Метод электрического сопротивления. Измерение сопротивлений - электротехнические измерения

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.

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 )

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:

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.

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:

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:

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:

или более красиво вот так

(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 для любопытных проверить это чудо, но ленивых, чтобы собрать схему.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
R1	Резистор	100 кОм	1	1%		В блокнот
R2	Резистор	100 Ом	1	1%		В блокнот
R0(1)	Подстроечный резистор	1 кОм	1	3296W		В блокнот
R0(2)	Подстроечный резистор	100 Ом	1	3296W		В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	220 мкФ	1	Можно др. номинал		В блокнот
С2	Конденсатор	100 нФ	1

Сопротивление является физической величиной, которая характеризует свойства тела (предмета) препятствовать прохождению электрического тока. В какой-то степени сопротивление аналогично силе трения, возникающей при перемещении тела по некоторой поверхности. Сопротивление измеряется в омах (Ом): 1 Ом = 1 В (вольт, напряжение) / 1 А (ампер, сила тока). Сопротивление измеряют при помощи омметра или цифрового или аналогового мультиметра.

Шаги

Измерение сопротивления с помощью цифрового мультиметра

1. Одним щупом прикоснитесь к одному выводу элемента, а вторым щупом к противоположному выводу элемента. Дождитесь момента, когда цифры на индикаторе перестанут меняться, и запишите отображаемое число, которое является значением сопротивления резистора.

   • Например, если на индикаторе отображается «0,6», а в его верхнем правом углу отображается «MΩ», то сопротивление резистора равно 0,6 МОм.

2. Выключите мультиметр. Закончив измерять сопротивления резисторов, выключите мультиметр и отсоедините щупы.

   Измерение сопротивления с помощью аналогового мультиметра

   1. Выберите элемент, сопротивление которого вы хотите измерить. Для получения точного результата измерьте сопротивление каждого элемента цепи (схемы). Для этого либо извлеките элемент из цепи, либо измерьте сопротивление до подключения элемента к цепи. Измерение сопротивления элемента, подключенного к цепи, может привести к неточным результатам из-за влияния других элементов.

      Подключите щупы мультиметра к соответствующим разъемам. Большинство мультиметров имеют два щупа - черный и красный, а также несколько разъемов, которые предназначены для измерения различных величин - сопротивления, напряжения или силы тока. Как правило, разъемы, предназначенные для измерения сопротивления, обозначаются буквами «COM» (англ. «common» - стандартный) и греческой буквой Ω (омега), которая является символом единицы измерения ом.

      • Подключите черный щуп к разъему с надписью «COM», а красный щуп к разъему с надписью «Ohm» (Ом).

   2. Включите мультиметр и задайте диапазон пределов измерений. Сопротивление элемента может лежать в диапазоне от нескольких омов (1 Ом) до нескольких мегаомов (1000000 Ом). Для получения точных результатов задайте диапазон значений сопротивления, который соответствует выбранному элементу. В некоторых цифровых мультиметрах такой диапазон задается автоматически, а в других это делается вручную. Если вы знаете, в каком диапазоне лежит сопротивление выбранного элемента, задайте соответствующий диапазон; в противном случае определите диапазон методом проб и ошибок.

      • Если вы не знаете диапазон, сначала задайте средний диапазон; как правило, такой диапазон равен 0–20 кОм.
      • Одним щупом прикоснитесь к одному выводу элемента (резистора), а вторым щупом к противоположному выводу элемента.
      • Стрелка индикатора начнет движение по шкале и остановится у определенного числа, указывая на значение сопротивления элемента.
      • Если стрелка двигается к максимальному пределу диапазона (левая сторона), сузьте заданный диапазон, обнулите мультиметр (установите стрелку на нуле) и повторите измерение.
      • Если стрелка двигается к минимальному пределу диапазона (правая сторона), расширьте заданный диапазон, обнулите мультиметр и повторите измерение.
      • Аналоговые мультиметры следует обнулять после каждого изменения диапазона. Для этого прикоснитесь одним щупом к другому, чтобы вызвать короткое замыкание. Если стрелка не установилась на нуле, подкорректируйте ее положение при помощи специального регулятора («Регулятор омов» или «Контроль нуля»).

   3. Прикоснитесь щупами мультиметра к выводам резистора, сопротивление которого вы хотите измерить. Одним щупом прикоснитесь к одному выводу элемента, а вторым щупом к противоположному выводу элемента. Стрелка начнет движение справа налево - минимальное значение сопротивления (справа) равно нулю, а максимальное значение (слева) равно 2000 Ом (2 кОм). Аналоговый мультиметр снабжен сразу несколькими шкалами, поэтому ищите значение сопротивления на шкале, обозначенной «Ω» (Ом).

      • По мере роста значений числа на шкале будут сгруппированы ближе друг к другу. Поэтому установка правильного диапазона крайне важна для получения точных показаний.

   4. Определение сопротивления. Прикоснувшись щупами к выводам резистора, стрелка остановится где-то посередине шкалы. Убедитесь, что вы считываете значение со шкалы, обозначенной «Ω» (Ом); запишите число, на которое указывает стрелка - оно является значением сопротивления резистора.

      • Например, если заданный вами диапазон равен 0-10 Ом, а стрелка остановилась у числа 9, то сопротивление элемента равно 9 Ом.

   5. Задайте максимальный диапазон напряжения. Закончив пользоваться мультиметром, правильно выключите его. Для этого задайте максимальный диапазон напряжения, чтобы не повредить устройство, если в следующий раз вы (или кто-то другой) забудете, что в первую очередь следует установить диапазон. Выключите мультиметр и отсоедините щупы.

   Получение точных результатов измерения

   Измеряйте сопротивление, когда элементы не подключены к цепи. Если резистор подключен к цепи, то значение его сопротивления будет неточным, так как мультиметр измеряет не только сопротивление нужного вам резистора, но и сопротивления других резисторов, включенных в цепь. Однако, иногда требуется измерить сопротивление резистора, подключенного к цепи.

   1. Измеряйте сопротивление обесточенного элемента. Ток, проходящий через цепь, негативно скажется на точности показаний мультиметра, так как влияет на значение сопротивления резисторов. Кроме того, дополнительное напряжение может привести к повреждению мультиметра (поэтому не рекомендуется измерять сопротивление батарейки или аккумулятора).

      • При измерении сопротивления конденсатора, включенного в цепь, сначала необходимо разрядить его. Разряженный конденсатор будет заряжаться от мультиметра, что приведет к кратковременным скачкам показаний прибора.

В радиолюбительской практике иногда требуется измерить малые сопротивления значение которых ниже 1 Ом, например, в случае проверки обмоток трансформаторов на короткое замыкание, контактов реле, различных шунтов,. Как же осуществить измерение малых сопротивлений величиной в милиомы или микроомы? Как известно из курса электротехники, измерение сопротивлений основано на эффекте преобразовании их величины в ток или напряжение. На этом принципе и основывается схема приставки к мультиметру.

Эта простая схема используется при измерении малых значений сопротивления - от 0,001 до 1.999 ом. Нам потребуется отдельный аккумулятор для питания радиолюбительской конструкции. Напряжение питания стабилизируется ИМС LM317LZ. Подстроечное сопротивление необходимо точно настроить на ток 100 мА, чтобы обеспечить высокую точность и малую погрешность.

Печатная плата показана на рисунке ниже и ее проще всего сделать по . При сборке конструкции постарайтесь сократить длину монтажных проводов до минимума.

На экран стандартного цифрового мультиметра D830 будет выведено значение в Омах, от 0,001 до 1.999 Ом. Для проверки прибора определите номинал несколько параллельно соединённых одноомных сопротивлений.

Если хотите, то можете спаять не просто приставку, а полностью готовый самостоятельный прибор. В этом аналоговом милиомметре применяются два режима определения сопротивления. При стабильном токе в 1А шкала 1 деление = 0,002 Ом и при стабильном токе 0,1А шкала 1 деление = 0,02 Ом. При токе в 0,1А прибор сможет определить сопротивление от 0,02 Ома до одного Ома.

Принцип работы устройства основан в определении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при прохождении через него заданного стабильного тока. Сопротивление рамки у стрелочного измерительного устройства 1200 Ом, ток полного отклонения равен 0,0001 А, значит, если мы применим этот индикатор в роли вольтметра, необходимо подать на него напряжение U = IхR = 0,0001х1200 = 0,12 В = 120 мВ для отклонения стрелки на последнее деление шкалы. Именно это напряжение должно упасть на сопротивлении в 1 Ом на пределе измерения прибора от 0,02 Ома до 1 Ома. Значит на этом пределе нам требуется пропустить через измеряемый резистор стабильный ток I = U/R = 0,12/1 = 0,12A = 120 мА. По аналогии рассчитываем предел и для других значений.

Принцип работы этой схемы основывается на методе измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при заранее известном значении тока протекающего через него. На транзисторе VT1 создает постоянное значение тока, а его стабильность поддерживает операционный усилитель, который осуществляет управление VT1.

номинал постоянного тока в момент измерения сопротивлений до 20 Ом -10 мА и 100 мА при измерении до 2 Ом. Для стабильной работы приставки, микросхема DA1, запитана от стабилизатора напряжения 78L05. Тумблером SA1 осуществляется выбор предела измерений. Кнопку SA3 нажимаем только в момент измерений. Для защиты вольтметра в схему добавлен диод VD1.

Настройка конструкции

Сперва ручки переменных сопротивлений R2 и R5 устанавливаем в средние положения. затем на конструкцию подают напряжение 8-24 В. Постоянную величину тока, протекающего через замеряемое сопротивление, задаем следующим методом. Необходимо щупы точного амперметра подключить к зажимам измеряемого сопротивления. Переключатель SA1 поставить в положение замера сопротивлений до 2 Ом, затем нажимаем на SA3 и путем изменения переменного сопротивления R5 выставляем ток 100 мА. Далее SA1 установить в положение до 20 Ом, нажимаем SA3 уже R2 настраивают ток 10 мА. Повторяют это способ калибровки тока несколько раз, а затем движки переменных сопротивлений покрыть лаком или краской.

Краткая ТЕОРИя

Закон Ома для однородного участка цепи.

Если на концах однородного участка цепи существует разность потенциалов Dj=j 2 -j 1 , то в данной цепи возникает электрический ток. Сила тока I , текущего через данный участок, пропорциональна разности потенциалов Dj на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению R этого участка цепи (или этого проводника)

Величина U = I×R называется падением напряжения на проводнике и численно равна количеству тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении через него единичного электрического заряда.

Для однородного участка (т.е. не содержащего э.д.с.) разность потенциалов на концах участка численно равна падению напряжения на этом участке, т.е. Dj= U.

Если обычный аналоговый вольтметр (отклонение стрелки которого обусловлено током, проходящим в рамке или катушке) присоединить к точкам 1 и 2 участка цепи, то он покажет разность потенциалов Dj между этими точками. Разность потенциалов в этом случае будет равна падению напряжения U на вольтметре, т.е.

U = I V ·R V (2)

где R V - сопротивление вольтметра,

I V - ток, протекающий через вольтметр.

Сопротивление проводников.

Если участок цепи представляет собой проводник длиной l постоянного сечения S , однородного химического состава, то сопротивление R этого проводника определяется по формуле:

где r - удельное сопротивление материала.

Удельное сопротивление численно равно сопротивлению однородного проводника единичной длины и единичного сечения. Оно зависит от химического состава материала проводника, его температуры, и измеряется в системе СИ в Ом×м. На практике часто пользуются внесистемной единицей - Ом×мм 2 /м.

При комнатной температуре наименьшее удельное сопротивление имеют проводники из химически чистых металлов. Удельное сопротивление сплавов имеет большую величину, что позволяет применять их для изготовления резисторов с большим сопротивлением (реостаты, нагревательные элементы, шунты и добавочные сопротивления). В табл. 1 даны значения удельного сопротивления некоторых материалов.

Таблица 1

Методы измерения сопротивления.

Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются: косвенный метод, метод непосредственной оценки и мостовой метод. Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности. Наиболее универсальным из косвенных методов является метод «амперметра-вольтметра», состоящий в практическом использовании закона Ома для однородного участка цепи. Действительно, из формул (1) и (2) следует

т.е. измеряя разность потенциалов U на концах проводника и величину тока I , протекающего через него , можно определить сопротивление R проводника.

Другим методом измерения сопротивлений является метод мостовых схем, который рассматривается в другой лабораторной работе. В мостовых схемах не требуется измерять токи и напряжения, поэтому они дают более точные результаты.

Метод непосредственной оценки предполагает измерение сопротивления постоянному току с помощью омметра. Но измерения омметром дают существенные неточности. По этой причине данный метод используют для приближенных предварительных измерений сопротивлений и для проверки цепей коммутации.

В настоящей лабораторной работе изучается метод «амперметра-вольтметра».

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

С учетом остаточных параметров конденсатор, катушку индуктивности или резистор можно характеризовать некоторым эффективным значением емкости, 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 распространенными являются следующие методы измерения: амперметра - вольтметра, непосредственной оценки, мостовой, резонансный и дискретного счета.

Метод амперметра - вольтметра

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

Измерение активных сопротивлений производится на постоянном токе, при этом включение резистора R Х в измерительную цепь возможно по схемам, представленным на рис. 13.1, а и б.

Достоинство метода заключается в простоте его реа-лизации, недостаток - в сравнительно невысокой точно-сти результата измерения, которая ограничена классом точности применяемых измерительных приборов и мето-дической погрешностью. Последняя обусловлена влияни-ем мощности, потребляемой измерительными приборами в процессе измерения, другими словами - конечным значением собственных сопротивлений амперметра R A и вольтметра R V . Выразим методическую погрешность че-рез параметры схемы.

В схеме рис. 13.1,а вольтметр показывает значение напряжения на зажимах R Х , а амперметр — сумму токов I V +I.

Следовательно, результат измерения R , вы-численный по показаниям приборов, будет отличаться от R Х :

Относительная погрешность измерения в процентах

Здесь приближенное равенство справедливо, так как при правильной организации эксперимента предполагается выполнение условия R V >>R Х.

В схеме рис.13.1,б амперметр показывает значение тока в цепи с R Х , а вольтметр - сумму падений напря-жений на R Х U и амперметре U A . Учитывая это, можно по показаниям приборов вычислить результат измере-ния:

Относительная погрешность измерения в процентах в данном случае равна:

Сравнивая полученные выражения относительных по-грешностей, приходим к выводу: в схеме рис. 13.1,а на методическую погрешность результата измерения оказы-вает влияние только сопротивление R V ; для снижения этой погрешности необходимо обеспечить условие ; в схеме рис. 13.1,б на методическую погрешность результата измерения оказывает влияние только R A ; снижение этой погрешности достигается выполнением условия Таким образом, при практическом ис-пользовании данного метода можно рекомендовать пра-вило: измерение малых сопротивлений следует произво-дить по схеме рис. 13.1,а; при измерении больших сопротивлений предпочтение следует отдавать схеме рис. 13.1, б .

Измерение полного сопротивления Z X выполняется на переменном токе частотой f (рис. 13.2). По показаниям вольтметра и амперметра определяют модуль полного сопротивления

где - показания вольтметра и амперметра.

Выполнив аналогично предыдущему анализ методической погрешности, придем к выводу, что схему, представленную на рис. 13.2, а, целесообразно применять при , а на рис. 13.2, б - при .

Измерение емкости и индуктивности методом амперметра - вольтметра может быть выполнено по схемам, аналогичным рис. 13.2, только с заменой Z X , соответственно, на С или L .

Емкостное сопротивление конденсатора

При измерении емкости этим методом необходимо знать частоту источника питания. Для измерения больших емкостей рекомендуется схема а), а для малых емкостей - схема б ).

Измерение индуктивности катушки методом амперметра - вольтметра возможно, если ее сопротивление R L значительно меньше реактивного сопротивления X L . При этом

Откуда .

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

Погрешности измерения параметров элементов цепей методом амперметра - вольтметра на низких частотах составляют 0.5-10%. Погрешности измерения возрастают с увеличением частоты.

Мостовой метод

Важным классом средств измерения, предназначенных для измерения параметров элементов электрических цепей методом сравнения, являются мосты. Сравнение измеряемой величины (сопротивления, емкости. Индуктивности) с образцовой мерой при помощи моста в процессе измерения может осуществляться вручную или автоматически, на постоянном или на переменном токе. Мостовые схемы обладают большой точностью, высокой чувствительностью, широким диапазоном измеряемых значений параметров. На основе мостовых методов измерения строятся средства измерения, предназначенные как для измерения какой-либо одной величины, так и универсальные аналоговые и цифровые приборы.

Одинарный мост постоянного тока

Простейшая схема одинарного моста представлена на рис.13.3. Четыре резистора R 1 ,R 2 ,R 3 ,R 4 (их называют плечами моста ) соединены в кольцевой замкнутый контур. Точки соединения сопротивлений называют вершинами моста .

Цепи, соединяющие противоположные вершины, называют диагоналями. Диагональ ab содержит источник питания и называется диагональю питания . Диагональ cd , в которую включен индикатор Г , называется измерительной диагональю . В мостах постоянного тока в качестве индикатора обычно используется гальванометр.

В общем случае зависимость протекающего через гальванометр тока I г от сопротивления плеч, сопротивления гальванометра R г и напряжения питания U имеет вид

Измерение сопротивления может производиться в одном из двух режимов работы моста: уравновешенном либо неуравновешенном. Мост называется уравновешенным, если разность потенциалов между вершинами c и d равна нулю, а, следовательно, и ток через гальванометр равен нулю.

Из (13.1) следует, что I г = 0 при

Это условие равновесия одинарного моста постоянного тока можно сформулировать следующим образом: для того, чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч моста должны быть равны. Если сопротивление одного из плеч моста (например, R 1) неизвестно, то уравновесив мост путем подбора сопротивлений плеч , находим из условия равновесия

В реальных мостах постоянного тока для уравновешивания моста регулируются отношение и сопротивление плеча , которые, соответственно, называют плечами отношения и плечом сравнения.

В состоянии равновесия моста ток через гальванометр равен нулю и, следовательно, колебания напряжения питания и сопротивления гальванометра влияния на результат измерения не оказывают (важно лишь, чтобы чувствительность гальванометра была достаточной для надежной фиксации состояния равновесия). Поэтому основная погрешность уравновешенного моста определяется чувствительностью гальванометра, чувствительностью схемы, погрешностью сопротивлений плеч, а также сопротивлениями монтажных проводов и контактов.

При измерении малых сопротивлений существенным источником погрешности может явиться сопротивление проводов, с помощью которых измеряемый резистор подключается к входным зажимам моста, так как оно полностью входит в результат измерения. Поэтому нижний предел измерения одинарного моста ограничен значениями сопротивления порядка 1 Ом . Верхний же предел измерения 10 6 - 10 8 Ом ограничивается чувствительностью гальванометра. При больших значениях измеряемого сопротивления токи в плечах моста очень малы и чувствительности гальванометра недостаточно для четкой фиксации равновесия. Для измерения малых сопротивлений (от 1 до 10 -8 Ом ) применяют двойные мосты.

Двойной мост постоянного тока . Схема двойного моста представлена на рис. 13.4 .

Для исключения влияния сопротивлений соединительных проводов и переходных сопротивлений контактов измеряемое сопротивление присоединяется по четырехзажимной схеме включения: двумя токовыми зажимами в цепь источника питания моста, а двумя потенциальными - в измерительную цепь. Аналогичные зажимы имеет образцовое сопротивление . В цепь источника питания моста входит регулировочное сопротивление , измеряемое сопротивление , образцовое сопротивление (одного порядка по величине с ) и малого сопротивления .

Сопротивления плеч R 1 ,R 2 ,R 3 и R 4 , входящие в измерительную цепь, выбирают достаточно большими (сотни и тысячи Ом ), поэтому влияние сопротивлений монтажных проводов и переходных сопротивлений в контактах пренебрежимо мало.

При равновесии моста формула для определения сопротивления имеет вид

При соблюдении равенства

и достаточно малом сопротивлении вторым членом формулы (13.3) можно пренебречь. Тогда формула (13.3) упрощается до следующей

Равенство (13.4) должно соблюдаться постоянно, поэтому резисторы R 1 ,R 2 и R 3 ,R 4 регулируются при помощи спаренных органов управления. Резистор представляет собой короткий отрезок медной шины большого сечения.

Промышленностью выпускаются одинарные и одинарно-двойные мосты постоянного тока классов точности от 0.005 до 5.

Измерительные мосты переменного тока

Для измерения емкости, индуктивности, взаимной индуктивности и тангенса угла потерь конденсаторов применяются мосты переменного тока, схемы которых отличаются большим разнообразием. Кроме простых четырехплечих мостовых схем существуют и более сложные мостовые схемы. Эти схемы путем последовательных эквивалентных преобразований могут быть приведены к простой четырехплечей схеме, которая является, таким образом, основной.

Схема одинарного четырехплечего моста переменного тока приведена на рис. 13.5. Так как мост питается напряжением переменного тока, то в качестве индикатора в нем применяются электронные милливольтметры переменного тока, либо осциллографические индикаторы нуля.

В общем случае сопротивления плеч моста переменного тока представляют собой комплексные сопротивления вида . Аналогично соотношению (13.2) условие равновесия одинарного моста переменного тока имеет вид:

Записав это выражение в показательной форме, получим

где - модуль комплексного сопротивления; - фазовый сдвиг между током и напряжением в соответствующем плече.

Соотношение (13.5) распадается на два скалярных условия равновесия:

Отсюда следует, что в схеме моста переменного тока равновесие наступает только при равенстве произведений модулей комплексных сопротивлений противолежащих плеч и равенстве сумм их фазовых сдвигов. При этом нужно иметь в виду, что при изменении значений активных и реактивных составляющих одновременно изменяются и модуль, и фаза, поэтому мост переменного тока можно привести к состоянию равновесия лишь большим или меньшим числом переходов от регулирования одного параметра к регулированию другого.

Второе уравнение (13.6) показывает, какими по характеру должны быть сопротивления плеч мостовой схемы, чтобы обеспечить возможность ее уравновешивания. Так, например, если в двух смежных плечах включены активные сопротивления (φ

Мосты переменного тока работают обычно на низких частотах 100 Гц и 1000 Гц. При работе на повышенных частотах погрешности измерения резко возрастают.

← Вернуться