Принцип измерения электрического сопротивления как работает омметр. Метод преобразования сопротивления в интервал времени. Омметры с равномерной шкалой
Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности . Основными методами измерения сопротивлений постоянному току являются косвенный, метод непосредственной оценки и мостовой.
Рисунок 1. Схемы пробников для измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений
Рисунок 2. Схемы измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений методом амперметра - вольтметра В основных схемах косвенного метода применяют измерители напряжения и тока.
На рисунке 1, а представлена схема, пригодная для измерения сопротивлений одного порядка со входным сопротивлением Rв вольтметра Rн. Измерив при короткозамкнутом Rx напряжение U0, сопротивление Rх определяют по формуле Rx = Rи(U0/Ux-1).
При измерении по схеме рис. 5.1, б резисторы большого сопротивления включают последовательно с измерителем, а малого - параллельно.
Для первого случая Rx = (Rи + Rд)(Iи/Ix-1), где Iи - ток через измеритель при короткозамкнутом Rx; для второго случая
где Iи - ток через измеритель при отсутствии Rх, Rд - добавочный резистор.
Более универсален метод амперметра - вольтметра, позволяющий измерять сопротивления при определенных режимах их работы, что важно при измерении нелинейных сопротивлений (см. рис. 2).
Для схемы рис. 2, а
Для схемы рис. 2, б
Относительная методическая погрешность измерения:
Ra и Rв - сопротивления амперметра и вольтметра.
Рис. 3. Схемы омметров с последовательной (а) и параллельной (б) схемами измерения
Рис. 4. Мостовые схемы измерения сопротивлений: а - одинарный мост, б - двойной.
Из выражений для относительной погрешности видно, что схема на рис. 2, а обеспечивает меньшую погрешность при измерении больших сопротивлений, а схема на рис. 2, б - при измерении малых.
Погрешность измерения по методу амперметра-вольтметра рассчитывается по формуле
где gв, gа - классы точности вольтметра и амперметра; Uп, Iп - пределы измерений вольтметра и амперметра.
Непосредственное измерение сопротивлений постоянному току выполняется омметрами. Если значения сопротивлений более 1 Ом, применяют омметры с последовательной схемой измерения, а для измерения малых сопротивлений - с параллельной схемой. При пользовании омметром с целью компенсации изменения напряжения питания необходимо произвести установку стрелки прибора. Для последовательной схемы стрелка устанавливается на нуль при шунтированном измеряемом сопротивлений. (Шунтирование производится, как правило, специально предусмотренной в приборе кнопкой). Для параллельной схемы перед началом измерения стрелку устанавливают на отметку "бесконечность".
Чтобы охватить диапазон малых и больших сопротивлений, строят омметры по параллельно-последовательной схеме . В этом случае имеются две шкалы отсчета Rх.
Наиболее высокая точность может быть достигнута при использовании мостового метода измерения. Средние сопротивления (10 Ом - 1 МОм) измеряют с помощью одинарного моста, а малые - с помощью двойного.
Измеряемое сопротивление Rx включают в одно из плеч моста, диагонали которого подключают соответственно к источнику питания и нуль-индикатору; в качестве последнего могут быть использованы гальвано-метр, микроамперметр с нулем посередине шкалы и др.
Рис 5. Схемы измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений переменному току
Условие равновесия обоих мостов определяется выражением
Плечи R1 и R3 обычно выполняют в виде магазинов сопротивлений (магазинный мост ). С помощью R3 устанавливают ряд значений отношений R3/R2, обычно кратных 10, а с помощью R1 уравновешивают мост. Отсчет измеряемого сопротивления производится по значению, установленному ручками магазинов сопротивлений. Уравновешивание моста может также производиться плавным изменением отношения резисторов R3/R2, выполненных в виде реохорда, при определенном значении R1 (линейный мост).
Для многократных измерений степени соответствия сопротивлений некоторому заданному значению Rн применяют неуравновешенные мосты
. Они уравновешиваются при Rx=Rн. По шкале индикатора можно определить отклонение Rх от Rн в процентах.
На принципе самоуравновешивания работают автоматические мосты . Напряжение, возникающее при разбалансе на концах диагонали моста, после усиления воздействует на электродвигатель, перемешивающий движок реохорда. При уравновешивании моста движок останавливается, а положение реохорда определяет значение измеряемого сопротивления .
При измерении сопротивлений в зависимости от их значений и необходимой точности измерения применяются различные способы.
Измерение сопротивлений методом амперметра – вольтметра. Метод определения сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра является косвенным, так как в этом случае по показаниям приборов I и U , пользуясь законом Ома, находят искомое сопротивление:
 | (1) |
При измерении сопротивления этим методом приборы могут быть включены двумя способами (рис. 1), причем и в том, и в другом случае результаты не будут точными, если не ввести соответствующие поправки.
Рисунок 1 Схема измерения сопротивления с помощью амперметра и вольтметра.
Когда на схеме рис. 1 переключатель находится в положении 1, ошибка в определении сопротивления r X обусловливается тем, что вольтметр измеряет не только напряжение на сопротивлении, но и потерю напряжения в сопротивлении амперметра r A . Когда измеряемое сопротивление значительно больше сопротивления амперметра (r X »r A) , тогда падением напряжения в сопротивлении r A можно пренебречь и вычислять искомое сопротивление непосредственно по показаниям приборов по формуле (1). Если же сопротивления (r X ≈r A) , соизмеримы по значению, то для получения более точного результата необходимо пользоваться формулой:
 | (2) |
Когда на схеме (рис. 1) переключатель находится в положении 2, ошибка в определении сопротивления r X обусловливается тем, что амперметр показывает сумму двух токов, один из которых (I X) проходит через неизвестное сопротивление r X , другой (I U) проходит через вольтметр: I=I X +I U . Если при этом измеряемое сопротивление значительно меньше сопротивления вольтметра (r X «r U) , то током I U , проходящим через вольтметр, можно пренебречь и искомое сопротивление можно вычислить непосредственно по показаниям приборов, воспользовавшись формулой (1). Если же эти сопротивления соизмеримы по значению, то для получения более точного значения r X пользуются формулой:
 | (3) |
Рассмотренный косвенный метод измерения сопротивлений не всегда удобен, так как требует затрат времени на дополнительные вычисления. Кроме того, он отличается невысокой точностью из-за влияния внутренних сопротивлений приборов.
Измерение сопротивлений омметром. Для непосредственного измерения сопротивлений служат специальные приборы – омметры, которые представляют собой комбинацию магнитоэлектрического миллиамперметра и специальной измерительной схемы (рис. 2).
Рисунок 2. Схема измерения омметра.
Шкалу такого прибора градуируют в омах. На схеме (рис. 2) последовательно с миллиамперметром r A включены резистор с сопротивлением r X , регулируемый добавочный резистор с сопротивлением r Р и источник питания. В этом случае шкала прибора обратная, так как с увеличением измеряемого сопротивления ток в приборе уменьшается:
 | (4) |
где U – рабочее напряжение омметра. При неизменном U показание прибора зависит только от измеряемого сопротивления r X , так как каждому значению r X соответствует определенное значение тока I X . Это позволяет шкалу миллиамперметра отградуировать в омах.
Показания омметров зависят от значения э. д. с. источника питания, которая с течением времени уменьшается, что является существенным недостатком этих приборов. Для того чтобы при изменении э. д. с. источника рабочее напряжение U оставалось постоянным, омметры снабжают специальным добавочным сопротивлением r Р , с помощью которого регулируют прибор перед измерением (регулировка нуля) .
На практике чаще всего применяются омметры, показания которых не зависят от э. д. с. источника питания. В качестве таких омметров используют магнитоэлектрические логометры – приборы, у которых отсутствует механическое устройство для создания противодействующего момента. Магнитоэлектрический логометр состоит из двух катушек, закрепленных на одной оси под углом 90° и жестко связанных друг с другом.
Катушки помещены в поле постоянного магнита (рис. 10.12).
Рисунок 2. Устройство логометра.
Токи к ним подводятся от общего источника питания через гибкие проводники, которые практически не создают противодействующего момента. Последовательно с одной из катушек включен постоянный добавочный резистор с сопротивлением r Д
а в цепь другой катушки – резистор с измеряемым сопротивлением r X
. Катушки с последовательно включенными сопротивлениями образуют две параллельные цепи. При этом токи, протекающие через катушки, соответственно равны 
и 
, где r 1
, и r 2
–
соответственно сопротивления катушек.
Под действием токов, протекающих через катушки, создаются два вращающих момента, направленных встречно друг другу и зависящих от положения катушек в пространстве и
где 
– коэффициенты пропорциональности, зависящие от положения катушек в магнитном поле; α –
угол отклонения плоскости катушки 1
относительно вертикальной оси OO¢.
Под влиянием вращающих моментов подвижная система прибора поворачивается до тех пор, пока не окажется в равновесном состоянии при М 1 =М 2 .Отсюда или
 | (5) |
Из (5) следует, что отклонение подвижной системы прибора определяется только отношением токов. Угол отклонения подвижной системы прибора при неизменных значениях сопротивлений r 1 ,r 2 ,r Д , зависит только от измеряемого сопротивления r X и не зависит от напряжения источника питания. Последнее обстоятельство является существенным при использовании логометров в качестве приборов, предназначенных для измерения неэлектрических величин.
В цепях переменного тока применяют логометры электромагнитной и электродинамической систем. Логометры электромагнитной системы используют для измерения частоты, емкости, индуктивности и других величин. Электродинамические логометры применяют для измерения различных величин в цепях переменного тока. В частности, их широко используют в качестве фазометров.
Измерение сопротивлений мостовым методом. Мостовой метод (рис. 3) позволяет наиболее точно измерять сопротивления.
Рисунок 3. Схема мостового измерения сопротивлений.
В одно из плеч моста включают резистор с сопротивлением r X , а в другие три плеча – регулируемые и известные по значению сопротивления r 1 ,r 2 ,r 3 . К точкам моста а и b подключен источник питания постоянного тока, а в диагональ моста между точками c и д включен магнитоэлектрический гальванометр Г. При измерении сопротивления r X значения трех других сопротивлений изменяют таким образом, чтобы наступило равновесие моста, при котором ток в цепи гальванометра становится равным нулю. Равновесие моста наступает при условии, когда разность потенциалов между точками с и д равна нулю. Поэтому при равновесном состоянии моста как через плечи ас и сb проходят одинаковые токи: I 1 =I 2 ; так и через плечи ад и дb: I 3 =I 4 . Исходя из этого, для схемы (рис.3) можно записать:
| (6) |
Наряду с уравновешенными мостами для измерения сопротивлений широко применяются неуравновешенные мосты, позволяющие более быстро производить измерение сопротивлений (но менее точно, так как их показания зависят от стабильности напряжения источника питания). Значение измеряемого сопротивления в этих мостах определяют непосредственно по показаниям прибора. В неуравновешенных мостах часто используют в качестве измерительного прибора магнитоэлектрические логометры, позволяющие повысить точность измерения.
Уравновешивание мостов можно производить вручную или автоматически. Автоматическое уравновешивание применяют в тех случаях, когда необходимо следить за изменением измеряемого сопротивления и управлять его значением.
— электротехническая величина, которая характеризует свойство материала препятствовать протеканию электрического тока. В зависимости от вида материала, сопротивление может стремиться к нулю — быть минимальным (мили/микро омы — проводники, металлы), или быть очень большим (гига омы — изоляция, диэлектрики). Величина обратная электрическому сопротивлению — это .
Единица измерения электрического сопротивления — Ом . Обозначается буквой R. Зависимость сопротивления от тока и в замкнутой цепи определяется .
Омметр — прибор для прямого измерения сопротивления цепи. В зависимости от диапазона измеряемой величины, подразделяются на гигаомметры (для больших сопротивление — при измерении изоляции), и на микро/милиомметры (для маленьких сопротивлений — при измерении переходных сопротивлений контактов, обмоток двигателей и др.).
Существует большое разнообразие омметров по конструктиву разных производителей, от электромеханических до микроэлектронных. Стоит отметить, что классический омметр измеряет активную часть сопротивления (так называемые омики).
Любое сопротивление (металл или полупроводник) в цепи переменного токаимеет активную и реактивную составляющую. Сумма активного и реактивного сопротивления составляют полное сопротивление цепи переменного тока и вычисляется по формуле:
где, Z — полное сопротивление цепи переменного тока;
R — активное сопротивление цепи переменного тока;
Xc — емкостное реактивное сопротивление цепи переменного тока;
(С- емкость, w — угловая скорость переменного тока)
Xl — индуктивное реактивное сопротивление цепи переменного тока; 
(L- индуктивность, w — угловая скорость переменного тока).
Активное сопротивление — это часть полного сопротивления электрической цепи, энергия которого полностью преобразуется в другие виды энергии (механическую, химическую, тепловую). Отличительным свойством активной составляющей — полное потребление всей электроэнергии (в сеть обратно в сеть энергия не возвращается), а реактивное сопротивление возвращает часть энергии обратно в сеть (отрицательное свойство реактивной составляющей).
Физический смысл активного сопротивления
Каждая среда, где проходят электрические заряды, создаёт на их пути препятствия (считается, что это узлы кристаллической решётки), в которые они как-бы ударяются и теряют свою энергию, которая выделяется в виде тепла.
Таким образом, происходит падение (потеря электрической энергии), часть которого теряется из-за внутреннего сопротивления проводящей среды.
Численную величину, характеризующую способность материала препятствовать прохождению зарядов и называют сопротивлением. Измеряется оно в Омах (Ом) и является обратно пропорциональной электропроводности величиной.
Разные элементы периодической системы Менделеева имеют различные удельные электрические сопротивления (р), например, наименьшим уд. сопротивлением обладают серебро (0,016 Ом*мм2/м), медь (0,0175 Ом*мм2/м), золото (0,023) и алюминий (0,029). Именно они применяются в промышленности в качестве основных материалов, на которых строится вся электротехника и энергетика. Диэлектрики, напротив, обладают высоким уд. сопротивлением и используются для изоляции.
Сопротивление проводящей среды может значительно изменяться в зависимости от сечения, температуры, величины и частоты тока. К тому же, разные среды обладают различными носителями зарядов (свободные электроны в металлах, ионы в электролитах, «дырки» в полупроводниках), которые являются определяющими факторами сопротивления.
Физический смысл реактивного сопротивления
В катушках и конденсаторах при подаче происходит накопление энергии в виде магнитных и электрических полей, что требует некоторого времени.
Магнитные поля в сетях переменного тока изменяются вслед за меняющимся направлением движения зарядов, при этом оказывая дополнительное сопротивление.
Кроме того, возникает устойчивый сдвиг фаз и силы тока, а это приводит к дополнительным потерям электроэнергии.
Удельное сопротивление
Как узнать сопротивление материала, если по нему не течет и у нас нет омметра? Для это существует специальная величина —удельное электрическое сопротивление материало в
(это табличные значения, которые определены опытным путем для большинства металлов). С помощью этого значения и физических величин материала, мы можем вычислить сопротивление по формуле:
где,p — удельное сопротивление (единицы измерения ом*м/мм 2);
l — длина проводника (м);
S — поперечное сечение (мм 2).
Электрическое сопротивление - основная электрическая характеристика проводника, величина, характеризующая противодействие электрической цепи или ее участка электрическому току. Также сопротивлением могут называть деталь (её чаще называют резистором) оказывающую электрическое сопротивление току. Электрическое сопротивление обусловлено преобразованием электрической энергии в другие виды энергии и измеряется в Омах.
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. 1.2, (а) через амперметр проходит не только измеряемый ток I x , но и ток I v , протекающий через вольтметр. Поэтому сопротивление
R x = U / (I - U/R v ) (110)
где R v -- сопротивление вольтметра.
При включении приборов по схеме рис. 1.2, б вольтметр будет измерять не только падение напряжения Ux на определенном сопротивлении, но и падение напряжения в обмотке амперметра U A = IR А. Поэтому
R x = U/I - R А (111)
где R А -- сопротивление амперметра.
В тех случаях, когда сопротивления приборов неизвестны и, следовательно, не могут быть учтены, нужно при измерении малых сопротивлений пользоваться схемой рис. 1.2,а, а при измерении больших сопротивлений -- схемой рис. 1.2, б. При этом погрешность измерений, определяемая в первой схеме током I v , а во второй -- падением напряжения UА, будет невелика по сравнению с током I x и напряжением U x .
Измерение сопротивлений электрическими мостами. Мостовая схема (рис. 1.3,а) состоит из источника питания, чувствительного прибора (гальванометра Г) и четырех резисторов, включаемых в плечи моста: с неизвестным сопротивлением R x (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 таком случае принято говорить, что мост уравновешен). При этом неизвестное сопротивление
R x = (R 1 /R 2 )R 3 (112)
Рис. 1.2
Рис. 1.3.
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 R x (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 R x 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. 1.3,б). В этих мостах провода, соединяющие резистор с измеряемым сопротивлением R x 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 R x 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
R x = R 0 R 1 /R 4 (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 R x . Это позволяет проградуировать шкалу гальванометра в единицах сопротивления R x 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 R x (рис. 1.4.) и добавочным резистором R Д в цепь постоянного тока. При неизменных э. д. с. источника и сопротивления резистора R Д ток в цепи зависит только от сопротивления R x . 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 R x 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. 1.5.), показания которого 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.
Рис. 1.4.
Рис. 1.5.
Последовательно с одной катушкой включают добавочный резистор R д, в цепь другой катушки -- резистор сопротивлением R x .
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 части логометра зависит от отношения I1/I2. Следовательно, при изменении R x будет изменяться угол? отклонения стрелки. Шкала мегаомметра градуируется непосредственно в килоомах или мегаомах (рис. 1.6, а).
Рис. 1.6.
Чтобы измерить сопротивление изоляции между проводами, необходимо отключить их от источника тока (от сети) и присоединить один провод к зажиму Л (линия) (рис. 1.6,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.
ВВЕДЕНИЕ
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.
В зависимости от пределов измеряемых сопротивлений измерители сопротивлений подразделяются на миллиомметры (с нижним пределом в десятые доли миллиом); омметры (с нижним пределом в единицы Ом); килоомметры (с верхним пределом около 1 МОм); мегаомметры (с верхним пределом до 1000 МОм); тераомметры (с верхним пределом больше 106 МОм).
Целью данного курсового проекта является проектирование Омметра, измеряющего сопротивления на пределах 200 Ом и 2 Мом.
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Методы непосредственной оценки
Метод преобразования сопротивления в интервал времени
Рис.1.
Принцип работы:
В исходном положении переключатель находится в положение «0», конденсатор заряжен до напряжения U0, выходной сигнал сравнивающего устройства(СУ) имеет нулевой уровень. Сигнал начала измерения (момент времени t1) переводит переключатель в положение «1», при этом напряжение на не инвертирующем входе СУ в первый момент времени превышает напряжение, действующее на инвертирующем входе, и выходной сигнал СУ принимает единичный уровень. В процессе разряда конденсатора напряжение на не инвертирующем входе непрерывно падает и в момент времени, когда оно окажется ниже,(t2) выходной сигнал СУ возвращается к исходному нулевому уровню.
В результате на выходе СУ появится сигнал с длительностью, прямо пропорциональной величине измеряемого сопротивления.
Уравнение преобразования:
Преимущества:
Выходной величиной является время- удобная для квантования величина;
Достаточно высокая точность;
Широкий диапазон измерения;
Не требуются высокоомные образцовые резисторы;
Недостатки:
Может быть использован только для измерений практически безреактивных сопротивлений;
Невозможность измерения сопротивлений, зависящих от напряжения (непроволочных резисторов, диэлектриков);
Громоздкость.
Методы преобразования сопротивления в ток
Рис.3.Структурная схема преобразования сопротивления в ток
Принцип работы:
Схема содержит источник образцового напряжения, в цепь которого включено измеряемое сопротивление. Напряжение, приложенное к измеряемому сопротивлению, вызывает в цепи ток Ix, обратно пропорциональный измеряемому сопротивлению.
Уравнение преобразования:
Преимущества:
Простота;
Высокая точность дальнейшего измерения тока;
Не требуется образцовый высокоомный резистор
Недостатки:
Обратная зависимость тока в цепи от измеряемого сопротивления.
Рис.3.
Принцип работы:
Источник высокого напряжения создает в цепи ток: в цепи с добавочным сопротивлением R0 ток I0, а в цепи с измеряемым сопротивлением Rx- Ix; Отношение этих токов пропорционально измеряемому сопротивлению.
Уравнение преобразования:
Преимущества:
Простота;
Недостатки:
Нелинейная шкала;
Потребность в генераторе высокого напряжения;
Ограниченная точность.
Методы преобразования сопротивления в напряжение
а) с использованием идеального генератора тока
Рис.4.Структурная схема преобразования сопротивления в напряжение
Принцип работы:
Схема содержит источник образцового тока с очень большим входным сопротивлением, в цепь которого включается измеряемое сопротивление. Напряжение на резисторе прямопропорционально измеряемому сопротивлению.
Уравнение преобразования:
Недостатки:
Потребность в источнике тока с очень большим выходным током;
Потребность в усилителе с очень большим сопротивлением при последующем преобразовании напряжения.
Преимущества:
Большая чувствительность;
Простота.
б) с использованием реального источника тока
Рис.5.
Принцип работы:
Ток I0 создается источником напряжения U0 и равен U0 /R0, при входном сопротивлении усилителя много большем измеряемого он практически весь протекает через Rх, а напряжение на выходе усилителя будет пропорционально измеряемому сопротивлению.
Уравнение преобразования:
Недостатки:
Потребность усилителя с очень большим входным сопротивлением;
Низкая чувствительность;
Преимущества:
Прямая зависимость выходного напряжения от измеряемого сопротивления;
Простота.
в) метод делителя(напряжение снимается с Rх)
Рис.6.
Принцип работы:
На вход делителя, образованного измеряемым сопротивлением Rх и образцовым сопротивлением R0 >> Rх, подается стабилизированное постоянное напряжение U0; с резистора Rх снимается напряжение пропорциональное измеряемому сопротивлению.
Уравнение преобразования:
Преимущества:
Простота
Недостатки:
Потребность в высокоомном сопротивлении большей величины чем измеряемое;
Потребность в усилителе с очень большим входным сопротивлением при дальнейшем преобразовании напряжения.
г) метод делителя (напряжение снимается с R0)
Рис.7.
Принцип работы:
Аналогичен (в), с тем различием, что напряжение, пропорциональное измеряемому сопротивлению, снимается с образцового сопротивления R0 << Rх.
Уравнение преобразования:
Преимущества:
Нет потребности в высокоомном образцовом сопротивлении;
Простота
Недостатки:
Малая точность дальнейшего измерения напряжения;
Обратная зависимость напряжения от измеряемого сопротивления
Методы сравнения
Мостовой метод
Принцип работы:
Путем изменения соотношения R1/R2 и сопротивления R3 добиваются равновесия, определяемого отсутствием тока в цепи нуль-индикатора. При этом результат измерения определяют по значениям R1/R2 и сопротивления R3.
сопротивление напряжение усилитель погрешность
Рис.8.Структурная схема
Условие равновесия:
Преимущества:
Большая точность;
Высокая чувствительность;
Недостатки:
Потребность в высокоомных образцовых мерах;
