Измерение электрического сопротивления

Измерение сопротивления методом вольтметра-амперметра сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчету его параметров по закону Ома (Рис.8.1).

Метод непосредственной оценки реализуется в приборах для измерения сопротивления постоянному току – электромеханических и электронных омметрах. Действие омметра основано на применении закона Ома: измеряется падение напряжения на неизвестном сопротивлении при заданном тока или измеряется ток через неизвестное сопротивление при определенном напряжении.

Рисунок.8.1 Измерение активных сопротивлений

а) измерение больших R, б) измерение малых R

Омметры.

Омметром называется прямопоказывающий прибор для измерения электрического сопротивления на постоянном токе. Электромеханические омметры строятся на основе приборов магнитно-электрической системы и в зависимости от величины измеряемого сопротивления могут быть выполнены по схеме с последовательным (Рис.8.2а). либо параллельным (Рис. 8.1б) включением измеряемого сопротивления.

Рисунок.8.2 Электромеханический омметр

Источником питания омметра обычно служит гальванический элемент. Ток, протекающий через магнито-электрический прибор (А) в омметре с последовательном включением при разомкнутом ключе Кл. определяется по формуле: (8.1)

где Ra – сопротивление прибора; Rp – регулировочный резистор

При постоянных значениях Ra, Rp и U отклонение стрелки прибора α определяется измеряемым сопротивлением Rx т.е. шкала прибора может быть проградуирована в единицах сопротивления (Ом). Как следует из (8.1) шкала омметра не равномерна(см рис. 8.2а).

Перед проведением измерения сопротивления необходимо установить «размах» шкалы, т.е. отрегулировать омметр так чтобы при Rx = ∞ и Rx = 0 стрелка прибора устанавливалась бы на начальную и конечную отметки шкалы. При незамкнутых входных зажимах омметра и разомкнутом ключе Кл (что соответствует Rx = ∞ ) стрелка прибора находится в крайнем левом положении на отметке 0 мА, следовательно, эта отметка шкалы будет соответствовать Rx = ∞. Далее. Замкнув ключ Кл, т. е. моделируя короткое замыкание в цепи, при котором Rx = 0, наблюдают отклонение стрелки прибора вправо, и в том случае, если стрелка не доходит до конечной отметки шкалы, или переходит за неё. Регулируют резистором Rp ток через прибор до достижения стрелкой конечной отметки. После этого, разомкнув ключ Кл, можно выполнить измерение сопротивления Rх. Характер шкалы подсказывает что омметр такого типа предпочтительно использовать для измерения сравнительно больших сопротивлений (до нескольких килом), так как при измерении малых Rx этот омметр имеет малую чувствительность (ток отклонения стрелки mA составляет I=50…100 мкА).

Для измерения небольших сопротивлений применяются омметры, выполненные по схеме с с параллельным включением измеряемого сопротивления, уравнение шкалы для которых имеет вид

I=U/[Rp+Ra Rx/(Ra+Rx)] (8.2)

Как и ы схеме с последовательным включением, здесь отклонение стрелки прибора зависит только от Rx при условии, что остальные члены уравнения (8.2) постоянны. Перед проведением измерения так же необходимо установить размах шкалы, моделируя ситуацию Rx = 0 и Rx = ∞ и регулируя ток I сопротивлением резистора Rp. Для омметра с параллельным включением нулевое положение указателя совпадает с нулевым значением измеряемого сопротивления, а крайнее правое положение стрелки соответствует Rx = ∞. Шкала такого омметра изображена на рис 8.2б

Омметры, выполненные по схемам рис 8.2 а и б выпускаются как отдельные приборы а так же входят в в состав комбинированных приборов(тестеров, авометров). Класс точности омметров не ниже 2,5. следует отметить следующее при работе с электромеханическими омметрами: - после завершения измерения следует отключить источник питания принципиальной схемы, т. к. источник питания достаточно быстро разрядится, от чего в значительной мере зависит точность измерения сопротивления в дальнейшем.

Электронные омметры. В электронных омметрах используются два метода измерения: 1) метод стабилизированного тока в цепи делителя и 2) метод преобразования измеряемого сопротивления в в пропорциональное ему напряжение. Схема измерения сопротивления по методу стабилизированного тока приведена на рис. 8.3а. Делитель напряжения. Который состоит из известного образцово резистора Rобр и изменяемого Rx сопротивлений, питается от источника опорного напряжения Uоп. Падение напряжения на образцовом резисторе усиливается увеличением У с большим выходным сопротивление. Выходное напряжение усилителя Uвых зависит от значения сопротивления Rx. В качестве индикатора обычно используется микроамперметр магнитоэлектрической системы, шкала которого градуируется в единицах сопротивления. Если усилитель имеет коэффициент усиления К и входное сопротивление Rвх >>Rобр, то измеряемое сопротивление определяется выражением

Rx = [(KUоп/Uвых)-1]Rобр (8.3)

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

Рисунок.8.3 Схемы измерений сопротивлений по методу стабилизированного тока

Для измерения малых сопротивлений (Rвх <Rобр ) используется схема рис 8.3б. Измеряемое сопротивление здесь определяется выражением

Rx = Rобр /(KUоп/Uвых-1) (8.4)

Эта схема реализована в ряде выпускаемых промышленностью миллиомметров, обеспечивающих измерение активных сопротивлений в диапазоне Ом с погрешностью 1,5…2,0%

Измерение средних и больших (до Ом) сопротивлений осуществляется с использованием преобразования измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение. В основу метода положен принцип работы операционного усилителя постоянного тока с отрицательной обратной связью (рис. 8.4)

Для схемы, представленной на рис. 8.4а, измеряемое сопротивление Rx определяется выражением

Rx=Uоп Rобр/Uвых (8.5)

Где Uвых – выходное напряжение усилителя;

Rобр – образцовый резистор.

При постоянных значениях Uоп и Rобр напряжение Uвых будет зависеть только от Rx и. следовательно, шкала микроамперметра может быть отградуирована в единицах сопротивления. Указанная схема применяется в основном для измерения больших сопротивлений в приборах, называемых мега – и тераомметрами.

Поменяв местами Rx и Rобр, получим схему (Рис.8,4б) пригодную для измерения малых сопротивлений (от единиц Ом). Измеряемое сопротивление в такой схеме определяется выражением

Rx = Uвых Rобр/ Uоп (8.6)

Рисунок.8.4 Схемы омметров на основе операционных усилителей

Применение в одном приборе обеих вариантов схем позволяет создавать измерители сопротивления с диапазоном измерения от единиц Ом до десятков Мом.

Измерительный мост постоянного тока.

Схема измерительного моста для измерения сопротивления

приведена на рисунке 8.5. Такой мост содержит четыре резистора , соединенных в кольцевой замкнутый контур. Резисторы R1,R2,R3,R4 этого контура называются плечами моста, а точки соединения соседних плеч – вершинами моста. Цепи, соединяющие противоположные вершины, называются диагоналями. Диагональ ав содержит источник питания и называется диагональю питания. Диагональ cd, в которую включен индикатор И, называется измерительной диагональю. В мостах постоянного тока в качестве индикатора обычно используют гальванометр. Мосты постоянного тока предназначены для измерения активного сопротивления. В общем случае зависимость протекающего через гальванометр тока Iи от сопротивления плеч, сопротивления гальванометра Rи и напряжения питания. Измерение сопротивлений производится в режиме уравновешенного моста. Мост называется если разность потенциалов между вершинами c и d равна нулю, а следовательно и ток через гальванометр равен нулю.

R1 R3 = R2 R4 (8.7)

Это условие равновесия одинарного моста постоянного тока(8.7) можно сформулировать следующим образом: для того, чтобы мост был уравновешен, произведения сопротивлений противолежащих плеч моста должны быть равны. Если сопротивление одного из плеч моста неизвестно, то уравновесив мост путем подбора сопротивлений плеч R1,R2,R3 находим из условия равновесия R4

(8.8)

В реальных мостах постоянного тока для уравновешивания моста регулируется отношение R1/R2 или R3

В состоянии равновесия моста ток через гальванометр равен нулю и следовательно, колебания напряжения питания и сопротивление гальванометра влияния на результат измерения не оказывает. Поэтому основная погрешность уравновешивающего моста определяется чувствительностью гальванометра, чувствительностью схемы, погрешностью сопротивления плеч, а так же сопротивлением монтажных проводов и контактов. При измерении малых сопротивлений существенным источником погрешности является сопротивление выводов с помощью которых измеряемый резистор Rx подключается к входным зажимам моста, так как оно полностью входит в результат измерений. Поэтому нижний предел измерения одинарного моста постоянного тока ограничен значением сопротивления порядка десятые-сотые доли Ом. Верхний предел измерения 10⁶..10⁸ Ом ограничивается чувствительностью гальванометра. Таким образом чувствительность моста можно измерять измерение напряжения питания.

Измерение частоты (общие сведения)

Частота колебаний является важнейшей характеристикой переменного тока, а измерение частоты – одно из основных задач, решаемых в радиотехнике и электронике. Частотой колебаний называют число полных колебаний в единицу времени:

(10.1)

где – интервал времени, за которое совершается Nколебаний. Для гармонических колебаний частота :

где T– период колебаний.

В зависимости от участка частотного спектра и допустимой погрешности для измерения частоты применяют различные способы и приемы измерения, основанные как на использовании методов непосредственной оценки, так и методов сравнения.

На основе метода сравнения реализуются осциллографические способы измерения частоты. К приборам, работающим по методу непосредственной оценки, относятся электронно-счетные (цифровые) частотомеры.

Электронно-счетный частотомер.

Принцип действия электронно-счетного частотомера основан на измерении частоты в соответствии с ее определением (10.1), т.е. на счете числа импульсов за известный, стабильный по длительности интервал времени. Переменное напряжение, частоту которого необходимо измерить, преобразуют в последовательность коротких импульсов с частотой следования, равной . Если сосчитать число импульсов Nза интервал времени , то частота:

Структурная схема электронно-счетного частотомера изображена рис.10.1.

Рисунок 10.1 Структурная схема электронно-счетного частотомера

Сигнал частоты поступает на усилитель-формирователь импульсов УФ, который преобразует синусоидальное напряжения измеряемой частоты в последовательность однополярных импульсов. Частота следования этих импульсов равна измеряемой частоте. Импульсы поступают на вход 1 временного селектора ВС. На вход 2 селектора поступает импульс строго определенной длительности. Длительность этого импульса задается генератором высокой частоты ГВЧ с кварцевой стабилизацией и делителем частоты с коэффициентом деления . Частота генератора с кварцевой стабилизацией обычно равна единицы или 5 МГц, и, следовательно, период колебаний равен единицы или 0,2 мкс. При такой длительности времени счета измерять частоты, равные или меньше , невозможно. Поэтому после кварцевого генератора включают декадные делители частоты, на выходе которых образуются частоты в раз ниже частоты генератора, т.е. 100,10 и 1 кГц,100,10,1,0,1 Гц. Таким образом, длительность импульса, определяющего время счета, можно устанавливать степенями от до 10 с. Измеряемая частота при этом определяется по формуле:

Импульс длительностью формируется в блоке управления БУ. Импульсы измеряемой частоты (стробирующие импульсы ) поступают на электронный счетчик импульсов лишь тогда, когда ко входу 2 селектора приложен импульс длительностью . С выхода счетчика информация о числе импульсов , его заполнивших, в виде двоичного кода подается через дешифратор на цифровое отсчетное устройство ( табло ), на котором в цифровом виде фиксируется результат измерения в единицах частоты. Измерение производится повторяющимися циклами, задаваемыми блоком управления.

Одновременно с воздействием на временной селектор управляющее устройство выдает импульсы для автоматического сброса показаний цифрового индикатора и освобождения электронного счетчика от накопления информации, а также для приведения в исходное положения дешифратора и делителя частоты. Для того, чтобы оператор имел возможность провести отсчет показаний по цифровому табло, в управляющем устройстве предусмотрена блокировка временного селектора на некоторый интервал времени, в течении которого на табло сохраняются показания. Этот интервал времени называется временем индикации

И может регулироваться оператором в пределах нескольких секунд. В частотомере предусмотрены автоматический и ручной режим измерения. В автоматическом режиме счет импульсов повторяется каждый раз по окончанию установленного времени индикации. В режиме ручного управления счет выполняется один раз при нажатии на кнопку; время индикации не ограничивается.

Следует отметить, что для измерения низких частот применение электронно-счетного частотомера нецелесообразно, так как погрешность измерения недопустима велика.

Для того чтобы обеспечить приемлемую погрешность измерения низких частот, переходят к измерению периода с последующим пересчетом в частоту. Принцип измерения периода аналогичен рассмотренному принципу измерения частоты с той разницей, что временной селектор открывается импульсом, формируемым из напряжения, период

которого необходимо измерить, а длительность этого периода определяется подсчетом импульсов , получаемых от высокостабильного генератора. Если на счетчике прошло импульсов с частотой следования , то измеряемый период:

Современные электронно-счетные частотомеры кроме измерения частоты и периода колебаний могу измерять отношения частот ( при наличии двух входов ) вести подсчет импульсов, длительность импульса, выдавать калиброванные частоты, быть подключены через соответствующий порт к цифровым системам передачи измеряемой информации. Основными характеристиками электронно-счетных частотомеров являются:

· Чувствительность по входу;

· Диапазон измеряемых частот;

· Относительная погрешность измеряемых параметров;

· Время индикации результатов измерений;

· Режимы работы прибора.

Дата добавления: 2014-03-13; просмотров: 1402; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!