Лекция: Вимірювання опорів за допомогою магнітоелектрич­ного вимірювального механізму

Вимірювання опорів за допомогою магнітоелектрич­ного вимірювального механізмуздійснюється з попе­реднім вимірювальним перетворенням опору або в струм (рис.2, а) або в напругу (рис. 2, б). У першому випад­ку вихідна величина Іхвимірювального перетворювача з вхідною величиною Rxзнаходиться у такій залежності (за законом Ома):

IX=E/(RX+RA), (1)

де RA — опір магнітоелектричного амперметра. У другому випадку — залежність між вихідною величиною Uxі вхід­ною Rxописується формулою

(2)

де Rдод — опір додаткового резистора;

Rv — опір магніто­електричного вольтметра.

Аналіз формул (1) і (2) показує, що залежність між Rxта Іх, а також між Rxта Uxнелінійна, тому шкала цих приладів, проградуйованих в одиницях опору, нерівномір­на. Крім того, точність вимірювання опору залежить від стабільності електрорушійної сили джерела і від стабіль­ності опорів Ra, Rдод, Rv

Рис. 2.

Для усунення впливу нестабільності електрорушійної сили на результат вимірювання застосовують логомет­ричний магнітоелектричний механізм,у якому, на від­міну від звичайного магнітоелектричного механізму, мо­мент протидії створюється не пружним елементом, а за допомогою додаткової рамки, яка жорстко скріплена з ос­новною рамкою і створює момент протидії (рис. 3).

Рис. 3

Мо­менти, створені рамками, протилежно спрямовані, тому рівновага настає за умови рівності моментів. Кут відхи­лення рухомої частини залежить від співвідношення струмів у рамках. Якщо послідовно одній обмотці увімкнути відомий опір Rn, a послідовно другій — вимірюваний опір Rx, то кут відхилення рухомої частини залежить від співвідношення опорів Rx/Rn.

Такі прилади застосовуються для вимірювання великих опорів, насамперед опору ізоляції, і називаються мегом­метрами. Омметри та мегомметри на основі магнітоелектричного механізму мають невисоку точність і невеликий діапазон вимірювання. Для розширення діапазону вимірювання і підвищення точності застосовують електронні омметри, в яких застосовують попередній вимірювальний перетво­рювач опору у напругу і подальше підсилення цієї напру­ги (рис. 4). До складу електронного омметра входять ті ж самі пристрої (за винятком перетворювача опору в на­пругу), що і до складу електронного вольтметра, тому доцільно виготовляти комбіновані прилади, які придатні до вимірювання напруг, струмів, опорів та інших фізичних величин.

Рис. 4.

Якщо до складу електронного омметра ввести аналого-цифровий перетворювач, то матимемо цифровий омметр, структуру якого наведено на рисунку 5. Цифровий омметр має кращі метрологічні характеристики, ніж аналоговий.

Рис.5.

3.2 Вимірювання опорів за допомогою одинарних мостів постійного струму

Для підвищення точності вимірювання застосовують одинарні мости постійного струму (рис. 6).

Рис. 6.

Міст складається з двох вимірювальних перетворювачів опорів у напругу (Rx→Ux, Rn→UN), ввімкнених паралельно під одну напругу джерела Е. Вихідні Uxта un і вхідні Rxта Rn величини вимірювальних перетворювачів пов'язані залеж­ностями:

(3) (4)

Змінюючи значення опору RNміст врівноважують, тоб­то домагаються рівності напруг:

UX=UN. (5)

Компаратор призначений для індикації рівності вихід­них напруг вимірювальних перетворювачів, тобто UX=UN… Залежність між вимірюваним опором Rxта іншими пара­метрами моста отримуємо з умови врівноваженості моста (6):

(6)

Виконавши нескладні перетворення, дістанемо

. (7)

Резистори Rl та R2 моста називаються плечима відно­шення, а резистори Rxі RN — плечима порівняння. Відно­шення опорів R1/R2 вибирають кратним .

Опір Rn виготовляється у вигляді кількох декад, і кожна з декад може змінюватися ступенями відповідно до десяткової системи числення. Опори в декадах оцифровані і тому після врівноваження моста результат вимірювання отримують безпосередньо. Діапазон вимірювання опорів за допомогою моста обмежений зверху впливом опору ізоляції, а зни­зу — впливом на результат вимірювання опорами кон­тактів і з'єднувальних проводів.