Реферат: 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.
| | | |
| | | |
|
Ошибка от непостоянства напряжения питающего источника не возникает, если
измерительный механизм имеет две обмотки, расположенные на общей оси под
некоторым углом друг к другу (рис. 2.).
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"