การเข้าใจปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุเป็นสิ่งสำคัญในการใช้งาน เช่น หม้อแปลงและขดลวดมอเตอร์ ซึ่งการควบคุมความต้านทานที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับประสิทธิภาพและสมรรถนะ บทความนี้เจาะลึกว่าอุณหภูมิ องค์ประกอบของวัสดุ และสภาพแวดล้อม เช่น ความชื้น ส่งผลต่อความต้านทานไฟฟ้าอย่างไร สำหรับหม้อแปลงและขดลวดมอเตอร์ ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุขดลวดมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อสมรรถนะและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ปัจจัยต่างๆ เช่น ประเภทของโลหะที่ใช้ (โดยทั่วไปคือทองแดงหรืออะลูมิเนียม) การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และระดับความชื้น มีความสำคัญในการกำหนดความต้านทานไฟฟ้ารวม และส่งผลต่อสมรรถนะทางไฟฟ้าของอุปกรณ์เหล่านี้
ความต้านทานไฟฟ้า (Resistivity) เป็นปริมาณทางกายภาพที่ใช้แสดงคุณลักษณะการต้านทานไฟฟ้าของสารต่างๆ ความต้านทานของตัวนำที่ทำจากวัสดุหนึ่งๆ ยาว 1 เมตร และมีพื้นที่หน้าตัด 1 ตารางเมตร มีค่าเท่ากับความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุนี้ ณ อุณหภูมิหนึ่ง ความต้านทานของวัสดุคือ:
ρ = RA/L
โดยที่ ρ คือความต้านทานไฟฟ้า, L คือความยาวของวัสดุ, และ A คือพื้นที่หน้าตัดของวัสดุ จะเห็นได้ว่าความต้านทานของวัสดุเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของวัสดุ นั่นคือเมื่อวัสดุและพื้นที่หน้าตัดคงที่ ยิ่งวัสดุยาวเท่าใด ความต้านทานของวัสดุก็ยิ่งมากขึ้น และเป็นสัดส่วนผกผันกับพื้นที่หน้าตัดของวัสดุ นั่นคือเมื่อวัสดุและความยาวไม่เปลี่ยนแปลง พื้นที่หน้าตัดยิ่งมาก ความต้านทานก็ยิ่งน้อย
ความต้านทานของวัสดุทั่วไปจะลดลงเมื่ออุณหภูมิและความชื้นเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม ความต้านทานพื้นผิว (Surface Resistance) จะไวต่อความชื้นแวดล้อม ในขณะที่ความต้านทานปริมาตร (Bulk Resistance) จะไวต่ออุณหภูมิมากขึ้น เมื่อความชื้นเพิ่มขึ้น การรั่วไหลบนพื้นผิวจะเพิ่มขึ้น และกระแสการนำในเนื้อวัสดุจะเพิ่มขึ้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วการเคลื่อนที่ของพาหะประจุจะเพิ่มขึ้น และกระแสดูดซับ (Absorption Current) กับกระแสการนำ (Conduction Current) ของไดอิเล็กตริกจะเพิ่มขึ้นตามรายงาน ความต้านทานของไดอิเล็กตริกทั่วไปที่ 70°C มีค่าเพียง 10% ของที่อุณหภูมิ 20°C ดังนั้น เพื่อวัดความต้านทานของวัสดุ จำเป็นต้องระบุว่าตัวตัวอย่างอยู่ในสภาวะสมดุลกับอุณหภูมิและความชื้นแวดล้อม
เมื่อวัดความต้านทานขดลวด จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีฟังก์ชันแปลงค่าอุณหภูมิ เครื่องมือเหล่านี้สามารถแปลงค่าความต้านทานไปยังอุณหภูมิมาตรฐาน (20°C, 75°C, 120°C) ได้ เพื่อให้ได้ค่าอ่านที่แม่นยำยิ่งขึ้น
ค่าความต้านทานไดอิเล็กทริก (อัตราส่วน) โดยทั่วไปไม่คงที่ตลอดช่วงแรงดันกว้าง ซึ่งไม่เป็นไปตามกฎของโอห์ม ที่อุณหภูมิห้อง ในช่วงแรงดันต่ำ กระแสที่ไหลจะเพิ่มขึ้นเชิงเส้นกับแรงดันที่ใช้ และค่าความต้านทานยังคงไม่เปลี่ยนแปลง หลังจากเกินแรงดันหนึ่ง การเคลื่อนที่ของไอออนเพิ่มขึ้น กระแสที่ไหลเพิ่มขึ้นเร็วกว่าแรงดันทดสอบ และความต้านทานของวัสดุลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น ยิ่งใช้แรงดันทดสอบสูง ความต้านทานของวัสดุก็ยิ่งต่ำลง ส่งผลให้อาจมีความแตกต่างมากในการทดสอบความต้านทานของวัสดุด้วยแรงดันต่างกัน
วัสดุฉนวนใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูง กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวอย่างมีค่าน้อยมาก ซึ่งง่ายต่อการได้รับผลกระทบจากการรบกวนจากภายนอก ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการทดสอบที่มาก ศักย์ความร้อนและศักย์สัมผัสโดยทั่วไปมีค่าน้อยและสามารถละเลยได้ ศักย์อิเล็กโทรไลต์ส่วนใหญ่เกิดจากตัวอย่างชื้นที่สัมผัสกับโลหะต่างชนิดกัน มีค่าประมาณ 20mV เท่านั้น และการทดสอบไฟฟ้าสถิตต้องการความชื้นที่ค่อนข้างต่ำ เมื่อทดสอบในสภาพแวดล้อมแห้ง ศักย์อิเล็กโทรไลต์สามารถกำจัดได้ ดังนั้น การรบกวนจากภายนอกส่วนใหญ่มาจากการเชื่อมโยงของกระแสฟุ้งกระจายหรือศักย์ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต
ความต้านทานไฟฟ้า ρ(Ω·m) ของตัวนำโลหะที่ใช้ทั่วไป:
(1) เงิน 1.65 × 10-8
(2) ทองแดง 1.75 × 10-8
(3) ทอง 2.40×10-8
(4) อลูมิเนียม 2.83 × 10-8
(5) ทังสเตน 5.48 × 10-8
(6) เหล็ก 9.78 × 10-8
(7) แพลตินัม 2.22 × 10-7
(8) มังกานีสบรอนซ์ 4.4 × 10-7
(9) ปรอท 9.6 × 10-7
(10) คอนสแตนแทน 5.0 × 10-7
(11) โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม 1.0 × 10-6
(12) โลหะผสมเหล็ก-โครเมียม-อลูมิเนียม 1.4 × 10-6
(13) โลหะผสมอลูมิเนียม-นิกเกิล-เหล็ก 1.6 × 10-6
จะเห็นได้ว่าความต้านทานไฟฟ้าของโลหะบริสุทธิ์ในตัวนำมีค่าน้อย และความต้านทานไฟฟ้าของโลหะผสมมีค่ามาก ความต้านทานไฟฟ้าของเงินมีค่าน้อยที่สุด แต่ราคาของเงินสูง โดยปกติจึงไม่ค่อยใช้เงินทำสายไฟ ยกเว้นสำหรับความต้องการพิเศษ สายไฟทั่วไปทำจากทองแดงหรืออลูมิเนียมซึ่งมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำกว่า อลูมิเนียมมีราคาถูกกว่าทองแดง จึงมีการใช้อลูมิเนียมทำสายไฟจำนวนมาก ลวดความต้านทานของเตาไฟฟ้าและตัวต้านทานทั่วไปทำจากโลหะผสมที่มีความต้านทานไฟฟ้าสูง
ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุต่างๆ เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ โดยความต้านทานไฟฟ้าของโลหะจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นความต้านทานของตัวนำโลหะจึงเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิด้วย คุณสมบัติของความต้านทานนี้สามารถนำไปใช้สร้างเทอร์มอมิเตอร์แบบความต้านทานได้ หากทราบการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานตัวนำตามอุณหภูมิแล้ว เมื่อวัดค่าความต้านทานของตัวนำได้ ก็จะสามารถทราบอุณหภูมิของตัวนำนั้นได้ในที่สุด
ดังนั้น เมื่อทำการวัดความต้านทานขดลวด ควรพยายามเลือกใช้เครื่องมือวัดที่มีฟังก์ชันแปลงค่าตามวัสดุ ตัวอย่างเช่น เครื่องมือสามารถเลือกรายการทดสอบทองแดง/อะลูมิเนียม และทำงานร่วมกับการเลือกอุณหภูมิได้ ทำให้ค่าความต้านทานที่วัดได้มีความแม่นยำมากขึ้น
บทความอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง:
ชุดกลุ่มเวกเตอร์หม้อแปลงไฟฟ้าที่สมบูรณ์ที่สุด พร้อมแผนภาพการต่อขดลวด
ความต้านทานขดลวดกระแสตรงของหม้อแปลงไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างไร?
เครื่องทดสอบความต้านทานขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้ายอดนิยม 6 รายการทั่วโลก (รวมราคา)
ควรทดสอบความต้านทานขดลวดบน CT และ PT แตกต่างกันอย่างไร?
ความต้านทานกระแสตรงและความต้านทานฉนวนแตกต่างกันอย่างไร และจะทดสอบได้อย่างไร?
8 เคล็ดลับเพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวัดความต้านทานกระแสตรง
ทำไมค่าความต้านทานขดลวดที่ทดสอบได้จึงไม่แม่นยำเสมอ? คุณอาจมองข้าม 6 จุดสำคัญเหล่านี้ไป
บริษัท คิงรัน ทรานสฟอร์เมอร์ อินสตรูเมนท์ จำกัด
เครื่องทดสอบหม้อแปลงไฟฟ้าเพิ่มเติมจากคิงรัน
