Подразделяют сопротивления электрические условно на малые (не более 1 Ома), средние (от 1 до 10 5 Ом), и,соответственно большие (свыше 10 5 Ом). Измерения их также могут происходить различными способами. При измерении малых – применяется метод вольтметра-амперметра, а также мостовой. Для средних применимы методы вольтметра-амперметра, мостовой (мосты одинарные), компенсационные и методы непосредственной оценки (омметры). Чтоб измерять большие сопротивления применяют , которые реализуют метод непосредственной оценки.

Потому что в данном случае I A ≈I R относительно R и будет выполнено равенство I V «I R . При среднем значении R рекомендована такая схема:

Так как в этом случае U V ≈U R из-за Соответственно применив закон Ома получим:

Из-за наличия внутренних сопротивлений в приборах возникает погрешность, что есть основным недостатком этого метода. Но при измерении малых R сопротивление вольтметра будет равно R V >100R, а для измерения средних R амперметра R A <100R, то в таком случае суммарная погрешность не будет более 1%.

Метод непосредственной оценки

Чтоб реализовать такой метод необходимо применить омметр, схема которого ниже:

Данное устройство состоит из измерительного механизма ИМ (тип механизма магнитоэлектрический), шкала которого градуируется в омах. Также существует источник питания постоянным током U и резистор добавочный R д. К выходным зажимам А и В производят подключения измеряемого сопротивления R X . Соответственно в цепи будет протекать ток:

Где R Д, R И, R Х – добавочный резистор и сопротивления измерительного механизма и соответственно объекта, который подлежит измерению. При этом угол отклонения стрелки прибора будет равен:

Где S 1 – чувствительность токового измерителя.

Если зажимы А и В разомкнуть () , то угол отклонения стрелки прибора будет равен нулю α=0, а если их закоротить (R=0), то угол отклонения будет максимален. Поэтому у омметра шкала обратная – ноль у него справа.

Омметры довольно таки удобны в практическом применении, но они имеют довольно высокую погрешность (класс точности 2,5). Это связано с нестабильностью источника питания и неравномерностью шкалы. Дабы устранить причину неравномерности шкалы в омметрах стали использовать логометрические измерительные механизмы:

Такие приборы получили название мегомметров. Для получения источника питания в мегомметрах используют небольшие генераторы напряжением до 2500 Вольт и приводящиеся в движение вручную. В электронных же мегомметрах в качестве источника могут быть использованы батарейки или же внешний источник питания, подключаемый через специальный блок питания устройства. Мегомметры применяют для измерений больших сопротивлений, таких как сопротивление изоляции проводников. Для измерений свыше 10 9 Ома применяют специальные электронные устройства, которые носят название тераомметров.

Мостовой метод

Устройства, применяемые для реализации такого измерения, именуют измерительными мостами. Четырехплечевой или одинарный мост содержит в себе две диагонали и четыре плеча:

Мост образуют три резистора, значения которых известны – R 2 , R 3 , R 4 и соответственно сопротивление, значение которого необходимо измерить R x . В одну из диагоналей моста необходимо подключить источник питания, для данного случая источник Е 0 подключенный к зажимам a и b, а другую нулевой индикатор НИ (зажимы c и d), который выполняет роль указателя симметричности моста. Когда потенциалы в точках c и d будут равны, то отклонение в НИ протекает ток I НИ = 0 и его отклонение тоже равно нулю. Мост в состоянии равновесия. Будут выполнятся следующие соотношения: I 1 = I 2 , I 3 = I 4 , R x I 1 =R 3 I 3 , R 2 I 2 =R 4 I 4 . Учтя равенство токов и почленно разделив два последних уравнения получим:

Из данного выражения можем выделить искомое сопротивление:

Плечо R 2 именуют плечом сравнения, а плечами отношений R 3 и R 4 соответственно.

Методом одинарного моста измеряют только средние сопротивления. Измерять им малые и большие сопротивления не рекомендуют. Нижний предел измерений моста (единицы Ом) ограничивается влиянием сопротивлений проводов и контактов, которые подключаются в плечо ас последовательно с объектом измерения R х. Верхний предел (10 5 Ом) ограничен шунтирующим действием токов утечки.

Компенсационный метод

Его применяют для получения повышенной точности измерения. Ниже показана схема подобной установки:

В данную схему входит компенсатор постоянного тока, двухпозиционный переключатель (П2 и П1), резистор образцовый R 0 , а также источник питания Е и измеряемый резистор R х. Измеряв падение напряжения на каждом из резисторов при двух разных положениях переключателя определяют – U R 0 =R 0 I и U R Х =R Х I. Из этих выражений можно получить следующую формулу:

При выполнении измерений необходимо ток I поддерживать постоянным и не допускать изменения его значения, для обеспечения точности измерения.

Недавно понадобилось оценить сопротивление изоляции электрического кабеля. Но так как ни мегомметра, ни тем более высоковольтной «пробойной» установки под руками не было, то пришлось «изобретать» то, чем можно измерить сопротивления, близкие к единицам и десяткам ГОм. В итоге оказалось, что всё достаточно просто – на сборку схемы и проверку изоляции ушло не более часа, а потом ещё несколько дней на то, чтобы экспериментальный макет самодельного мегомметра доработать для удобства пользования и оформить в корпус.

Сначала немного исходной теории.

Для электронного измерения больших сопротивлений довольно часто применяется схема, содержащая в себе источник постоянного напряжения и резисторный делитель из неизвестного и известного сопротивлений, к выходу которого подключен усилитель постоянного тока (рис.1 ) .

Если считать, что усилитель не оказывает никакого влияния на делитель, то напряжение «Uвх» будет находиться в зависимости от отношения сопротивлений резисторов и соответствовать формуле R1/(Rx+R1). В полученный результат называется коэффициентом преобразования «S», но радиолюбителям более привычно понятие коэффициента деления «N», который равен 1/S.

Для понимания физического смысла формул представим, что сопротивления резисторов равны и тогда сразу ясно, что напряжения на резисторах распределятся в одинаковых пропорциях и «Uвх» будет равно половине «Uист». Проверим это, взяв номиналы сопротивлений в 9100 Ом и подставив их в формулу:

S = 9100/(9100+9100) = 0,5;
N = 1/0,5 = 2.

Да, всё верно – получился коэффициент деления 2.

Теперь немного усложним – возьмём резистор Rx равный 9000 Ом, а R1 1000 Ом:

S = 1000/(9000+1000) = 0,1;
N = 1/0,1 = 10.

Получается коэффициент деления 10.

Если же взять резисторы 10 кОм и 1 кОм (или, допустим, 9,1 кОм и 910 Ом), то получится делитель напряжения в 11 раз. Это достаточно удобно – взяв номиналы резисторов кратные целому числу «х», получим коэффициент деления равный х+1 и по формулам можно не считать.

Теперь нужно оценить, в каких границах может находиться измеряемое сопротивление Rx. По схеме, указанной на рисунке 1 , понятно, что напряжение, подаваемое на вход усилителя не должно превышать его напряжения питания, т.е. значение минимального измеряемого сопротивления Rx зависит от потенциала «Uист» и номинала R1.

Возьмём теоретический вариант, когда значение R1 равно 1 кОм, а «Uист» равно одному из напряжений питания усилителя – допустим, что это +15 В. Тогда понятно, что максимальное «Uвых» получается при Rx=0. Минимальное же, т.е. такое, которое будет регистрироваться вольтметром (допустим, что это 1 мВ), получится при коэффициенте деления N=15000 (это результат деления 15 В на 1 мВ) и, соответственно, при Rx=14998,999 кОм (или 14,999 МОм).

Чтобы измерять ещё бОльшие сопротивления, нужно увеличивать R1 – например, при его значении в 10 МОм, верхний порог измерений приближается к 150 ГОм. Это, конечно, цифра теоретическая, так как не всегда удаётся выполнить входные цепи усилителя так, чтобы они не оказывали шунтирующего влияния на R1. Но здесь можно пойти по другому пути – поставить R1 сопротивлением 1…3 МОм и увеличить напряжение «Uист» в несколько раз. Правда, в этом варианте появляется ограничение по минимальному измеряемому сопротивлению, так как появляется возможность превышения разрешённого уровня «Uвх», но это тоже решаемо (будет показано ниже).

Итак, если взять источник с напряжением 40 В и поставить R1=2,2 МОм, то учитывая минимальную чувствительность шкалы измерителя в 1 мВ, получается, что максимально возможное измеряемое сопротивление будет находиться где-то в районе 90-100 ГОм, чего в принципе, достаточно для большинства радиолюбительских задач. Нижний порог измерений, при котором на вход усилителя будет поступать 12 В, будет около 5 МОм.

Теперь, зная основные условия, можно переходить к практическому конструированию.

Один из вариантов схемы показан на рисунке 2 . На диодах VD1…VD4 и конденсаторах С3С4 собран двуполярный выпрямитель, а на С5, С6, С8, С9, С12, С13 и микросхемах VR1 и VR2 – стабилизаторы напряжений +/- 15 В для питания операционных усилителей. Их в измерительной части схемы установлено два. Первый (OP1) – это неинвертирующий буферный повторитель с коэффициентом усиления 1, имеющий в таком включении входное сопротивление более 1 ТОм и этим минимально влияя на известное сопротивление резистора R7 измерительного делителя. Элементы R10 и С10 являются фильтром НЧ и ослабляют помехи, наводимые на проводники в высокоомной цепи. Резистор R13 служит для балансировки дифференциального каскада OP1 и, в конечном итоге, обеспечивает установку нулевого напряжения на выходе всей схемы при отсутствии «Uвх».

Так как измеритель предполагалось использоваться со стрелочным магнитоэлектрическим прибором, то для удобства пользования в схему был добавлен ещё один каскад на OP2 с возможностью выбора коэффициента усиления в 1 или в 101 раз. В таком варианте при разомкнутых контактах S2 возможно проводить более-менее достоверный контроль Rx в пределах от 1 МОм до 1 ГОм (при этом «Uвых» ОР2 меняется примерно от 10 В до 0,1 В). А при замкнутых контактах S2 можно оценивать сопротивления от 1 ГОм до 100 ГОм (естественно, при тех же границах изменения «Uвых»).

Минимальное требуемое «Uвых» ОР2 зависит от применяемого стрелочного прибора. Если, допустим, у него чувствительность 100 мкА и он имеет 100 делений на шкале, то тогда стрелка отклонится на отметку «100» при напряжении на выходе ОР2 равном 10 В при сопротивлении R11 равном 100 кОм (10 В / 100 кОм = 100 мкА). А так как минимальное показание в одно деление шкалы будет при «Uвых» равном 0,1 В, то исходя из этого и выбирается коэффициент усиления каскада на ОР2.

Источник стабилизированного напряжения +43 В питается от обмотки трансформатора Tr1. Переменное напряжением 44-45 В выпрямляется диодным мостом VD5…VD8, пульсации сглаживаются конденсатором С1 (конструктивно их там два – по 220 мкФ на 100 В). Стабилизация выходного напряжения +43 В обеспечивается цепочкой последовательно установленных стабилитронов VD9 и VD10. Резистор R3 – токоограничительный, рассчитан на протекающий ток около 3,8…4 мА.

В выходной цепи источника установлен резистор 5,1 МОм. Сделано это для того, чтобы ограничить «Uвх» до безопасного уровня при случайном замыкании измерительных выводов или при измерении малых сопротивлений. Этим, конечно, ограничивается точность измерения в, так сказать, «низкоомном диапазоне», но защищает микросхему ОР1 от выхода из строя. Также следует учитывать, что из-за установки этого резистора сильно изменяется линейность измерения в «нижнем» участке шкалы «1 МОм … 1 ГОм» и поэтому перед градуировкой шкал следует проводить калибровочную оценку.

Цепи R1C2 и R8C11 - дополнительные ФНЧ и при Rx равном 1 ГОм подавление частоты 50 Гц составляет более 60 dB (рис.3 ) (расчет теоретический и относится к помехам, появляющимся на левом выводе Rx, файл для программы находится в приложении к тексту).

Диоды VD11 и VD12 – защищают прибор РА1 от больших напряжений во время подстройки сопротивления резистора R11 или в случае его выхода из строя.

Конструктивно вся электронная схема, за исключением сетевого выключателя S1, предохранителя FU1, резистора R11 и диодов VD11 и VD12, выполнена на одной печатной плате размером 70х75 мм (файл для в приложении, вид со стороны печати, поэтому рисунок при надо «зеркалить»). Резистор и диоды крепятся непосредственно к лепесткам прибора РА1, а выключатель и предохранительная колодка – на задней стенке корпуса.

Все применённые детали – обыкновенные, «выводные».

После проверки и настройки (рис.4 ), трансформатор, плата и вся коммутация были установлены в корпус от переговорного устройства УДП (рис.5 ).

Настройку схемы лучше проводить поэтапно, начиная со стабилизаторов +/- 15 В. После установки всех деталей на печатную плату и проверки правильности монтажа, нужно отпаять перемычки, по которым подаются напряжения питания к ОР1 и ОР2 (красно-оранжевые на рис.6 ).

После этого на вход выпрямительного моста следует подать напряжение с 15-ти вольтовых обмоток трансформатора Tr1 и проверить выходное напряжение на конденсаторах С12 и С13. Хорошо бы также проверить напряжение пульсаций 100 Гц на входах VR1 и VR2 – оно должно быть менее 0,2 В.

Затем так же подать на плату напряжение ~44 В, проверить работу стабилизатора +43 В и при необходимости подобрать напряжение стабилизации (42-44 В).

После этого можно восстановить перемычки и проверить работоспособность операционных усилителей ОР1 и ОР2. При отсутствии резистора Rx и при замкнутых контактах переключателя S2 на выходе ОР2 должно быть напряжение, близкое к нулю и должно меняться при вращении движка переменного резистора R12.

Теперь следует проверить правильность работы измерительного делителя и электронной схемы. Для этого следует к выводам R9 и C11 подключить цифровой вольтметр, разомкнуть контакты S2, а к измерительному разъёму «Rx» подключит два резистора по 5,1 МОм, включенных последовательно (суммарное сопротивление – 10,2 МОм). При включении прибора, вольтметр должен показать напряжение, близкое к 5,2…5,21 В.

Проверку работоспособности при измерении больших сопротивлений и калибровку шкал индикатора можно провести, имитируя падение напряжения на резисторе Rx, т.е. подавая напряжение «Uвх» с регулируемого источника напряжения или с низкоомного регулируемого делителя (рис.7 ), подключенного к шине питания +15 В. Вариант «а» – при использовании цифрового вольтметра с точность показаний до 1 мВ, вариант «б» - при более грубом вольтметре, но с делением выходного напряжения ещё в 10 раз, что позволит получить нужную точность.

Расчет выставляемых напряжений можно провести по вышеприведённым формулам или воспользоваться программой и посчитать в ней.

При поиске комплектующих и замене деталей на другие, следует учитывать, что на входе операционного усилителя ОР1 должны стоять полевые транзисторы и он должен иметь выводы для коррекции нуля (возможная замена – на К544УД2 или К140УД8, но у последнего нумерация выводов другая).

Конденсатор С10 должен быть с высоким сопротивлением изоляции и низким током утечки (кстати, можно этим же измерителем проверять утечку конденсаторов, подключив их к разъёму «Rx»).

Остальные детали не критичны – главное, чтобы по размерам подошли. Выпрямительные диоды – любые на ток от 1 А и выше, стабилизаторы напряжений можно поставить слаботочные (78L15 и 79L15). Электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на работу с соответствующими напряжениями, номинал их можно уменьшить в 2-3 раза (но при этом желательно оценить уровень пульсаций напряжения). Конденсаторы С12 и С13 составлены из двух по 1000 мкФ на 16 В. Неполярные конденсаторы С2, С5, С6, С8, С9 и С11 – широкораспространённые К73 или их импортные аналоги.

Диоды VD11 и VD12 лучше поставить германиевые, но подойдут и КД521, КД503, 1N4148 и любые из серии 1N400х.

Переключатели S1 и S2 – микротумблеры МТ1, предохранитель – стеклянный от 0,25 А до 1 А в установочной колодке ДПБ.

На рисунке 5 в правой части корпуса виден галетный переключатель, не указанный в электрической схеме. Это результат продолжающихся экспериментов с изменением уровня источника стабилизированного напряжения. Сейчас в него добавлены 2 стабилитрона и сделаны отводы для дискретного выбора «Uист» (рис.8 ).

Ещё одной полезной доработкой была бы переделка усилителя на ОР2 из линейного в логарифмический – тогда можно обойтись без переключателя S2 и, соответственно, одной шкалой на приборе РА2, но пока сделать этого не получилось.

Литература.
1. Электрические измерения. Под редакцией А.В. Фремке, Е.М. Душин, изд. «Энергия», Ленинград, 1980 г.
2. Электрические измерения. Под редакцией Е.Г. Шрамкова, изд. «Высшая школа», Москва, 1972 г.

Андрей Гольцов, г. Искитим

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
OP1, OP2	Операционный усилитель	К544УД1А	2			В блокнот
VR1	Линейный регулятор	LM7815	1			В блокнот
VR2	Линейный регулятор	LM7915	1			В блокнот
VD1-VD4	Выпрямительный диод	1N4004	4			В блокнот
VD4-VD8	Выпрямительный диод	1N4005	4			В блокнот
VD9, VD10	Стабилитрон	КС522А	2			В блокнот
VD11, VD	Диод	КД522А	2			В блокнот
HL1	Светодиод	АЛ307А	1			В блокнот
R1	Резистор	47 кОм	1	МЛТ-0,125		В блокнот
R2, R10	Резистор	10 кОм	2	МЛТ-0,125		В блокнот
R3	Резистор	3.9 кОм	1	МЛТ-0,5		В блокнот
R4	Резистор	750 Ом	1	МЛТ-0,125		В блокнот
R5	Резистор	5.1 МОм	1	МЛТ-1		В блокнот
R6	Резистор	75 кОм	1	МЛТ-0,125		В блокнот
R7	Резистор	2.0 МОм	1	МЛТ-0,5		В блокнот
R8	Резистор

Электрическое сопротивление постоянному току является основным параметром резисторов. Оно также служит важным показателем исправности и качества действия многих других элементов электрорадиоцепей - соединительных проводов, коммутирующих устройств, различного рода катушек и обмоток и т. д. Возможные значения сопротивлений, необходимость измерения которых возникает в радиотехнической практике, лежат в широких пределах - от тысячных долей ома и менее (сопротивления отрезков проводников, контактных переходов, экранировки, шунтов и т. п.) до тысяч мегом и более (сопротивления изоляции и утечки конденсаторов, поверхностное и объёмное сопротивления электроизоляционных материалов и т. п.). Наиболее часто приходится измерять сопротивления средних значений - примерно от 1 Ом до 1 МОм.

Основными методами измерения сопротивлений постоянному току являются: косвенный метод (с применением измерителей напряжения и тока); метод непосредственной оценки при помощи омметров и мегомметров; мостовой метод. При проведении измерений на переменном токе будет определяться полное сопротивление электрических цепей или их элементов, содержащее активную и реактивную составляющие. Если частота переменного тока не велика (область низких частот) и в проверяемой цепи преобладают элементы активного сопротивления, то результаты измерений могут оказаться близкими к получаемым при измерениях на постоянном токе.

При отсутствии специальных приборов приближенное представление о порядке электрических сопротивлений цепей и элементов можно получить с помощью простейших индикаторных устройств - электрических пробников.

Если измерение сопротивлений резисторов (или иных параметров электрорадиодеталей) производится непосредственно в монтаже какой-либо установки, необходимо предварительно убедиться, что источники питания отключены, высоковольтные конденсаторы разряжены, а параллельно проверяемой детали не присоединены другие элементы, могущие оказать влияние на результаты измерений.

Электрические пробники

Основным назначением электрических пробников является проверка монтажа радиоустановок и выявление обрывов или коротких замыканий в электрических цепях и радиодеталях; обычно пробники позволяют грубо оценить сопротивление проверяемой цепи или детали.

Электрические пробники могут быть низкоомными или высокоомными. Низкоомные пробники пригодны для проверки цепей (деталей), сопротивление которых не превышает десятков или сотен ом, с их помощью выявляются короткие замыкания в цепях. Высокоомные пробники обнаруживают заметную реакцию лишь при значительных отклонениях сопротивления проверяемой цепи от нормального значения, например, при наличии в ней обрыва.

Рис. 1. Схемы электрических пробников индикаторного типа

В зависимости от принципа действия различают пробники индикаторного и генераторного типа. Индикаторные пробники в общем случае (рис. 1.) состоят из индикатора и обеспечивающего его действие источника питания.

Пробник подключается к проверяемой цепи или элементу с помощью пары проводников со щупами на концах. Если сопротивление этой цепи Rx мало, то индикатор под воздействием напряжения или тока источника создаёт хорошо заметный зрительный или звуковой сигнал. С возрастанием сопротивления Rx наблюдаемый сигнал ослабляется вплоть до его исчезновения; последнее обычно имеет место при Rx, превышающем в несколько раз сопротивление индикатора. Поэтому в низкоомных пробниках в качестве индикаторов используют миниатюрные лампочки накаливания, громкоговорители, микрофонные капсюли, низковольтные электрические звонки и др. Звуковые индикаторы удобны тем, что для восприятия сигнала не требуется зрительного наблюдения за ними.

Индикаторами высокоомных пробников часто являются неоновые лампочки, соединённые последовательно с высокоомным (в десятки килоом) резистором, и высокоомные головные телефоны. Питание пробника с неоновой лампочкой (рис. 1, б) может производиться от любого источника постоянного или переменного тока с выходным напряжением, превышающим напряжение зажигания лампочки (пользуясь таким пробником, нужно соблюдать меры предосторожности). Яркость свечения будет заметно изменяться лишь при значениях Rx не менее килоом. Поэтому наличие коротких замыканий в цепях с малым сопротивлением таким пробником установить нельзя. Пробник с головными телефонами (или громкоговорителем) можно питать от звукового генератора, трансляционной сети, радиоприёмника, накальной обмотки сетевого трансформатора и т. п.; возможно его питание и от низковольтной батареи постоянным напряжением, при этом о порядке сопротивлений можно судить по громкости щелчков, прослушиваемых в телефонах в момент присоединения пробника к цепи.

Индикатором высокоомного пробника может служить вольтметр постоянного или переменного тока (рис. 2, а). При этом желательно выбирать такой источник питания, который обеспечивал бы при короткозамкнутых входных зажимах отклонение стрелки вольтметра в пределах второй половины его шкалы. Вместо вольтметра в пробник можно включить стрелочный измеритель И (милли- или микроамперметр), соединённый последовательно с добавочным резистором Rд (рис. 2, б). При пользовании входными зажимами 1 и 2 такой пробник будет действовать как высокоомный. Этот же пробник можно сделать низкоомным, если замкнуть накоротко зажимы 1 и 2, а проверяемые цепи или элементы подключать параллельно измерителю (к точкам а и б); при этом отклонение стрелки будет тем меньшим, чем меньше сопротивление шунтирующей измеритель цепи.

Рис. 2. Схемы пробников со стрелочными индикаторами.

В пробнике генераторного типа используется простейший генератор низкочастотных колебаний (типа LC, RC, мультивибратор и т. п.), нагруженный на звуковой индикатор Сопротивление проверяемого элемента воздействует на режим работы генератора, что приводит к изменению частоты или интенсивности воспроизводимого индикатором звукового сигнала. Так, пробник, схема которого приведена на рис. 3, представляет собой генератор, возбуждающий импульсные колебания, характерные для блокинг-генераторов. Желательная частота повторения импульсов в пределах от нескольких сотен герц до единиц килогерц может устанавливаться переменным резистором R2 при нажатой кнопке Кн, замыкающей входные гнезда. Проверяемый элемент оказывается включённым в цепь эмиттера транзистора Т и чем больше его сопротивление Rx, тем выше будут частота генерируемых колебаний и тон звукового сигнала, воспроизводимого громкоговорителем Гр, по сравнению со значениями последних при нажатой кнопке Кн.

Пробник является низкоомным, он реагирует заметным (на слух) изменением частоты колебаний на сопротивления в единицы ом, а при сопротивлениях в несколько десятков ом его колебания срываются.

Рис. 3. Схема электрического пробника генераторного типа на одном

Пробник становится высокоомным, если проверяемые элементы включать в разрыв цепи источника питания, например в точке 1. В этом случае с возрастанием Rx будет уменьшаться интенсивность колебаний и повышаться их частота. Колебания срываются при сопротивлениях в десятки килоом, а если увеличить напряжение питания до 15-20 В - при сопротивлениях в сотни килоом. Этот же пробник может быть отнесён к индикаторному типу, если Rx включать последовательно с громкоговорителем.

Косвенные методы измерения сопротивлений

Косвенное измерение сопротивлений производится при помощи измерителей напряжения и тока.

Вольтметр с известным входным сопротивлением Rв, включённый по схеме на рис. 2, а, пригоден для измерения сопротивлений одного порядка с Rв. Для этого при короткозамкнутых щупах измеряют вольтметром напряжение U0 на зажимах источника питания. Затем щупы присоединяют к резистору Rx, что приводит к уменьшению напряжения, приложенного к вольтметру, до некоторого значения Ux. Сопротивление резистора Rx определяют по формуле:

Rx = Rв(U0/Ux-1).

Погрешность измерений зависит от напряжения источника (оно должно быть близким к пределу измерений вольтметра), класса точности вольтметра и отношения Rx/Rв. Наименьшая погрешность имеет место при Rx ≈ 1,4 Rв; она примерно в 6 раз превышает основную погрешность вольтметра. Например, при вольтметре класса 1,5 погрешность измерений может достигать 9% и более.

Измерение сопротивлений может производиться и при помощи схемы на рис. 2, б, если известны сопротивление измерителя Rи и сопротивление Rд. В этом случае измеряют токи Iи и Ix соответствующие показаниям измерителя И при замкнутых входных зажимах 1 и 2 и подключении к схеме резистора Rx. Резисторы большого сопротивления включают в разрыв цепи (между зажимами 1 и 2), а их сопротивление рассчитывают по формуле

Rx =(Rи +Rд)*(Iи/Ix - 1)

Резисторы малого сопротивления включают параллельно измерителю И, а их сопротивление находят по формуле

Rx = RиRд/Rи+Rд) * (Iи/Ix - 1)

При наличии калиброванного (опорного) переменного резистора измерение сопротивлений по схемам на рис. 2 может производиться методом сравнения, если даже сопротивления измерительных цепей неизвестны. В этом случае в измерительную схему включают резистор Rx и замечают показания прибора. Затем вместо резистора Rx подсоединяют опорный резистор и изменением его сопротивления добиваются того же показания прибора. Значение Rx отсчитывают по шкале опорного резистора.

Особо точные (прецизионные) измерения сопротивлений производят с помощью потенциометров (компенсаторов) постоянного тока. Последовательно в одну и ту же цепь постоянного тока включают резистор Rx и опорный резистор Ro. Падения напряжения на этих резисторах Ux и Uo, пропорциональные их сопротивлениям, измеряют компенсационным методом. Измеряемое сопротивление определяют по формуле

Погрешность измерений уменьшается при близких значениях сопротивлений Ro и Rx.

В ряде случаев возникает необходимость измерения сопротивлений элементов при определённом режиме их работы. Это особенно существенно для нелинейных элементов, сопротивление которых Rx зависит от приложенного напряжения U, значения или направления протекающего по ним тока I. Например, сопротивление нитей накала радиоламп, измеренное при малом токе, будет в несколько раз меньшим их сопротивления при нормальном токе накала. Измерение таких сопротивлений обычно производят методом вольтметра - амперметра, который основан на прямом использовании закона Ома:

Схема измерений представлена на рис. 4. Напряжение источника выбирают близким к пределу измерений вольтметра V. Требуемый режим измерений по напряжению или току устанавливается реостатом R по показаниям вольтметра V или миллиамперметра (амперметра) mА. Ограничительный резистор Ro и реостат R выбирают такого сопротивления, чтобы при короткозамкнутых входных зажимах и выведенном реостате R ток в цепи не превышал 5-кратного значения тока полного отклонения Iп миллиамперметра мА, а при вводе реостата R - уменьшался до значения, меньшего Iп.

При установке переключателя В2 в положение «Б» напряжение U, показываемое вольтметром V, представляет собой сумму падений напряжений на миллиамперметре мА и резисторе Rx. Поэтому сопротивление последнего будет точно определяться формулой

Rx = U/I - Rма, (2)

где Rма - сопротивление миллиамперметра. В данном случае формулой (1) можно пользоваться лишь при измерении больших сопротивлений, когда соблюдается условие Rx >> Rма. При Rx = 10 Rма вычисление по формуле (1) даёт дополнительную ошибку 9%, а при Rx = 100 Rма эта ошибка не превышает 1%. Сопротивление Rмa, если оно неизвестно, можно вычислить по формуле (1) на основе показаний обоих приборов при замкнутых зажимах 1 и 2.

При установке переключателя В2 в положение «М» ток I, показываемый миллиамперметром, равен сумме токов, протекающих через вольтметр и резистор Rx. Поэтому сопротивление последнего будет точно определяться формулой

Rx = U/(I - U/Rв), (3)

где Rв - входное сопротивление вольтметра. В данном случае расчёт значения Rx по формуле (1) можно производить лишь при измерении малых сопротивлений, когда соблюдается условие Rx << Rв. Сопротивление Rв, если оно неизвестно, можно вычислить по формуле (1) на основе показаний приборов при свободных зажимах 1 и 2.

Погрешность измерения сопротивлений методом вольтметра - амперметра в основном определяется суммой погрешностей показаний обоих приборов. Так, при использовании вольтметра и миллиамперметра соответственно классов точности γв и γма и с пределами измерений Uп и Iп, при показаниях приборов Ux и Ix относительная погрешность измерения сопротивления Rx рассчитывается по формуле

ΔR = γв(Uп/Ux) + γма(Iп/Ix).

Рис. 4. Схема измерения сопротивлений методом вольтметра-амперметра

Например, при вольтметре класса точности 1,0 с пределом измерений 30 В и миллиамперметре класса 1,5 с пределом измерений 10 мA, показания которых соответственно равны 12 В и 5 мА, получим δ = 1*(30/12) + 1,5*(10/5) = 5,5%.

При измерении очень малых сопротивлений возможно значительное возрастание погрешности из-за неучтённого падения напряжения в монтажных проводниках и переходных контактах, через которые объект измерений присоединяется к схеме.

Измерения методом вольтметра - амперметра могут проводиться и непосредственно в действующих установках. Применение данного метода на переменном токе позволяет определить полное сопротивление исследуемого объекта по формуле

Z = (R 2 + X 2) 0,5 = U/I.

Омметры с последовательной схемой измерения

Непосредственное измерение электрических сопротивлений с удовлетворительной для многих практических целей точностью осуществляется омметрами постоянного тока. Схемы омметров разделяются на две основные группы: последовательные, применяемые для измерения сопротивлений средних и больших значений (от 1 Ом и выше), и параллельные, используемые при измерении малых сопротивлений.

Простейшая последовательная схема омметра соответствует приведённой на рис. 2, б. Она содержит последовательно включённые магнитоэлектрический измеритель И с внутренним сопротивлением Rи, добавочный резистор Rд, источник постоянного напряжения U0 и исследуемый резистор Rx, присоединяемый к зажимам 1 и 2. Сопротивление добавочного резистора, выбранное по формуле

Rд = U0/Iи - Rи,

обеспечивает при коротком замыкании входных зажимов, т. е. при Rx = 0, протекание через измеритель тока полного отклонения Iи.

Каждый омметр характеризуется входным сопротивлением Rом, под которым понимают сопротивление его схемы между входными зажимами. Для рассматриваемой схемы

Rом = Rи + Rд = U0/Iи. (4)

При Rx = 0 через измеритель протекает наибольший ток

При подключении резистора Rx ток через измеритель уменьшается до значения

Iх = U0/Rом + Rх)

и при Rx = ∞ (т. е. при свободных зажимах 1 и 2) становится равным нулю.

Градуировка шкалы омметра определяется отношением токов:

Iх/Iи = Rом / (Rом + Rх) = 1 / (1+ Rх/Rом) (5)

Из формулы следует, что при Rx = Rом ток 1x = 0,5*Iи, следовательно, середине шкалы омметра соответствует измеряемое сопротивление, равное входному. На рис. 5 приведена развёрнутая шкала омметра, отметки которой даны в относительных единицах Rx/Rом и справедливы по численному значению при входных сопротивлениях 1 Ом, 1 кОм и 1 МОм. Второй (равномерный) ряд отметок показывает изменение вдоль шкалы отношения Ix/Iи, пропорционально которому отклоняется стрелка измерителя. Эта шкала справедлива и для омметров с любым входным сопротивлением при условии умножения отсчёта по шкале на соответствующий множитель. Например, при Rом = 3 кОм отсчёт по шкале в кило-омах умножают на 3, при Rом = 30 кОм - на 30 и т. д.

Рис. 5. Развёрнутая шкала и график основной погрешности последовательных схем омметров

Крайние значащие деления, которые удаётся нанести на шкалу, в зависимости от размеров её лежат со стороны малых сопротивлений в пределах Rом/20 - Rом/100, а со стороны больших сопротивлений - в пределах (20 100)/Rом. Следовательно, входное сопротивление омметра определяет порядок измеряемых сопротивлений. Поэтому при расчёте предел измерений омметра часто задают его входным сопротивлением. Из формулы (4) следует, что требуемое значение входного сопротивления можно обеспечить как подбором напряжения питания U0, так и выбором измерителя. Чем чувствительнее измеритель, тем меньшее напряжение питания требуется для получения выбранного значения Rом.

Если пределы измерений заданы наименьшим и максимальным значениями измеряемых сопротивлений Rxн и Rхм, то входное сопротивление омметра выбирают, исходя из формулы

Rом ≈ (RxнRхм) 0,5 .

Например, для измерения сопротивлений от 10 до 5000 Ом следует взять Rом ≈ 50000 0,5 = 224 Ом, или округлённо 200 Ом.

В верхней части рис. 5 приведён график основной относительной погрешности омметра δ o , выраженной в процентах от значения производимого отсчёта. Из графика видно, что при измерителе класса точности 1,0 наименьшая погрешность (примерно 4%) имеет место при отсчёте в средней части шкалы, а к краям шкалы погрешность быстро возрастает. Поэтому диапазон измерений обычно ограничивают пределами (0,1...10)Rом. В общем случае отсчёт по графику следует умножать на класс точности применённого в омметре измерителя. Например, при работе омметра с измерителем класса 2,5 основная погрешность для середины шкалы составляет примерно 10%. В связи с резко неравномерным характером шкалы допустимое значение основной погрешности омметров часто выражают в процентах от длины шкалы. Например, при длине шкалы 100 мм и классе точности 1,5 основная погрешность омметра не превышает ± 1,5 мм; это означает, что действительному значению измеряемого сопротивления Rx может соответствовать отсчёт по шкале омметра в пределах ± 1,5 мм от полученной точки отсчёта.

Источниками питания большинства омметров служат малогабаритные сухие или аккумуляторные элементы. Они имеют начальную э. д. с. примерно 1,5 В, которая в процессе эксплуатации постепенно уменьшается. При расчёте омметра обычно предусматривают возможность измерений при уменьшении э. д. с. каждого элемента примерно до 1 В. Внутреннее сопротивление одного элемента не превышает 1-2 Ом и при расчёте последовательных схем омметров им можно пренебречь.

Если напряжение питания U отличается от расчётного напряжения U0, которому соответствует шкала омметра, то при Rx = 0 стрелка измерителя не будет устанавливаться на нуль шкалы и появится дополнительная погрешность измерений. С целью её уменьшения простейшая схема (рис. 16-2, б) дополняется регулятором, позволяющим устанавливать перед началом измерений стрелку измерителя на нуль шкалы омметра при Rx = 0. В некоторых омметрах установка нуля осуществляется при помощи магнитного шунта посредством регулировки тока полного отклонения измерителя Iи; при этом остаются неизменными входное сопротивление омметра и, следовательно, его градуировочная характеристика. В комбинированных измерительных приборах, в которых один и тот же измеритель используется как в схеме омметра, так и в схемах измерения напряжения, тока и т. д., применение измерителя с регулируемым при измерении сопротивлений магнитным шунтом недопустимо, поскольку это приведёт к возрастанию погрешности измерения других электрических величин. Поэтому в большинстве приборов применяют схемы омметров, в которых компенсация изменения напряжения питания осуществляется с помощью переменных резисторов или потенциометров.

На рис. 6, а приведена схема омметра с последовательным включением реостата установки нуля R. Выбор сопротивления добавочного резистора по формуле

Rд = Uн/Iи - Rи (6)

обеспечивает при Rx = 0, полностью выведенном реостате (R = 0) и наименьшем допустимом напряжении питания Uн отклонение стрелки измерителя И на всю шкалу. Если же омметр работает при напряжении, превышающем Uн, ток в цепи понижают до значения Iи вводом реостата R. Полное сопротивление реостата Rм выбирается из условия обеспечения установки нуля при максимально возможном напряжении питания Uм:

Rм >= (Uм - Uн)/Iи (7)

Входное сопротивление рассматриваемой схемы изменяется пропорционально изменению напряжения питания U. Поскольку шкала омметра выполнена для определённого входного сопротивления, то изменение последнего создаёт дополнительную погрешность измерения, равную относительному изменению напряжения питания. Например, если напряжение U отличается от расчётного U0 на 20%, то для любой точки шкалы погрешность измерений возрастёт на 20%.

Рис. 6. Последовательные схемы омметров с последовательным (а) и параллельным (б) включением регулятора нуля.

Более совершенной является схема омметра с параллельным включением реостата установки нуля R, изображённая на рис. 6, б. Элементы этой схемы рассчитываются таким образом, чтобы при Rx = 0, полностью введённом реостате (R = Rм) и напряжении питания Uн через измеритель протекал ток Iи. Если же U > Uн, то для установки стрелки на нуль частично выводится реостат R, благодаря шунтирующему действию которого ток через измеритель уменьшается до Iи.

Входное сопротивление данной схемы

Rом = Rд + R*Rи/(R+Rи) = Rд + Rи/(1+Rи/R)

в процессе установки реостатом R нуля будет несколько изменяться. Однако это изменение при любом сопротивлении R не превышает значения Rи. Обычно Rи << Rд, поэтому входное сопротивление омметра сравнительно мало зависит от напряжения питания и дополнительная погрешность не превышает нескольких процентов при изменении напряжения U на 20-30%.

При заданном входном сопротивлении Rом и выбранном измерителе, данные которого Iи и Rи считаем известным, расчёт омметра по схеме на рис. 6, б проводится в следующем порядке.

1. Задаёмся допустимым отношением максимального и наименьшего напряжений питания Uм/Uн (обычно оно берётся равным 1,5).

2. Из условия

Uм >= 1,1*Iи*Rом(Uм/Uн) (8)

выбираем максимальное напряжение Uм; оно должно быть кратным максимальной э. д. с. одного элемента выбранного типа источника питания. Например, при использовании элементов с э. д. с. 1,5 В напряжение Uм может быть равно 1,5; 3; 4,5 В и т. д.

3. Находим наименьшее допустимое напряжение питания:

Uн = Uм:(Uм/Uн) (9)

4. Определяем сопротивление добавочного резистора:

Rд = Rом*.

5. Выбираем реостат установки нуля из условия

Rм >= IиRиRд/

Рис. 7. Схема омметра с балансной регулировкой нуля.

Очень малую зависимость от напряжения питания обеспечивает схема омметра с балансной регулировкой нуля, приведённая на рис. 7. Здесь установка нуля осуществляется с помощью потенциометра R, включённого параллельно измерителю и используемого в качестве универсального шунта с плавной регулировкой. Предположим, что в процессе установки куля приходится уменьшать сопротивление R нижней (по чертежу) части потенциометра. При этом одновременно будет увеличиваться сопротивление цепи измерителя, в которую входит сопротивление Rм - R второго участка потенциометра. В результате при надлежащем выборе элементов схемы входное сопротивление омметра при изменении напряжения питания остаётся почти неизменным и дополнительная погрешность измерений не превышает 1 %.

При известных значениях Rом, Uм/Uн и выбранном измерителе расчёт схемы омметра на рис. 7 проводится в следующем порядке.

1. Выбираем максимальное напряжение питания из условия

Uм >= Iи*Rом*(l+Uм/Uн) (10)

2. По формуле (9) находим напряжение Uн.

3. Выбираем полное сопротивление потенциометра R из условия

Rм >= Iи*Rи*Rом/(Uн - Iи*Rом).

4. Сопротивление добавочного резистора находим по формуле

Rд = Rом - Rм*Rи/(Rм + Rи)

Градуировка омметров с последовательной схемой измерения может производиться расчётным путём на основе формулы (5), которая позволяет при известном входном сопротивлении Rом для каждого значения Rx определить отношение токов Iх/Iи, полностью характеризующее положение стрелки измерителя.

Ответ: Uм = 6 В; Uн = 4 В; Rд = 19,1 кОм; Rм = 5 кОм.

Ответ: Uм = 1,5 В; Uи = 0,75 В; Rд = 90 Ом; Rм >= 30 Ом.

Многопредельные омметры и мегомметры

Чтобы уменьшить погрешность измерений, диапазон измерений омметра стремятся ограничить центральным участком его шкалы, выбираемым в пределах от (0,1...0,3)R ом до (3...10)R ом. Для расширения диапазона измеряемых сопротивлений применяют многопредельные омметры. Переход с одного предела измерений на другой осуществляют изменением в определённое число раз N входного сопротивления R ом, производимым с таким расчётом, чтобы при R x = 0 сохранялось отклонение стрелки измерителя на всю шкалу. Обычно берут N = 10, что позволяет использовать на всех пределах общую шкалу с множителями к ней, кратными 10, при ограничении диапазона измерений значениями R ом /l0 0,5 ...l0 0,5 *R ом. Отметке в центре шкалы многопредельного омметра обычно соответствует отсчёт значения входного сопротивления того предела измерений, для которого оно выражается числом от 10 до 100. Сопротивление измеряют на том пределе,при котором отсчёт наиболее близок к центру шкалы.

Рис. 8. Схемы расширения предела измерений омметра в сторону больших (а) и малых (б) сопротивлений.

Расширение предела измерений в сторону больших сопротивлений производят по схеме на рис. 8, а. При переходе от предела 1 с входным сопротивлением Rомl к пределу 2, который должен иметь входное сопротивление Rом2 = 10Rомl, увеличивают сопротивление добавочного резистора до значения R д2 = R ом2 - R a-б. где R a-б - сопротивление параллельной цепи из шунта и измерителя (между точками схемы а и б), определённое при сопротивлении шунта R ≈ 0,75Rм. Для сохранения установки нуля одновременно повышают напряжение питания до значения U 2 = 10U 1 . При использовании высоковольтных источников и чувствительных измерителей можно получить сопротивление Rом в десятки мегом и более. Данную схему можно применить и для изменения предела измерений в сторону малых сопротивлений, однако лишь при условии, если возможно уменьшить в N раз напряжение источника питания.

При входном сопротивлении Rом в тысячи ом и менее необходимое напряжение питания обеспечивается одним сухим элементом или аккумулятором. В этом случае расширение предела измерений в сторону малых сопротивлений производят при неизменном напряжении питания по схеме на рис. 8, б. Предположим, что при переходе с предела 1 на предел 2 входное сопротивление нужно уменьшить в 10 раз до значения R ом2 = 0,1R ом1 . Тогда ток в цепи питания при Rx = 0 увеличится в 10 раз и станет I2 = 10*I1. Для сохранения в цепи измерителя тока Iи параллельно измерителю включают универсальный шунт Rш и цепь питания присоединяют к участку шунта Rш2 = 0,1Rш. При этом 90% тока I2 будет ответвляться через R ш2 , а 0,1*I2 = I1 пойдёт через обеспечивая протекание через измеритель тока Iи. Сопротивление добавочного резистора R д2 рассчитывается так, чтобы дополнить общее сопротивление R б-в параллельной цепи из шунта и измерителя, определённое между точками б и в, до значения R ом2 , т. е. R д2 = R ом2 - R б-в.

В некоторых случаях при уменьшении входного сопротивления омметра в N раз напряжение питания может быть уменьшено только в Н < N раз; тогда ток в цепи питания увеличится в Т = N/H раз. Например, если при уменьшении входного сопротивления в 10 раз напряжение питания уменьшено лишь в 2 раза, то ток в цепи питания возрастёт в 5 раз. Очевидно, что в общем случае Rш2 = Rш/T.

Расчёт схемы многопредельного омметра следует начинать с наиболее высокоомного предела. При переходе к другим пределам сначала уменьшают до возможного минимума напряжение питания, а затем усиливают шунтирование измерителя с целью компенсации возрастания тока в цепи питания.

Схема типового многопредельного омметра приведена на рис. 9. На пределе 1, соответствующем наибольшему входному сопротивлению Rом1. напряжение питания омметра равно U1+U3. Переход к пределу 2, характеризуемому входным сопротивлением R ом2 = R ом1 /N, сопровождается уменьшением в N раз напряжения питания до значения U2 + U3 = (U1 + U3)/N. Переход к пределу 3, для которого Rом3 = Rом2/N, сопровождается как уменьшением напряжения питания в H = 3 раза до напряжения U3, обеспечиваемого одним элементом, так и увеличением тока цепи питания в Т = N/H раз. При этом сопротивление участка шунта Rш2+Rш3 = Rш/T. Переход к пределу 4, для которого R ом4 = R ом3 /N, производится при неизменном напряжении питания U3; это приводит к увеличению тока в цепи питания ещё в N раз. Поэтому сопротивление участка шунта Rш3 = (Rш2 + Rш3)/N = Rш/(NT).

Полное сопротивление ступенчатого шунта следует выбирать из условия где n - число элементов батареи питания на самом высокоомном пределе измерений; оно легко определяется после выбора максимального напряжения питания для предела 1 по формуле (8) или (10).

Для удобства установки нуля омметр иногда снабжается кнопкой, при нажатии которой замыкаются входные зажимы прибора.

Многопредельный омметр может быть выполнен как с переключателем пределов измерений, так и с системой гнёзд.

Регулировка омметра в основном заключается в подгонке на каждом пределе сопротивления его добавочного резистора Rд, которое должно быть таким, чтобы при подключении к входным зажимам опорного резистора с сопротивлением, равным входному Rом, стрелка измерителя (после предварительной установки нуля) отклонялась точно до середины шкалы.

При выборе пределов измерений следует учитывать, что возможность уменьшения входного сопротивления омметра ограничивается двумя причинами. Во-первых, при малом Rом может значительно увеличиться погрешность вследствие трудно учитываемого влияния внутреннего сопротивления источника питания. Во-вторых, при малом Rом сильно возрастает ток в цепи питания, который может превысить допустимое значение. Поэтому омметры с последовательной схемой измерения обычно имеют входное сопротивление не менее 20-30 Ом.

В омметрах, предназначенных для измерения сопротивлений средних значений (примерно до 1 мОм), источниками питания служат малогабаритные сухие, реже аккумуляторные, элементы или батареи, которые помещаются внутри кожуха в изолированном от остальной схемы отсеке. Если омметр имеет высокоомный предел, который не обеспечивается встроенным источником питания (например, предел 1 в схеме на рис. 9), то предусматривается возможность подключения внешней высоковольтной батареи или используется преобразователь напряжения.

Рис. 9. Схема многопредельного батарейного омметра

Омметры, предназначенные для измерения больших сопротивлений (мегомметры), для своей работы требуют напряжений в сотни и тысячи вольт. По типу первичного источника питания мегомметры разделяются на индукторные, сетевые и батарейные. В индукторных мегомметрах источниками питания служат индукторы - малогабаритные высоковольтные генераторы постоянного тока с ручным приводом, имеющие приспособление, стабилизирующее частоту вращения якоря. В сетевых мегомметрах, питаемых от сети переменного тока, используются высоковольтные выпрямители, дополняемые стабилизаторами напряжения.

В батарейных мегомметрах, получающих питание от сухих или аккумуляторных батарей, требуемое напряжение питания обеспечивается с помощью стабилизированных преобразователей постоянного напряжения; выполненные на полупроводниковых приборах, такие преобразователи получаются весьма компактными и экономичными, что позволяет их совмещать в общей конструкции с мегомметром.

При конструировании мегомметров особое внимание приходится уделять вопросам устранения влияния токов утечки, возникающих под действием высокого напряжения в изоляционных материалах и имеющих иногда значение, сравнимое с током в цепи исследуемого высокоомного объекта.

Задача 3. Проверить расчёт схемы омметра на рис. 9, если R ом1 = 100 кОм; R ом2 = 10 кОм; R ом3 = 1 кОм; R ом4 = 100 Ом; Uм/Uн = 1,5. Данные измерителя: Iи = 200 мкА; Rи = 700 Ом.

Результаты расчёта сверить с данными, приведёнными на схеме.

Омметры с параллельной и комбинированной схемами измерения

Для измерения малых сопротивлений применяются преимущественно омметры, работающие по параллельной схеме. Их основное достоинство - возможность получения малого входного сопротивления при сравнительно небольшом токе, потребляемом от источника питания. Схема омметра представлена на рис. 10. Она отличается от последовательной схемы на рис. 6,а, лишь способом включения исследуемого резистора Rх, который присоединяется параллельно измерителю. Поэтому при свободных входных зажимах 1 и 2, т. е. при Rx = ∞, через измеритель проходит наибольший ток, который с помощью реостата R (или магнитного шунта - при его наличии) устанавливают равным току полного отклонения Iи. При подключении резистора Rx последний шунтирует измеритель, уменьшая ток в его цепи. При замкнутых накоротко входных зажимах (Rx = 0) ток через измеритель отсутствует. Необходимые значения сопротивлений Rд и Rм находятся по формулам (6) и (7).

Рис. 10. Параллельная (параллельно - последовательная) схема омметра.

Градуировочная характеристика параллельных схем омметров определяется отношением

Iх/Iи = Rх/(Rом+Rх) = (Rх/Rом)/(1+Rх/Rом) (11)

где Ix - ток в цепи измерителя при подключении Rx, а

Rом = (Rд+R)*Rи/(Rд+R+Rи) = Rи/(1+Rи/(Rд+R))

есть входное сопротивление омметра (относительно зажимов 1 и 2). При Rx = Rом отношение Iх/Iи = 0,5. Следовательно, и здесь середине шкалы соответствует измеряемое сопротивление, равное входному. На рис. 11 приведена развёрнутая шкала, выполненная в относительных единицах Rх/Rом и справедливая для омметра с любым входным сопротивлением при условии умножения отсчёта по шкале на множитель, численно равный Rом. Эта шкала точно такая же, как у омметров с последовательной схемой измерения, но расположена она в обратном направлении.

Рис. 11. Развёрнутая шкала параллельных схем омметров.

В параллельных схемах с целью компенсации изменения напряжения питания перед началом измерений с помощью реостата R производят установку стрелки измерителя на отметку «∞». Это вызывает некоторое изменение входного сопротивления омметра. Возникающая дополнительная погрешность в отличие от последовательных схем будет значительно меньше при включении регулятора R последовательно в цепь питания, чем при параллельном подключении его к измерителю. Объясняется это тем, что сопротивление в цепи питания Rд+R обычно превышает сопротивление измерителя Rи не менее чем в 10-20 раз. Поэтому входное сопротивление параллельной схемы омметра в основном определяется сопротивлением измерителя и приближённо можно считать Rом ≈ Rи. Если требуемое входное сопротивление Rом < Rи, то параллельно измерителю, как это показано штрихами на рис. 10, включают проволочный шунт сопротивлением

Rш ≈ RиRом(Rи - Rом),

которое точно подгоняют при регулировке прибора. В этом случае расчёт сопротивлений Rд и Rм производят по формулам;

Rд = Uн*(Rш - Rом)/(Iи/Rш) - Rом;

Rм >= (Uм - Uн)(Rш - Rом)/(Iи-Rш).

Минимальное сопротивление Rом, которое может быть получено при параллельной схеме, определяется максимально допустимым значением тока источника и при использовании аккумуляторных батарей большого заряда или низковольтных мощных выпрямителей (в сетевых омметрах) может достигать тысячных долей ома и менее. В таких омметрах приходится учитывать сопротивление проводников, соединяющих цепь измерителя с объектом измерений. Эти соединения выполняются толстым проводом возможно меньшей длины. Для уменьшения переходных сопротивлений выходные зажимы 1 и 2 делают массивными, а выводы омметра снабжаются толстыми, заострёнными на конце металлическими щупами.

Для работы в параллельных схемах следует выбирать измеритель с малым напряжением полного отклонения Uи = Iи*Rи. При прочих равных условиях такой измеритель обеспечивает более высокую точность измерений и меньший расходный ток в цепи питания. Точность измерений также повышается с увеличением напряжения питания, так как при этом возрастает необходимое сопротивление резистора Rд, что уменьшает зависимость входного сопротивления от напряжения источника. Для того чтобы дополнительная погрешность измерений не превышала 5%, напряжение питания следует выбирать из условия

Uм >= 10*Iи*Rи*(Uм/Uн)*(Uм/Uн - 0,9)/(Uм/Uн + 1)

Для предохранения батареи питания от непроизводительного разряда омметры снабжаются выключателями или кнопками, замыкающими цепь питания лишь на время измерений.

Омметры, диапазон измерений которых должен охватывать и малые и большие сопротивления, строятся по параллельно-последовательной (комбинированной) схеме, примером которой может служить та же схема на рис. 10. Малые сопротивления подключаются параллельно измерителю (к зажимам 1 и 2), а большие - последовательно в цепь питания (через зажимы 3 и 4 при разомкнутом выключателе В). Для отсчёта значений Rx необходимы две шкалы, аналогичные представленным на рис. 5 и 11.

Ответ: Uм = 1,5В (> 0,27В); Uн = 1 В; Rш ≈ 1,1 Ом; Rд = 12,3 Ом; Rм = 7 Ом.

Омметры с логометрическими измерителями

Логометры, применяемые в схемах омметров (мегомметров), представляют собой магнитоэлектрические измерители с двумя рамками, расположенными под углом друг к другу и укреплёнными на одной оси со стрелкой (рис. 12). Ток к рамкам подводится с помощью гибких ленточек, практически не создающих противодействия повороту рамок. Поэтому при отсутствии тока в рамках подвижная часть находится в состоянии безразличного равновесия. В зазоре между полюсными наконечниками и сердечником создаётся неравномерное магнитное поле вследствие применения, например, сердечника с эллиптической формой сечения. Цепи обеих рамок подключают к общему источнику питания. Через рамки текут токи I1 и I2, магнитные поля которых, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создают вращающие моменты противоположных направлений. Подвижная часть устанавливается в такое положение, при котором встречные вращающие моменты рамок равны. Это положение равновесия зависит лишь от отношения токов I2/I1 и не зависит (в определённых пределах) от значений этих токов. Поэтому приборы с логометрическими измерителями не требуют предварительной установки нуля и их показания не зависят от напряжения питания при его изменении в достаточно широких пределах.

Рис. 12. Схема омметра с логометрическим измерителем

Большие сопротивления измеряются по последовательной схеме, при включении объекта измерений в цепь одной из рамок через зажимы 1 и 2. Отношение токов а следовательно, и угол поворота подвижной системы зависят от значения Rx, отсчитываемого по одной из шкал логометра («MΩ»). Пределы измерений определяются сопротивлениями R1 и R2+R3. Относительно малые сопротивления измеряются по параллельной схеме, для чего объект измерений через зажимы 2 и 3 (при замкнутых зажимах 1 и 2) включается параллельно цепи одной из рамок измерителя. Отсчёт производится по второй шкале логометра («кΩ»).

Электронные омметры и мегомметры

Любой электронный вольтметр постоянного тока может быть применён для измерения электрических сопротивлений средних и больших значений. Для этого вольтметр дополняется измерительной схемой, создающей на его входе постоянное напряжение, уровень которого зависит от соотношения между измеряемым сопротивлением Rx и опорным сопротивлением Ro.

Электронный омметр можно выполнить на основе одного из двух вариантов, поясняемых схемами на рис. 13. В обоих случаях во входной цепи прибора необходимо включить источник постоянного напряжения U0, равного или близкого предельному напряжению Uп, измеряемому вольтметром; резисторы Ro и Rx образуют делитель этого напряжения.

При входной цепи, выполненной по схеме на рис. 13, а, на вход вольтметрового компонента подаётся напряжение, снимаемое с опорного резистора Ro. При разомкнутых входных зажимах (Rx = ∞) это напряжение равно нулю. Замыкание входных зажимов (при Rx = 0) приводит к воздействию на вольтметр всего напряжения U0 ≈ Uп и отклонению стрелки его измерителя до конца шкалы, что обеспечивается специальным регулятором установки «нуля» омметра. В общем случае при измеряемом сопротивлении Rx на вход вольтметра поступает напряжение

Ux = U0*R0*(R0+Rx) = U0/(1+Rx/Ro).

Зависимость этого напряжения от отношения Rx/Ro позволяет снабдить измеритель вольтметра дополнительной шкалой с отсчётом в значениях Rx/Ro или непосредственно Rx. При Rx = Ro напряжение Ux = 0,5Uo. Следовательно, середине омметровой шкалы соответствует измеряемое сопротивление, равное Ro, и шкала получается такой же, как у омметров с последовательной схемой, имеющих входное сопротивление Rом = Ro (см. рис. 5).

Рис. 13. Схемы компоновки электронных омметров и мегомметров

При втором варианте входной цепи (рис. 13, б) на вход вольтметрового компонента подаётся напряжение, снимаемое с резистора Rx; в общем случае

Ux = U0*Rx/(Ro+Rx) = U0*Rx/Ro/(1+Rx/Ro).

Когда Rx = 0 вход вольтметра закорочен и Ux = 0. При Rx = ∞ на вольтметр воздействует напряжение U0 ≈ Uп и специальным регулятором установки омметра на «∞» добиваются отклонения стрелки измерителя на всю шкалу. В этом случае шкала омметра располагается в обратном (по сравнению с предыдущим вариантом) направлении и оказывается такой же, как у омметров с параллельной схемой, имеющих входное сопротивление Rом = Ro (см. рис. 11).

Таким образом, предел измерений электронного омметра определяется сопротивлением резистора Ro. Это позволяет построить многопредельный электронный омметр, в котором изменение пределов осуществляется переключением резисторов Ro различных номиналов. Чаще всего сопротивления резисторов Ro смежных пределов различаются в 10 раз, что позволяет использовать для отсчёта общую шкалу с десятичными множителями к ней.

Наименьший предел измерений ограничивается возрастанием тока, потребляемого от источника напряжения U0 при малом Ro, а также влиянием внутреннего сопротивления источника. Наибольший предел измерений ограничивается входным сопротивлением вольтметрового компонента, которое должно быть больше сопротивления Ro, по крайней мере, в 30-100 раз. Поэтому электронные омметры, имеющие высокоомные пределы измерений, базируются на вольтметрах, у которых входной каскад выполнен на лампе, работающей без тока в цепи управляющей сетки, либо представляет собой балансный истоковый повторитель на полевых транзисторах. При монтаже входных зажимов на высококачественном изоляционном материале, применении переключателей с керамическими платами и аккуратном выполнении монтажа удаётся осуществить измерение сопротивлений до 1000 МОм и более, но для этого необходимо иметь сопротивление Ro примерно 100 МОм. Трудность подбора достаточно точных и стабильных резисторов Ro большого сопротивления препятствует расширению предела измерений. В электронных приборах промышленного изготовления (тераомметрах) специальными приёмами достигается измерение сопротивлений до 100000 МОм.

Для измерения сопротивлений удобно использовать вольтметровые компоненты с пределом измерения 1,5...3 В, так как в этом случае источник напряжения U0 может состоять из одного или двух сухих элементов. Но при измерении очень больших сопротивлений, например сопротивления изоляции, работа при низком напряжении U0 не всегда целесообразна, поскольку значение этих сопротивлений существенно зависит от приложенного к ним напряжения, уменьшаясь с возрастанием последнего. Изменение больших сопротивлений в основном наблюдается до напряжений примерно 100 В. Для получения такого (или большего) напряжения в зависимости от первичного источника питания используют стабилизированные выпрямители или преобразователи.

На значение сопротивлений изоляции и утечки влияют внешние условия (влажность, температура воздуха и др.), при которых производится измерение, а также длительность воздействия испытательного напряжения. Поэтому условия испытания детали или цепи желательно приближать к действительным условиям её эксплуатации; отсчёт следует производить не ранее чем через 1 мин после подключения исследуемого объекта к входным зажимам.

Структура электронного омметра (мегомметра) делает целесообразным его использование в качестве комбинированного прибора - многопредельного вольтомметра постоянного тока. Примером может служить схема вольтомметра постоянного тока, представленная на рисунке.

Здесь схема измерения сопротивлений образуется при установке переключателя В2 в положение «R». При этом в качестве источника напряжения U0 используется элемент Б2, а резисторы R1 - R3 входного делителя напряжения вольтметра в том или ином сочетании (определяемом установкой переключателя пределов измерений В1) играют роль опорного резистора Ro. Установка нуля омметра (при Rx = 0) может производиться потенциометром R6, используемом при измерении напряжений для калибровки вольтметра. Если нарушение калибровки вольтметра нежелательно, то, добавив ещё одну секцию к переключателю В2, можно обеспечить включение в цепь измерителя И специального регулятора нуля омметра.

При наличии батареи питания, не имеющей отвода, необходимое напряжение U0 может быть получено с помощью делителя напряжения, включаемого параллельно батарее. В этом случае можно осуществлять установку нуля омметра посредством плавной регулировки напряжения U0.

Омметры с равномерной шкалой

Основным недостатком омметров и мегомметров рассмотренных выше типов является резкая неравномерность их шкал, охватывающих несколько порядков значений измеряемых сопротивлений, и связанная с этим значительная погрешность измерений. Более высокая точность при некотором усложнении процесса измерений достигается в омметрах с равномерными (линейными) шкалами.

Для получения равномерной шкалы в омметрах используют либо метод сравнения измеряемого сопротивления Rx с сопротивлением опорного резистора, либо метод измерения падения напряжения на резисторе Rx, создаваемого током фиксированного уровня.

Рис. 14. Схема омметра с равномерной шкалой и параллельным соединением резисторов Rx и Rп

Метод сравнения может быть реализован в двух вариантах. Схема первого варианта (рис. 14) характерна наличием магнитоэлектрического измерителя тока И и параллельным включением резисторов Rx и Rп; сопротивление последнего численно определяет верхний предел измеряемых сопротивлений. После подключения резистора Rx к входным зажимам переключатель В ставят в положение «Установка» и реостатом R устанавливают в цепи резистора Rx ток полного отклонения Iи. Затем переключатель В переводят в положение «Измерение»; при этом измеритель оказывается включённым в цепь опорного резистора Rп и протекающий через него ток определяется формулой

Ix = Iи*Rx/((Rп-(Rп-Rx)(Uи/U)),

где Uи = IиRи - напряжение полного отклонения измерителя.

Если напряжение на зажимах источника U >> Uи, то вторым членом знаменателя можно пренебречь и тогда ток в цепи сказывается пропорциональным отношению Rx/Rп, причём сопротивлению Rx = Rп отвечает отклонение стрелки измерителя до конца шкалы. При наличии у измерителя равномерной шкалы с числовыми отметками от 0 до 100 отсчёт по ней будет давать отношение Rx/Rп, выраженное в процентах с точностью, близкой к классу точности измерителя. Соответствующим выбором сопротивления Rп можно обеспечить непосредственный отсчёт Rx по имеющейся шкале измерителя с использованием множителя к ней, кратного 10. Например, при шкале измерителя с отметками от 0 до 30 желательно выбирать сопротивления Rп из ряда значений 3, 30, 300 Ом (кОм, МОм).

Шкала омметра будет достаточно точно соответствовать равномерной шкале измерителя, если при Rx = 0 перевод переключателя В из положения «Установка» в положение «Измерение» не будет вызывать заметного изменения тока I в цепи питания; это достигается при сравнительно больших значениях сопротивления Rд + R и напряжения питания U. Наибольшая относительная погрешность, вызываемая несовпадением шкал омметра и измерителя, определяется формулой

δшк = (IиRи/Uн)*100%,

пользуясь которой можно найти наименьшее напряжение питания Uн, при котором погрешность δшк не превосходит допустимого значения. При выборе измерителя, очевидно, следует отдавать предпочтение приборам с меньшим значением Uи = IиRи.

При выбранном измерителе наименьший предел измерений омметра Rп.н ограничивается предельно допустимым током Iдоп источника питания:

Rп.н >= Iи*Rи/(Iдоп-2*Iи) ≈ (IиRи)/Iдоп,

а максимально возможный предел измерений Rп.и зависит от напряжения Uн:

Rп.м <= Uн/Iи-Rи

В общем случае при выбранном верхнем пределе Rп источник должен обеспечивать напряжение

Uн >= Iи(Rп+Rи)

Например, при измерителе с параметрами Iи = 100 мкА, Rи = 900 Ом и верхнем пределе Rп = 1 МОм напряжение Uн = 100 В. Отсюда видно, что для измерения больших сопротивлений необходим высоковольтный источник питания.

При известных пределах изменения напряжения питания Uм - Uн необходимые сопротивления добавочного резистора Rд и реостата R определяются формулами:

Rд = Rп*(Uн/Iи-Rп-Rи)/(2Rп+Rи);

R >= Rп*(Uv/Iи-Rи)/(Rп+Rи) - Rд

Из этих формул следует, что при выполнении омметра многопредельным переключение пределов измерений должно сопровождаться изменением номиналов не только опорных резисторов Rп, но и резисторов Rд и R.

Рис. 15. Схема омметра с равномерной шкалой и последовательным соединением резисторов Rx и Rп.

Второй вариант метода сравнения представлен на рис. 15 схемой омметра, в которой сопротивления Rx и Rп включены последовательно в цепи источника постоянного напряжения U, а индикатором является вольтметр постоянного тока V; последний дополняется плавным регулятором чувствительности, например входным высокоомным потенциометром или реостатом в цепи измерителя. Сравнение сопротивлений Rx и Rп производится по размеру падений напряжений Ux и Uп, создаваемых на них одним и тем же током I источника питания. При установке переключателя В2 в положение «Установка» вольтметр V подключается к опорному резистору Rп; подбором предела измерений вольтметра и регулировкой его чувствительности добиваются отклонения стрелки измерителя до конца шкалы. Затем переключатель В2 переводят в положение «Измерение» для измерения напряжения Ux. Так как отношение напряжений

Ux/Uп = Rx/Rп,

то отсчёт сопротивлений Rx может производиться по равномерной шкале напряжений вольтметра, считая верхним её пределом значение Rп. Изменение пределов измерений омметра производится переключением резисторов Rп различных номиналов.

Рассматриваемая схема омметра обладает двумя замечательными особенностями: результаты измерений не зависят ни от напряжения U источника питания, ни от входного сопротивления Rв вольтметра.

Недостатком омметров, действующих методом сравнения, является то, что измерению каждого нового значения сопротивления Rx должна предшествовать установка стрелки измерителя на конечное деление шкалы. В этом отношении более удобны омметры, в измерительной цепи которых создаётся фиксированный ток.

Рис. 16. Схема омметра с равномерной шкалой и резистивной фиксацией уровня тока

Простейший, но довольно эффективный способ фиксации уровня тока, иллюстрируемый схемой на рис. 16, состоит во включении в цепь источника постоянного напряжения U ограничительного резистора Ro, сопротивление которого в десятки или даже сотни раз превышает предельное значение Rп измеряемых омметром сопротивлений Rx. Падение напряжения на резисторе Rx фиксируется электронным вольтметром постоянного тока V с большим входным сопротивлением Rв. Если Ro >> Rп и Rв >> Rп, то сопротивлению Rx отвечает падение напряжения на нём

Uх = (U/Ro)Rх,

а предельному сопротивлению Rп - напряжение

Uп = (U/Ro)Rп,

при котором стрелка измерителя вольтметра должна отклоняться на всю шкалу. Отсчёт по этой шкале может производиться непосредственно в значениях Rx.

Из последней формулы следует:

U/Uп = Rо/Rп,

и чем больше эти отношения, тем меньше будет нарушаться линейность шкалы при измерении сопротивлений. С этой точки зрения желательно использование в омметре источника питания возможно большего напряжения и вольтметрового компонента высокой чувствительности, чтобы указанные отношения были, по крайней мере, не менее 30-100.

Омметр рассматриваемого вида может быть выполнен как многопредельный с переключаемыми резисторами Ro различных номиналов. Выбранному предельному значению Rп должно соответствовать сопротивление

Ro = Rп(U/Uп).

Входное сопротивление вольтметрового компонента Rв ограничивает максимальный предел измеряемых сопротивлений условием Rп.м << Rв. При выполнении входного каскада по схеме истокового повторителя удаётся повысить допустимое значение Rп.м до десятков мегом.

Если Rx >> Rп, и особенно при свободных входных зажимах возможна значительная перегрузка вольтметрового компонента. Поэтому измерение производят лишь после подключения к входным зажимам резистора Rx при кратковременном нажатии кнопки Кн1. Если порядок сопротивления Rx неизвестен, то первоначально устанавливают наиболее высокоомный предел измерений. Защиту входа вольтметра от перегрузок можно также обеспечить с помощью стабилитрона (см. схему ) или, учитывая весьма малое значение Uп, посредством специально подобранного точечного диода, включённого в прямом направлении.

Если напряжение U источника питания не стабилизировано, то перед началом измерений следует выполнять калибровку прибора. Для этого нажатием кнопки Кн2 на одном из пределов измерений омметра к входу вольтметрового компонента подключают резистор с сопротивлением Rк = Rп и регулятором чувствительности вольтметра добиваются отклонения стрелки его измерителя до конца шкалы.

Рис. 17. Схема омметра с равномерной шкалой и транзисторным стабилизатором тока.

Омметры с равномерной шкалой могут быть выполнены на базе транзисторного стабилизатора тока. принцип действия которого поясняется схемой на рис. 17. Транзистор Т, коллекторной нагрузкой которого является резистор Rх, включён по схеме с общей базой. Поэтому его коллекторный ток практически не зависит от напряжения на коллекторе, а следовательно, и от сопротивления нагрузки при их изменении в широких пределах. При фиксированном коллекторном токе показания вольтметра V, включённого параллельно нагрузке, будут пропорциональны сопротивлению Rx при условии, что входное сопротивление вольтметра Rв >> Rx.

Стабилизированное напряжение, падающее на стабилитроне Д, создаёт ток эмиттера, который может принимать определённые фиксированные уровни, например, равные 10, 100 и 1000 мкА, в зависимости от значения сопротивления включённого в цепь эмиттера резистора R1 - R3. При выборе транзистора с высоким коэффициентом передачи тока Вст ток эмиттера почти полностью передаётся в цепь коллектора. Очевидно, что различным фиксированным значениям коллекторного тока будут отвечать различные пределы измерения сопротивлений по одной и той же шкале вольтметра V. Чем выше напряжение источника, тем большим оказывается верхний предел измеряемых омметром сопротивлений, при котором ещё сохраняется стабилизация тока коллектора. Практически удаётся измерять сопротивления примерно до 100 кОм.

Вольтметры, используемые в большей части рассмотренных схем омметров, часто являются составными компонентами последних, образуя совместно с ними комбинированные приборы - вольтомметры постоянного тока с общими равномерными шкалами для измерения напряжений и сопротивлений.

Ответ: Выбираем отношение U/Uп = 100. Тогда U = 100 В, Rо1 = 100 МОм, Rо2 = 1 МОм, Ro3 = 10 кОм; Rк = 100 Ом.

Задача 6. Произвести ориентировочный расчёт омметра, выполненного по схеме на рис. 17, на пределы измерений 3 и 30 кОм, если в нём применён транзистор с коэффициентом Вст ≈ 100, стабилитрон типа Д808 с параметрами: Uст = 7,5 В; Iст = 5 мА и вольтметр с пределом измерений 3 В.

Ответ: Выбираем источник питания с максимальным напряжением 13,5 В. Тогда R4 ≈ 600 Ом; Iэ1 ≈ Iк1 = 1 мА; Iэ2 ≈ Iк2 = 0,1 мА; R1 ≈ 7,5 кОм; R2 ≈ 75 кОм.

Мостовой метод измерения электрических сопротивлений

Высокая точность измерения сопротивлений может быть достигнута при использовании . Для измерения сопротивлений средних значений применяются одинарные измерительные мосты постоянного тока. В общем случае одинарный мост, типовая схема которого представлена на рис. 18, состоит из четырёх резисторов R1 - R4, образующих замкнутый четырёхугольник. Стороны последнего называются плечами моста. В одну диагональ моста включается источник постоянного напряжения U, а в другую - чувствительный индикатор (гальванометр или микроамперметр) с нулём посредине шкалы, предназначенный для индикации нулевого значения тока. Мост считается уравновешенным, или сбалансированным, если в его индикаторной диагонали отсутствует ток. В уравновешенном мосте через резисторы R1 и R2 протекает один и тот же ток I1; одинаковый ток I2 проходит и через резисторы R3 и R4. Поскольку разность потенциалов между концами а и б индикаторной диагонали отсутствует, то эти токи создают одинаковые падения напряжения на резисторах R1 и R4, а также R2 и R3, а именно:

I 2 R 4 = I 1 R 1 ; I 2 R 3 = I 1 R 2

Разделив почленно первое равенство на второе, находим R4/R3 = R1/R2, откуда

Следовательно, в уравновешенном мосте произведения сопротивлений противоположных плеч равны. Если одно из этих сопротивлений, например R4, является неизвестным (Rx), то его можно рассчитать по формуле

Rx = R1(R3/R2). (12)

В зависимости от способа уравновешивания мосты разделяются на магазинные и линейные (реохордные). Магазинный мост (рис. 18) уравновешивают при фиксированном отношении сопротивлений R3/R2 посредством изменения сопротивления резистора R1; последний часто выполняется в виде магазина сопротивлений, а в простейшем случае представляет собой реостат со шкалой с непосредственной оценкой установленного значения сопротивления.

Рис. 18. Схема магазинного моста постоянного тока

Из последней формулы следует, что при R3 = R2 (т. е. при отношении R3/R2 = 1) равновесие моста имеет место при сопротивлении R1 = Rx и, следовательно, отсчёт Rx можно производить непосредственно по шкале реостата (магазина) R1. Наибольшее значение измеряемых сопротивлений определяется полным сопротивлением реостата R1 (например, 10 Ом). Для расширения пределов измерений с помощью переключателя В в мост включают резисторы R3 другого сопротивления, большего первоначального в 10, 100, 1000 и т. д. раз, при котором отношение R3/R2 становится равным 10, 100, 1000 и т. д. При этом отсчёт по шкале R1 необходимо умножать на соответствующий множитель, равный отношению R3/R2, а верхний предел измеряемых сопротивлений возрастает до 100, 1000, 10 000 Ом и более.

Погрешность измерений зависит от стабильности и точности подбора сопротивлений постоянных резисторов плеч моста, правильности показаний резистора переменного сопротивления и точности фиксации состояния равновесия. В мостах промышленного изготовления, использующих образцовые резисторы и высокочувствительные зеркальные гальванометры, погрешность измерений не превышает десятых долей процента.

Рис. 19. Схема реохордного моста постоянного тока с «бесконечным» пределом измерений

Реохордный мост (рис. 19) уравновешивается при фиксированном сопротивлении R1 посредством плавного изменения отношения сопротивлений R3/R2. Резисторы R3 и R2 заменяют реохордом, который представляет собой натянутую по прямой линии или окружности высокоомную (например, манганиновую) проволоку со скользящим по ней движком. Отношение сопротивлений R3/R2 двух участков проволоки, разделённых движком, равно отношению длин этих участков L3/L2; в значениях этих отношений градуируется шкала, располагаемая параллельно проволоке. Шкала имеет градуировку от 0 до ∞, причём середине её отвечает отношение L3/L2 = 1. Уравновешивание моста производится перемещением движка реохорда. Измеряемое сопротивление определяется по формуле

Расширение диапазона измерений производится включением в схему резисторов R1 различных номиналов, численные значения которых являются множителями к отсчёту по шкале реохорда.

Сопротивление реохорда, выполненного из отрезка проволоки, обычно равно нескольким омам. С целью уменьшения нагрузки на источник питания вместо реохордов иногда применяют проволочные потенциометры сопротивлением в несколько сотен или тысяч ом, имеющие плотную равномерную намотку.

Логарифмический характер шкалы реохорда ограничивает её рабочий участок значениями отношений L3/L2 примерно от 0,1 до 10. В схеме реохордного моста, приведённой на рис. 20, неравномерность шкалы уменьшается благодаря включению последовательно с реохордом двух одинаковых резисторов R21 и R31; если их сопротивления удовлетворяют условию: R21 = R31 = R/9, где R - полное сопротивление реохорда, то крайним положениям движка будут отвечать отношения R3/R2, равные 0,1 и 10.

Реохордные мосты могут быть выполнены весьма компактными, однако по точности измерений они уступают магазинным мостам.

Рис. 20. Схема реохордного с ограниченными пределами измерений.

Равновесие любого моста постоянного тока не нарушится, если поменять местами индикаторную диагональ и диагональ питания. При малом сопротивлении реохорда мост обычно включают по схеме на рис. 20, так как при этом источник питания меньше нагружается, чем в схеме включения по рис. 19.

Когда мост не уравновешен, через чувствительный индикатор может протекать большой, опасный для него ток. Поэтому в начале измерений искусственно понижают чувствительность индикатора, включая последовательно с ним (рис. 18) или параллельно ему (рис. 19) резистор (R5), сопротивление которого берётся соответственно в несколько раз большим или меньшим сопротивления индикатора. После грубого уравновешивания моста нажатием кнопки Кн резистор R5 выключают, после чего производят точную балансировку моста.

Управление мостом упрощается при автоматической регулировке чувствительности его индикатора с помощью нелинейного шунта. В схеме моста на рис. 20 шунт представляет собой кремниевый диод Д, включённый параллельно индикатору и резистору R5. Если напряжение на индикаторной диагонали мало, то диод Д имеет большое сопротивление, его шунтирующее действие незначительно и индикатор обладает максимальной чувствительностью. При повышении приложенного к индикаторной диагонали напряжения сопротивление диода уменьшается и чувствительность индикатора резко понижается; при этом большая часть напряжения гасится на балластном резисторе R6.

При фиксированной полярности включения батареи питания и индикатора можно всегда установить, в какую сторону от нуля отклоняется стрелка, если отсчитываемое по положению ручек управления сопротивление больше или меньше измеряемого. Выполнив на шкале индикатора соответствующие отметки («Мало», «Много»), можно легко определить направление, в котором следует изменять сопротивления резисторов моста для достижения равновесия.

Точность уравновешивания моста существенно зависит от чувствительности индикатора и напряжения питания. Последнее берут таким, чтобы при любой установке ручек управления и любом значении Rx ток через индикатор не превышал предельно допустимого для него значения. Чем большие сопротивления должен измерять мост, тем большие напряжения требуются для получения заметного отклонения стрелки при неуравновешенном мосте. Если напряжение питания моста выбрано из условия обеспечения работы его на самом высокоомном пределе, то для ограничения напряжения, подводимого к мосту на низкоомных пределах, в цепь питания включают резистор (Rо на рис. 19) необходимого сопротивления.

Мосты, применяемые для измерения сопротивлений постоянному току, можно питать и от источников тока низкой частоты при условии, что исследуемые детали или цепи не обладают заметными реактивными параметрами. При этом используют индикаторы баланса переменного тока, например головные телефоны, уравновешивая мост по минимальной слышимости тона частоты питания.

Одинарные мосты непригодны для измерения сопротивлений, меньших 0,1-1 Ом, вследствие влияния сопротивлений соединительных проводников и контактов. Для измерения весьма малых сопротивлений (от 1 мкОм до 10 Ом) служат двойные мосты постоянного тока.

Мосты постоянного тока широко применяются для косвенного измерения многих неэлектрических величин (температуры, давления и др.), изменения которых с помощью специальных преобразователей удаётся превратить в изменение сопротивления одного из плеч мостовой схемы.

Недостатками уравновешенных мостов являются отсутствие непосредственной оценки, необходимость регулировок и вычислений для определения результатов измерений; они преодолеваются, правда, за счёт некоторого возрастания погрешности измерений или усложнения конструкции, в неуравновешенных и автоматических мостах.

Неуравновешенные мосты обычно применяются для многократных измерений степени соответствия сопротивлений (или других величин, преобразуемых в сопротивления) некоторому заданному номинальному значению Rн. Эти мосты уравновешиваются для сопротивления Rx = Rн. При Rx ≠ Rн в цепи индикатора возникает ток, который в общем случае определяется формулой

Ix = U(R1R3-R2R4)/(R ин *(R1+R2)*(R3+R4) + R1R4*(R2+R3) + R2R3*(R1+R4)), (13)

где R ин - полное сопротивление цепи индикатора. При стабильном напряжении питания U отсчёт по шкале индикатора можно производить в значениях сопротивлений Rx = R4 (близких к номиналу Rн) или в процентах отклонения значения измеряемой величины от номинала, что облегчает разбраковку контролируемых изделий по различным нормам допуска. Такие мосты часто называют процентными.

Автоматические мосты работают на принципе самоуравновешивания. Их основой является реохордный мост. Напряжение, возникающее при разбалансе на концах индикаторной диагонали, после усиления воздействует на электродвигатель, который посредством специальной передачи перемещает движок реохорда. По мере приближения к положению равновесия напряжение, подводимое к двигателю, уменьшается и после остановки двигателя по шкале реохорда определяется значение измеряемой величины.

По своей физической природе все вещества по-разному реагируют на протекание через них электрического тока. Одни тела хорошо его пропускают и их относят к проводникам, а другие очень плохо. Это диэлектрики.

Свойства веществ противодействовать протеканию тока оценивают численным выражением — величиной электрического сопротивления. Принцип его определения предложил Георг Ом. Его именем названа единица измерения этой характеристики.

Взаимосвязь между электрическим сопротивлением вещества, приложенным к нему напряжением и протекающим электрическим током принято называть законом Ома.

Принципы измерения электрического сопротивления

Исходя из приведенной на картинке зависимости трех важнейших характеристик электричества определяют величину сопротивления. Для этого необходимо иметь:

2. измерительные приборы силы тока и напряжения.

Источник напряжения через амперметр подключают к измеряемому участку, сопротивление которого необходимо определить, а вольтметром меряют падение напряжения на потребителе.

Сняв отсчет тока I амперметром и величину напряжения U вольтметром, рассчитывают значение сопротивления R по закону Ома. Этот простой принцип позволяет выполнять замеры и производить расчеты вручную. Однако, пользоваться им в таком виде сложно. Для удобства работы созданы омметры.

Конструкция простейшего омметра

Производители измерительных приборов изготавливают устройства измерения сопротивления, работающие по:

1. аналоговым;

2. или цифровым технологиям.

Первый вид приборов называют стрелочными за счет способа отображения информации — перемещения стрелки относительно начального положения в точку отсчета на шкале.

Омметры стрелочного типа, как измерительные приборы сопротивлений, появились первыми и продолжают успешно работать до настоящего времени. Они есть в арсенале инструментов большинства электриков.

В конструкции этих приборов:

1. все компоненты приведенной схемы встроены в корпус;

2. источник выдает стабилизированное напряжение;

3. амперметр измеряет ток, но его шкала сразу проградуирована в единицах сопротивления, что исключает необходимость выполнения постоянных математических расчетов;

4. на внешние вывода клемм корпуса подключаются провода с концами, обеспечивающими быстрое создание электрической связи с испытуемым элементом.

Стрелочные приборы подобного класса измерения работают за счет собственной магнитоэлектрической системы. Внутри измерительной головки помещена обмотка провода, в которую подключена токопроводящая пружинка.

По этой обмотке от источника питания через измеряемое сопротивление Rx проходит ток, ограничиваемый резистором R до уровня миллиампер. Он создает магнитное поле, которое начинает взаимодействовать с полем постоянного магнита, расположенного здесь же, которое показано на схеме полюсами N—S.

Чувствительная стрелка закреплена на оси пружинки и под действием результирующей силы, сформированной от влияния этих двух магнитный полей, отклоняется на угол, пропорциональный силе протекающего тока или величине сопротивления проводника Rx.

Шкала прибора выполнена в делениях сопротивления — Омах. За счет этого положение стрелки на ней сразу указывает искомую величину.

Принцип работы цифрового омметра

В чистом виде цифровые измерители сопротивлений выпускаются для выполнения сложных работ специального назначения. Массовому потребителю сейчас доступен , совмещающих в своей конструкции задачи омметра, вольтметра, амперметра и другие функции.

Для замера сопротивления необходимо перевести соответствующие переключатели в требуемый режим работы прибора и подключить измерительные концы к проверяемой схеме.

При разомкнутых контактах на табло будет индикация «I», как показано на фотографии. Оно соответствует большему значению, чем прибор может определить на заданном участке чувствительности. Ведь в этом положении он уже измеряет сопротивление воздушного участка между контактами зажимов соединительных проводов.

Когда же концы установлены на резистор или проводник, то цифровой омметр отобразит значение его сопротивления реальными цифрами.

Принцип измерения электрического сопротивления цифровым омметром тоже основан на применении закона Ома. Но, в его конструкции уже работают более современные технологии, связанные с использованием:

1. соответствующих датчиков, предназначенных для измерения тока и напряжения, которые передают информацию по цифровым технологиям;

2. микропроцессорных устройств, обрабатывающих полученные сведения от датчиков и выводящих их на табло в наглядном виде.

У каждого типа цифрового омметра могут быть свои отличительные пользовательские настройки, которые следует изучить перед работой. Иначе по незнанию можно допустить грубые ошибки, ибо подача напряжения на его вход встречается довольно часто. Она проявляется выгоранием внутренних элементов схемы.

Обычными омметрами проверяют и измеряют электрические цепи, сформированные проводами и резисторами, обладающие относительно небольшими электрическими сопротивлениями на пределах до нескольких десятков или тысяч Ом.

Измерительные мосты постоянного тока

Электрические приборы измерения сопротивления в виде омметров созданы как переносные, мобильные устройства. Ими удобно пользоваться для оценки типовых, стандартных схем или прозвонки отдельных цепей.

В лабораторных условиях, где часто нужна высокая точность и качественное соблюдение метрологических характеристик при выполнении измерений работают другие устройства — измерительные мосты постоянного тока.

Электрические схемы измерительных мостов на постоянном токе

Принцип работы таких приборов основан на сравнении сопротивлений двух плеч и создании баланса между ними. Контроль сбалансированного режима осуществляется контрольным мили- или микроамперметром по прекращению протекания тока в диагонали моста.

Когда стрелка прибора установится на ноль можно вычислить искомое сопротивление Rx по значениям эталонов R1, R2 и R3.

Схема измерительного моста может иметь возможность плавного регулирования сопротивлений эталонов в плечах или выполняться ступенчато.

Внешний вид измерительных мостов

Конструктивно такие приборы выполняются в едином заводском корпусе с возможностью удобной сборки схемы для электрической проверки. Органы управления переключения эталонов позволяют быстро выполнять измерения сопротивлений.

Омметры и мосты предназначены для измерения сопротивления проводников электрического тока, обладающих резистивным сопротивлением определенной величины.

Приборы измерения сопротивления контура заземления

Необходимость периодического контроля технического состояния вызвана условиями их нахождения в грунте, который вызывает коррозионные процессы металлов. Они ухудшают электрические контакты электродов с почвой, проводимость и защитные свойства по стеканию аварийных разрядов.

Принцип работы приборов этого типа тоже основан на законе Ома. Зонд контура заземления стационарно размещен в земле (точка С), за счет чего его потенциал равен нулю.

На одинаковых расстояниях от него порядка 20 метров забивают в грунт однотипные заземлители (главный и вспомогательный) так, чтобы стационарный зонд был расположен между ними. Через оба этих электрода пропускают ток от стабилизированного источника напряжения и замеряют его величину амперметром.

На участке электродов между потенциалами точек А и С вольтметром замеряют падение напряжения, вызванное протеканием тока I. Далее проводится расчет сопротивления контура делением U на I с учетом поправки на потери тока в главном заземлителе.

Если вместо амперметра и вольтметра использовать логометр с катушками тока и напряжения, то его чувствительная стрелка будет сразу указывать конечный результат в омах, избавит пользователя от рутинных вычислений.

По этому принципу работает много марок стрелочных приборов, среди которых популярны старые модели МС-0,8, М-416 и Ф-4103.

Их удачно дополняют разнообразные современные измерители сопротивлений, созданные для подобных целей с большим арсеналом дополнительных функций.

Приборы измерения удельного сопротивления грунта

С помощью только что рассмотренного класса приборов также измеряют удельное сопротивление почвы и различных сыпучих сред. Для этого их включают по другой схеме.

Электроды главного и вспомогательного заземлителя разносят на расстояние, большее 10 метров. Учитывая то, что на точность замера могут влиять близкорасположенные токопроводящие объекты, например, металлические трубопроводы, стальные башни, арматура, то к ним допустимо приближаться не меньше, чем на 20 метров.

Остальные правила измерения остаются прежними.

По такому же принципу работают приборы измерения удельного сопротивления бетона и других твердых сред. Для них применяются специальные электроды и незначительно меняется технология замера.

Как устроены мегаомметры

Обычные омметры работают от энергии батарейки или аккумулятора — источника напряжения небольшой мощности. Его энергии достаточно для того, чтобы создать слабый электрический ток, который надежно проходит через металлы, но ее мало для создания токов в диэлектриках.

По этой причине обычным омметр не может выявить большинство дефектов, возникающих в слое изоляции. Для этих целей специально создан другой тип приборов измерения сопротивлений, которые принято называть на техническом языке «Мегаомметр». Название обозначает:

мега — миллион, приставка;

Ом — единица измерения;

метр — общепринятое сокращение слова измерять.

Внешний вид

Приборы этого типа тоже бывают стрелочными и цифровыми. В качестве примера можно продемонстрировать мегаомметр марки М4100/5.

Его шкала состоит из двух поддиапазонов:

1. МΩ — мегаомы;

2. KΩ — килоомы.

Электрическая схема

Сравнивая ее со схемой устройства обычного омметра, легко увидеть, что она работает по тем же самым принципам, основанным на применении закона Ома.

В качестве источника напряжения выступает генератор постоянного тока, ручку которого необходимо равномерно вращать с определенной скоростью порядка 120 оборотов в минуту. От этого зависит уровень высоковольтного напряжения, выдаваемого в схему. Эта величина должна пробить слой дефектов с пониженной изоляцией и создать сквозь нее ток, который отобразится перемешением стрелки по шкале.

Переключатель режима измерения МΩ—KΩ коммутирует положение групп резисторов схемы, обеспечивая работу прибора в одном из рабочих поддиапазонов.

Отличием конструкции мегаомметра от простого омметра является то, что на этом приборе используются не две выходные клеммы, подключаемые к измеряемому участку, а три: З (земля), Л (линия) и Э (экран).

Клеммами земля и линия пользуются для измерения сопротивдения изоляции токоведущих частей относительно земли или между разными фазами. Клемма экрана призвана устранить воздействие создаваемых токов утечек через изоляцию на точность работы прибора.

У большого количества мегаомметров других моделей клеммы обозначают немного по-другому: «rx», «—», «Э». Но суть работы прибора от этого не меняется, а клемма экрана используется для тех же целей.

Цифровые мегаомметры

Соврменные приборы измерения сопротивления изоляции оборудования работают по тем же принципам, что их стрелочные аналоги. Но они отличаются значительно большим количеством функций, удобством в измерениях, габаритами.

Выбирая цифровые приборы для постоянной эксплуатации следует учитывать их особенность: работу от автономного источника питания. На морозе батарейки быстро теряют работоспоосбность, требуют замены. По этой причине работа стрелочными моделями с ручным генератором остается востребованной.

Правила безопасности при работе с мегаомметрами

Минимальное напряжение, создаваемое прибором на выходных клеммах, составляет 100 вольт. Оно используется для проверки изоляции электронных блоков и чувствительной аппаратуры.

В зависимости от сложности и конструкции оборудования электрической схемы на мегаомметрах применяют другие значения напряжений вплоть дл 2,5 кВ включительно. Самыми мощными приборами можно оценивать изоляцию высоковольтного оборудования линий электропередач.

Все эти работы требуют четкого выполнения правил безопасности, а осуществлять их могут исключительно подготовленные специалисты, имеющие допуск к работам под напряжением.

Характерными опасностями, создаваемыми мегаомметрами при работе являются:

опасное высокое напряжение на выходных клеммах, измерительных проводах, подключенном электрическом оборудовании;

необходимость предотвращения действия наведенного потенциала;

создание остаточного заряда на схеме после выполнения замера.

При измерении сопротивления слоя изоляции высокое напряжение прикладывается между токоведущей частью и контуром земли или оборудованием другой фазы. На протяженных кабелях, линиях электропередачи оно заряжает емкость, образованную между разными потенциалами. Любой неумелый работник своим телом может создать путь для разряда этой емкости и получить электрическую травму.

Чтобы исключить такие несчастные ситуации перед выполнением замера мегаомметром проверяют отсутствие опасного потенциала на схеме и снимают его после работы с прибором по специальной методике.

Омметры, мегаомметры и рассмотренные выше измерители работают на постоянном токе, определяют только резистивное сопротивление.

Приборы измерения сопротивления в цепях переменного тока

Наличие большого количества различных индуктивных и емкостных потребителей как в бытовых домашних электросетях, так и на производстве, включая предприятия энергетики, создает дополнительные потери энергии за счет реактивной составляющей полного электрического сопротивления. Отсюда возникает необходимость ее полного учета и выполнения специфических измерений.

Приборы для измерения сопротивления петли фаза-ноль

Когда в электрической проводке происходит неисправность, приводящая к закорачиванию потенциала фазы на ноль, то образуется цепь, по которой идет ток короткого замыкания. На его величину влияет сопротивление участка электропроводки от места КЗ до источника напряжения. Оно определяет величину аварийного тока, который должен отключаться автоматическими выключателями.

Поэтому необходимо выполнять на самой удаленной точке и с его учетом подбирать номиналы защитных автоматов.

Для выполнения подобных замеров разработано несколько методик, основанных на:

падении напряжения при: отключенной цепи и на сопротивлении нагрузки;

коротком замыкании с пониженными токами от постороннего источника.

Замер на нагрузочном сопротивлении, встроенном в прибор, отличается точностью и удобством. Для его выполнения концы прибора вставляют в самую отдалённую от защит розетку.

Нелишним бывает выполнение измерений во всех розетках. Современные измерители, работающие по этому методу, сразу показывают сопротивление петли фаза-ноль на своем табло.

Все рассмотренные приборы представляют только часть устройств для измерения сопротивления. На предприятиях энергетики работают целые измерительные комплексы, позволяющие постоянно анализировать изменяющиеся величины электрических параметров на сложном высоковольтном оборудовании и принимать экстренные меры для устранения возникающих неисправностей.

Наука начинается с умения измерять.
Д.И.Менделеев

В практике радиолюбителя приходится встречаться с необходимостью измерения низкоомных сопротивлений (до 1 Ом). Решить эту задачу и предназначен простой миллиомметр. Этим устройством можно с достаточной для радиолюбителя точностью измерять сопротивления от 0,0001 до 1 Ома.
При измерении малых сопротивлений с помощью цифровых мультиметров последовательно с измеряемым сопротивлением, назовём его Rx, неизбежно включено сопротивление соединительных проводов, переходное сопротивление входных клемм или гнёзд, контактов переключателя и т.п. Это сопротивление (Rпр.) находится в пределах 0,1…0,4 Ом. Вследствие вышеуказанных причин, реально измеренное сопротивление будет больше Rx на некоторую величину (Rx+Rпр.). Погрешность может доходить до 50 % при измерении очень малых сопротивлений. Для больших сопротивлений эта ошибка невелика, и её можно не учитывать.
Из изложенного понятно, что надо исключить влияние соединительных проводов и т.п. на результат измерения очень малых сопротивлений. Существует метод измерения низкоомных сопротивлений по 4-зажимной схеме на постоянном токе. Применение данного метода полностью исключает влияние соединительных проводов на результат измерения малых сопротивлений. Этот метод используется в данном миллиомметре. Кратко рассмотрим суть метода измерения по 4-зажимной схеме.

Рисунок 1

На рис.1 (слева) приведена схема измерения сопротивления по 2-зажимной схеме. Красным цветом показан путь измерительного тока. Как видим, ток протекает и через измеряемый резистор и через сопротивление проводов (Rпр) мультиметра, что вносит погрешность в результат измерения. Сопротивление вольтметра не оказывает влияния на измерение Rx, так как обладает очень большим (до 10 МОм) внутренним сопротивлением Rвх. На рис.1 (справа) показана 4-зажимная схема измерения. Из схемы понятно, что сопротивление проводов не оказывает влияния на результат измерения, так как включено последовательно с очень большим внутренним сопротивлением вольтметра. Измерительный ток протекает только через резистор Rx.

Вот схема миллиомметра (рис.2).

Рисунок 2

Источником питания схемы является батарея с напряжением 9 В. Выключателем SB напряжение от батареи подаётся на микросхему стабилизатора напряжения типа 7806. Конденсатор С1 служит для подавления скачков напряжения. Резисторы R1, VR2 необходимы для установки выходного напряжения микросхемы в пределах 6 В. Потенциометром VR2 устанавливается точная величина выходного напряжения величиной 6В. Потенциометром VR3 устанавливается выходной ток, протекающий через измеряемый резистор Rx равный 100мА (0,1 А). Поскольку резистор VR3 имеет относительно большое сопротивление по сравнению с измеряемым Rx, то погрешность, возникающая при этом вследствие наличия сопротивлений Rx (от 1 мОм до 1 Ом), будет оказывать влияние на величину тока 100мА в пределах не более 2%.

Конструкция миллиомметра
Внешний вид и вид на монтаж деталей миллиомметра показан на фото 1, 2 и 3. Монтаж деталей выполнен навесным способом, микросхема на радиатор не устанавливалась. В качестве потенциометров VR2, VR3 использованы многооборотные резисторы для более точной установки напряжения и тока. Корпус прибора пластмассовый, размеры 11*6*4 см. Клеммы К1 иК2 металлические. Выключатель питания типа МТ-1.

Фото 1

Фото 2

Фото 3

Подготовка к измерению сопротивления
Подсоединить щупы цифрового вольтметра к клеммам К1 и К2. Подать напряжение от источника питания на схему, включив выключатель SB. Потенциометром VR2 установить выходное напряжение величиной 6 В при неподключённом резисторе Rx. Далее, отключив SB, переключаем мультиметр на измерение тока (щупы остаются на прежнем месте), включаем SB и потенциометром VR3 устанавливаем величину выходного тока 0,1А.

Фото 4

Фото 5

Проведение измерений
Для начала возьмём несколько резисторов известной величины (0,1; 0,2; 0,5 Ом) и измерим их сопротивление, чтобы убедиться в работоспособности миллиомметра.

Фото 6

Не включая питание под клеммы К1 и К2, зажимаем выводы измеряемого сопротивления. Щупы цифрового вольтметра устанавливаем в гнёзда клемм К1 и К2, а предел измерения на отметку 200мВ. Включаем питание и считываем показания прибора.

Фото 7

Допустим, величина измеренного напряжения 22,3 мВ. Ток ранее был установлен 100мА. Делим напряжение на ток и получаем искомое сопротивление. В нашем случае: Rx=22,3: 100= 0,223 Ом. Конечно, принято делить вольты на амперы, чтобы получить Омы, но так удобнее, не надо переводить мВ и мА в вольты и амперы. Точно также измеряем другие эталонные резисторы. Но всё-таки вспомним, что 1 В-1000мВ; 100мВ-0,1В; 10мВ-0,01В; 1мВ-0,001В; 1А-1000мА; 100мА-0,1А. В моём мультиметре наименьший предел измерения - 200мВ, цена деления - 0,1 мВ. Входное сопротивление - около 10 МОм. То есть теоретически можно измерить сопротивление величиной 0,001 Ом (1мОм). Вольтметры с низким входным сопротивлением для наших измерений не годятся.
Итак, мы определили, что проведенные измерения дали реальный результат. Теперь переходим к измерению неизвестного сопротивления. В качестве неизвестных сопротивлений будем использовать шунты из разобранных авометров. При измерении сопротивления самого большого шунта падение напряжения составило 0,5 мВ, ток 100 мА.

Фото 8

Величина сопротивления шунта, рассчитанная по закону Ома, получилась 0,005 Ом. Сопротивление малого шунта, измеренного миллиомметром, равно 0,212 Ом (падение напряжения - 21,2 мВ).
Практическое применение миллиомметр может найти при подборе шунтов для зарядных устройств, измерении сопротивлений в оконечных каскадах усилителей низкой частоты и других устройств, где необходимо измерение малых сопротивлений (переходное сопротивление контактов выключателей, реле и др.).
Измерение низкоомных сопротивлений можно производить и при токах более 0,1 А. Для этого необходимо собрать стабилизатор тока на соответствующий ток. Схемы стабилизаторов приведены на рис.3.

Рисунок 3

Стабилизатор включается в схему вместо потенциометра VR3. Конечно, это повлечёт за собой установку микросхемы и транзистора на радиаторы соответствующего размера, а также к увеличению размеров прибора.
Сопротивления менее 1мОм (1000 мкОм) измеряют с помощью микроомметров. Измерительный ток может быть величиной до 150 А. Напряжение большой роли не играет.
Если необходимо изготовить шунт для зарядного устройства, а нихрома, константана, манганина нет, то можно воспользоваться шпилькой подходящего диаметра, как показано на фото 9.

Фото 9

Материал шпильки - сталь, бронза, медь и т.п. Передвигая один из контактов по шпильке добиваются нужного сопротивления шунта. Расчёт сопротивления шунта несложен. Будут вопросы - обсудим.

Похожие статьи