Тема 3.3 Измерение сопротивлений

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 26Следующая ⇒

Студент должен

знать:

- приборы для измерения сопротивлений;

- косвенные методы измерения сопротивлений;

уметь:

- выбирать метод измерения;

- для косвенных методов проводить расчеты;

- пользоваться омметром.

Омметры, особенности работы, правила пользования. Особенности измерения больших и малых сопротивлений. Методы сравнения, измерение мостом. Измерение сопротивления изоляции мегомметром.

Материал для изучения

Рис. 3.3.1. Омметр с последовательной схемой

Рис. 3.3.2. Омметр с параллельной схемой

Сопротивление – один из важнейших параметров электрической цепи. Одни сопротивления сохраняют свои значения в различных условиях, другие, наоборот, изменяются во времени, от температуры, от влажности и т.п. Поэтому при изготовлении электрических машин, аппаратов, приборов, при монтаже и эксплуатации электроустановок необходимо производить измерение сопротивлений. Весьма разнообразны условия, в которых производятся измерения сопротивлений. Также различны требования к точности и быстроте измерений. В некоторых случаях измерение производится в естественных условиях, конкретизировать которые невозможно, в других случаях, наоборот, создаются определенные условия для объекта измерения. По значениям сопротивления делят на три группы: малые (1 Ом и меньше), средние (1Ом – 0, 1 МОм) и большие (от 0, 1 МОм и выше). При измерении малых сопротивлений на результат измерения влияют сопротивления соединительных проводов, контактов и контактные термоЭДС. При измерении больших сопротивлений необходимо считаться с объемным и поверхностным сопротивлениями и учитывать или устранять влияние температуры, влажности и других причин. Измерение сопротивлений жидких проводников или проводников, обладающих высокой влажностью, например, сопротивлений заземлений, производят на переменном токе, так как применение постоянного тока связано с погрешностями, вызванными явлениями электролиза. Измерение сопротивлений твердых проводников производят на постоянном токе, так как при этом, с одной стороны, исключаются погрешности, связанные с влиянием емкости и индуктивности объекта измерения и измерительной цепи, с другой стороны, появляется возможность применять приборы магнитоэлектрической системы, имеющие высокую чувствительность и точность.

Омметры. Приборы для непосредственного измерения сопротивления (омметры) делят на две группы: с однорамочным и с двухрамочным измерительным механизмом. У однорамочных приборов показания зависят от напряжения источника питания, а у двухрамочных, называемых также омметры-логометры, не зависят от питающего напряжения, что является существенным достоинством последних.

Омметры с однорамочным измерительным механизмом (рис. 3.3.1; 3.3.2). Омметр с последовательной схемой (рис. 3.3.1) имеет однорамочный измерительный механизм И магнитоэлектрической системы и добавочный резистор R_д, последовательно с которыми включается измеряемое сопротивление R_х. Омметр питается или от внутренней батареи сухих элементов или от внешней батареи. При разомкнутой кнопке К ток в цепи

, а угол поворота подвижной части . При постоянном отношении U/С_I угол поворота подвижной части зависит только от сопротивления R_х, значения которого наносятся на шкале. Напряжение батареи элементов не остается неизменным, поэтому омметры имеют приспособления для поддержания отношения U/С_I постоянным. Таким приспособлением является шунт или магнитный шунт, позволяющий изменять магнитную индукцию в воздушном зазоре измерительного механизма, а следовательно, и постоянную по току С_I = D/(BSw). Регулирование производится так: при присоединенной батарее замыкают ключ К, накоротко замыкая R_х (рис. 3.3.1), и поворотом рукоятки регулировочного винта изменяют положение магнитного шунта, устанавливая стрелку омметра на нулевое деление шкалы. Размыкая кнопку К, производят измерение сопротивления R_х.

В омметре с параллельной схемой (рис. 3.3.2) измеряемое сопротивление R_х включается параллельно измерительному механизму. Ток в измерительном механизме . Приняв во внимание, что общий ток цепи ,

Рис. 3.3.3. Последовательная схема омметра-логометра

Рис. 3.3.4. Параллельная схема омметра-логометра

получим: . Следовательно, угол поворота подвижной части . При неизменном отношении U/С_I угол поворота подвижной части зависит только от измеряемого сопротивления R_х. На шкале прибора наносятся деления, соответствующие значениям сопротивления. Регулировка отношения U/С_I производится при отсоединенном R_х изменением регулируемого добавочного резистора или установкой магнитного шунта в положение, при котором стрелка омметра совпадает с делением шкалы ¥.

Последовательная схема применяется для измерения относительно больших, а параллельная схема – для измерения меньших сопротивлений, так как относительно малые сопротивления при последовательной схеме и большие при параллельной схеме мало влияют на ток в измерительном механизме.

Омметры с двухрамочным измерительным механизмом (рис. 3.3.3; 3.3.4). Две рамки измерительного механизма логометра магнитоэлектрической системы включены в две параллельные ветви (рис. 3.3.3). Так как токи в ветвях распределяются обратно пропорционально их сопротивлениям, то угол поворота подвижной части логометра

При постоянстве сопротивлений рамок и их добавочных сопротивлений (R₁ + R_Д1) и

(R₂ + R_Д2) угол поворота подвижной части омметра зависит только от измеряемого сопротивления R_х.

Питание логометра производится от батареи элементов, или от сети переменного тока через трансформатор и выпрямитель, или от встроенного магнитоэлектрического ручного генератора постоянного тока (тахогенератора). В последнем варианте питания возможно непостоянство напряжения, вызванное неравномерностью вращения ротора генератора, но оно не влияет на отношение токов и на показание омметра. Омметры-логометры имеют или последовательную схему включения измеряемого сопротивления R_х (рис. 3.3.3), применяемую, как известно, при больших R, или параллельную схему (рис. 3.3.4), применяемую при малых значениях R.

Рис. 3.3.5. Схема для измерения средних сопротивлений амперметром и вольтметром

Измерение средних сопротивлений методом амперметра и вольтметра. Измерив ток I в проводнике и напряжение U на его зажимах, определим сопротивление проводника R_х = U/I. Отсюда название метода «амперметра – вольтметра», относящегося к косвенным измерениям.

Применяют две схемы включения амперметра и вольтметра. В одной из них (3.3.5, а) показания вольтметра U_V равны сумме напряжений на сопротивлении R_х и на амперметре U_А. В этом случае измеряемое сопротивление

, т.е. появляется погрешность измерения, равная R_А. Поэтому схему рис. 3.3.5, а применяют для измерений сопротивлений, больших по сравнению с сопротивлением амперметра (в 100 раз и более), что позволяет пренебречь значением R_А, т.е. считать R_х = U_V/ I_А.

При использовании второй схемы (рис. 3.3.5, б) показание амперметра I_А равно сумме токов в сопротивлении R_х и вольтметре I_V, следовательно, измеряемое сопротивление . Эту схему применяют для измерений сопротивлений, меньших по сравнению с сопротивлением вольтметра (в 100 раз и более). В этом случае током в вольтметре можно пренебречь, т.е. считать R_х = U_V / I_А. В рассмотренных схемах реостат дает возможность установить в цепи ток, обеспечивающий необходимый температурный режим для измеряемого сопротивления.

Типовые задачи.

1. Найти сопротивление приемника (рис. 3.3.5, б) по методу вольтметра и амперметра, если известно, что показания вольтметра U = 120 В, амперметра I = 10 А, сопротивление вольтметра R_V = 10 000 Ом. Задачу решить для двух случаев: 1) не учитывая тока, проходящего через вольтметр, и 2) учитывая его.

Решение. 1). Если не учитывать ток, проходящий через вольтметр, то сопротивление приемника будет равно

Ом.

2). Если учитывать ток, проходящий через вольтметр, то показание амперметра равно сумме токов, проходящих через вольтметр и сопротивление, . Из этого соотношения находим сопротивление приемника:

Ом.

2. Методом амперметра и вольтметра измеряется сопротивление по схеме рис. 3.3.5, б. Показания амперметра и вольтметра были следующие: U = 4, 8В, I = 0, 15 А. Приборы имеют класс точности 1, 0 и пределы измерения I_пр = 250 мА, U_пр = 7, 5 В. Определить измеряемое сопротивление, наибольшую абсолютную и относительную погрешности измерения.

Решение. Измеряемое сопротивление

Ом.

Наибольшая абсолютная погрешность вольтметра и амперметра соответственно с указанными пределами и классом точности 1, 0

В;

А.

Наибольшее значение измеряемого сопротивления с учетом класса точности применяемых приборов

Ом.

Тогда относительная погрешность измерения

Рис. 3.3.6. Схема для измерения больших сопротивлений гальванометром и вольтметром

Рис. 3.3.7. Схема для измерения сопротивления вольтметром

Измерение больших сопротивлений методом гальванометра и вольтметра. Установив шунтом Ш (рис. 3.3.6) наименьшую чувствительность, замыкают ключи К₁ и К₂. Увеличивая чувствительность до нужного значения, производят отсчет по гальванометру и вольтметру a¢ и U¢. Пренебрегая сопротивлением шунтированного гальванометра, получают ток цепи ,

откуда постоянная гальванометра по току

Определив постоянную, размыкают ключ К₂ и, изменяя чувствительность, получают новое отклонение гальванометра. Произведя отсчет по гальванометру a¢ ¢, вольтметру U¢ ¢ и определив шунтирующий множитель p¢ ¢, можно найти сопротивление или .

Измерение средних и больших сопротивлений методом вольтметра. При положениях переключателя 1 и 2 (рис. 3.3.7) измеряют напряжение сети U и напряжение U_V, которое будет на зажимах вольтметра при последовательном соединении его с сопротивлением R_х.Напряжение на последовательно соединенных участках цепи распределяется пропорционально их сопротивлениям, поэтому , откуда измеряемое сопротивление .В рассмотренном случае применяют обычно вольтметры магнитоэлектрической системы. Измеряемое сопротивление должно быть соизмеримо с сопротивлением вольтметра. Если R_х < < R_V, то влияние измеряемого сопротивления на показание вольтметра незначительно. Если R_х > > R_V, то показание вольтметра мало и точность измерения низкая.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒