Измерение сопротивлений

При изготовлении, монтаже и эксплуатации электротехнических и радиотехнических устройств и установок необходимо измерять электрическое сопротивление.

В практике для измерения сопротивлений применяют различные методы в зависимости от характера объектов и условий измерения (например, твердые и жидкие проводники, заземлители, электроизоляция); от требований к точности и быстроте измерения; от величины измеряемых сопротивлений.

Методы измерения малых сопротивлений существенно отличаются от методов измерения больших сопротивлений, так как в первом случае надо принимать меры для исключения влияния на результаты измерений сопротивления соединительных проводов, переходных контактов.

Далее рассмотрим только те методы, которые в практике применяют наиболее часто.

Измерительные механизмы омметров. Для прямого измерения сопротивлений применяют магнитоэлектрические измерительные механизмы одно- и двухрамочные.

Однорамочный механизм можно использовать для измерения сопротивлений. С этой целью в прибор вводят добавочный резистор с постоянным сопротивлением и снабжают его источником питания (например, батареей сухих элементов). Измеряемое сопротивление включается с измерителем последовательно (рис. 1) или параллельно.

При последовательном соединении ток в измерителе , где — сопротивление измерителя; — напряжение источника питания.

Учитывая, что, где — чувствительность прибора по току (постоянная величина), находим, что угол отклонения стрелки прибора при зависит только от величины измеряемого сопротивления :

Если шкалу отградуировать по этому выражению в единицах сопротивления, то прибор будет омметром. Напряжение сухих элементов со временем уменьшается, поэтому в измерения вносится ошибка, тем большая, чем больше действительное напряжение отличается от того напряжения, при котором была градуирована шкала.

Рис. 1. Рис. 2.

В двухрамочном измерительном механизме, который называют логометром, нет противодействующих пружин, вращающий и противодействующий моменты создаются электромагнитными силами. Поэтому при отсутствии тока в обмотках хорошо уравновешенная подвижная часть прибора находится в безразличном равновесии (стрелка останавливается у любого деления шкалы). Когда в катушках есть ток, на подвижную часть действуют два электромагнитных момента, направленные в противоположные стороны.

Магнитная цепь измерительного механизма устроена так, что магнитная индукция вдоль воздушного зазора распределена неравномерно, но с таким расчетом, что при повороте подвижной части в любую сторону вращающий момент уменьшается, а противодействующий момент увеличивается (в зависимости от направления поворота роль моментов меняется).

Подвижная часть останавливается при или . Отсюда следует, что положение стрелки на шкале зависит от отношения токов в обмотках, т.е. , но не зависит от напряжения питающего источника.

На схеме рис. 2. видно, что измеряемое сопротивление входит в цепь одной из катушек логометра, поэтому ток в ней, а также отклонение стрелки прибора однозначно зависит от значения .

Используя эту зависимость, шкалу градуируют в единицах сопротивления и тогда прибор является омметром. Омметры для измерения сопротивления изоляции снабжают источником питания с напряжением до 1000 В, чтобы измерение проводить при напряжении, примерно равном рабочему напряжению установки. Таким источником может быть встроенный магнитоэлектрический генератор с ручным приводом или трансформатор с выпрямителем, включаемый в сеть 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 вольтметра и амперметра (при постоянном токе), применяя закон Ома: (схемы рис. 3, а, б). По схеме на рис. 4 определяют сопротивление по показаниям одного вольтметра. В положении 1 переключателя П вольтметр измеряет напряжение сети , а в положении 2 — напряжение на зажимах вольтметра . В последнем случае . Отсюда

Косвенные методы применяют для измерения средних сопротивлений, а одним вольтметром измеряют также большие сопротивления. Точность этих методов значительно зависит от соотношения величин измеряемого сопротивления и внутренних сопротивлений амперметра и вольтметра . Результаты измерения можно считать удовлетворительными по точности, если выполняются условия: (см. схему рис. 3, а); (см. схему рис. 3, б); (см. схему рис. 4).

Рис. 3 Рис. 4

Методы и приборы сравнения. Для измерения малых и средних сопротивлений применяют метод сравнения измеряемого сопротивления с образцовым . Эти два сопротивления на схеме рис. 5 соединены последовательно, поэтому ток в них один и тот же. Величину его регулируют с помощью резистора , так, чтобы она не превышала допустимого тока для сопротивлений и . Отсюда . Неизвестные падения напряжения и измеряют вольтметром или потенциометром. Результаты измерения получаются более точными, если сопротивления и одного порядка, а сопротивление вольтметра достаточно велико, 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 сопротивления 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 . Отсюда .

При измерении больших сопротивлений амперметр заменяют гальванометром с шунтом, чем значительно повышают точность измерения.

К вольтметру

Рис 5. Рис 6.

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 входят сопротивления ; ; ;, которые образуют замкнутый контур А, Б, В, Г из четырех ветвей (их называют “плечами моста”).

В одну диагональ схемы включен источник постоянного тока, в другую — гальванометр с двусторонней шкалой (нуль в середине шкалы).

Предположим, что при некотором сопротивлении другие сопротивления подобраны так, что ток в измерительной диагонали , т. е. потенциалы и одинаковы при замкнутых выключателях и . В этом случае ; /;;..

Используя эти равенства, нетрудно получить выражение для измеряемого сопротивления. Если сопротивления и одинаковые по величине, то . В приборе промышленного изготовления — это набор резисторов (магазин сопротивлений), составленный по декадному принципу. На верхней крышке расположены переключатели, с помощью которых можно набрать в известных пределах любую величину сопротивления с точностью, которая определяется самой малой ступенью изменения сопротивления.

Для расширения пределов измерения величины и подбирают так, чтобы их отношение можно было изменить тоже по десятичной системе (например, ; 10; 1; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001).

Одинарные мосты применяют в основном для измерения средних сопротивлений. При измерении малых сопротивлений измеряемый элемент включают по особой схеме или применяют специальные мосты, предназначенные для этой цели.

Реферат на тему

"Измерение сопротивлений"