Теоретичні відомості

Способи вимірювання опорів.

Вимірювання опорів має велике значення в електротехніці і здійснюється різними способами: за допомогою лінійки, мікрометра, таблиці питомих опорів і формули - ; за законом Ома; омметром, мегометром; вимірювальним містком тощо.

Невідомий опір резистора можна визначити за законом Ома, якщо відомі сила струму, що протікає по ньому та напруга на його кінцях. Для різних величин опорів використовують різні способи ввімкнення амперметра та вольтметра. На рис. 2, а зображено схему для вимірювання опорів, що значно більші за опір амперметра. За схемою, що зображена на рис. 2,б здійснюють вимірювання малих опорів, значення яких набагато менше опору амперметра.

Рис. 2. Схема вимірювання опорів: а – великих, б - малих

Дійсно, вимірюваний опір R, підрахований за показами приладів, буде відрізнятися від дійсного значення R_x , тобто .

Рис.3. Схематичне зображення

принципу дії омметра.

Із цього виразу видно, що схема 1 може бути використання тоді коли

Для вимірювання малих опорів вимірні прилади краще вмикати за схемою 2,б. У цьому випадку .

З останнього виразу видно, що вимірювання опору буде тим точніше, чим більша нерівність .

Рис. 4. Схема вимірювання опору містковим приладом.

Вимірювання опору за допомогою омметра здійснюється безпосередньо. У приладі, схематично зображеному на рис. 3, використано вимірювальний механізм магнітоелектричної системи. До нього послідовно ввімкнено джерело струму Б та додатковий резистор опором R_д. При замиканні електричного кола кнопкою К стрілка гальванометра відхиляється максимально праворуч, що відповідає нульовій поділці приладу. Пояснюється це тим, що при короткому замиканні електричного кола кнопкою К (опір зовнішнього кола наближається до нуля), по гальванометру протікатиме максимальний струм, і стрілка відхилиться на максимальну поділку шкали приладу. При вмиканні в коло резистора R_X, сила струму зменшиться і буде залежати від його опору. Шкала градуйована в омах.

З часом ЕРС батарейки зменшується, тому перед кожним вимірювання натискують на кнопку К (коло “закорочують”) і встановлюють стрілку на нуль за допомогою регулювального резистора R_Д.

Рис. 5. Мегометр: а – схематичне зображення; б- зовнішній вигляд.

Для виключення впливу джерела живлення на результати вимірювань використовують місткову схему вимірювань (рис. 4). Прилад, що працює за цією схемою називають вимірювальним містком.

У момент вимірюванні опору R_x стрілку міліамперметра G встановлюють у нулеве положення. Тобто, різниця потенціалів між точками 2 і 4 у цей час дорівнює нулю. Запишемо умову рівності потенціалів математично: U_1-2=U_1-4, а також U_2-3 =U_4-3. Перепишемо ці вирази відповідно до позначень схеми (рис. 4): I₁R₁=I₂R₃; I₁R₂=I₂R_x.

Розділимо ліву та праву частини одного рівняння відповідно на ліву та праву частини іншого рівняння: . З останнього виразу визначимо вимірюваний опір . Якщо опори, взяті під номерами 1 та 2, однакові, то вимірюваний опір чисельно дорівнює опору під номером 3: .

Отже, під’єднавши провідник з невідомим опором до клем містка, набираємо за допомогою ручок на його панелі таке істинне значення опору R₃, при якому стрілка гальванометра встановиться на нуль. Встановлене на панелі число і є значенням вимірюваного опору провідника R_x.

Для вимірювання дуже великих опорів, наприклад ізоляції обмо­ток приладів та електричних машин, опору між проводами тощо, використовують мегометри (рис. 5).

Ними можна мірювати опори до 100 МОм. Принцип дії той же, що і в омметрі, але замість батареї постійного струму вони мають маленькі генератори постійного струму з ручним приводом - 500В, 1000В, 2000В.

Рис. 6. Будова логометра.

Для того, щоб покази приладу не залежали від напруги джерела живлення, використовують логометри (рис. 6). Логометр складається з двох рамок-котушок 1 та 2, розташованих під кутом 90⁰ в полі постійного магніту. У котушках протікають струми I₁ та I₂ і створюють протидіючі моменти.

Кут, на який повертається рухома рамка і прикріплена до неї стрілка, залежить лише від співвідношення струмів у них і не залежить від величини струму в рамках І₁ та І₂, а отже й від джерела струму. Шкалу приладів градуюють в мегомах.

Контрольні запитання

1. Пояснити зміст та послідовність виконання роботи.

2. Який фізичний зміст омічного, активного, індуктивного, ємнісного, та повного опорів?

3. Порівняти поняття активного та омічного опорів.

4. Назвати способи вимірювання опорів.

5. Як вмикаються в коло амперметр та вольтметр, при вимірюванні великих та малих опорів, відповідно до закону Ома?

6. Які особливості вимірювання опору провідників за допомогою омметра? Яка принципова будова омметра?

7. Пояснити принцип вимірювання опору містковою схемою.

8. Будова та принцип дії логометра.

9. В чому полягає принципова відмінність омметра та логометра?

10. Призначення, будова та принцип дії мегометра.

Лабораторна робота № 4