازه گیری را برای چند بار تكرار كنید (و توجه كنید كه هر بار خازن را دشارژ كرده و سپس اندازه گیری را انجام دهید) و مقدار متوسط به دست آمده را یادداشت كنید.
آزمایش را برای چند خازن انجام دهید.
پرسش:
- در هتگام اتصال دو سر یك خازن باردار به خازن بی بار حركت بارهای الكتریكی تا چه زمانی ادامه می یابد ؟
- چرا در مدار جریان مستقیم كه شامل خازن است شدت جریان در لحظه اتصال ماكزیمم است و بعد صفر می شود ؟
آزمایش بستن خازن ها
روش کار با به هم بستن خازن ها به طور سری یا متوالی
دو خازن با ظرفیت های 1c و 2c به طور سزی به یكدیگر بسته شده اند و دو سر آن ها به اختلاف پتانسیل v مربوط است. مقدار بار هر خازن (q) با هم مساوی است.
چرا ولتاژ كل مساوی مجموع ولتاژ هر یك از خازن های متصل به هم می باشد؟
با توجه به اینكه ولتاژ خازن معادل از رابطه به دست می آید ،پس:
نتیجه گیری
ملاحظه می شود كه ظرفیت معادل چند خازن كه به طور سری از كوچكترین ظرفیت های موجود كمتر می باشد.
بستن خازن ها به طور موازی
اگر دو خازن به طور موازی به هم بسته شوند و دو سر آن ها به اختلاف پتانسیل v متصل گردد. اختلاف پتانسیل بین دو صفحه هر خازن برابر v خواهد بود.
وسایل آزمایش با خازن متوالی:
- مولتی متری كه بتوان با آن ظرفیت خازن را اندازه گیری كرد
- صفحه مدار
- سیم رابط
- خازن
روش آزمایش خازن متوالی:
ابتدا ظرفیت اسمی خازن های 1c و 2c را از روی رمز عددی حك شده بر روی خازن مشخص كرده یادداشت كنید (C1 ,C2). مقدار ظرفیت را برای هر خازن به طور مستقیم نیز اندازه گیری كرده و یادداشت نمایید.
آشنایی با انواع مولتی متر و وسایل اندازه گیری
زمینه نظری: دستگاه اندازه گیری عقربه ای یا آنالوگ از یك قاب متحرك تشكیل شده كه در داخل یك میدان مغناطیسی دائمی قرار گرفته و میزان چرخش آن را عقربه نشان می دهد . وقتی جریان معینی از قاب متحرك حركت می كند؛ قاب و عقربه
متصل به آن منحرف شده و عقریه مقدار جریان را نشان می دهد. برای اندازه گیری پارامترهای مختلف مانند شدت جریان ،ولتاژ مقاومت و... روی صفحه را طوری درجه بندی می كنند كه میزان انحراف عقربه متناسب با جریان عبور كرده از قاب متحرك و در نتیجه متناسب با پرامتر مورد اندازه گیری باشد. و بتوان مقدار پارامتر مورد اندازه گیری را مستقیما روی صفحه خواند.
مولتی متر عقربه ای (آنالوگ) Sanwa مدل yx360 TRE
مولتی متر (Multi meter) یا آوومتر دستگاهی است كه به وسیله آن می توان چند كمیت مختلف را اندازه گیری كرد. و نام آن از حروف اول كلمات Amper ,Volt ,Ohm گرفته شده است. تمام مولتی مترها با جزیی اختلاف مانند یكدیگر هستند. در اینجا جهت آشنایی با طرز كار و نحوه قرار دادن آن در مدارهای الكتریكی ،به شرح یكی از مدل های مولتی متر می پردازیم. در روی مولتی متر قسمت های زیر قابل مشاهده است:
- صفحه نمایش شامل عقربه و قوس های مدرج
- كلید انتخاب یا سلكتور (دكمه انتخاب)
- دكمه تنظیم كننده مكان عقربه
- پیچ تنظیم عقربه
- فیش های مثبت و منفی به رنگ های قرمز و سیاه
در مولتی متر مورد نظر در صفحه، برای كمیت های مختلف 9 ردیف قوس های مدرج دیده می شود كه هر ردیف به درجات مختلف تقسیم شده است.
روی صفحه و در كنار سلكتور علائم V برای اختلاف پتانسیل،A برای شدت جریان، W برای مقاومت، Ac برای جریان متناوب و Dc برای جریان مستقیم به كار رفته است. بر روی صفحه منحنی شماره (1) برای اندازه گیری مقاومت به كار می رود. منحنی دوم در زیر آینه برای اندازه گیری (با سه سری (2)،(3) و (4)) ولتاژ و شدت جریان مستقیم به كار می رود. منحنی شماره (5) برای اندازه گیری ولتاژ متناوب تا حداكثر 10v به كار می رود. منحنی شماره (6) برای اندازه گیری ظرفیت خازن به كار می رود.
منحنی پنج با شماره گدذاری های (7) و (8) نیز برای اندازه گیری ولتاژ مستقیم به ترتیب تا حداكثر+25v ,+5v به كار می رود. با این تفاوت مه چون صفر منحنی در وسط قرار دارد ،نحوه اتصال دستگاه در مدار یعنی فیش مثبت دستگاه به قطب مثبت منبع یا قطب منفی منبع تغذیه متصل شود می توان اندازه گیری را انجام داد. البته برای تغییرات ولتاژ از مثبت به منفی و بالعكس نیز قابل استفاده است.
منحنی های نشان داده شده با شماره های (9) و (10)، (11) و (12) برای اندازه گیری های پارامترهای ** و ترانفریستور به كار می رود كه از ذكر آن صرف نظر می كنیم.
معمولا درجه بندی مربوط به مقاومت الكتریكی از راست به چپ و بقیه درجه بندی ها از چپ به راست می باشد.
سلكتور (دكمه انتخاب) كلیدی است كه می تواند روی صفحه دایره شكل حول خود حركت كند. در محیط دایره درجاتی است كه حوزه كار دستگاه را نشان می دهد. اعدادی كه كلیه سلكتور مقابل آن قرارداده می شود ممكن است كوچكتر یا بزرگتر از درجات قوس های مدرج باشند. حاصل تقسم را كه ضزیب قرائت نامیده می شود در عدد متقابل به عقربه ضرب می نماییم ،به این ترتیب مقدار كمیت به دست می آید. هنگام كار با دستگاه توجه به نكات زیر ضروری است.
- برای اندازه گیری شدت جریان دستگاه را به طور سری و هنگام اندازه گیری اختلاف پتانسیل باید دستگاه را به طور موازی در مدار قرار داد.
- هنگام اندازه گیری مقاومت لازم است جریام برق را قطع كنید در غیر این صورت به دستگاه آسیب می رسد.
- همیشه هنگام اندازه گیری كمیت ها كلید سلكتور را روی بیشترین درجه قرار دهید و در صورت لزوم به تدریج آن را كاهش دهید تا به دستگاه لطمه ای وارد نشود.
- اگر كلید سلكتور مقابل بیشترین درجه قرار داده شود و عقربه بیش از حد مجاز منحرف گردد ،باید بلافاصله مدار را قطع كنید. زیرا دستگاه برای اندازه گیری آن مقدار از كمیت مناسب نیست و باید دستگاه دیگری با ظرفیت بیشتر استفاده كنیم.
- اگر چرخش عقربه در جهت معكوس باشد یا باید جای فیش های ورودی را جابجا كرده ،با اینكه عمل تعویض دو قطب را در منبع تغذیه انجام داد.
- در صفحه ای مدرج آینه ای موازی صفحه وجود دارد كه به كمك آن می توان خطای اندازه گیری را كاهش داد. زیرا برای قرائت صحیح باید یه طور عمودی به صفحه نگاه كنیم. طوری كه عقربه با تصویر آن در آینه منطبق شود.
طرز اندازه گیری ولتاژ مستقیم
ابتدا سلكتور را در وضعیت اندازه گیری ولتاژ مستقیم (DC=) بر روی بیشترین ولتاژ قرار دهید. (گستره 1000 V) فیش های مولتی متر را به دو سر منبع یا قسمتی از مدار كه می خواهید اختلاف پتانسیل آن را اندازه گیری كنید. به طرز صحیح متصل كنید.
در صورتی كه میزان عقربه ناچیز است ،سلكتور را به ترتیب روی گستره های 2.5 V ,10 V ,50 V ,250 V -0.1 V و0.25 V قرار دهید تا میزان انحراف عقربه بهترین حالت را نشان دهد (عقربه نه به قسمت ابتدا و نه به انتهای منحنی نزدیك باشد). برای قرائت ولتاژ مجهول باید از منحنی دوم صفحه نمایش (زیر آینه) استفاده كنید. این منحنی برای ولتاژ در جریان مستقیم و متناوب قابل استفاده است. در زیر این منحنی سه ردیف عدد نوشته شده است. ردیف اول از (0 تا 250) ردیف دوم از (0 تا 50) و ردیف سوم از (0 تا 10). اگر سلكتور را روی 250 V قرار داده اید عدد را از (0 تا 250) قرائت كنید. اگر سلكتور را روی 50 V یا 10 V قرار داده اید.به ترتیب از ردیف های (0 تا 50) یا (0 تا 10) قرائت كنید. در صورتی كه سلكتور را در وضعیت 2.5 V یا 0.25 قرار می دهید ،بهتر است عدد را از ردیف (0 تا 250) قرائت كرد ه و عدد قرائت شده را به ترتیب در 100/1 و 1000/1 ضرب كنید تا وبتاژ مجهول به دست آید. اما اگر سلكتور را در حالت 1000 V یا 0.1 V قرار داده اید ،بهتر است عدد را از ردیف (0 تا 10) قرائت نموده و عدد قرائت شده را به ترتیب در 100 و 100/1 ضرب كنید تا ولتاژ مجهول به دست آید.
تذكر: برای اندازه گیری ولتاژهای بین 1 تا 25 ولت مستقیم از منحنی پنجم می توان استفاده كرد.
توجه: وقتی دستگاه را برای اندازه گیری ولتاژ به كار می برید به هیچ نباید سلكتور در وضعیت های غیر ولتاژ قرار داشته باشد.
طرز اندازه گیری ولتاژ متناوب
اندازه گیری ولتاژ متناوب شبیه حالت مستقیم است ،با این تفاوت كه گستره های انتخاب حالت (AC V)
فقط 10 V ،50 V ،250 V ,750 V است و برای وضعیتی كه سلكتور به حالت 750 V است و بهتر است عدد را از ردیف (0 تا 50) در زیر منحنی دوم قرائت نموده و در 3/1 ضرب كنید تا ولتاژ مجهول به دست آید.
تذكر: می تو.انید ولتاژ متناوب را از روی منحنی دوم (در زیر أینه) قرائت كنید. اما برای حالت سلكتور روی وضعیت 10V است می توانید ولتاژ را از روی منحنی سوم از بالای صفحه نمایش (AC 10 V) نیز قرائت كنید.
توجه: ولتاژی كه توسط مولتی متر و كلا ولت سنج ها در وضعیت جریان متناوب قابل اندازه گیری است. ولتاژ موثر می باشد.
طرز اندازه گیری شدت جریان مستقیم:
ابتدا سلكتور را در بالاترین گستره وضعیت (DCA=) (O.25A) قراردهید. سپس در سر فیش های مولتی متر را در شاخه ای از مدار كه می خواهید شدت جریان آن را مشاهده كنید قرار دهید. سایر مراحل اندازه گیری مانند اندازه گیری ولتاژ مستقیم است با این تفاوت كه گستره های قابل انتخاب برای اندازه گیری شدت جریان ،0،25 A ،2.5 MA ،50 MA می باشد. اگر سلكتور در وضعیت 50 A باشد می توان از ردیف (0 تا 50) استفاده كنید جهت قرائت شدت جریان بر حسب میكرو آمپر برای وضعیت هایی كه سلكتور روبه روی 0.25 A ، و 2.5 MA بهتر است از این عدد از (0 تا 250) قرائت نموده و به ترتیب در 1، 10، 100 ضرب نمایید تا شدت جریان را بر حسب میلی آمپر به دست آورید.
توجه: به دلیل اینكه دستگاه برای شدت جریان های تا 250 میلی آمپر طراحی شده از اعمال شدت جریان های بیشتر به آن اجتناب كنید.
در مورد اندازه گیری مقاومت الكتریكی و ظرفیت خازن با استفاده از مولتی متر در جای خود بحث خواهد شد.
البته با این دستگاه می توان كمیت های دیگری از قبیل كلتورامیتر در ترانزیستور ICEO (جریان نشتی) بهره جریان ترانزیستور hfe، ولتاژ در بایاس مستقیم دیود lv و جریان در بایاس مستقیم ویود LI و نیز ضریب تقویت ولتاژ بر حسب دسی بل dB را نیز اندازه گیری نموده صرف نظر می كنیم.
گالوانومتر
گالوانومتر یا میكروآمپر ابزاری است كه با آن می توان شدت جریان های ضعیف در حد چند میكرو آمپر را اندازه گیری نمود. از آنجا این ابزار بسیار دقیق می باشد باید سعی شود از وارد كردن ضربه و اعمال جریان های بالا از ظرفیت مجاز به دستگاه خودداری نمود.
گالوانومتر موجود در آزمایشگاه با دقت 10mA است ،بنابراین عدد نمایش داده شده بر حسب صدم میلی آمپر یا صد هزارم آمپر دقت دارد. از آنجا كه صفر دستگاه در وسط قرار دارد نحوه اتصال آن به مدار از جهت قطب های مثبت و منفی تاثیری در اندازه گیری نخواهد داشت. بر روی دستگاه حداكثر تا عدد +30 نشان داده شده كه منظور +30 صدم میلی آمپر یا +300 میكرو آمپر است.
برای اندازه گیری شدت جریان یك آمپر باید از ورودی و خروجی های كه در طرفین قرار دارد استفاده كرد چرا كه در حال یك مقاومت 4/2 كیلو اهمی با دستگاه سری شده و باعث حفاظت دستگاه از اعمال جریان های زیاد می شود.
اما وقتی شدت جریان را مطمئنا كاهش داده اید می توانید از خروجی وسط كه فقط یك مقاومت 100 اهمی را شامل می شود استفاده كنید تا دقت آزمایش افزایش یابد.
وسایل افزایش:
- منبع تغذیه DC و AC
- صفحه مدار
- سیم رابط
- مقاومت الكتریكی
- مولتی متر
- گالوانومتر
- رئوستا
روش آزمایش:
مداد ساده ای مطابق شكل متصل كنید و با استفاده از مولتی متر كه یك بار به عنوان ولت سنج و بار دیگر به عنوان آمپر سنج به كار برید اختلاف پتانسیل و شدت جریان مدار را اندازه گیری كنید. با به كار بردن مقاومت زیاد یا كاهش دادن ولتاژ با رئوستا شدت جریان را كاهش دهید و شدت جریان را با استفاده از گالوانومتر اندازه گیری كنید.
مقاومت ها
آشنایی با مقاومت الكتریكی ،انواع مقاومت و اندازه گیری آن با استفاده از اهم سنج و تشخیص مقدار مقاومت از روی نوارهای رنگی
چرا همه اجسام در مقابل عبور جریان الكتریسیته مقاومت می كند؟
و این مقاومت به صورت ایجاد ولتاژ (اختلاف پتانسل) و همچنین از بین رفتن مقداری انرژی به صورت حرارت تجلی می نماید. بنابراین اغلب سعی می كنند در مسیرهای انتقال جریان الكتریسیته ،مقدار مقاومت را به حداقل ممكن برسانند. برای یك مسیر جریان الكتریسیته (مانندیك سیم) مقدار مقاومت به عواملی همچون ضریب رسانندگی ،مساحت سطح مقطع و طول مسیر بستگی دارد.
- واحد مقاومت الكتریكی اهم كه با نماد W نشان می دهند كه گاه با ضرایبی همچون میلی اهم mW، كیلو اهم kW- مگا اهم mW نیز بیان می شود كه به ترتیب عبارتند از یك هزارم اهم ،یك هزارم اهم و یك میلیون اهم و...
بنا به تعریف یك اهم مقاومت سیمی است كه وقتی جریان یك آمپر در یك ثانیه از آن عبور كند یك ژول انرژی از دست داده می شود و یا به عبارت دیگر، اگر اختلاف پتانسیل دو سرسیمی یك ولت باشد و جریان یك أمپر از آن عبور كند ،مقاومت این سیم یك اهم است. از نظر علمی 3/106 سانتیمتر از یك ستون جیوه به سطح مقطع یك میلیمتر مربع در دمای صفر درجه سانتیگراد یك اهم مقاومت دارد.
جعبه مقاومت الكتریكی یك عامل هر اهم به حساب نمی آید چرا كه در الكترونیك از این خاصیت استفاده شده قطعه ای به نام مقاومت (Resistor) به معنی مقاومت كننده ساخته شده است كه جهت محدود كردن جریان و با ایجاد ولتاژ مناسب در مدارها استفده می شود.
انواع مقاومت
قطعه مقاومت كه از این پس به اختصار آن را مقاومت می نامیم، در الكترونیك مورد استفاده زیادی دارد. تا آنجا كه كمتر وسیله الكترونیكی را می توان یافت كه در آن از مقاومت استفاده نشده باشد. لذا اشكال و انواع گوناگونی ساخته شده و هر یك دامنه كاربردی خاص خود را دارند. در زیر به مهمترین انواع مقاومت اشاره می كنیم.
مقاومت ثابت
1- مخلوط كربن
2- لایه ای: لایه كربن - لایه فلز - لایه اكسید فلز 3- سیمی: ** - لوله ای - مقاومت دقیق
مقاومت های قابل تنظیم
- صنعتی: ولوم - پتانسیومتر
- آزمایشگاهی: رئوستا - جعبه مقاومت
مقاومت های متغیر ی(وابسته)
- وابسته به حركت: pte- Ntc
- وابسته به نور LRD
رایجترین ترین انواع مقاومت
مقاومت مخلوط كربن
در ساخت این نوع مقاومت پودر كربن (گرافیت)، صمغ (رزین) و مواد مقاوم در برابر حرارت در اثر فشار و حرارت به شكل دلخواه ساخته می شود. مقدار مقاومت را نسبت گرافیت به دیگر مواد تعیین می كند.
مقاومت های لایه ای
این نوع مقاومت از رسوب دادن یك لایه نازك كربن ،فلز و یا اكسید فلز بر روی میله ای از جنس سرامیك ساخته شده كه بر حسب جنس لایه مذكور به سه دسته لایه كربن ،لایه فلز و لایه اكسد فلز تقسیم بندی می شود. مقدار دقیق این نوع مقاومت ها با توجه به ضخامت لایه رسانا (كه از حدود 001/0 تا 10 میكرون قابل تغییر است) و نیز به وسیله ایجاد شیار حلزونی بر روی بدنه مقاومت ایجاد می شود. به این ترتیب كه شیار مزبور طول موثر مقاومت را افزایش داده و بنابراین با ایجاد طول معینی شیار ،مقدار دلخواه مقاومت ،به دست می آید. این مقاومت به دلیل قیمت ارزان شایع ترین نوع مقاومت در مدارهای گسترده می باشد.
مقاومت های سیمی
مقاومت سیمی از پیچیدن طول معینی سیم مقاومت دار از جنس آلیاژهای مختلف (نیكل ،كروم - نیكل مس و یا نیكل كروم آلومینییم) بر روی استوانه ای از جنس سرامیك ساخته می شود این نوع مقاومت برای توان های بالا (2 تا 250 وات) قابل ساخت است. انواع خاصی از مقاومت سیمی برای مصارف ،تلرانس پایین به عنوان مقاومت دقیق ساخته می شود. اما اغلب مقاومت سیمی در یك بلوك سیمانی یا مقطع مربع - مستطیل شكل ساخته می شود كه به آن مقاومت آجری می گویند.
مقاومت های قابل تنظیم
- صنعتی: در مقاومت های قابل تنظیم صنعتی از یك مقاومت با پوشش كربن یا مقاومت سیمی كه به صورت نعلی شكل ساخته می شود. و دو ورودی مقاومت به دو انتهای آن متصل است. خروجی مقاومت به یك بازوی متحرك كه در وسط مقاومت قرار دارد متصل است. مقدار مقاومت بین دو سر كناری (یا دو سر وردی) مقداری ثابت بوده كه در واقع حداكثر مقدار مقاومت است. منتهی مقدار مقاومت بین سر وسط و هر یك سرهای كناری بسته به موقعیت بازوی متحرك بین حداقل صفر و حداكثر مقاومت قابل تغییر است. مقاومت های قابل تغییر صنعتی عمدتا در دو نوع ساخته می شود. در یك نوع تغییر مقاومت به وسیله یك دسته متحرك انجام می شود در ایران آن را ولوم می نامند و اگر این كار با پیچ گوشتی انجام شود آن را پتانسیومتر می نامند. هر چند در واقع هر دو پتانسیومترند. البته گاه ولوم به صورت كشویی نیز ساخته می شود كه ساختاری تقریبا شبیه رئوستا دارد.
- آزمایشگاهی: در آزمایشگاه ها معمولا از دو نوع مقاومت متغیر استفاده می شود یكی رئوستا و دیگری جعبه مقاومت. رئوستاها ساختاری مشابه مقاومت های سیمی دارند با این تفاوت كه یك خروجی آن به یك اهرم لغزنده متصل بوده و تغییر مكان اهرم باعث تغییر طول موثر سیم و در نتیجه متغیر مقاومت می شود.
در جعبه مقاومت گاه از تعدادی مقاومت ثابت استفاده می شود كه از اتصال سری تعداد مشخص از آنها تعدادی مقاومت كه اینجا از ذكر آنها صرف نظر می كنیم.
مقاومت های متغیروابسته
گاه مقدار موثر مقاومت وابسته به پارامتر دیگری مانند حرارت ، نور یا ولتاژ است.
در این نوع مقاومت ها با متغیر پارامتری كه مقدار مقاومت به آن وابسته است مقدار مقاومت نیز كمتر یا زیادتر از مقدار اولیه آن می شود. برای مثال در مقایسه های وابسته به حرارت (ترمیستورها) ساختار درونی مقاومت طوری طراحی می شود كه گاه با افزایش دما مقدار مقاومت افزوده شده PTC و گاه نیز با كاهش دما مقدار موثر مقاومت افزایش یابد (NTC).
مقاومت های وابسته به نور یا سلول نوری (photo cill) اغلب از جنس سولفید كادمینیم ساخته می شوند. مقدار این نوع مقاومت در تاریكی خیلی زیاد (بزرگتر از یك مگا اهم) است. اما در روشنائی بسته به میزان نور مقدار مقاومت آن به حدود صد اهم تا یك كیلو اهم می رسد.
همچنین مقاومت هایی ساخته می شود كه با افزایش ولتاژ مقدار آن نیز افزوده می شود و محافظتی در قبال اضافه ولتاژ محسوب می گردد.
از مقاومت های متغیر وابسته در وسایل هشدار دهنده و نیز سیستم های كنترل شرایط محیط استفاده می شود.
البته انواع دیگری از مقاومت نیز ساخته می شوند همچون مقاومت های درون مدارهای یك پارچه (Ic) كه در اینجا از ذكر آنها صرف نظر می كنیم.
تشخیص مقدار مقاومت به وسیله نوارهای رنگی:
از آنجایی كه مقاومت های توان پایین دارای ابعاد كوچكی هستند، معمولا مقدار مقاومت و حداكثر خطای ممكن (تلرانس) آن را به وسیله نوارهای رنگی نشان می دهند.
اندازه مقاومت بر حسب اهم بوده در معمولترین روش به وسیله چهار عدد نوار رنگی مشخص می شود. كه به صورت یك عدد دو رقمی و تعدادی صفر كه در سمت راست قرار می گیرند و همین طور میزان خطای مربوط تعیین می شود. اما مجموعه علائم دارای فاصله های مساوی از دو سر مقاومت نیستند و طوری در مقابل خود بگیریم كه مجموعه نوارهای رنگی در طرف چپ قرار بگیرند. یا به عبارتی مقاومت را باید طوری مقابل خود بگیریم كه نوار تلرانس كه معمولا طلایی یا نقره ایست در طرف دست راست ما باشد.
حلقه های رنگی استاندارد
حلقه های رنگی استاندارد هستند و هر رنگی نماینده و عددی به شرح زیر است:
سیاه - 0 نارنجی - 3 آبی - 6
قهوه ای - 1 زرد - 4 بنفش - 7 سفید - 9
قرمز - 2 سبز - 5 خاكستری - 8
در ردیف چهارم از طرف چپ نوار نقره ای نشان دهنده %10 و نوار طلایی نشان گر %5 خطای ممكن است.
اولین نوار رنگی از سمت چپ رقم اول ،دومین نوار رقم دوم و سومین نوار ضزیب یا تعداد صفرهای سمت راست این دو رقم را نشان می دهد. نوار چهارم نشان دهنده میزان خطا است كه به صورت درصد % + نوشته می شود.
مثال: اگر روی مقاومتی از سمت چپ به راست نوارهای رنگی زیر باشد ،مقدار مقاومت چقدر است ؟
(طلایی ،نارنجی ،بنفش ،زرد)
تذكر: اگر نوار سوم سیاه باشد اندازه مقاومت بر حسب اهم عددی دو رقمی است و نوار سیاه به آن معنی است كه صفر جلوی عدد دو رقمی گذاشته نمی شوند.
اگر نوار سوم به رنگ طلایی و یا نقره ای باشد به ترتیب نشانگر ضریب 10/1 و 100/1
بوده و برای مقاومت های كمتر از 10 اهم و یا یك اهم به كار می رود.
چنانچه مقاومتی نوار چهارم نداشته باشد تولرانس آن 20% است.
البته گاه مقدار مقاومت را با بیشتر از چهار نوار یا با علائمی همچون حروف و اعداد مشخص می كنند كه در اینجا ذكری از آن به میان نمی آوریم.
وسایل برای آزمایش: مولتی متر یا اهم سنج - صفحه مدار - مقاومت الكتریكی
اندازه گیری مقاومت الكتریكی با استفاده از مولتی متر
- سلكتور (دكمه انتخاب) را روی وضعیت xlk در قسمت اندازه گیری مقاومتW قرار دهید سپس دو سر فیش های مولتی متر را به هم وصل كنید ،خواهید دید كه عقربه از سمت چپ صفحه به سمت راست حركت خواهد كرد با استفاده از دكمه تنظیم عقربه كه در زیر صفحه مدرج در سمت راست قرار دارد مكان عقربه را روی صفر اهم DW تنظیم كنید.
- دو سر فیش های مولتی متر را به پایه های مقاومت متصل كنید و مقدار مقاومت كه تغییرات آن بر روی منحنی اول از سمت بالا (بالای آینه) ز راست به چپ زیاد می شود ،بخوانید. توجه داشته باشید كه تغییرات مقاومت به صورت خطی نبوده بنابراین با دقت مقدار واقعی را تشخیص دهید. در صورتی كه انحراف عقربه از صفر اهم مقدار كمی بود سلكتور را به ترتیب روی وضعیت های x100,x10,xl قرار دهید.
- مقداری كه در هر وضعیت توسط عقربه نشان داده می شود ضرب در ضریبی كه سلكتور روبه روی آن قرار دارد، نمایید تا مقدار واقعی را به دست آورید.
توجه: به هیچ وجه از مقاومتی كه می خواهید مقدار آن را اندازه گیری كنید نباید جریان الكتریكی عبور كند یا عبارتی به هیچ وجه منبع ولتاژی متصل نباشد.
توجه: برای حذف مسیرهای موازی و افزایش دقت در اندازه گیری مقاومت ،حداقل یكی از پایه های آن را از مدار كاملا جدا نمایید.
آزمایش قانون اهم
- ابتدا مقدار اسمی مقاومتی كه در اختیار دارید با استفاده از نوارهای رنگی كه به روی آن قرار دارد مشخص كنید. سپس مقاومت را بر روی صفحه مدار قرار دهید و مقدار آن را با استفاده از مولتی متر (اهم سنج) اندازه گیری كرده و یاداشت كنید.
- اندازه گیری را برای چند بار تكرار كنید تا مطمئن شوید مقدار مقاومت را به طور صحیح اندازه گیری نموده اید. مقدار به دست آمده را با مقدار اسمی مقاومت كه از روی نوارهای رنگی مشخص كرده اید مقایسه كنید و ببینید كه آیا مقدار اندازه گیری شده در گستره تلرانس مقاومت قرار دارد یا خیر؟
- آزمایش را برای چند مقاومت تكرار كنید.
وسایل آزمایش قانون اهم
منبع تغذیه الكتریكی DC - ولت سنج - آمپر سنج - سیم رابط - رئوستا - صفحه مدار - مقاومت الكتری: بررسی قانون اهم
اگر دو سر یك هادی جریان برق را به اختلاف پتانسیلVمتصل كنیم، (مثلا به یك باطری وصل كنیم) جریانب به شدت I از آن عبور می كند. طبق قانوق اهم اگر درجه حرارت و سایر شرایط فیزیكی در این هادی ثابت نگه داشته شود، نسبت اختلاف پتانسیل V به شدت جریان I مقداری است كه أن را مقاومت الكتریكی أن هادی می نامند و به صورت زیر نوشته می شود:
= cte = R
یا به عبارتی V=I.R
رابطه فوق به قانون اهم معروف است. همانطور كه از این رابطه پیداست، منحنی نمایش تغییرات اختلاف پتانسل بر حسب شدت جریان خطی می باشد.
البته بر اثر عبور جریان الكتریكی از یك هادی طبق قانون ژول در آن گرما ایجاد می شود و گرمای حاصل موجب تغییر مقاومت هادی می شود. اما در اینجا از تغییرات دما صرف نظر می كنیم.
كی.
روش آزمایش قانون اهم:
- ابتدا با توجه به مدارهای رنگی رو ی مقاومت، مقدار اسمی آن را تعیین كنید (R). سپس مقدار آن را با استفاده از اهم سنج (مولتی متر) اندازه گیری كرده (R) و یادداشت كنید. حال مداری مطابق شكل متصل كنید و قبل از اینكه جریان را در مدار برقرار كنید آن را به مربی آزمایشگاه نشان دهید.
- شدت جریان مدار را با استفاده از آمپرسنج (گالوانومتر) اندازه گیری كنید (A) و بر حسب آمپر یادداشت كنید و نیز اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت را اندازه گیری كنید و بر حسب ولت یادداشت نمایید.
خازن متغیر
در این نوع خازن با چرخاندن صفحات متحرك ،بین صفحات ثابت سطح مشترك كم و زیاد شده و در نتیجه ظرفیت خازن تغییر می یابد و می توان به دلخواه ظرفیت خازن را از صفر تا مقدار ماكزیمم تغییر داد.
بسته به این كه اهرم تغییر ظرفیت را بتوان با دست و یا با ابزاری مانند پیچ گوشتی تغییر داد به ترتیب آن را واریابل و تریمر می نامند.
خازن ثابت
- خازن سرامیكی: خازن سدامیكی معمولیترین خازن غیر الكترولیتی است كه در آن عایق را سرامیك و جوشن ها را لایه نازك نقره تشكیل می دهد. خازن های سرامیكی معمولا در دو نوع دیسكی (عدسی) و لوله ای ساخته می شوند.
- خازن میكا و شیشه: صفحات نازك فلزی و ورقه های میكا را یكی در میان روی هم قرار می دهند به طوری كه صفحات فلزی یك عدد بیشتر از صفحات میكا (شیشه) باشد.
- خازن ورقه ای: در این نوع خازن ورقه پلاستیكی یا نوار كاغذی آغشته به پارافین را بین دو نوار فلزی بسیار نازك (معمولا از آلومینیم یا قلع) قرار می دهند و مجموعه را روی نوار عایق دیگری گذاشته و می پیچند تا به شكل استوانه درآید.
- خازن الكترولیتی (شیمیایی): در مدارهایی كه ظرفیت زیاد و حجم كم لازم است از خازن های شیمیایی استفاده می شود. ساختمان آن مانند خازن كاغذی است، با این تفاوت كه كاغذ وی الكتریك خازن آغشته به الكترولیت (تترابورات آمونیوم) بوده و بر روی یكی از ورقه های هادی (آلومینیوم یا تانتالیم) لایه از اكسید تشكیل شده و به صورت عایق عمل می كند. این نوع خازن دارای قطب های مثبت و منفی مجزا است. باید در موقع قرار دادن در مدار به علامت قطبها توجه كرد. چون اگر به طور معكوس گذارده شود ،اتصال كوتاه شده دی الكتریك (لایه اكسید) آن از بین می رود.
البته انواع دیگری از خازن همچون خازن روغنی ،خازن گازی نیز استفاده می شود كه از ذكر آن صرف نظر می كنیم.
تشخیص مقدار ظرفیت خازن از روی رمز عددی:
در بعضی موارد (مانند خازن های الكترولیتی) مقدار عدد ظرفیت و واحد آن عینا بر روی بدنه خازن قید می شود كه در این صورت ابهامی برای خواندن مقدار ظرفیت وجود ندارد. در اغلب موارد مقدار واحد ظرفیت بر روی بدنه خازن قید نمی شود. در این صورت چنانچه عدد مزبور از یك كوچكتر باشد ،ظرفیت بر حسب میكروفاراد و چنانچه عدد بزرگتر از یك باشد ظرفیت بر حسب پیكوفاراد است.
در حالتی كه عدد ظرفیت بزرگتر از واحد است به خوص در مورد خازن های سرامیكی عدسی 100 پیكوفاراد به بالا معمولا عدد ظرفیت به صورت یك عدد سه رقمی مشخص می شود. كه دو رقم اول عدد به صورت یك عدد سه رقمی مشخص می شود. كه دو رقم اول عدد و رقم سوم ضریب (تعداد صفر) را مشخص می كند.
مقدار تلرانس خازن با استفاده از یك حرف بر روی آن مشخص می شود كه مفهوم آن به شكل زیر است.
گاهی ولتاژ مجاز خازن یا حداكثر ولتاژی كه می تواند خازن تحمل كرده بدون اینكه تغییر در ساختار آن ایجاد شود. نیز بر روی آن نوشته می شود.
البته گاه مشخصات دیگری نیز به صورت علائم بر روی خازن نوشته می شود و یا مشخصات خازن به طور كلی با استفاده از رمزهای رنگی بر روی خازن ثبت می گردد كه از ذكر موارد فوق صرف نظر می كنیم.
وسایل آزمایش با خازن
مولتی متری كه بتوان با آن ظرفیت خازن را اندازه گیری كرد - صفحه مدار - سیم رابط - خازن اندازه گیری ظرفیت خازن با استفاده از مولتی متر:
سلكتور (دكمه اتنخاب) را روی وضعیت (mf) c قرار دهید. دو سر فیش های مولتی متر را به هم متصل نموده و با دكمه تنظیم عقربه ،موقعیت عقربه را روبه روی صفر اهم (W0) تنظیم كنید. دو پایه خازن را اتصال كوتاه كنید تا مطمئن شوید كه خازن شارژ شده ،دو سر فیش های مولتی متر را به پایه های خازن متصل كنید. مشاهده خواهید كرد كه كه عقربه درجه بندی (mf) c را به سرعت طی كرده به نقطه معینی می رسد و خازن به وسیله باطری مولتی متر شارژ می شود پس از آن عقربه از نقطه مذكور شروع به بازگشت خواهد كرد. نشینه انحراف عقربه كه بر روی منحنی (mf)c نشان داده می شود مقدار ظرفیت خازن است.
توجه: برای هر بار اندازه گیری ظرفیت خازن باید حتما خازن مورد آزمایش را دشارژ كنید.
توجه: در مورد خازن های الكترولیتی به قطبیت خازن توجه كرده و قطب مثبت خازن را به قطب منفی مولتی متر متصل كنید و بالعكس.
روش آزمایش با خازن
ابتدا مقدار اسمی ظرفیت خازن را مشخص كنید سپس خازن را یر روی صفحه مدار متصل كرده و ابتدا پایه های آن را با استفاده از سیم رابط برای چند لحظه اتصال كوتاه نید تا از دشارژ بودن آن مطمئن شوید. مقدار ظرفیت خازن را با استفاده از مولتی متر اندازه گیری كرده و با مقدار اسمی آن مقایسه كنید. اندازه گیری را برای چند بار تكرار كنید (و توجه كنید كه هر بار خازن را دشارژ كرده و سپس اندازه گیری را انجام دهید) و مقدار متوسط به دست آمده را یادداشت كنید.
آزمایش را برای چند خازن انجام دهید.
پرسش:
- در هتگام اتصال دو سر یك خازن باردار به خازن بی بار حركت بارهای الكتریكی تا چه زمانی ادامه می یابد ؟
- چرا در مدار جریان مستقیم كه شامل خازن است شدت جریان در لحظه اتصال ماكزیمم است و بعد صفر می شود ؟
آزمایش بستن خازن ها
روش کار با به هم بستن خازن ها به طور سری یا متوالی
دو خازن با ظرفیت های 1c و 2c به طور سزی به یكدیگر بسته شده اند و دو سر آن ها به اختلاف پتانسیل v مربوط است. مقدار بار هر خازن (q) با هم مساوی است.
چرا ولتاژ كل مساوی مجموع ولتاژ هر یك از خازن های متصل به هم می باشد؟
با توجه به اینكه ولتاژ خازن معادل از رابطه به دست می آید ،پس:
نتیجه گیری
ملاحظه می شود كه ظرفیت معادل چند خازن كه به طور سری از كوچكترین ظرفیت های موجود كمتر می باشد.
بستن خازن ها به طور موازی
اگر دو خازن به طور موازی به هم بسته شوند و دو سر آن ها به اختلاف پتانسیل v متصل گردد. اختلاف پتانسیل بین دو صفحه هر خازن برابر v خواهد بود.
وسایل آزمایش با خازن متوالی:
- مولتی متری كه بتوان با آن ظرفیت خازن را اندازه گیری كرد
- صفحه مدار
- سیم رابط
- خازن
روش آزمایش خازن متوالی:
ابتدا ظرفیت اسمی خازن های 1c و 2c را از روی رمز عددی حك شده بر روی خازن مشخص كرده یادداشت كنید (C1 ,C2). مقدار ظرفیت را برای هر خازن به طور مستقیم نیز اندازه گیری كرده و یادداشت نمایید.