Электрическое активное сопротивление

Мосты Уитстона и Томсона в простом и удобном для пользования исполнении обес­печивают точность измерения порядка 1%; точность лабораторных мостов прецизион­ного исполнения достигает 10E-6 и выше. Измерительные мосты упомянутого типа могут быть выполнены с автоматическим уравновешиванием, т. е. в виде так называ­емых автоматических мостов, в которых ток I
G
в гальванометре вызывает срабаты­вание реверсивного двигателя, изменяюще­го отношение R
1
/
R
2
до тех пор, пока оно не станет равным нулю. Такой мост может быть выполнен в виде стрелочного и циф­рового измерительного прибора, непосред­ственно определяющего Rx.

Для приближенного измерения сопротив­лений с точностью в несколько процентов применяют омметры с прямым отсчетом. Они осуществляют измерение на основе упомянутой выше зависимости между то­ком и напряжением и прямо показывают при помощи логометра (значение) R
=
U
/
I
.
Согласно другому способу при известном напряжении измеряют ток, причем шкалу градуируют непосредственно в омах. Ом­метры этого типа встраивают в универсаль­ные (многопредельные) приборы для изме­рения тока и напряжения.

Омметры.

Электронные омметры (подгруппа Е6) широко используются для измерения активных сопротивлений в диапазоне 10Е-4 - 10Е12 Ом при из­мерении сопротивлений резисторов, изоляции, контактов, поверхностных и объемных сопротивлений и в других случаях.

В основе большинства электронных омметров лежат достаточно простые схемы, которые приведены на рис. 2.

Если в схемах, представленных на рис. 2, исполь­зовать магнито-

Рис. 2, Последовательная (а) и параллель­ная (б)
схемы омметров

электрический измерительный механизм, то при соб­людении условия U
= Const показания будут определяться значе­нием измеряемого сопротивления Rx
.
Следовательно, шкала может быть отградуирована в единицах сопротивления.

Для последовательной схемы включения Rx
(рис. 2, а)

α=
SU
/
R
+
Rx
;
(6)

а для параллельной схемы включения Rx
(рис. 2, б)

a= SU*Rx/(RRx+R
Д
(R+Rx); (7)

где S
=
Bsw
/
W
- чувствительность магнитоэлектрического измери­тельного механизма.

Так как все значения величин в правой части уравнений (6) и (7), кроме Rx
,
постоянны, то угол отклонения определяется значением Rx
.
Такой прибор называется омметром. Из выражений (6) и (7) следует, что шкалы омметров при обеих схемах вклю­чения неравномерны. В последовательной схеме включения в отли­чие от параллельной, нуль шкалы совмещен с максимальным углом поворота подвижной части. Омметры с последовательной схемой соединения более пригодны для измерения больших сопротивлений, а с параллельной схемой — малых. Обычно омметры выполняют в виде переносных приборов классов точности 1,5 и 2,5. В качестве источника питания применяют сухую батарею.

С течением времени напряжение батареи падает, т. е. условие U =
const не выполняется. Вместо этого, трудно выполнимого на практике условия, поддерживается постоянным значение произ­ведения ВU
= const, а следовательно, и SU
== const. Для этого в магнитную систему прибора встраивается магнитный шунт в виде ферромагнитной пластинки переменного сечения, шунтирующей ра­бочий воздушный зазор. Пластинку можно перемещать с помощью ручки, выведенной на переднюю панель. При перемещении шунта меняется магнитная индукция В.

Для регулировки омметра с последовательной схемой включения перед измерением замыкают накоротко его зажимы с надписью «
Rx
»,
и в том случае, если стрелка не устанавливается на отметке «О», перемещают ее до этой отметки с помощью — шунта. Регулировка омметра с параллельной схемой включения производится при отключен­ном резисторе Rx.
Вращением рукоятки шунта указатель устанавливают на отмётку шкалы соответствующую значению Rx=
∞
.

Необходимость установки нуля является крупным недостатком рассмотренных омметров. Этого недостатка нет у омметров с магнито­электрическим логометром.

Схема включения логометра в омметре пред­ставлена на рис. 3. В этой схеме 1
и 2—
рамки логометра, обладающие сопротивлениями R
1
и R
2
; R
н
и R
Д
— добавочные резисторы, постоянно включен­ные в схему. Так как

I
1
=U/(R
1
+R
н
); I
2
=U/(R
2
+R
Д
+Rx), (8)

Тогда

a= F((R
2
+R
Д
+Rx)/(R
1
+R
н
), (9)

т. е. угол отклонения определяется значением Rx
и не зависит от напряжения U.

Рис. 3. Схема включения логомет­ра в омметре.

Конструктивно омметры с логометром выполняют весьма разно образно в зависимости от требуемого предела измерения, назначения (щитовой или переносный прибор) и т. п.

Точность омметров при линейной шкале характеризуется приве­денной погрешностью по отношению к пределу измерения. При нелиней­ной (гиперболической) шкале погрешности прибора характеризуются. также приведенной погрешностью, %, но по отношению к длине шкалы, выраженной в миллиметрах, т. е; γ=(∆
l
/
l
шк)
100
.

В СССР выпускается несколько типов электронных омметров. Ом­метры типов Е6-12, Е6-15 имеют структурные схемы, близкие к схемам, приведенным на рис. 2б. Пределы измерения 0,001—0,003... 100 Ом, приведенная погрешность 1,5—2,5%. Омметры типов E6-1Q, Е6-13 име­ют структурную схему, приведенную на рис. 2а. Пределы измерения 100—300—1000 Ом; 3—10...1000 кОм; 1—3...107
МОм; γ= 1.5; 2.5%.

Измерение сопротивлений способом вольтметра и амперметра
.

Pис. 4 а и б. Эти способы могут быть применены для измерения различных по значению сопротивлений. Достоинство этих схем заключается в том, что по резистору с измеряемым сопротивлением можно пропускать такой же ток, как и в условиях его работы, что очень важно при измерениях сопротивлений, значения которых зави­сят от тока.

Рис. 4. Измерение сопротивлений вольтметром -и ам­перметром
. |

Измерение сопротивления амперметром и вольтметром основано на использовании закона Ома. Однако если собрать схемы, пока­занные на рис. 4, и установить в цепи измеряемого сопротивления требуемый условиями его работы ток, то, отсчитав одновременно показания вольтметра V
и амперметра А,
а затем разделив первое на второе, получим лишь приближенное значение измеряемого сопротивления

R’x= U/I. (10)

Действительное значение сопротивления Rx
определится сле­дующими выражениями:

для схемы рис. 4, а

Rx=U/Ix=U/(I-Iv)=U/(I-U/Rv); (11)_

для схемы рис. 4, б

Rx
= (
U
-
IxRa
)/
Ix
. (12)

Как видно из выражений (11) и (12), при подсчете искомого сопротивления по приближенной формуле (10) возникает погреш­ность. При измерении по схеме рис. 4, а
погрешность получается за счет того, что амперметр учитывает не только ток Ix
проходящий через резистор с изменяемым сопротивлением Rx
но и ток Iv
,ответвляющийся в вольтметр.

При измерении по схеме рис. 4,б погрешность появляется из-за того, что вольтметр кроме напряжения на резисторе с измеряемым сопротивлением учитывает также значение падения напряжения на амперметре.

Поскольку в практике измерений этим способом подсчет сопро­тивлений часто производится по приближенной формуле (4), то необходимо знать, какую схему следует выбрать для того, чтобы погрешность была минимальна.

Для схемы рис. 4, а относительная погрешность (в процентах)

β
=(
R
’
x
-
Rx
)/
Rx
=( -
Rx
/(
Rx
+
Rv
))*100 (13)

a для схемы рис. 4, б

β= (R’x-Rx)/Rx=( Ra/Rx)*100 (14)

Как видно из выражений (13) и (14), пользоваться схемой рис. 4а следует в тех случаях, когда сопротивление Rv
вольт метра велико по сравнению с измеряемым сопротивлением Rx
,
а схемой рис. 4б — когда сопротивление амперметра Ra
мало по сравнению с измеряемым сопротивлением. Обычно схему рис. 4a, целесообразнее применять для измерения малых сопротивлении, а схему рис. 4б — больших.

Список используемой литературы.

1. Атамалян Э. Г. Приборы и методы измерения электрических величин – М.: Высшая школа, 1982.

2. Левшина Е. С., Новицкий П. В. Электрические измерения физических величин: - Л.: Энергоавтомиздат. 1983.

3. Соловьёв В. А. Основы измерительной техники. – Л.: Изд-во Ленинградского Ун-та 1980.

4. Тер-Хататуров А. а. Алиев Т. М. Измерительная техника: Учебное пособие для техн. вузов – М.: Высшая школа, 1991.

5. Электрические измерения / Под ред. В. Н. Малиновского –М.: Энергоатомиздат, 1987.