우리가 오옴계 로부터 상당히 멀리 떨어진 어떤 구성 요소의 저항을 측정하고 싶다고 가정해 보자 . 이런 시나리오는 오옴계가 회로 루프의 모든 저항을 측정하기 때문에 문제가 될 수 있다. 여기에는 오옴계를 측정 대상(R subject ) 에 연결하는 전선(R wire )의 저항도 포함된다 .
일반적으로 와이어 저항은 매우 작습니다(주로 와이어의 게이지(크기)에 따라 수백 피트당 몇 옴에 불과함). 하지만 연결 와이어가 매우 길거나 측정할 부품의 저항이 매우 낮은 경우 와이어 저항으로 인해 발생하는 측정 오차가 상당할 수 있습니다.
이런 상황에서 대상 저항을 측정하는 독창적인 방법은 전류계와 전압계를 모두 사용하는 것입니다. 우리는 옴의 법칙 에서 저항은 전압을 전류로 나눈 값(R = E/I)과 같다는 것을 알고 있습니다. 따라서 대상 구성 요소를 통과하는 전류와 그 양단에 떨어진 전압을 측정하면 대상 구성 요소의 저항을 결정할 수 있어야 합니다.
전류는 회로의 모든 지점에서 동일합니다. 직렬 루프이기 때문입니다. 그러나 우리는 대상 저항(전선 저항이 아님)에서 강하된 전압만 측정하기 때문에 계산된 저항은 대상 구성 요소의 저항(R subject )만을 나타냅니다.
하지만 우리의 목표는 멀리서 이 대상의 저항을 측정하는 것이었기 때문에 전압계는 전류계 근처 어딘가에 위치해야 하며 저항을 포함하는 또 다른 한 쌍의 전선으로 대상의 저항을 연결해야 합니다.
처음에는 이런 방식으로 저항을 측정하는 이점을 모두 잃은 것처럼 보입니다. 전압계는 이제 긴 한 쌍의 (저항성) 전선을 통해 전압을 측정해야 하며, 측정 회로에 다시 스트레이 저항을 도입해야 하기 때문입니다. 그러나 자세히 살펴보면 전압계의 전선은 미미한 전류를 흐르게 하기 때문에 아무것도 손실되지 않는다는 것을 알 수 있습니다 . 따라서 전압계를 대상 저항에 연결하는 긴 전선은 미미한 양의 전압을 떨어뜨려 대상 저항에 직접 연결한 것과 거의 동일한 전압계 표시를 나타냅니다.
주 전류를 전달하는 전선에 걸쳐 떨어진 전압은 전압계로 측정되지 않으므로 저항 계산에 전혀 영향을 미치지 않습니다. 전압계의 전류를 고품질(낮은 전체 범위 전류) 움직임 및/또는 전위차(널 밸런스) 시스템을 사용하여 최소로 유지하면 측정 정확도가 더욱 향상될 수 있습니다.
켈빈 방식
와이어 저항으로 인한 오류를 피하는 이 측정 방법을 켈빈 또는 4-와이어 방법이라고 합니다. 켈빈 클립 이라는 특수 연결 클립은 대상 저항을 가로질러 이런 종류의 연결을 용이하게 하기 위해 만들어졌습니다.
일반적인 "악어" 스타일 클립에서 턱의 두 반쪽은 전기적으로 서로 공통이며, 일반적으로 힌지 지점에서 연결됩니다. 켈빈 클립에서 턱 반쪽은 힌지 지점에서 서로 절연되어 있으며, 측정 대상의 와이어 또는 단자를 고정하는 끝부분에서만 접촉합니다. 따라서 "C"("전류") 턱 반쪽을 통과하는 전류는 "P"("전위" 또는 전압 ) 턱 반쪽을 통과하지 않으며 길이를 따라 오류를 유발하는 전압 강하를 생성하지 않습니다.
전류 전도 및 전압 측정을 위해 서로 다른 접점을 사용하는 동일한 원리가 대량의 전류를 측정하기 위한 정밀 션트 저항기에서 사용됩니다. 앞서 논의했듯이, 션트 저항기는 전류 측정 장치로 작동하여 전류의 모든 암페어에 대해 정확한 양의 전압을 떨어뜨리고 전압 강하는 전압계로 측정됩니다. 이런 의미에서 정밀 션트 저항기는 전류 값을 비례 전압 값으로 "변환"합니다. 따라서 션트에서 강하된 전압을 측정하여 전류를 정확하게 측정할 수 있습니다.
션트 저항과 전압계를 사용한 전류 측정은 특히 큰 전류 크기를 포함하는 애플리케이션에 특히 적합합니다. 이러한 애플리케이션에서 션트 저항의 저항은 밀리옴 또는 마이크로옴 수준이 될 가능성이 높으므로 전체 전류에서 적당한 양의 전압만 떨어집니다.
이렇게 낮은 저항은 전선 연결 저항과 비슷한데, 이는 이러한 션트에서 측정된 전압은 전류를 전달하는 전선 연결에서 전압 강하를 감지하지 않도록 해야 하며, 그렇지 않으면 엄청난 측정 오류가 발생할 수 있음을 의미합니다. 전압계가 전선이나 연결 저항에서 발생하는 스트레이 전압 없이 션트 저항 자체에서 강하된 전압만 측정하도록 하기 위해 션트에는 일반적으로 4개의 연결 단자가 장착되어 있습니다.
정밀 표준 저항기
정확도가 가장 중요한 계측학( 계측학 = "측정 과학" ) 응용 분야에서는 고정밀 "표준" 저항기에도 4개의 단자가 장착되어 있습니다. 측정된 전류를 전달하는 단자 2개와 저항기의 전압 강하를 전압계로 전달하는 단자 2개가 있습니다. 이런 방식으로 전압계는 정밀 저항 자체에서 강하된 전압만 측정하고 전류를 전달하는 전선이나 전선-단자 연결 저항에서 강하된 스트레이 전압은 측정하지 않습니다.
다음 사진은 온도 조절 오일 욕조에 몇 개의 다른 표준 저항기와 함께 1Ω 값의 정밀 표준 저항기를 담근 모습입니다. 전류를 위한 두 개의 큰 외부 단자와 전압을 위한 두 개의 작은 연결 단자를 주목하세요.
다음은 독일에서 제조된 또 다른 오래된(제2차 세계대전 이전) 표준 저항기입니다. 이 장치의 저항은 0.001Ω이고, 다시 네 개의 단자 연결 지점은 검은색 손잡이(전선과 직접 금속 대 금속 연결을 위한 각 손잡이 아래의 금속 패드), 전류를 전달하는 전선을 고정하기 위한 두 개의 큰 손잡이, 전압계("전위") 전선을 고정하기 위한 두 개의 작은 손잡이로 볼 수 있습니다.
워싱턴주 에버렛에 있는 플루크 코퍼레이션(Fluke Corporation)에 그들의 주요 표준 연구실에서 값비싸고 다소 희귀한 표준 저항기의 사진을 촬영할 수 있도록 허락해 주셔서 감사드립니다.
전류계와 전압계를 모두 사용하여 저항을 측정하면 복합 오차가 발생할 수 있다는 점에 유의해야 합니다 . 두 계측기의 정확도가 최종 결과에 영향을 미치기 때문에 전체 측정 정확도는 두 계측기를 단독으로 고려했을 때보다 나쁠 수 있습니다. 예를 들어, 전류계가 +/- 1%까지 정확하고 전압계도 +/- 1%까지 정확하다면 두 계측기의 표시에 따라 측정한 모든 측정은 최대 +/- 2%까지 부정확할 수 있습니다.
전류계를 전류 측정 션트로 사용되는 표준 저항기로 교체하면 더 높은 정확도를 얻을 수 있습니다. 전압 강하를 측정하는 데 사용되는 표준 저항기와 전압계 사이에는 여전히 복합 오차가 있지만, 일반적인 표준 저항기 정확도가 일반적인 전류계 정확도를 훨씬 초과하기 때문에 전압계 + 전류계 배열보다 이 오차가 적습니다. 켈빈 클립을 사용하여 대상 저항과 연결하면 회로는 다음과 같습니다.
위 회로의 모든 전류 전달 전선은 "굵은 글씨"로 표시되어 전압계를 두 저항(R subject 및 R standard )에 연결하는 전선과 쉽게 구별할 수 있습니다. 이상적으로는 전위차 전압계를 사용하여 "전위" 전선을 통과하는 전류를 가능한 한 적게 합니다.
켈빈 측정은 전기 회로에서 연결 불량이나 예상치 못한 저항을 찾는 데 실용적인 도구가 될 수 있습니다. DC 전원 공급 장치를 회로에 연결하고 전원 공급 장치를 조정하여 위의 다이어그램에 표시된 대로 회로에 일정한 전류를 공급합니다(물론 회로의 용량 내에서). DC 전압을 측정하도록 디지털 멀티미터를 설정한 상태에서 회로의 여러 지점에서 전압 강하를 측정합니다.
와이어 크기를 알고 있다면, 볼 수 있는 전압 강하를 추정하여 측정한 전압 강하와 비교할 수 있습니다. 이는 트레일러의 조명 회로와 같이 요소에 노출된 배선에서 불량한 연결을 찾는 빠르고 효과적인 방법이 될 수 있습니다. 또한 전원이 공급되지 않는 AC 도체에도 효과적입니다(AC 전원을 켤 수 없는지 확인하세요).
예를 들어, 전등 스위치의 전압 강하를 측정하여 스위치나 스위치의 접점에 대한 배선 연결이 의심스러운지 확인할 수 있습니다. 이 기술을 가장 효과적으로 사용하려면 새로 만든 동일한 유형의 회로도 측정하여 "올바른" 값을 느껴야 합니다. 이 기술을 새 회로에 사용하고 결과를 기록부에 기록하면 향후 문제 해결에 귀중한 정보를 얻을 수 있습니다.