Измерение сопротивления


В данной статье мы попробуем научиться измерять малые сопротивления. У радиолюбителей иногда возникает потребность точно определить сопротивление шунта при изготовлении или ремонте амперметра, чтобы он в свою очередь также точно показывал свои единицы измерения или в других целях. Но как это сделать, когда мультиметр не имеет шкалы измерения милли Ом, маркировка либо отсутствует, либо совсем не известна и не понятна? Большинство измерительных приборов имеют минимальную шкалу 200 Ом для измерения сопротивления и 3,5 — 4 разряда, при закорачивании щупов там уже примерно 0,7 Ом, при измерении сопротивления 0,1 Ом ничего не меняется, беда. Сейчас поправим.

Измерение сопротивления

Предлагаю использовать для этой цели мостовую схему измерения. Что такое мост должны представлять все, на этом останавливаться не будем. Составим мост из резисторов, подадим на него какое либо напряжение и будем его же измерять, хотя можно и ток измерять, разницы не будет, что более точное у нас под рукой, то и выбираем. Так а причем здесь измерение малого сопротивления? Терпение, все по порядку из далека. Есть такая замечательная вещь как баланс моста. Произведение сопротивлений противоположных плеч моста, при условии его сбалансированности, будут одинаковы. А напряжения и токи при сбалансированности моста будут взаимокомпенсировать друг друга и в сумме дадут 0.

(Пусть R0 это R3, а Rx это R4)


Измерение сопротивления

Измерение сопротивления

или

Измерение сопротивления

Итак, исходя из вышеперечисленного, если в мост поставить вместо одного из резисторов наше малое сопротивление произвольного номинала, а другой резистор сделать переменным или подстроечным (по схеме используем два переменных резистора для точности балансировки моста, особенно в том случае, когда под рукой нет многооборотистых переменных резисторов), чтобы добиться баланса моста. Такую схему можно использовать для измерения шунтов и малых сопротивлений:

Измерение сопротивления

Схему было собирать лениво, тем более, что плату изготовить нужно достаточно времени, поэтому навесным монтажом был изготовлен подопытный образец схемы. Здесь резисторы R1 и R2 не 1%, но подбирались максимально близкие к сопротивлению заданного номинала, погрешность сопротивления не превышала 0,5 % при комнатных условиях.


Измерение сопротивления

Но нужно знать как получить точное значение измеряемого сопротивления. Во первых, главное особенностью такое схемы является то, что с помощью нее «умножается» измеряемое сопротивление. А это значит, что необходимость в шкале на милли Омы в мультиметре отпадает. Сопротивление в 0,1 Ом уже можно будет измерять на шкале в кило Омы. Только измерение будет теперь не прямым, а косвенным, придется использовать немного математики и подсчитывать конечный результат измерения.

Определимся какой диапазон номиналов будем измерять (имеется ввиду малое сопротивление или сопротивление шунтов). Для этого нужно выбрать номиналы переменных резисторов:

Измерение сопротивления

По схеме используем два переменных резистора для большей точности взаимодействия, 1 кОм и 100 Ом. Такое сопротивление переменных резисторов позволит измерить максимально большое сопротивление в 1,1 Ом, минимальное с сохранением точности измерения 0,01 Ом (при Rx=0,01 Ом R0 должно быть 10 Ом, которые также нужно достаточно точно измерять своим мультиметром)

И номиналы постоянных резисторов, чтобы мост легко балансировался и было удобно подсчитать номинал шунта или малого сопротивления:

Измерение сопротивления

Кратность резисторов относительно друг друга лучше всего брать именно такой — 10, 100, 1000, чтобы быстро подсчитать конечный результат, хотя никто не запрещает брать не круглые числа, чтобы потом считать еще и с калькулятором. По схеме это отношение 100.000 к 100, то есть умножитель на 1000.


Собираем схему. Использовать можно любые подстроечные или переменные резисторы, но для большей точности советую взять многооборотистые подстроечные или переменные резисторы, а постоянные использовать с допуском не более 1%, а лучше еще меньше. В качестве элемента питания по схеме используется «Крона» на 9 вольт, можно заменить на любой другой источник. Конденсаторы на случай использования блоков питания для фильтрации. Схема в нашей конфигурации сопротивлений потребляет 90 мА от батарейки 9 В, поэтому для частых измерений, конечно, целесообразней использовать блок питания. Схема собрана, теперь изучаем методику измерения. После подсоединения измеряемого сопротивления, необходимо подать на схемку напряжение, не важно какое, но чем больше оно, тем больше точность, устанавливаем измеритель на предел 200 mV и приступаем к процессу балансировки моста путем вращения подстроечного резистора до появления полного нуля на вольтметре. Это значит, что мост сбалансирован и все выражения теперь справедливы к нашей схеме. Далее измеряем сопротивление подстроечного резистора и вычисляем значение малого сопротивления:

Измерение сопротивления

или более красиво вот так


Измерение сопротивления

(219 Ом * 100 Ом)/100 кОм получаем 0,219 Ом сопротивление шунта (смотри видео).

Или проще полученный результат необходимо разделить на 1000 (так как 100кОм/100Ом будет 1000 — наш умножитель) в нашем случае. И что же мы видим? Да! Это и есть сопротивление, которое мы измеряли 0,219 Ом (~0,22 Ом). В пределах хорошей точности, а если учитывать погрешности при измерении и взаимодействии со схемкой — идеально.

Теперь не нужно будет ломать голову, когда возникнет необходимость в подобных измерениях. Схема проста, но не многие знают о ней.

К статье прилагается печатная плата для изготовления мини приставки к мультиметру и проект Proteus для любопытных проверить это чудо, но ленивых, чтобы собрать схему.

Список радиоэлементов



Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
R1 Резистор 1 1% Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор 1 1% Поиск в Utsource В блокнот
R0(1) Подстроечный резистор 1 кОм 1 3296W Поиск в Utsource В блокнот
R0(2) Подстроечный резистор 100 Ом 1 3296W Поиск в Utsource В блокнот
С1 Электролитический конденсатор 220 мкФ 1 Можно др. номинал Поиск в Utsource В блокнот
С2 Конденсатор 100 нФ 1 Поиск в Utsource В блокнот
Bat1 Элемент питания 9 В "Крона" 1 Поиск в Utsource В блокнот
Клеммник винтовой DG306-5.0-03P-12-00A(H) 3 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Источник: cxem.net

Как мультиметр измеряет сопротивление

Принцип измерения сопротивления основан на законе Ома, который в упрощенном варианте гласит, что сопротивление проводника равно отношению напряжения на этом проводе к силе тока, которая по нему протекает. Формула выглядит как R (сопротивление) = U (напряжение) / I (сила тока). То есть, 1 Ом сопротивления говорит о том, что по проводу протекает ток номиналом в 1 Ампер и напряжением 1 Вольт.

Соответственно, при пропускании заранее измеренного тока с известным напряжением через проводник, можно вычислить его сопротивление. По сути, омметр (прибор, которым измеряют сопротивление) представляет собой источник тока и амперметр, шкала которого проградуирована в Омах.

Омметры последовательного и параллельного типов

Какой мультиметр использовать


Измерительные приборы делятся на универсальные (мультиметры) и специализированные, которые предназначены для выполнения одной операции, но проводят ее максимально быстро и точно. В мультиметре омметр является только составляющей частью прибора и его еще надо включить в соответствующий режим. Специализированные устройства, в свою очередь, также требуют некоторых навыков использования – надо знать, как их правильно подключить и интерпретировать полученные данные.

Как пользоваться аналоговым и цифровым мультиметрами – на следующем видео:

Специализированные измерительные приборы

Из закона Ома понятно, что стандартным мультиметром не получится замерить большие сопротивления, так как в качестве источника питания там используются стандартные пальчиковые, либо батарейка типа «Крона» – прибору попросту не хватит мощности.

Если часто возникает необходимость выполнить замер большого сопротивления, к примеру, изоляции, то надо приобретать мегаомметр.

В качестве источника тока он использует динамомашину или мощную батарею с повышающим трансформатором – в зависимости от класса устройства он может генерировать напряжение от 300 до 3000 Вольт.


Мегаомметр для измерения больших сопротивлений

Отсюда следует вывод, что у задачи, к примеру, как измерить мультиметром сопротивление заземления, не может быть однозначного ответа – в этом случае надо воспользоваться специализированным прибором, предназначенным именно для этой цели. Измерение проводятся по определенным правилам и применение таких устройств это удел специалистов – без профильных знаний получить правильный результат достаточно проблематично. Теоретически можно проверить у заземления сопротивление тестером, но это потребует сборки дополнительной электроцепи, для которой потребуется как минимум мощный трансформатор, наподобие такого, что используется на сварочных аппаратах.

Цифровой и аналоговый мультиметры

Внешне эти устройства легко отличить друг от друга – у цифрового данные выводятся на дисплей цифрами, а у аналогового циферблат проградуирован и на нужное значение указывает стрелка. Соответственно, цифровое устройство проще в использовании, так как сразу показывает готовое значение, а при работе с аналоговым придется еще дополнительно интерпретировать выдаваемые данные.

Дополнительно, при работе с такими устройствами, надо учитывать, что у цифрового мультиметра есть датчик разрядки источника питания – если силы тока батареи недостаточно, то он просто откажется работать.

Источник питания цифрового мультиметра

Аналоговый же в такой ситуации ничего не скажет, а будет просто выдавать неправильные результаты.

В остальном, для бытовых целей подойдет любой мультиметр, на шкале которого указан достаточный предел измерения сопротивления.


Включение мультиметра в режим омметра и выбор пределов измерений

Управление мультиметром производится с помощью круглой поворотной ручки, вокруг которой расчерчена шкала, поделенная на секторы. Друг от друга они отделены линиями или просто надписи на них отличаются цветом. Чтобы включить мультиметр в режим омметра надо повернуть ручку в зону сектора, обозначенного значком «Ω» (омега). Цифры, которыми будет обозначаться режимы работы могут быть подписаны тремя способами:

  • Ω, kΩ – x1, x10, x100, MΩ. Обычно такие обозначения используются на аналоговых устройствах, у которых то, что показывает стрелка еще надо переводить в привычные значения. Если шкала проградуирована, к примеру, от 1 до 10, то при включении каждого из режимов отображаемый результат надо домножать на указанный коэффициент.

Обозначения на корпусе мультиметра

  • 200, 2000, 20k, 200k, 2000k. Такая запись применяется на электронных мультиметрах и показывает в каком диапазоне можно измерять сопротивление при установке переключателя в определенную позицию. Приставка «k» обозначает префикс «кило», что в единой системе измерений соответствует цифре 1000. Если выставить мультиметр на 200k и он покажет цифру 186 – это значит, что сопротивление равно 186000 Ом.

  • Ω – Если на корпусе омметра есть только такой значок, значит мультиметр способен автоматически определять диапазон. Циферблат такого устройства обычно может отображать не только цифры, но и буквы, к примеру, 15 kОм или 2 MОм.

У первых двух способов подписи шкалы есть прямая зависимость точности отображения результатов и их погрешности. Если сразу включить максимальный диапазон, то сопротивление порядка 100-200 Ом скорее всего будет показано неправильно.

Щупы прибора надо воткнуть в соответствующие гнезда – черный в «COM», а красный в то, возле которого среди других обозначений есть значок «Ω».

Прозвонка проводов – проверка целостности участка электрической цепи

Прозванивать провода мультиметром можно двумя способами, использование которых зависит от наличия в приборе звукового сигнала. Эта функция, если она есть, на разных приборах может включаться разными положениями переключателя – поэтому надо обращать внимание на значки, что нарисованы на корпусе прибора.

Обозначение функции прозвонки

Зуммер показан как точка, справа от которой нарисованы три полукруга, каждый из последующих больший предыдущего. Искать такой значок надо либо отдельно, либо над самой маленькой цифрой из сопротивлений, либо возле значка диода, который отображается как стрелка на линии, острым концом упирающаяся в еще одну, перпендикулярную первой, линию.

Если включить тестер в режим прозвонки, то он будет подавать звуковой сигнал, если сопротивление измеряемого проводника будет меньше 50 Ом. В некоторых приборах это может быть 100 Ом, поэтому если нужна точность, то надо свериться с паспортом устройства.

Наглядно про прозвонку проводов на видео:

Порядок прозвонки прост и интуитивно понятен – установить переключатель напротив значка зуммера и щупами коснуться концов проводника, который надо «прозвонить»:

  • Если провод целый, то мультиметр издаст звуковой сигнал.
  • Если провод целый, но из-за его длины сопротивление больше чем то, при котором срабатывает зуммер, то на дисплее отобразится цифра, показывающая его значение.
  • Если сопротивление значительно больше чем диапазон, на который рассчитан этот режим работы, то на дисплее отобразится единица – значит надо переставить переключатель на другой режим и повторить измерение.
  • Если целостность провода нарушена, то никакой индикации не произойдет.

Прозвонка проводов

Если для «прозвонки» проводников используется аналоговый мультиметр без звукового сигнала, то он выставляется на минимальный диапазон измерений – если при прикосновении щупов к проводу стрелка показывает значение стремящееся к нолю, значит провод целый. То же самое касается цифровых приборов без зуммера.

Перед тем, как проверить сопротивление проводников, сначала всегда надо выполнить тест самого устройства – прикоснуться щупами друг к другу. Также надо проверить как прибор реагирует на человеческое тело – у некоторых людей достаточно низкое сопротивление и если прижимать концы провода к щупам руками, то прибор может показать что проводник целый, даже если это не так.

Проведение измерений сопротивления и какие могут возникнуть нюансы

Щупы мультиметра подключаются в те же гнезда и в целом, измерение сопротивления выполняется практически так же, как и прозвонка проводов, но так как проверить при этом надо не просто целостность проводника, то у этого процесса есть некоторые особенности.

  • Выбор границ измерений. Когда измеряемое сопротивление хотя бы примерно известно, то регулятором выставляется ближайшее большее значение (если мультиметр не определяет его автоматически). Если сопротивление точно неизвестно, то стоит начать измерения с самого большого значения, постепенно переключая мультиметр на меньшее.

Выставление границ измерений от большего к меньшему

  • Когда нужна точность, то обязательно надо учитывать погрешности. К примеру, если есть на резисторе указано сопротивлением 1 кОм (1000 Ом), то во-первых надо учитывать допуски для его изготовления, которые составляют 10%. Как итог – реальные цифры могут быть в диапазоне от 900 до 1100 Ом. Во-вторых – если взять тот же резистор и выставить мультиметр на максимальное значение, к примеру 2000 kОм, то прибор может показать единицу, т.е. 1000 Ом. Если после этого перевести переключатель в положение 2 kОм, то вероятнее всего прибор покажет другую – более точную цифру, к примеру, 0,97 или 1,04.
  • Если надо проверить сопротивление детали, которая впаяна в плату, то как минимум один из ее выводов надо выпаивать. В противном случае прибор покажет неправильный результат, так как с высокой долей вероятности параллельно проверяемой детали на схеме есть другие проводники.

Если проверяется элемент с несколькими выводами, то эту деталь надо полностью выпаивать из схемы.

  • Человеческое тело проводит ток и обладает определенным электрическим сопротивлением. Поэтому, как и в случае с впаянными в плату деталями, надо исключить возможность их контакта с посторонними предметами – в данном случае это руки замеряющего. В крайнем случае можно прижимать пальцами одной руки контакт к щупу, но прикасаться другой рукой ко второму категорически недопустимо – результат измерений в таком случае будет заведомо неверным.

Рукой можно удерживать только один конец провода

  • В ряде случаев надо учитывать переходное сопротивление контактов – даже чистый припой или ножки неиспользованных радиодеталей со временем может покрываться оксидной пленкой, поэтому место контакта желательно хотя бы минимально зачистить или процарапать концом щупа.

Как проверить сопротивление провода наглядно показано на видео:

Как измерять сопротивление мультиметром – итоги

Управление современных цифровых мультиметров, да и большинство аналоговых, сделано максимально удобным для оператора и не требует глубоких познаний. Оно интуитивно понятно даже непрофессионалу без профильного образования – зачастую для освоения и правильного использования прибора достаточно вспомнить школьные уроки физики по построению и проверке электроцепей. Желательно при проведении измерений помнить про перечисленные выше нюансы, ведь они в любом случае «вылезут» в процессе использования мультиметра.

Источник: YaElectrik.ru

Метод амперметра-вольтметра

Пожалуй, он самый простой для измерения средних и малых сопротивлений R.

При измерении малых R рекомендуют применять такую схему:

Измерение мощности косвенным методом в цепи постоянного тока при малом сопротивлении нагрузки

Потому что в данном случае IA≈IR  из-за большого внутреннего сопротивления вольтметра относительно R и будет выполнено равенство IV«IR. При среднем значении R рекомендована такая схема:

Измерение мощности косвенным методом в цепи постоянного тока при большом сопротивлении нагрузки

Так как в этом случае UV≈UR из-за очень малого внутреннего сопротивления амперметра. Соответственно применив закон Ома получим:

Сопротивлениепостоянному току

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

Метод непосредственной оценки

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

Схема омметра

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 Rд. К выходным зажимам А и В производят подключения измеряемого сопротивления RX. Соответственно в цепи будет протекать ток:

Ток протекающий в омметре

Где RД, RИ, RХ – добавочный резистор и сопротивления измерительного механизма и соответственно объекта, который подлежит измерению. При этом угол отклонения стрелки прибора будет равен:

Угол отклонения омметра

Где S1 – чувствительность токового измерителя.

Если зажимы А и В разомкнуть (1) , 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:

Схема аналогового мегомметра

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 109 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:

Одинарный или четырехплечевой мост

Мост образуют три резистора, значения которых известны – R2, R3, R4 и соответственно сопротивление, значение которого необходимо измерить Rx. В одну из диагоналей моста необходимо подключить источник питания, для данного случая источник Е0 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 IНИ = 0 и его отклонение тоже  равно нулю. Мост в состоянии равновесия. Будут выполнятся следующие соотношения: I1 = I2, I3 = I4, RxI1=R3I3, R2I2=R4I4. Учтя равенство токов и почленно разделив два последних уравнения получим:

2

Из данного выражения можем выделить искомое сопротивление:

Сопротивление измеряемое мостовым методом

Плечо R2 именуют плечом сравнения, а плечами отношений R3 и R4 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 Rх. Верхний предел (105 Ом) ограничен шунтирующим действием токов утечки.

Источник: elenergi.ru

При изготовлении, монтаже и эксплуатации электротехнических и радиотехнических устройств и установок необходимо изменять электрическое сопротивление.

В практике для измерения сопротивлений применяют различные методы в зависимости от характера объектов и условий измерения (например твердые и жидкие проводники, заземлители, электроизоляция); от требований к точности и быстроте изменения; от величины измеряемых сопротивлений.

Методы измерения малых сопротивлений существенно отлича­йся от методов измерения больших сопротивлений, так как в первом случае надо принимать меры для исключения влияния на ре­зультаты измерений сопротивления соединительных проводов, пе­реходных контактов.

Далее рассмотрим только те методы, которые в практике применяют наиболее часто.

Измерительные механизмы омметров. Для прямого измерения сопротивлений применяют магнитоэлектрические измерительные механизмы одно- и двухрамочные.

Однорамочный механизм, можно ис­пользовать для измерения сопротивлений. С этой целью в прибор вводят добавочный резистор с постоянным сопротивлением Rд и снабжают его источником питания (например, батареей сухих элементов). Измеряемое сопротивление Rx включается с измери­телем последовательно (рис. 6.16) или параллельно.

При последовательном соединении ток в измерителе I=U/(Rи+Rд+Rx) где Rи — сопротивление измерителя; U — на­пряжение источника питания.

Учитывая формулу (6.2), находим, что угол отклонения стрел­ки прибора при U = const зависит только от величины измеряемо­го сопротивления Rx:

Измерение сопротивления

 

Если шкалу отградуировать по этому выражению в единицах сопротивления, то прибор будет омметром. Напряжение сухих эле­ментов со временем уменьшается, поэтому в измерения вносится ошибка, тем большая, чем больше действительное напряжение от­личается от того напряжения, при котором была градуирована шкала.

Ошибка от непостоянства напряжения питающего источника не возникает, если измерительный механизм имеет две обмотки, расположенные на общей оси под некоторым углом друг к другу (рис. 6.17).

Измерение сопротивления

 

 

В двухрамочном измерительном механизме, который называют логометром, нет противодействующих пружин, вращающий и про­тиводействующий моменты создаются электромагнитными сила­ми. Поэтому при отсутствии тока в обмотках хорошо уравно­вешенная подвижная часть прибора находится в безразлич­ном равновесии (стрелка останавливается у любого деления шка­лы)- Когда в катушках есть ток, на подвижную часть действуют два электромагнитных момента, направленные в противополож­ные стороны.

Магнитная цепь измерительного механизма устроена так, что магнитная индукция вдоль воздушного зазора распределена неравномерно, но с таким расчетом, что при повороте подвижной части в любую сторону вращающий момент уменьшается, а проти­водействующий момент увеличивается (в зависимости от направ­ления поворота роль моментов меняется).

Подвижная часть останавливается при M1Bp = M2ap или N1 SB1I=N2 SBI . Отсюда следует, что поло­жение стрелки на шкале зависит от отношения токов в обмотках, т.е. α=f (I1k/I2k), но не зависит от напряжения питающего источника.

На схеме рис. 6.17 видно, что измеряемое сопротивление Rx входит в цепь одной из катушек логометра, поэтому ток в ней, а так­же отклонение стрелки прибора однозначно зависит от значения Rx.

Используя эту зависимость, шкалу градуируют в единицах со­противления и тогда прибор, является омметром. Омметры для из­мерения сопротивления изоляции снабжают источником питания с напряжением до 1000 В, чтобы измерение проводить при напря­жении, примерно равном рабочему напряжению установки. Таким источником может быть встроенный магнитоэлектрический генератор с ручным приводом или трансформатор с выпрямите­лем, включаемый в сеть переменного тока.

Омметры, рассчитанные на измерения больших сопротивлений (больше 1 МОм), называют мегомметрами.

Косвенные методы измерения сопротивлений. Сопротивление резистора или другого элемента электрической цепи можно определить по показаниям вольтметра и амперметра (при постоян­ном токе), применяя закон Ома: RX=U/I (схемы рис. 6.18, а, б). По схеме на рис. 6.19 определяют сопротивление Rx по показаниям одного вольтметра. В положении 1 переключателя П вольтметр из­меряет напряжение сети U, а в положении 2 — напряжение на за­жимах вольтметра Uв. В последнем случае UB/RB = Ux/Rx. Отсюда

Измерение сопротивления

Косвенные методы применяют для измерения средних сопротивле­ний, а одним вольтметром измеряют также большие сопротивле­ния. Точность этих методов значительно зависит от соотношения величин измеряемого сопротивления Rx и внутренних сопротивле­ний амперметра (Ra) и вольтметра (RB). Результаты измерения можно считать удовлетворительными по точности, если выполняются условия: Rx≥100Rа (см. схему рис. 6.18, а); Rx≤Rв/100 (см. схему рис. 6.18, 6); RXRB (см. схему рис. 6.19).

Измерение сопротивления

 

 

Методы и приборы сравнения. Для измерения малых и средних сопротивлений применяют метод сравнения измеряемого сопротивления Rx с образцовым Ro. Эти два сопротивления на схе­ме рис. 6.20 соединены последовательно, поэтому ток в них один и тот же. Величину его регулируют с помощью резистора Rp, так, чтобы она не превышала допустимого тока для сопротивлений Rх и Ro Ux/Rx=Uo/Ro- Отсюда RX = RO UX/U0. Неизвестные падения напряжения Ux и Uo измеряют вольтметром или потенциометром. Результаты измерения получаются более точными, если сопротив­ления Rx и Ro одного порядка, а сопротивление вольтметра доста­точно велико, так что присоединение его не влияет на режим основ­ной цепи.

При измерении малых сопротивлений этим методом вольтметр подключают с помощью потенциальных зажимов, которые позволяют исключить сопротивления контактов основной цепи из результатов измерения.

Средние и большие сопротивления можно измерить методом замещения (рис. 6.21). Амперметром А измеряют ток, устанав­ливая переключатель П в положение 1, а затем 2. Напряжение на входных зажимах схемы одинаково, поэтому U — IxRx = IoRo. Отсюда Rx = RoIo/Ix

При измерении больших сопротивлений амперметр заменяют гальванометром с шунтом, чем значительно повышают точность измерения.

Измерение сопротивления

 

 

Наиболее точные результаты при измерении сопротивлений дают мостовые схемы, которые в практике применяют в различ­ных вариантах в зависимости от величин измеряемых сопротив­лений и требуемой точности измерения.

Чаще других можно встретить прибор, построенный по схеме (рис. 6.22), который в практике называют «одинарным мостом». В данном случае в мостовую схему входят сопротивления R1;R2;R;Rx, которые образуют замкнутый контур. А, Б, В, Г из четырех ветвей (их называют «плечами моста»).

В одну диагональ схемы включен источник постоянного тока, в другую — гальванометр с двусторонней шкалой (нуль в середи­не шкалы).

Предположим, что при некотором сопротивлении Rx другие сопротивления подобраны так, что ток в измерительной диагона­ли Iг = 0, т. е. потенциалы VБ и Vr одинаковы при замкнутых выключателях K1 и К2. В этом случае I1=I2;Ix=I;I1R1=IxRx;I2R2=IR.

Используя эти равенства, нетрудно получить выражение для измеряемого сопротивления RX = RR1/R2. Если сопротивления R1 и R2 одинаковые по величине, то RX = R. В приборе промышленного изготовления R — это набор резисторов (магазин сопротивле­ний), составленный по декадному принципу. На верхней крышке расположены переключатели, с помощью которых можно набрать в известных пределах любую величину сопротивления с точно­стью, которая определяется самой малой ступенью изменения сопротивления.

Для расширения пределов измерения величины R1 и R2 подби­рают так, чтобы их отношение можно было изменить тоже по десятичной системе (например, R/R2= 100; 10; 1; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001).

Одинарные мосты применяют в основном для измерения сред­них сопротивлений. При измерении малых сопротивлений измеря­емый элемент включают по особой схеме или применяют специ­альные мосты, предназначенные для этой цели.

 

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Общие сведения

Электрические машины, действия которых основаны на электромагнитных явлениях и которые служат для преобразования механической энергии и электрическую, называют электромашинными генераторами, а преобразующие электрическую энергию в механическую — электродвигателями. Применяют также электри­ческие машины для преобразования электрической энергии одних параметров в другие, которые называют преобразователями. Пре­образовываться могут: род тока, частота, напряжение, число фаз и другие параметры электроэнергии.

Электрические генераторы приводятся во вращение паровыми и водяными турбинами, двигателями внутреннего сгорания и др. Электродвигатели служат для приведения в действие станков, раз­личных машин, транспортного оборудования и др.

К электрическим машинам относят трансформаторы — стати­ческие аппараты, не имеющие движущихся частей, но по своему устройству и принципу действия, имеющие много общего с элект­рическими машинами.

Электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. могут работать генератором. Если их вращать каким-либо двигате­лем или подводить к ним электроэнергию, они могут использо­ваться как электродвигатели. Однако при проектировании элект­ромашин учитывают требования, предъявляемые особенностями их работы генератором или электродвигателем.

Электрические машины подразделяются на машины перемен­ного и постоянного тока.

Электрические машины переменного тока разделяют на синх­ронные, асинхронные, коллекторные.

Наибольшее применение имеют синхронные генераторы пере­менного трехфазного тока и трехфазные асинхронные электродви­гатели. Коллекторные электродвигатели переменного тока имеют ограниченное применение вследствие сложности устройства, об­служивания и более высокой стоимости. Основным их преимуще­ством является возможность регулирования скорости вращения в широких пределах, что затруднительно в асинхронных двигателях.

Электрические машины постоянного тока представляют собой со­четание машин переменного тока с механическим выпрямителем-коллектором, являющимся неотъемлемой частью этих машин. С по­мощью коллектора переменный ток преобразуется в постоянный.

Электрические машины постоянного тока имеют ограничен­ную область применения вследствие более высокой стоимости этих машин и сложности их эксплуатации, по сравнению с машинами переменного тока.

Трансформаторы

Трансформатором называется устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока одной величины в напряжение переменного тока другой величины.

Простейший трансформатор (рис. 2.1) состоит из замкнутого сердечника, набранного из отдельных, изолированных друг от друга листов трансформаторной стали. На сердечнике размещаются об­мотки. Обмотка, которая подключается к источнику переменного тока, называется первичной. Обмотка, к которой присоединяют нагрузку, называется вторичной.

Переменный ток, протекая по первичной обмотке, создает магнитный поток Ф. Он пронизывает все обмотки одновременно и в каждой из них индуктирует перемеренную ЭДС, величина которой пропорциональна числу витков в обмотке. Чем больше витков, тем больше ЭДС:

Измерение сопротивления

где Е{ — ЭДС первичной обмотки (ЭДС самоиндукции); Е2 — ЭДС вторичной обмотки (ЭДС взаимоиндукции); Измерение сопротивления 1, и Измерение сопротивления 2 — число вит­ков в первичной и вторичной обмотках.

Измерение сопротивления

Измерение сопротивления

Пренебрегая падением напряжения внутри обмоток, можно считать, что при отключенной нагрузке (холостом ходе) индукти­

тогда

руемые ЭДС в обмотках равны напряжениям, действующим на первичной и вторичной обмотках:

где U1 и U2 — напряжения на первичной и вторичной обмотках.

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке тем боль­ше, чем больше она имеет число витков. Отношение напряжения

Измерение сопротивления

 

 

на зажимах первичной обмотки к напряжению на вторичной об­мотке называется коэффициентом трансформации К:

Измерение сопротивления

Трансформатор называется понижающим, если напряжение на вторичной обмотке меньше, чем напряжение на первичной об­мотке (К>1).

Трансформатор называется повышающим, если напряжение на вторичной обмотке больше, чем напряжение на первичной об­мотке (К<1).

При подключении потребителя по вторичной обмотке потечет ток I2, который создаст магнитный поток, направленный навстречу магнитному потоку первичной обмотки. Поток первичной обмот­ки уменьшится, это вызовет уменьшение в ней ЭДС самоиндук­ции Е1 в результате чего в первичной обмотке увеличится ток I1. Это будет происходить до тех пор, пока магнитный поток первич­ной обмотки трансформатора не станет прежним.

Таким образом, с увеличением силы тока вторичной обмотки растет сила тока первичной обмотки, а при уменьшении силы тока во вторичной обмотке сила тока первичной обмотки уменьшается.

Если не учитывать потери в обмотках трансформатора, то мож­но считать мощности первичной и вторичной обмоток одинако­выми:

Измерение сопротивления

следовательно,

Измерение сопротивления

Это означает, что в повышающем трансформаторе увеличение напряжения во вторичной обмотке происходит за счет уменьше­ния силы тока в ней, а в понижающем трансформаторе уменьше­ние напряжения происходит за счет увеличения силы тока вторич­ной обмотки.

Коэффициент полезного действия трансформатора велик и на­ходится в пределах 80—99 %. Иногда вместо трансформаторов при­меняются автотрансформаторы. Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого источник переменного тока и потребитель подключаются к разным точкам одной обмотки (рис. 2.1,б). Работает автотрансформатор так же, как и обычный транс­форматор.

В условиях строительства трансформаторы применяются: для передачи электроэнергии; сварочных работ; питания электроинструментов; электропрогрева бетона и грунта; измерительных

целей.

Источник: studopedia.ru

Измерение методом амперметра и вольтметра. Сопротивление какой-либо электрической установки или участка электрической цепи можно определить с помощью амперметра и вольтметра, пользуясь законом Ома. При включении приборов по схеме рис. 339, а через амперметр проходит не только измеряемый ток Ix, но и ток Iv, протекающий через вольтметр. Поэтому сопротивление

Rx = U / (I – U/Rv) (110)

где Rv — сопротивление вольтметра.

При включении приборов по схеме рис. 339, б вольтметр будет измерять не только падение напряжения Ux на определенном сопротивлении, но и падение напряжения в обмотке амперметра UA = IRА. Поэтому

Rx = U/I – RА (111)

где RА — сопротивление амперметра.

В тех случаях, когда сопротивления приборов неизвестны и, следовательно, не могут быть учтены, нужно при измерении малых сопротивлений пользоваться схемой рис. 339,а, а при измерении больших сопротивлений — схемой рис. 339, б. При этом погрешность измерений, определяемая в первой схеме током Iv, а во второй — падением напряжения UА, будет невелика по сравнению с током Ix и напряжением Ux.

Измерение сопротивлений электрическими мостами. Мостовая схема (рис. 340,а) состоит из источника питания, чувствительного прибора (гальванометра Г) и четырех резисторов, включаемых в плечи моста: с неизвестным сопротивлением Rx (R4) и известными сопротивлениями R1, R2, R3, которые могут при измерениях изменяться. Прибор включают в одну из диагоналей моста (измерительную), а источник питания — в другую (питающую).

Сопротивления R1 R2 и R3 можно подобрать такими, что при замыкании контакта В показания прибора будут равны нулю (в та-

Рис. 339. Схемы для измерения сопротивления методом амперметра и вольтметраРис. 339. Схемы для измерения сопротивления методом амперметра и вольтметра

Рис. 340. Мостовые схемы постоянного тока, применяемые для измерения сопротивленийРис. 340. Мостовые схемы постоянного тока, применяемые для измерения сопротивлений

ком случае принято говорить, что мост уравновешен). При этом неизвестное сопротивление

Rx = (R1/R2)R3 (112)

В некоторых мостах отношение плеч R1/R2 установлено постоянным, а равновесие моста достигается только подбором сопротивления R3. В других, наоборот, сопротивление R3 постоянно, а равновесие достигается подбором сопротивлений R1 и R2.

Измерение сопротивления мостом постоянного тока осуществляется следующим образом. К зажимам 1 и 2 присоединяют неизвестное сопротивление Rx (например, обмотку электрической машины или аппарата), к зажимам 3 и 4 — гальванометр, а к зажимам 5 и 6 — источник питания (сухой гальванический элемент или аккумулятор). Затем, изменяя сопротивления R1, R2 и R3 (в качестве которых используют магазины сопротивлений, переключаемые соответствующими контактами), добиваются равновесия моста, которое определяется по нулевому показанию гальванометра (при замкнутом контакте В).

Существуют различные конструкции мостов постоянного тока, при использовании которых не требуется выполнять вычисления, так как неизвестное сопротивление Rx отсчитывают по шкале прибора. Смонтированные в них магазины сопротивлений позволяют измерять сопротивления от 10 до 100 000 Ом.

При измерении малых сопротивлений обычными мостами сопротивления соединительных проводов и контактных соединений вносят большие погрешности в результаты измерения. Для их устранения применяют двойные мосты постоянного тока (рис. 340,б). В этих мостах провода, соединяющие резистор с измеряемым сопротивлением Rx и некоторый образцовый резистор с сопротивлением R0 с другими резисторами моста, и их контактные соединения оказываются включенными последовательно с резисторами соответствующих плеч, сопротивление которых устанавливается не менее 10 Ом. Поэтому они практически не влияют на результаты измерений. Провода же, соединяющие резисторы с сопротивлениями Rx и R0, входят в цепь питания и не влияют на условия равновесия моста. Поэтому точность измерения малых сопротивлений довольно высокая. Мост выполняют так, чтобы при регулировках его соблюдались следующие условия: R1 = R2 и R3 = R4. В этом случае

Rx = R0R1/R4 (113)

Двойные мосты позволяют измерить сопротивления от 10 до 0,000001 Ом.

Если мост не уравновешен, то стрелка в гальванометре будет отклоняться от нулевого положения, так как ток измерительной диагонали при неизменных значениях сопротивлений R1, R2, R3 и э. д. с. источника тока будет зависеть только от изменения сопротивления Rx. Это позволяет проградуировать шкалу гальванометра в единицах сопротивления Rx или каких-либо других единицах (температура, давление и пр.), от которых зависит это сопротивление. Поэтому неуравновешенный мост постоянного тока широко используют в различных устройствах для измерения неэлектрических величин электрическими методами.

Применяют также различные мосты переменного тока, которые дают возможность измерить с большой точностью индуктивности и емкости.

Измерение омметром. Омметр представляет собой миллиамперметр 1 с магнитоэлектрическим измерительным механизмом и включается последовательно с измеряемым сопротивлением Rx (рис. 341) и добавочным резистором RД в цепь постоянного тока. При неизменных э. д. с. источника и сопротивления резистора RД ток в цепи зависит только от сопротивления Rx. Это позволяет отградуировать шкалу прибора непосредственно в омах. Если выходные зажимы прибора 2 и 3 замкнуты накоротко (см. штриховую линию), то ток I в цепи максимален и стрелка прибора отклоняется вправо на наибольший угол; на шкале этому соответствует сопротивление, равное нулю. Если цепь прибора разомкнута, то I = 0 и стрелка находится в начале шкалы; этому положению соответствует сопротивление, равное бесконечности.

Питание прибора осуществляется от сухого гальванического элемента 4, который устанавливается в корпусе прибора. Прибор будет давать правильные показания только в том случае, если источник тока имеет неизменную э. д. с. (такую же, как и при градуировке шкалы прибора). В некоторых омметрах имеются два или несколько пределов измерения, например от 0 до 100 Ом и от 0 до 10 000 Ом. В зависимости от этого резистор с измеряемым сопротивлением Rx подключают к различным зажимам.

Измерение больших сопротивлений мегаомметрами. Для измерения сопротивления изоляции чаще всего применяют мегаомметры магнитоэлектрической системы. В качестве измерительного механизма в них использован логометр 2 (рис. 342), показания кото-

Рис. 341. Схема включения омметраРис. 341. Схема включения омметра

Рис. 342. Устройство мегаомметраРис. 342. Устройство мегаомметра

рого не зависят от напряжения источника тока, питающего измерительные цепи. Катушки 1 и 3 прибора находятся в магнитном поле постоянного магнита и подключены к общему источнику питания 4.

Последовательно с одной катушкой включают добавочный резистор Rд, в цепь другой катушки — резистор сопротивлением Rx.

В качестве источника тока обычно используют небольшой генератор 4 постоянного тока, называемый индуктором; якорь генератора приводят во вращение рукояткой, соединенной с ним через редуктор. Индукторы имеют значительные напряжения от 250 до 2500 В, благодаря чему мегаомметром можно измерять большие сопротивления.

При взаимодействии протекающих по катушкам токов I1 и I2 с магнитным полем постоянного магнита создаются два противоположно направленных момента М1 и М2, под влиянием которых подвижная часть прибора и стрелка будут занимать определенное положение. Как было показано в § 100, положение подвижной

Рис. 343. Общий вид мегаомметра (а) и его упрощенная схема (б)Рис. 343. Общий вид мегаомметра (а) и его упрощенная схема (б)

части логометра зависит от отношения I1/I2. Следовательно, при изменении Rx будет изменяться угол ? отклонения стрелки. Шкала мегаомметра градуируется непосредственно в килоомах или мегаомах (рис. 343, а).

Чтобы измерить сопротивление изоляции между проводами, необходимо отключить их от источника тока (от сети) и присоединить один провод к зажиму Л (линия) (рис. 343,б), а другой — к зажиму 3 (земля). Затем, вращая рукоятку индуктора 1 мегаомметра, определяют по шкале логометра 2 сопротивление изоляции. Имеющийся в приборе переключатель 3 позволяет изменять пределы измерения. Напряжение индуктора, а следовательно, частота вращения его рукоятки теоретически не оказывают влияние на результаты измерений, но практически рекомендуется вращать ее более или менее равномерно.

При измерении сопротивления изоляции между обмотками электрической машины отсоединяют их друг от друга и соединяют одну из них с зажимом Л, а другую с зажимом 3, после чего, вращая рукоятку индуктора, определяют сопротивление изоляции. При измерении сопротивления изоляции обмотки относительно корпуса его соединяют с зажимом 3, а обмотку — с зажимом Л.

Источник: electrono.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.