Способы, датчики и приборы используемы для измерения заданной величины.

 

         В основу любого измерения сопротивления положен закон Ома:

R = U/I.                     (4)

          Исходя из этого можно определить величину сопротивления R, пропуская известный ток I через резистор, сопротивление которого подлежит измерению, и измеряя падение напряжения на нём.

         Практически удобнее и точнее измерить сопротивление при помощи моста Уитстона (рис.1). Источник постоянного на­пряжения питает две ветви Rx, Rn и R1, Р2 схемы моста. Измеряемое сопротивление Rx можно сравнить с сопротивлением Rn эта­лонного резистора изменением отношения R1/R2 до тех пор, пока показание нуль- гальванометра G не станет равным нулю.

Рис. 1. Мост Уитстона для измерения сопро­тивлений.

При этом

Ux/Un=Rx/Rn=U1/U2=R1/R2  и  Rx=RnR1/R2         (5)

        Если Rx очень мало (в пределах 1 Ом— 10 мкОм), то переходные сопротивления сравнимы с измеряемым сопротивлением и вносят значительную погрешность в ре­зультат измерения. В этом случае применя­ют несколько более сложный мост Томсона, который также прост в эксплуатации.

        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 IG в гальванометре вызывает срабаты­вание реверсивного двигателя, изменяюще­го отношение R1/R2 до тех пор, пока оно не станет равным нулю. Такой мост   может быть выполнен в виде стрелочного и циф­рового измерительного прибора, непосред­ственно определяющегоRx.

        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+RД(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 R1 и R2; Rн и RД — добавочные резисторы, постоянно включен­ные в схему. Так как

I1=U/(R1+Rн); I2=U/(R2+RД+Rx),           (8)

 Тогда

 

a= F((R2+RД+Rx)/(R1+Rн),                      (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/lшк)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 токIv,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 сопротивлениеRv 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.