Измерение параметров электрических цепей кратко

Обновлено: 05.07.2024

Электроизмерительные приборы предназначены для измерения различных величин и параметров электрической цепи: напряжения, силы тока, мощности, частоты, сопротивления, индуктивности, емкости и других.

На схемах электроизмерительные приборы изображаются условными графическими обозначениями в соответствии с ГОСТ 2.729-68. На рис унке приведены общие обозначения показывающих и регистрирующих приборов.

Условные графические обозначения электроизмерительных приборов.

Для указания назначения электроизмерительного прибора в его общее обозначение вписывают конкретизирующее условное обозначение, установленное в стандартах, или буквенное обозначение единиц измерения прибора согласно ГОСТ в соответствии с таблицей:

2. Электромеханические измерительные приборы

По принципу действия электромеханические приборы подразделяются на приборы магнитоэлектрической, электромагнитной, ферродинамической, индукционной, электростатической систем. Условные обозначения систем приведены в табл. 1.2. Наибольшее распространение получили приборы первых трех типов: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические.

3. Области применения электромеханических приборов

Магнитоэлектрические приборы: щитовые и лабораторные амперметры и вольтметры; нулевые индикаторы при измерениях в мостовых и компенсационных цепях.

В промышленных установках переменного тока низкой частоты большинство амперметров и вольтметров - приборы электромагнитной системы. Лабораторные приборы класса 0,5 и точнее могут изготовляться для измерения постоянного и переменного токов и напряжения.

Электродинамические механизмы используются в лабораторных и образцовых, приборах для измерения постоянных и переменных токов, напряжений и мощностей.

Индукционные приборы на базе индукционных механизмов используют главным образом в качестве одно - и трехфазных счетчиков энергии переменного тока. По точности счетчики подразделяются на классы 1,0; 2,0; 2,5. Счетчик СО (счетчик однофазный) используют для учета активной энергии (ватт-часов) в однофазных цепях. Для измерения активной энергии в трехфазных цепях применяют двухэлементные индуктивные счетчики, счетный механизм которых учитывает киловатт-часы. Для учета реактивной энергии служат специальные индуктивные счетчики, имеющие некоторые изменения в устройстве обмоток или в схеме включения.

Активные и реактивные счетчики устанавливают на всех предприятиях для расчета с энергоснабжающими организациями за используемую электроэнергию.

Принцип выбора измерительных приборов

а) Определяют расчетом цепи максимальные значения тока, напряжения и мощности в цепи. Часто значения измеряемых величин известны заранее, например, напряжение сети или аккумуляторной батареи.

б) В зависимости от рода измеряемой величины, постоянного или переменного тока, выбирают систему прибора. Для технических измерений постоянного и переменного тока выбирают соответственно магнитоэлектрическую и электромагнитную системы. При лабораторных и точных измерениях для определения постоянных токов и напряжений применяют магнитоэлектрическую систему, а для переменного тока и напряжения — электродинамическую систему.

в) Выбирают предел измерения прибора таким образом, чтобы

измеряемая величина находилась в последней, третьей части шкалы

г) В зависимости от требуемой точности измерения выбирают класс

4. Способы включения приборов в цепь

Амперметры включают в цепь последовательно с нагрузкой, вольтметры - параллельно, ваттметры и счетчики, как имеющие две обмотки (токовую и напряжения), включают последовательно – параллельно .

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОМУ ТОКУ.

Диапазон измеряемых на практике сопротивлений ши­рок (от 10 -8 до 10 15 Ом), и его условно делят по значе­ниям сопротивлений на три части — малые (менее 10 Ом), средние (от 10 до 10 6 Ом) и большие (свыше 10 6 Ом), в каждой из которых измерение сопротивлений имеет свои особенности.

Измерение сопротивления электрической цепи посто­янному току на практике производится наиболее часто методом амперметра и вольтметра, логометрическим или мостовым методом.

Метод амперметра и вольтметра.

Этот метод основан на раздельном измерении тока в цепи измеряемого сопротивления Rx и напряжения U на его зажимах и по­следующем вычислении значения Rx по показаниям из­мерительных приборов:

Обычно ток измеряют амперметром, а напряжение вольтметром, этим объясняется название метода. Возможные схемы вклю­чения приборов показаны на рис. 1, а, б.

Достоинство метода заключается в простоте его реа­лизации, недостаток в сравнительно невысокой точно­сти результата измерения, которая ограничена классом точности применяемых измерительных приборов и мето­дической погрешностью. Последняя обусловлена влияни­ем мощности, потребляемой измерительными приборами в процессе измерения, другими словами — конечным значением собственных сопротивлений амперметра RА и вольтметра Rv.


Рис. 1. Схемы для измерений малых (а) и больших (б) сопротив­лений методом амперметра и вольтметра.

В схеме рис. 1, а вольтметр показывает значение напряжения на зажимах Rx, а амперметр — сумму токов Iv+I. Следовательно, результат измерения R, вы­численный по показаниям приборов, будет отличаться отRx:


R =

Относительная погрешность измерения в процентах


δ

Здесь приближенное равенство справедливо, так как при правильной организации эксперимента предполага­ется выполнение условия Rv >> Rx.

В схеме рис. 1.б амперметр показывает значение тока в цепи с Rx, а вольтметр — сумму падений напря­жений на Rx U и амперметре UA. Учитывая это, можно по показаниям приборов вычислить результат измере­ния:


.

Относительная погрешность измерения в процентах в данном случае равна:


δ

Сравнивая полученные выражения относительных по­грешностей, приходим к выводу: в схеме рис. 1, а на методическую погрешность результата измерения оказы­вает влияние только сопротивление Rv, для снижения этой погрешности необходимо обеспечить условие Rx >RA. Таким образом, при практическом ис­пользовании данного метода можно рекомендовать пра­вило: измерение малых сопротивлений следует произво­дить по схеме рис. 1, а; при измерении больших сопротивлений предпочтение следует отдавать схеме рис. 1, б.

Если при данном методе применить источник питания с заранее известным напряжением, то необходимость из­мерения напряжения вольтметром отпадает, а шкалу амперметра можно сразу отградуировать в значениях измеряемого сопротивления. На этом принципе основано действие многих моделей выпускаемых промышленно­стью омметров непосредственной оценки. Упрощенная принципиальная схема такого омметра показана на рис. 2. Схема содержит источник ЭД С - Е, добавочный ре­зистор Rд и амперметр (обычно микроамперметр) РА. При подключении к зажимам схемы измеряемого сопро­тивления Rx в цепи возникает ток I, под действием кото­рого подвижная часть амперметра поворачивается на угол α, а его указатель отклоняется на а делений шкалы:


а =

где С1 — цена деления (постоянная) амперметра; RA — сопротивление амперметра.




Шкала омметра нелинейная. Источник питания в такого рода приборах обычно реализуется в виде сухого элемента напряжения, ЭДС которого падает по мере его разряда. Ввести поправку на изменение Е, как видно из уравнения, можно путем соответствующей регулировки С1 или Rд.


Рис. 2. Принципиальная схема Рис. 3. Принципиальная схе­ма омметра с последовательным омметра с параллельным
включением измеряемого включением измеряемого

Регулировка С1 производится так: зажимы прибора, к которым подключается Rx, замыка­ются накоротко (Rх=0) и регулировкой положения магнитного шунта добиваются установки указателя ам­перметра на нулевую отметку шкалы; последняя распо­ложена на крайней правой точке шкалы. На этом регу­лировка заканчивается, и прибор готов к измерению сопротивлений.

Данный метод измерения сопротивлений применяется и в комбинированных приборах ампервольтомметрах. Однако здесь регулировка С1 недопустима, так как это приведет к нарушению градуировки прибора в режимах измерений токов и напряжений. Поэтому в таких прибоpax поправку на изменение ЭДС -Е вводят регулировкой сопротивления добавочного резистора Rд, который вы­полняется в виде резистора с изменяемым сопротивлени­ем. Процедура регулировки та же, что и в приборах с регулируемой магнитным шунтом магнитной индукцией в рабочем зазоре. В этом случае градуировочная харак­теристика прибора изменяется, что приводит к дополнительным методическим погрешностям. Однако параметры схемы выбираются так, чтобы указанная погрешность была небольшой.

Возможен другой способ подключения измеряемого сопротивления — не последовательно с амперметром, а параллельно ему (рис. 3). Зависимость между Rx и углом отклонения подвижной части в данном случае также нелинейная, однако нулевая отметка на шкале расположена слева, а не справа, как это имело место в предыдущем варианте. Такой способ подключения изме­ряемого сопротивления применяется только при измере­нии малых сопротивлений.


Рис. 4. Схемы омметров на основе логометра для измерения боль­ших (а) и малых (б) сопротивлений.

Этот метод основан на из­мерении отношения двух токов I1 и I2, один из которых протекает по цепи с измеряемым сопротивлением, а дру­гой — по цепи, сопротивление которой известно. Оба тока создаются одним источником напряжения, поэтому нестабильность последнего в известных пределах прак­тически не влияет на точность результата измерения. Принципиальная схема омметра на основе логометра представлена на рис. 4. Схема содержит измеритель­ный механизм на основе логометра магнитоэлектричес­кой системы с двумя рамками. Измеряемое сопротивле­ние может быть включено последовательно (рис. 4, а); или параллельно (рис. 4,б) относительно рамки измерительного механизма. Последовательное включение применяется при измерении средних и больших сопро­тивлений, параллельное—при измерении малых сопро­тивлений. Дальнейшее рассмотрение работы омметра на основе логометра будем вести на примере схемы рис. 4, а. Если пренебречь сопротивлением обмоток рамок логометра, то угол поворота подвижной части α зависит только от отношения сопротивлений:

Сопротивлением резистора R задается диапазон из­меряемых омметром сопротивлений

Напряжение питания логометра влияет на чувстви­тельность его измерительного механизма к изменению измеряемого сопротивления и не должно быть ниже оп­ределенного уровня. Обычно напряжение питания логометров устанавливают с некоторым запасом по отноше­нию к минимально допустимому уровню для того, чтобы его возможные колебания не влияли на точность резуль­тата измерения. Значение напряжения питания и способ его получения зависят от назначения омметра и диапазона измеряемых сопротивлений: при измерении малых и средних сопротивлений применяют сухие батареи, аккумуляторы или источники питания от промыш­ленной сети, при измерении больших сопротивлений, на­пример, изоляции,— специальные генераторы с напряже­нием 100, 500, 1000 В и более.

Контрольные вопросы

1. На чем основан метод амперметра и вольтметра?

2. В чем заключается достоинство метода амперметра и вольтметра?

3. Как производится регулировка омметра ?

4. Для чего применяют логометрический метод?

5. Назначение резистора R в схеме логометра.

1. Малиновский В.Н. Электрические измерения. М., Энергоиздат, 1983, с.392.

2. Попов B.C. Электрические измерения. М., Энергия, 1974, с.398.

3. Гуржій А.М., Поворознюк Н.І. Електричні і радіотехнічні вимірювання. Київ, Навчальна книга, 2002, с.287.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОМУ ТОКУ.

Диапазон измеряемых на практике сопротивлений ши­рок (от 10 -8 до 10 15 Ом), и его условно делят по значе­ниям сопротивлений на три части — малые (менее 10 Ом), средние (от 10 до 10 6 Ом) и большие (свыше 10 6 Ом), в каждой из которых измерение сопротивлений имеет свои особенности.

Измерение сопротивления электрической цепи посто­янному току на практике производится наиболее часто методом амперметра и вольтметра, логометрическим или мостовым методом.

Метод амперметра и вольтметра.

Этот метод основан на раздельном измерении тока в цепи измеряемого сопротивления Rx и напряжения U на его зажимах и по­следующем вычислении значения Rx по показаниям из­мерительных приборов:

Обычно ток измеряют амперметром, а напряжение вольтметром, этим объясняется название метода. Возможные схемы вклю­чения приборов показаны на рис. 1, а, б.

Достоинство метода заключается в простоте его реа­лизации, недостаток в сравнительно невысокой точно­сти результата измерения, которая ограничена классом точности применяемых измерительных приборов и мето­дической погрешностью. Последняя обусловлена влияни­ем мощности, потребляемой измерительными приборами в процессе измерения, другими словами — конечным значением собственных сопротивлений амперметра RА и вольтметра Rv.


Рис. 1. Схемы для измерений малых (а) и больших (б) сопротив­лений методом амперметра и вольтметра.

В схеме рис. 1, а вольтметр показывает значение напряжения на зажимах Rx, а амперметр — сумму токов Iv+I. Следовательно, результат измерения R, вы­численный по показаниям приборов, будет отличаться отRx:


R =

Относительная погрешность измерения в процентах


δ

Здесь приближенное равенство справедливо, так как при правильной организации эксперимента предполага­ется выполнение условия Rv >> Rx.

В схеме рис. 1.б амперметр показывает значение тока в цепи с Rx, а вольтметр — сумму падений напря­жений на Rx U и амперметре UA. Учитывая это, можно по показаниям приборов вычислить результат измере­ния:


.

Относительная погрешность измерения в процентах в данном случае равна:


δ

Сравнивая полученные выражения относительных по­грешностей, приходим к выводу: в схеме рис. 1, а на методическую погрешность результата измерения оказы­вает влияние только сопротивление Rv, для снижения этой погрешности необходимо обеспечить условие Rx >RA. Таким образом, при практическом ис­пользовании данного метода можно рекомендовать пра­вило: измерение малых сопротивлений следует произво­дить по схеме рис. 1, а; при измерении больших сопротивлений предпочтение следует отдавать схеме рис. 1, б.

Если при данном методе применить источник питания с заранее известным напряжением, то необходимость из­мерения напряжения вольтметром отпадает, а шкалу амперметра можно сразу отградуировать в значениях измеряемого сопротивления. На этом принципе основано действие многих моделей выпускаемых промышленно­стью омметров непосредственной оценки. Упрощенная принципиальная схема такого омметра показана на рис. 2. Схема содержит источник ЭД С - Е, добавочный ре­зистор Rд и амперметр (обычно микроамперметр) РА. При подключении к зажимам схемы измеряемого сопро­тивления Rx в цепи возникает ток I, под действием кото­рого подвижная часть амперметра поворачивается на угол α, а его указатель отклоняется на а делений шкалы:


а =

где С1 — цена деления (постоянная) амперметра; RA — сопротивление амперметра.

Шкала омметра нелинейная. Источник питания в такого рода приборах обычно реализуется в виде сухого элемента напряжения, ЭДС которого падает по мере его разряда. Ввести поправку на изменение Е, как видно из уравнения, можно путем соответствующей регулировки С1 или Rд.


Рис. 2. Принципиальная схема Рис. 3. Принципиальная схе­ма омметра с последовательным омметра с параллельным
включением измеряемого включением измеряемого

Регулировка С1 производится так: зажимы прибора, к которым подключается Rx, замыка­ются накоротко (Rх=0) и регулировкой положения магнитного шунта добиваются установки указателя ам­перметра на нулевую отметку шкалы; последняя распо­ложена на крайней правой точке шкалы. На этом регу­лировка заканчивается, и прибор готов к измерению сопротивлений.

Данный метод измерения сопротивлений применяется и в комбинированных приборах ампервольтомметрах. Однако здесь регулировка С1 недопустима, так как это приведет к нарушению градуировки прибора в режимах измерений токов и напряжений. Поэтому в таких прибоpax поправку на изменение ЭДС -Е вводят регулировкой сопротивления добавочного резистора Rд, который вы­полняется в виде резистора с изменяемым сопротивлени­ем. Процедура регулировки та же, что и в приборах с регулируемой магнитным шунтом магнитной индукцией в рабочем зазоре. В этом случае градуировочная харак­теристика прибора изменяется, что приводит к дополнительным методическим погрешностям. Однако параметры схемы выбираются так, чтобы указанная погрешность была небольшой.

Возможен другой способ подключения измеряемого сопротивления — не последовательно с амперметром, а параллельно ему (рис. 3). Зависимость между Rx и углом отклонения подвижной части в данном случае также нелинейная, однако нулевая отметка на шкале расположена слева, а не справа, как это имело место в предыдущем варианте. Такой способ подключения изме­ряемого сопротивления применяется только при измере­нии малых сопротивлений.


Рис. 4. Схемы омметров на основе логометра для измерения боль­ших (а) и малых (б) сопротивлений.

Этот метод основан на из­мерении отношения двух токов I1 и I2, один из которых протекает по цепи с измеряемым сопротивлением, а дру­гой — по цепи, сопротивление которой известно. Оба тока создаются одним источником напряжения, поэтому нестабильность последнего в известных пределах прак­тически не влияет на точность результата измерения. Принципиальная схема омметра на основе логометра представлена на рис. 4. Схема содержит измеритель­ный механизм на основе логометра магнитоэлектричес­кой системы с двумя рамками. Измеряемое сопротивле­ние может быть включено последовательно (рис. 4, а); или параллельно (рис. 4,б) относительно рамки измерительного механизма. Последовательное включение применяется при измерении средних и больших сопро­тивлений, параллельное—при измерении малых сопро­тивлений. Дальнейшее рассмотрение работы омметра на основе логометра будем вести на примере схемы рис. 4, а. Если пренебречь сопротивлением обмоток рамок логометра, то угол поворота подвижной части α зависит только от отношения сопротивлений:

Сопротивлением резистора R задается диапазон из­меряемых омметром сопротивлений

Напряжение питания логометра влияет на чувстви­тельность его измерительного механизма к изменению измеряемого сопротивления и не должно быть ниже оп­ределенного уровня. Обычно напряжение питания логометров устанавливают с некоторым запасом по отноше­нию к минимально допустимому уровню для того, чтобы его возможные колебания не влияли на точность резуль­тата измерения. Значение напряжения питания и способ его получения зависят от назначения омметра и диапазона измеряемых сопротивлений: при измерении малых и средних сопротивлений применяют сухие батареи, аккумуляторы или источники питания от промыш­ленной сети, при измерении больших сопротивлений, на­пример, изоляции,— специальные генераторы с напряже­нием 100, 500, 1000 В и более.

Контрольные вопросы

1. На чем основан метод амперметра и вольтметра?

2. В чем заключается достоинство метода амперметра и вольтметра?

3. Как производится регулировка омметра ?

4. Для чего применяют логометрический метод?

5. Назначение резистора R в схеме логометра.

1. Малиновский В.Н. Электрические измерения. М., Энергоиздат, 1983, с.392.

2. Попов B.C. Электрические измерения. М., Энергия, 1974, с.398.

3. Гуржій А.М., Поворознюк Н.І. Електричні і радіотехнічні вимірювання. Київ, Навчальна книга, 2002, с.287.


К параметрам электрических цепей относят активное сопротивление, индуктивное сопротивление или индуктивность L, емкостное сопротивление хс или емкость С, а также коэффициент взаимной индуктивной связи М.
Непосредственным измерением неизвестное сопротивление Rx можно определить с помощью омметра, где измеряемое сопротивление соединяется последовательно с прибором (рис. 21, а) или параллельно ему (рис. 21, б). Сопротивление Rд служит для ограничения тока в цепи прибора.
В цепях переменного тока для измерения индуктивности и емкости применяют логометрические измерительные механизмы. Неизвестное индуктивное сопротивление х измеряют по схеме на рис. 21, в; один элемент логометра включают последовательное известным индуктивным сопротивлением xL, а другой —последовательно с измеряемым х. Аналогичным образом собирается схема для измерения емкости. Для измерения индуктивности и емкости используется прибор МД-16. По шкале этого прибора индуктивность отсчитывают в генри, емкость — в фарадах.

Рис. 21. Схемы измерения активного сопротивления (а, б), индуктивности или емкости (в)

Параметры электрических цепей определяют также с помощью потенциометров, мостов постоянного и переменного токов и специальных приборов. На практике часто применяют косвенные методы измерения.

Самый простой из них—метод вольтметра—амперметра, применяемый для измерения сопротивления на постоянном токе. При измерении больших сопротивлений применяют схему, показанную на рис. 13,а; при измерении относительно малых (1 Ом и меньше) — схему — на рис. 13,б. Искомое сопротивление с достаточной для практики точностью вычисляется по формуле Rx = U/l.
В цепях переменного тока при измерении методом вольтметра—амперметра точность снижается, так как на погрешность измерений влияют сопротивление rх и его составляющие тх и хх. Для повышения точности используют метод трех приборов: амперметра, вольтметра и ваттметра. При измерении малых сопротивлений применяют схему, показанную на рис. 21, а; при измерениибольших— на рис. 21, б. Если в последней схеме пренебречь сопротивлением амперметра и токовой цепи ваттметра, то активное и полное сопротивления определяются по показаниям приборов:
Зная rх и zх, вычисляют реактивное сопротивлениеЭтот метод используют при определении параметров цепи в рабочих условиях, когда другие методы не приемлемы.


Электрические цепи представляют собой совокупность соединённых друг с другом элементов – источников электрической энергии и нагрузок в виде резисторов, катушек индуктивности, конденсаторов. При определённых допущениях эти нагрузки можно рассматривать как линейные пассивные двухполюсники с сосредоточенными постоянными, характеризуемые некими идеальными параметрами – сопротивлением R, индуктивностью L, ёмкостью С.

При измерении, однако, не всегда удаётся определить значение того или иного параметра, соответствующее идеальному, совершенному виду элемента. Несовершенство конструкции и характеристик применяемых материалов является причиной появления так называемых остаточных (паразитных) параметров элементов. Так, наряду с главным параметром – индуктивностью катушка индуктивности обладает собственной ёмкостью и активным сопротивлением; резистор, обладая активным сопротивлением, имеет также определённую индуктивность и т.п.

С учётом остаточных параметров конденсатор, катушку индуктивности или резистор можно характеризовать некоторым эффективным значением ёмкости, индуктивности, сопротивления, которые зависят от частоты. Поэтому эффективные параметры компонентов необходимо измерять на рабочих частотах, если их влиянием на результат измерения нельзя пренебречь.

В зависимости от объекта измерений, требуемой точности результата, диапазона рабочих частот и других условий для измерения параметров двухполюсников применяют различные методы и средства измерений. Наиболее распространёнными являются следующие методы измерения: вольтметра-амперметра, непосредственной оценки, мостовой, резонансный и дискретного счёта.

2. Метод вольтметра-амперметра

Измерение методом вольтметра-амперметра сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчёту его параметров по закону Ома. Метод может быть использован для измерения активного и полного сопротивления, индуктивности и ёмкости.

Измерение активных сопротивлений производится на постоянном токе, при этом включение резистора Rx в измерительную цепь возможно по схемам, представленным на рис. 2.1, а и б. Обе схемы включения приводят к методическим погрешностям R, зависящим от величины сопротивления приборов.

Рис. 2.1. Измерение активных сопротивлений методом вольтметра-амперметра

Очевидно, что в схеме на рис. 2.1, а методическая погрешность тем меньше, чем меньше сопротивление амперметра (при RА 0, R 0), а в схеме на рис. 2.1, б эта погрешность тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра (при RV , R 0). Таким образом, схемой, приведённой на рис. 2.1, а, следует пользоваться для измерения больших сопротивлений, а схемой, приведённой на

рис. 2.1, б – для измерения малых сопротивлений.

Следовательно, при измерении ёмкости этим методом необходимо знать частоту источника питания f. Для измерения больших ёмкостей рекомендуется схема, приведённая на рис. 2.3, а; а малых ёмкостей – на рис. 2.3, б.


Рис. 2.2. Измерение полного сопротивления двухполюсника

Для измерения очень малых ёмкостей применяют вариант метода вольтметра-амперметра (метод двух вольтметров), схема которого приведена на рис. 2.4.

Метод двух вольтметров позволяет измерять ёмкости от долей пикофарад.


Рис. 2.3. Измерение ёмкости методом вольтметра-амперметра


Рис. 2.4. Измерение ёмкости методом двух вольтметров

Измерение индуктивности катушки методом вольтметра амперметра возможно, если её сопротивление RL значительно меньше реактивного сопротивления XL (рис. 2.5, а, б).


Рис. 2.5. Измерение индуктивности катушек

Если требуется получить более точный результат, то необходимо учесть сопротивление катушки.

Погрешности измерения параметров элементов цепей методом вольтметра-амперметра на низких частотах составляют 0,5 . 10\% и определяются погрешностью используемых приборов, а также наличием паразитных параметров. Погрешности измерения возрастают с увеличением частоты.

3. Метод непосредственной оценки.

Метод непосредственной оценки реализуется в приборах для измерения сопротивления постоянному току – электромеханических и электронных омметрах. Электромеханические омметры строятся на основе приборов магнитоэлектрической системы и в зависимости от величины измеряемого сопротивления могут быть выполнены по схеме с последовательным (рис. 2.6, а) либо параллельным (рис. 2.6, б) включением измеряемого сопротивления.


Рис. 2.6. Электромеханический омметр

Источником питания омметра обычно служит гальванический элемент.

При постоянных значениях RA, Rp и U отклонение стрелки прибора определяется измеряемым сопротивлением Rx, т.е. шкала прибора может быть проградуирована в единицах сопротивления. Как следует из вышеприведённой формулы, шкала омметра неравномерна (рис. 2.6).

Для измерения небольших сопротивлений применяются омметры, выполненные по схеме с параллельным включением измеряемого сопротивления,

Как и в схеме с последовательным включением, здесь отклонение стрелки прибора зависит только от Rх при условии, что остальные члены уравнения (2.1) постоянны. Перед проведением измерения также необходимо установить размах шкалы, моделируя ситуацию Rx = 0 и Rр = и регулируя ток I сопротивлением резистора Rp. Для омметра с параллельным включением нулевое положение указателя совпадает с нулевым значением измеряемого сопротивления, а крайнее правое положение стрелки соответствует Rx = . Шкала такого омметра изображена на рис. 2.6, б.

Омметры, выполненные по схемам на рис. 2.5, а, б, выпускаются как отдельные приборы, а также входят в состав комбинированных приборов (тестеров, авометров). Класс точности омметров не ниже 2,5.

При построении электронных омметров используются два метода измерения: метод стабилизированного тока в цепи делителя и метод преобразования измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение.

Схема измерения сопротивления по методу стабилизированного тока приведена на рис. 2.7, а.

Делитель напряжения, составленный из известного образцового Rобр и измеряемого Rx сопротивлений, питается от источника опорного напряжения Uоп. Падение напряжения на образцовом резисторе усиливается усилителем У с большим входным сопротивлением. Выходное напряжение усилителя Uвых зависит от значения сопротивления Rx. В качестве индикатора обычно применяется микроамперметр магнитоэлектрической системы, шкала которого градуируется в единицах сопротивления.

Этот вариант схемы омметра применяется для измерения достаточно больших сопротивлений, когда Rx > Rобр.

Электрические и радиотехнические цепи с сосредоточенными постоянными состоят из резисторов, катушек индуктивности, конденсаторов и соединяющих проводов. Для отбора этих элементов или их проверки следует измерять активное, реактивное и полное сопротивления, индуктивность, емкость и взаимоиндуктивность. Кроме того, часто измеряют потери в конденсаторах и добротность катушек и колебательных контуров. Для этих измерений применяют методы вольтметра и амперметра, мостовой, резонансный метод и метод дискретного счета.

Метод вольтметра и амперметра

$R_</p>
<p>Метод вольтметра и амперметра – косвенный способ определения различных сопротивлений, позволяющий ставить элемент с определенным сопротивлением в рабочие условия. Этот метод основан на использовании закона Ома для участка цепи, сопротивление R<sub>x</sub> которого определяется по известному падению напряжения U<sub>x</sub> на нем и току I<sub>x</sub> так: =U_/I_$
.

Существуют различные способы измерения падения напряжения Ux и тока Ix (рис. 7.1 рис. 7.1).

 Способы измерения падения напряжения

Измерительные части приведенных схем не обеспечивают одновременное измерение напряжения Ux и тока Ix . Так первая схема (рис. 7.1 а рис. 7.1) позволяет измерить с помощью вольтметра напряжение Ux . Амперметр дает возможность определить ток I , равный сумме Ix и Iв , из которой последний является током обмотки вольтметра. В этом случае определяемое сопротивление:

R_<x></p>
<p>=\dfrac>>=\dfrac>>=\dfrac><I-\dfrac>>> ,

где Rв – сопротивление вольтметра.

Во второй схеме (рис. 7.1 б рис. 7.1) амперметр учитывает ток Ix , но вольтметр показывает напряжение U , равное сумме падений напряжений Ux на сопротивлении Rx и Ua на амперметре. Поэтому определяемое сопротивление:

R_<x></p>
<p>=\dfrac>>=\dfrac>=\dfrac>-\dfrac>=\dfrac>-R_ ,

где Rа – сопротивление амперметра.

Следовательно, если при расчете определяемого сопротивления учитывать сопротивления приборов, то все схемы равноценны.

Если определяемое сопротивление Rx мало по сравнению с сопротивлением вольтметра Rв , током Iв можно пренебречь и, применяя первую схему (рис. 7.1 а рис. 7.1), находить сопротивление Rx так:

R_<x></p>
<p>=R

допуская относительную погрешность

\gamma

$R

где – измеренное значение сопротивления.

$R

Учитывая, что , имеем

\gamma

В случаях, когда определяемое сопротивление Rx сравнимо с сопротивлением вольтметра Rв и пренебречь током Iв нельзя, следует пользоваться второй схемой (рис. 7.1 б рис. 7.1) и при расчете не учитывать падение напряжения Uа на амперметре, определяя сопротивление Rx так:

R_<x></p>
<p>=R

при относительной погрешности измерения

\gamma

$R

Учитывая, что имеем

\gamma

Для выявления пределов целесообразности использования той или другой схемы следует приравнять относительные погрешности, а затем найти значение сопротивления Rx , для которого обе схемы равноценны:

\dfrac</p>
<p>>+R_>=\dfrac> ,

R^<2></p>
<p>_-R_\cdot R_-R_\cdot R_=0.

R_<x></p>
<p>\cong\sqrt\cdot R_>.

Следовательно, для сопротивлений предпочтительна схема (рис. 7.1 а рис. 7.1), а для сопротивлений схема (рис. 7.1 б рис. 7.1). Первую из них называют схемой определения "малых" сопротивлений, а вторую – схемой для определения "больших" сопротивлений.

При определении сопротивлений методом вольтметра и амперметра следует выбирать магнитоэлектрические приборы с такими пределами измерений, чтобы показания их были близки к номинальным значениям, т.к. это обеспечивает меньшие погрешности измерения.

Мостовой метод

Основу мостового метода составляет принцип сравнения. Измеряемые активное и реактивное сопротивления сравнивают с сопротивлениями рабочих элементов, включенных в соответствующие плечи переменного тока (рис. 7.2 рис. 7.2).

 Схема трансформаторного моста

Мост состоит из измеряемого $" />
и >$" />
сопротивлений и трансформатора тока Тр . Особенность трансформатора тока – очень малые значения полных сопротивлений первичных обмоток. Поэтому через них токи определяются только сопротивлениями $" />
и >$" />
и не зависят от сопротивлений самих обмоток. Напряжение, возбуждаемое во вторичной обмотке, пропорционально магнитному потоку в сердечнике. Составляющие этого потока, создаваемые каждой из первичных обмоток, пропорциональны произведению тока обмотки на число ее витков (ампервитки) и имеют знаки, зависящие от направления витков. Первичные обмотки с числами витков n1 и n0 включены встречно; тогда создаваемые ими магнитные потоки противоположны. Равновесию моста соответствует условие компенсации этих потоков

\dot<I_>n_=\dot>n_.
( 7.1)

Состояние равновесия фиксируется по нулевым показаниям стрелочного прибора =0$" />
. В формуле (7.1) >=\dot>/\underline;\dot>=\dot>/\underline>$" />
. Следовательно, при равновесии

\underline<Z></p>
<p>=\underline>n_/n_.

Трансформаторный мост можно уравновесить изменением обоих составляющих рабочего сопротивления и чисел витков в обмотках. Отношение чисел витков можно менять в больших пределах, оно стабильно во времени и при изменении температуры. Это определяет высокие метрологические характеристики трансформаторных мостов; отношение наибольшего значения измеряемой величины к наименьшему достигает 10 7 ; погрешность измерения в диапазоне звуковых частот может быть доведена до 0,01%.

Основным недостатком рассмотренной схемы является трудоемкий процесс уравновешивания моста. Разработаны автоматические мосты с цифровым отсчетом результата измерений. При этом в десятки раз уменьшается время измерения и повышается точность , появляется возможность построения автоматических измерительных систем. Наибольшее распространение получили автоматические трансформаторные мосты с преобразованием измеряемого и рабочего полных сопротивлений в пропорциональные им напряжения. Эти напряжения затем сравнивают и компенсируют. Соответствующая измерительная схема получила название автокомпенсационного моста.

Читайте также: