Измерение сопротивлений

При изготовлении, монтаже и эксплуата ции электротехнических и радиотехнических устройств и установок необх одимо измерять электрическое сопротивление. В практике для измерения сопротивлений применяют различные методы в за висимости от характера объектов и условий измерения (например, твердые и жидкие проводники, заземлители, электроизоляция); от требований к точно сти и быстроте измерения; от величины измеряемых сопротивлений. Методы измерения малых сопротивлений существенно отличаются от методо в измерения больших сопротивлений, так как в первом случае надо принимат ь меры для исключения влияния на результаты измерений сопротивления со единительных проводов, переходных контактов. Далее рассмотрим только те методы, которые в практике применяют наиболе е часто. Измерительные механизмы омметров. Для прямого измерения сопротивлений применяют магнитоэлектрические измерительные механизмы одно- и двухр амочные. Однорамочный механизм можно использовать для измерения сопротивлений. С этой целью в прибор вводят добавочный резистор с постоянным сопроти влением [pic] и снабжают его источником питания (например, батареей сухих эл ементов). Измеряемое сопротивление [pic] включается с измерителем последов ательно (рис. 1) или параллельно. При последовательном соединении ток в измерителе [pic], где [pic] — сопротивле ние измерителя; [pic]— напряжение источника питания. Учитывая, что [pic], где [pic] — чувствительность прибора по току (постоянная в еличина), находим, что угол отклонения стрелки прибора при [pic] зависит тол ько от величины измеряемого сопротивления [pic]: [pic] Если шкалу отградуировать по этому выражению в единицах сопротивления, то прибор будет омметром. Напряжение сухих элементов со временем уменьш ается, поэтому в измерения вносится ошибка, тем большая, чем больше дейст вительное напряжение отличается от того напряжения, при котором была гр адуирована шкала. Ошибка от непостоянства напряжения питающего источника не возникает, е сли измерительный механизм имеет две обмотки, расположенные на общей ос и под некоторым углом друг к другу (рис. 2.). Рис. 1. Рис. 2. В двухрамочном измерительном механизме, который называют логометром, н ет противодействующих пружин, вращающий и противодействующий моменты создаются электромагнитными силами. Поэтому при отсутствии тока в обмо тках хорошо уравновешенная подвижная часть прибора находится в безраз личном равновесии (стрелка останавливается у любого деления шкалы). Когд а в катушках есть ток, на подвижную часть действуют два электромагнитных момента, направленные в противоположные стороны. Магнитная цепь измерительного механизма устроена так, что магнитная ин дукция вдоль воздушного зазора распределена неравномерно, но с таким ра счетом, что при повороте подвижной части в любую сторону вращающий момен т уменьшается, а противодействующий момент увеличивается (в зависимост и от направления поворота роль моментов меняется). Подвижная часть останавливается при [pic] или [pic]. Отсюда следует, что положен ие стрелки на шкале зависит от отношения токов в обмотках, т.е. [pic], но не за висит от напряжения питающего источника. На схеме рис. 2. видно, что измеряемое сопротивление [pic] входит в цепь одной и з катушек логометра, поэтому ток в ней, а также отклонение стрелки прибор а однозначно зависит от значения [pic]. Используя эту зависимость, шкалу градуируют в единицах сопротивления и тогда прибор является омметром. Омметры для измерения сопротивления из оляции снабжают источником питания с напряжением до 1000 В, чтобы измерение проводить при напряжении, примерно равном рабочему напряжению установ ки. Таким источником может быть встроенный магнитоэлектрический генер атор с ручным приводом или трансформатор с выпрямителем, включаемый в се ть переменного тока. Омметры, рассчитанные на измерения больших сопротивлений (больше 1 МОм), называют мегаомметрами. Косвенные методы измерения сопротивлений. Сопротивление резистора или другого элемента электрической цепи можно определить по показаниям во льтметра и амперметра (при постоянном токе), применяя закон Ома: [pic](схемы рис. 3, а, б). По схеме на рис. 4 определяют сопротивление [pic] по показаниям одн ого вольтметра. В положении 1 переключателя П вольтметр измеряет напряже ние сети [pic], а в положении 2 — напряжение на зажимах вольтметра [pic]. В последн ем случае [pic]. Отсюда [pic] Косвенные методы применяют для измерения средних сопротивлений, а одни м вольтметром измеряют также большие сопротивления. Точность этих мето дов значительно зависит от соотношения величин измеряемого сопротивле ния [pic] и внутренних сопротивлений амперметра [pic] и вольтметра [pic]. Результат ы измерения можно считать удовлетворительными по точности, если выполн яются условия: [pic] (см. схему рис. 3, а); [pic] (см. схему рис. 3, б); [pic] (см. схему рис. 4). [pic] Рис. 3 Рис. 4 Методы и приборы сравнения. Для измерения малых и средних сопротивлений применяют метод сравнения измеряемого сопротивления [pic] с образцовым [pic]. Эти два сопротивления на схеме рис. 5 соединены последовательно, поэтому ток в них один и тот же. Величину его регулируют с помощью резистора [pic], так, чтобы она не превышала допустимого тока для сопротивлений [pic] и [pic] [pic]. Отсюд а [pic]. Неизвестные падения напряжения [pic] и [pic] измеряют вольтметром или потен циометром. Результаты измерения получаются более точными, если сопрот ивления [pic] и [pic] одного порядка, а сопротивление вольтметра достаточно ве лико, так что присоединение его не влияет на режим основной цепи. При измерении малых сопротивлений этим методом вольтметр подключают с помощью потенциальных зажимов, которые позволяют исключить сопротивле ния контактов основной цепи из результатов измерения. Средние и большие сопротивления можно измерить методом замещения (рис . 6). Амперметром А измеряют ток, устанавливая переключатель П в положение 1, а затем 2. Напряжение на входных зажимах схемы одинаково, поэтому [pic]. Отсюд а [pic]. При измерении больших сопротивлений амперметр заменяют гальванометро м с шунтом, чем значительно повышают точность измерения. К вольтметру Рис 5. Рис 6. [pic] Рис. 7 Наиболее точные результаты при измерении сопротивлении дают мостовые схемы, которые в практике применяют в различных вариантах в зависимости от величин измеряемых сопротивлений и требуемой точности измерения. Чаще других можно встретить прибор, построенный по схеме рис. 7, который в практике называют “одинарным мостом”. В данном случае в мостовую схему в ходят сопротивления [pic]; [pic]; [pic];[pic], которые образуют замкнутый контур А, Б, В, Г и з четырех ветвей (их называют “плечами моста”). В одну диагональ схемы включен источник постоянного тока, в другую — га льванометр с двусторонней шкалой (нуль в середине шкалы). Предположим, что при некотором сопротивлении [pic] другие сопротивления по добраны так, что ток в измерительной диагонали [pic], т. е. потенциалы [pic] и [pic] оди наковы при замкнутых выключателях [pic] и [pic]. В этом случае [pic]; [pic]/; [pic];.[pic]. Используя эти равенства, нетрудно получить выражение для измеряемого с опротивления [pic]. Если сопротивления [pic] и [pic] одинаковые по величине, то [pic]. В п риборе промышленного изготовления [pic] — это набор резисторов (магазин со противлений), составленный по декадному принципу. На верхней крышке расп оложены переключатели, с помощью которых можно набрать в известных пред елах любую величину сопротивления с точностью, которая определяется са мой малой ступенью изменения сопротивления. Для расширения пределов измерения величины [pic] и [pic] подбирают так, чтобы их отношение можно было изменить тоже по десятичной системе (например , [pic]; 10; 1; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001). Одинарные мосты применяют в основном для измерения средних сопротивле ний. При измерении малых сопротивлений измеряемый элемент включают по о собой схеме или применяют специальные мосты, предназначенные для этой ц ели.