Необходимо провести измерение электрического сопротивления резистора. Методы измерения сопротивления

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

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

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

Принципы измерения электрического сопротивления

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

2. измерительные приборы силы тока и напряжения.

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

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

Конструкция простейшего омметра

Производители измерительных приборов изготавливают устройства измерения сопротивления, работающие по:

1. аналоговым;

2. или цифровым технологиям.

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

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

В конструкции этих приборов:

1. все компоненты приведенной схемы встроены в корпус;

2. источник выдает стабилизированное напряжение;

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

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

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

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

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

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

Принцип работы цифрового омметра

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Измерительные мосты постоянного тока

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

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

Электрические схемы измерительных мостов на постоянном токе

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

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

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

Внешний вид измерительных мостов

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

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

Приборы измерения сопротивления контура заземления

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

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

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

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

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

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

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

Приборы измерения удельного сопротивления грунта

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

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

Остальные правила измерения остаются прежними.

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

Как устроены мегаомметры

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

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

мега — миллион, приставка;

Ом — единица измерения;

метр — общепринятое сокращение слова измерять.

Внешний вид

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

Его шкала состоит из двух поддиапазонов:

1. МΩ — мегаомы;

2. KΩ — килоомы.

Электрическая схема

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

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

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

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

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

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

Цифровые мегаомметры

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

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

Правила безопасности при работе с мегаомметрами

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

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

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

Характерными опасностями, создаваемыми мегаомметрами при работе являются:

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

необходимость предотвращения действия наведенного потенциала;

создание остаточного заряда на схеме после выполнения замера.

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

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

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

Приборы измерения сопротивления в цепях переменного тока

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

Приборы для измерения сопротивления петли фаза-ноль

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

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

Для выполнения подобных замеров разработано несколько методик, основанных на:

падении напряжения при: отключенной цепи и на сопротивлении нагрузки;

коротком замыкании с пониженными токами от постороннего источника.

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

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

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

ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Общие сведения

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 мегоом и более (сопротивления изоляции и утечки конденсаторов, поверхностное и объёмное сопротивления электроизоляционных материалов и т. п.). Наиболее часто приходится измерять сопротивления средних значений - примерно от 1 Ом до 1 МОм.

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

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

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

Измерение электрического сопротивления

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 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. 339, 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. 339,а, а при измерении больших сопротивлений - схемой рис. 339, 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. 340,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 та-

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

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

R x = (R 1 /R 2)R 3 (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 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. 340,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. 341) 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. 342), показания кото 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 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. 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.

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

Сначала немного исходной теории.

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

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

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

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

Да, всё верно – получился коэффициент деления 2.

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

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

Получается коэффициент деления 10.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Все применённые детали – обыкновенные, «выводные».

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Андрей Гольцов, г. Искитим

Список радиоэлементов

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.

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.

Измерение сопротивления прямым и косвенным методами.

Подготовка приборов к измерению сопротивления

1.1. В7-26

Переключатель рода работ перевести в положение «r » и проверить нулевое положение указателя при замкнутых накоротко гнездах «r » и «*» (рис.1). Затем разомкнуть гнезда и установить указатель (стрелку) в положение «∞» на шкале ручкой «Устан. “∞”» (для ).

Переключатель рода работ выставить в положение «». Выбрать шкалу прибора. Рис. 1

3. Измерение сопротивлений прямым методом.

2.1 На магазине сопротивлений установить:

(Ом), (кОм).

2.2. Подключить R X к В7-26 (рис.2) и измерить его величину. Конечное значение шкалы R k = Ом (10 n – множитель шкалы). Записать R изм , R k , K П .

2.3. Подключить R X к Щ4313 (рис.3) и измерить его величину.Записать значения R изм , R k , коэффициентов a и b Рис.2

(см. паспорт прибора), вычислить класс точности K П прибора.

Для мультиметра Щ4313 класс точности определяется по формуле: ,

Рис. 3

2.4. С учетом инструментальной погрешности результат измерений прибором В7-26

записать в виде:

,

где R изм – измеренное значение, R K – конечное значение шкалы прибора.

2.5. Результат измерений прибором Щ4313 записать в виде:

2.6. На магазине сопротивлений установить R 2 = (кОм) и выполнить пункты 2.1. - 2.5.

3. Измерение сопротивлений R 1 и R 2 косвенным методом.

3.1. Собрать схему (рис. 4). Установить на источнике питания Е = (В).

, I K – конечное значение шкалы. R V = 30 МОм. Записать результаты измерений тока и напряжения.

,

Рис. 4 .

Записать результат измерения сопротивлений R 1 (R 2 ) с учётом инструментальной погрешности косвенных измерений:

Методическая погрешность измерений:
, . Поправка П = - R A .

Окончательный результат измерений:

3.2 Собрать схему (рис. 5). Записать результаты измерений тока и напряжения:

; .

Записать результат измерения с учётом инструментальной погрешности

косвенных измерений:

Рис. 5

Методическая погрешность измерений:

; .

Поправка на методическую погрешность:

.

Случайная погрешность поправки П :

Результат измерений:

.