การพัฒนาวงจรวีตสโตนบริดจ์สำหรับการวัดค่าความต้านทานสูงในระดับเทระโอห์ม

Development of wheatstone bridge circuit for measurement of high value resistance in order of teraohm

Name: กองศักดิ์ ทองบุญ

ThaSH: วีตสโตนบริดจ์

ThaSH: มาตรวิทยา

Abstract: วีตสโตนบริดจ์เป็นวิธีที่นิยมใช้วัดตัวความต้านทานมาตรฐานที่ใช้ในห้องปฏิบัติการสอบเทียบระดับมาตรฐานทุติยภูมิ (Secondary standard) เป็นวิธีการวัดที่ให้ค่าความถูกต้องและแม่นยำสูง เนื่องเป็นการวัดแบบ Null detection ดังนั้นในการสอบเทียบความต้านทานค่าสูงๆ ที่ต้องการความถูกต้องที่สูง ต้องอาศัยสภาวะแวดล้อมที่ควบคุมอย่างดี ต้องอาศัยผู้มีประสบการณ์ในการสอบเทียบ ดังนั้นวิธีการวัดแบบเติมอื่นๆ นั้นมีความยุ่งยากและใช้เวลาในการสอบเทียบมาก ดังนั้นจึงมีจุดประสงค์ในการเพื่อพัฒนาระบบการวัดที่มีประสิทธิภาพ ราคาถูก ลดระยะเวลาที่ใช้สอบเทียบ และใช้งานสะดวก ในการสอบเทียบความต้านทานมาตรฐานสำหรับงานวิจัยนี้ จะใช้ค่าความต้านทานมาตรฐานที่ทราบค่านำมาใช้ถ่วยค่ามาตรฐาน ให้กับความต้านทานที่ไม่ทราบค่าในอัตราส่วน 1:1 และ 1:10 ประกอบไปด้วย ชุดแหล่งจ่ายแรงดันคงที่ ±Vs จากเครื่อง Multi-Product Calibrator รุ่น5520A ยี่ห้อ Fluke เป็นแหล่งจ่ายมาตรฐาน ค่าแรงดันที่ใช้ขึ้นกับอัตราส่วน ratio ของค่าความต้านทานทั้ง 2 ที่นำมาทำการวัดและใช้แหล่งจ่ายแรงดันปรับค่าได้ ±Vx สองตัวแยกกันจ่ายแรงดัน ทางฝั่งบวกและฝั่งลบ จะทำหน้าที่จ่ายแรงดันให้กับความต้านทานที่ไม่ทราบค่า Rx และใช้เครื่อง Digital Multimeter รุ่น 3458A ยี่ห้อ Agilent เป็นตัววัดแรงดันที่ตกคร่อมตัวความต้านทานมาตรฐาน Rs จะได้เป็นแรงดันตกคร่อม ±Vs และจะวัดแรงดันตกคร่อมส่วนความต้านทานที่ไม่ทราบค่า Rx เมื่อวงจรอยู่ในสภาวะบริดจ์สมดุล เป็นแรงดันตกคร่อม ±Vx และใช้เครื่อง Picoammeter/Voltage รุ่น 487 ยี่ห้อ Keithley เป็นตัววัดกระแส Ib เมื่อวงจรบริดจ์อยู่สภาวะสมดุล ค่ากระแสที่ไหลจะมีค่าใกล้เคียงค่าศูนย์มากที่สุด จึงทำการบันทึกผล บทความนี้กล่าวถึงงานศึกษาวิจัยพัฒนาวิธีการวัดความต้านทาน ที่สามารถสอบเทียบความต้านทานสูงในระดับเทระโอห์ม (Teraohm) โดยใช้เทคนิคการวัดแบบวีตสโตนบริดจ์ (Wheatstone Bridge) ที่พัฒนาขึ้น สามารถสอบเทียบค่าความต้านทานมาตรฐานตั้งแต่ค่า 10KΩ-1TΩ ได้ค่าความไม่แน่นอน 0.000443TΩ ที่ค่าความต้านทาน 1TΩ เทคนิคการวัดนี้ควบคุมกระบวนการวัดด้วยระบบคอมพิวเตอร์ สามารถลดความคลาดเคลื่อนการวัด นอกจากนั้นยังสามารถลดเวลาในการสอบเทียบลงเหลือเพียง 2 ชั่วโมงต่อความต้านทาน 1 ตัว

Abstract: Wheatstone bridge method is widely used among secondary calibration laboratory for calibration of standard resistance. This method provides high accuracy due to null detection used. However, for calibration of high value resistance with accuracy, this method has several limitations for example, the environment has to be controlled and the operators must have good experienced in calibration. Therefore, the main objective of this research is to develop an efficient, low cost, less calibration time and easy-to-use calibration system. For the developed system, the known value resistance (Rs) will be used to assign a value to an unknown value resistance (Rx) with the ratio of 1:1 and 1:10. Voltage source for Rs (±Vs), Fluke multi-product calibrator model 5520A, is used as a standard voltage source. The applied voltage depends on the ratio of both resistance (Rs and Rx). Voltage source adjust for Rx (±Vx) are separately used in each direction. Agilent digital multimeter model 3458A is used to measure voltage across RS (±VS), and the voltage across Rx (±Vx). In addition, Keithley picoammeter/voltage model 487 is used to measure current at equilibrium condition (Ib). Ib will be recorded during a null process after its value is close to zero as possible. This thesis concerns research and development of resistance calibration method for Teraohm resistance. Using the developed wheatstone bridge method, standard resistance in range of (10kΩ–1TΩ) can be calibrated with uncertainty of 0.000443TΩ at 1TΩ. The calibration system is controlled by computer for all the measuring process. The measurement error is minimized, and also, calibration time is reduced to only 2 hours per 1 resistance.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: กิรณันต์ รัตนธรรมพันธ์

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2552

Modified: 2557-10-31

Issued: 2557-06-19

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: มาตรวิทยา

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Kongsak_th.pdf	2.79 MB	12	2024-01-11 00:13:18

ใช้เวลา

0.026365 วินาที