ЛЕКЦИЯ № 12. ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОМУ ТОКУ.
Диапазон измеряемых на практике сопротивлений широк (от 10 -8 до 10 15 Ом), и его условно делят по значениям сопротивлений на три части — малые (менее 10 Ом), средние (от 10 до 10 6 Ом) и большие (свыше 10 6 Ом), в каждой из которых измерение сопротивлений имеет свои особенности.
Измерение сопротивления электрической цепи постоянному току на практике производится наиболее часто методом амперметра и вольтметра, логометрическим или мостовым методом.
Метод амперметра и вольтметра.
Этот метод основан на раздельном измерении тока в цепи измеряемого сопротивления Rx и напряжения U на его зажимах и последующем вычислении значения Rx по показаниям измерительных приборов:
Обычно ток измеряют амперметром, а напряжение вольтметром, этим объясняется название метода. Возможные схемы включения приборов показаны на рис. 1, а, б.
Достоинство метода заключается в простоте его реализации, недостаток в сравнительно невысокой точности результата измерения, которая ограничена классом точности применяемых измерительных приборов и методической погрешностью. Последняя обусловлена влиянием мощности, потребляемой измерительными приборами в процессе измерения, другими словами — конечным значением собственных сопротивлений амперметра RА и вольтметра Rv.
Рис. 1. Схемы для измерений малых (а) и больших (б) сопротивлений методом амперметра и вольтметра.
В схеме рис. 1, а вольтметр показывает значение напряжения на зажимах Rx, а амперметр — сумму токов Iv+I. Следовательно, результат измерения R, вычисленный по показаниям приборов, будет отличаться отRx:
R = 
Относительная погрешность измерения в процентах
δ 
Здесь приближенное равенство справедливо, так как при правильной организации эксперимента предполагается выполнение условия Rv >> Rx.
В схеме рис. 1.б амперметр показывает значение тока в цепи с Rx, а вольтметр — сумму падений напряжений на Rx U и амперметре UA. Учитывая это, можно по показаниям приборов вычислить результат измерения:
.
Относительная погрешность измерения в процентах в данном случае равна:
δ 
Сравнивая полученные выражения относительных погрешностей, приходим к выводу: в схеме рис. 1, а на методическую погрешность результата измерения оказывает влияние только сопротивление Rv, для снижения этой погрешности необходимо обеспечить условие Rx >RA. Таким образом, при практическом использовании данного метода можно рекомендовать правило: измерение малых сопротивлений следует производить по схеме рис. 1, а; при измерении больших сопротивлений предпочтение следует отдавать схеме рис. 1, б.
Если при данном методе применить источник питания с заранее известным напряжением, то необходимость измерения напряжения вольтметром отпадает, а шкалу амперметра можно сразу отградуировать в значениях измеряемого сопротивления. На этом принципе основано действие многих моделей выпускаемых промышленностью омметров непосредственной оценки. Упрощенная принципиальная схема такого омметра показана на рис. 2. Схема содержит источник ЭД С — Е, добавочный резистор Rд и амперметр (обычно микроамперметр) РА. При подключении к зажимам схемы измеряемого сопротивления Rx в цепи возникает ток I, под действием которого подвижная часть амперметра поворачивается на угол α, а его указатель отклоняется на а делений шкалы:
а = 
где С1 — цена деления (постоянная) амперметра; RA — сопротивление амперметра.
Шкала омметра нелинейная. Источник питания в такого рода приборах обычно реализуется в виде сухого элемента напряжения, ЭДС которого падает по мере его разряда. Ввести поправку на изменение Е, как видно из уравнения, можно путем соответствующей регулировки С1 или Rд.
Рис. 2. Принципиальная схема Рис. 3. Принципиальная схема омметра с последовательным омметра с параллельным
включением измеряемого включением измеряемого
Регулировка С1 производится так: зажимы прибора, к которым подключается Rx, замыкаются накоротко (Rх=0) и регулировкой положения магнитного шунта добиваются установки указателя амперметра на нулевую отметку шкалы; последняя расположена на крайней правой точке шкалы. На этом регулировка заканчивается, и прибор готов к измерению сопротивлений.
Данный метод измерения сопротивлений применяется и в комбинированных приборах ампервольтомметрах. Однако здесь регулировка С1 недопустима, так как это приведет к нарушению градуировки прибора в режимах измерений токов и напряжений. Поэтому в таких прибоpax поправку на изменение ЭДС -Е вводят регулировкой сопротивления добавочного резистора Rд, который выполняется в виде резистора с изменяемым сопротивлением. Процедура регулировки та же, что и в приборах с регулируемой магнитным шунтом магнитной индукцией в рабочем зазоре. В этом случае градуировочная характеристика прибора изменяется, что приводит к дополнительным методическим погрешностям. Однако параметры схемы выбираются так, чтобы указанная погрешность была небольшой.
Возможен другой способ подключения измеряемого сопротивления — не последовательно с амперметром, а параллельно ему (рис. 3). Зависимость между Rx и углом отклонения подвижной части в данном случае также нелинейная, однако нулевая отметка на шкале расположена слева, а не справа, как это имело место в предыдущем варианте. Такой способ подключения измеряемого сопротивления применяется только при измерении малых сопротивлений.
Рис. 4. Схемы омметров на основе логометра для измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений.
Этот метод основан на измерении отношения двух токов I1 и I2, один из которых протекает по цепи с измеряемым сопротивлением, а другой — по цепи, сопротивление которой известно. Оба тока создаются одним источником напряжения, поэтому нестабильность последнего в известных пределах практически не влияет на точность результата измерения. Принципиальная схема омметра на основе логометра представлена на рис. 4. Схема содержит измерительный механизм на основе логометра магнитоэлектрической системы с двумя рамками. Измеряемое сопротивление может быть включено последовательно (рис. 4, а); или параллельно (рис. 4,б) относительно рамки измерительного механизма. Последовательное включение применяется при измерении средних и больших сопротивлений, параллельное—при измерении малых сопротивлений. Дальнейшее рассмотрение работы омметра на основе логометра будем вести на примере схемы рис. 4, а. Если пренебречь сопротивлением обмоток рамок логометра, то угол поворота подвижной части α зависит только от отношения сопротивлений:
Сопротивлением резистора R задается диапазон измеряемых омметром сопротивлений
Напряжение питания логометра влияет на чувствительность его измерительного механизма к изменению измеряемого сопротивления и не должно быть ниже определенного уровня. Обычно напряжение питания логометров устанавливают с некоторым запасом по отношению к минимально допустимому уровню для того, чтобы его возможные колебания не влияли на точность результата измерения. Значение напряжения питания и способ его получения зависят от назначения омметра и диапазона измеряемых сопротивлений: при измерении малых и средних сопротивлений применяют сухие батареи, аккумуляторы или источники питания от промышленной сети, при измерении больших сопротивлений, например, изоляции,— специальные генераторы с напряжением 100, 500, 1000 В и более.
Контрольные вопросы
1. На чем основан метод амперметра и вольтметра?
2. В чем заключается достоинство метода амперметра и вольтметра?
3. Как производится регулировка омметра ?
4. Для чего применяют логометрический метод?
5. Назначение резистора R в схеме логометра.
1. Малиновский В.Н. Электрические измерения. М., Энергоиздат, 1983, с.392.
2. Попов B.C. Электрические измерения. М., Энергия, 1974, с.398.
3. Гуржій А.М., Поворознюк Н.І. Електричні і радіотехнічні вимірювання. Київ, Навчальна книга, 2002, с.287.
Источник
Измерение параметров электрических цепей
Измерители силы тока
Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы
Универсальные электронные измерительные приборы
Приборы для измерения сопротивлений
Определение сопротивления заземления
Измерением называют нахождение значения физической величины опытным путем, с помощью специальных технических средств – измерительных приборов.
Таким образом, измерение – это информационный процесс получения опытным путем численного отношения между данной физической величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.
Результат измерения – именованной число, найденное путем измерения физической величины. Одна из основных задач измерения – оценка степени приближения или разности между истинным и действительным значениями измеряемой физической величины – погрешности измерения.
Основными параметрами электрических цепей являются: сила тока, напряжение, сопротивление, мощность тока. Для измерения этих параметров используют электроизмерительные приборы.
Измерение параметров электрических цепей осуществляется двумя способами: первый – прямой метод измерения, второй – косвенный метод измерения.
Прямой метод измерения подразумевает получения результата непосредственно из опыта. Косвенным измерением называют измерение, при котором искомая величина находится на основании известной зависимости между этой величиной и величиной, полученной в результате прямого измерения.
Электроизмерительные приборы – класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений – меры, преобразователи, комплексные установки.
Электроизмерительные приборы классифицируются следующем образом: по измеряемой и воспроизводимой физической величине (амперметр, вольтметр, омметр, частометр и др.); по назначению (измерительные приборы, меры, измерительные преобразователи, измерительные установки и системы, вспомогательные устройства); по способу предоставления результатов измерений (показывающие и регистрирующие); по методу измерений (приборы непосредственно оценки и приборы сравнения); по способу применения и по конструкции (щитовые, переносные и стационарные); по принципу действия (электромеханические – магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, ферродинамические, индукционные, магнитодинамические; электронные; термоэлектрические; электрохимические).
В данном реферате я постараюсь рассказать об устройстве, принципе действия, дать описание и краткую характеристику электроизмерительным приборам электромеханического класса.
Измерение силы тока
Амперметр – прибор для измерения силы тока в амперах (рис.1). Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи (рис.2) , силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — с шунтом или через трансформатор.
Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол, пропорциональной величине измеряемого тока.
Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими.
Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры.
Принцип действия магнитоэлектрического прибора основан на создании крутящего момента, благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки. С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока.
Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах — через трансформатор.
Технические данные некоторых типов отечественных амперметров, миллиамперметров, микроамперметров, магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической, а также тепловой систем приведены в таблице 1.
Таблица 1. Амперметры, миллиамперметры, микроамперметры
| Система прибора | Тип прибора | Класс точности | Пределы измерения |
| Магнитоэлектрическая | М109 | 0,5 | 1; 2; 5; 10 А |
| М109/1 | 0,5 | 1,5-3 А | |
| М45М | 1,0 | 75мВ | |
| 75-0-75мВ | |||
| М1-9 | 0,5 | 10-1000 мкА | |
| М109 | 0,5 | 2; 10; 50 мА | |
| 200 мА | |||
| М45М | 1,0 | 1,5-150 мА | |
| Электромагнитная | Э514/3 | 0,5 | 5-10 А |
| Э514/2 | 0,5 | 2,5-5 А | |
| Э514/1 | 0,5 | 1-2 А | |
| Э316 | 1,0 | 1-2 А | |
| 3316 | 1,0 | 2,5-5 А | |
| Э513/4 | 1,0 | 0,25-0,5-1 А | |
| Э513/3 | 0,5 | 50-100-200 мА | |
| Э513/2 | 0,5 | 25-50-100 мА | |
| Э513/1 | 0,5 | 10-20-40 мА | |
| Э316 | 1,0 | 10-20 мА | |
| Электродинамическая | Д510/1 | 0,5 | 0,1-0,2-0,5-1-2-5 А |
| Тепловая | Е15 | 1,0 | 30;50;100;300 мА |
Вольтметр — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях (рис. 3). Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии (рис.4).
По принципу действия вольтметры разделяются на: электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические; электронные — аналоговые и цифровые. По назначению: постоянного тока; переменного тока; импульсные; фазочувствительные; селективные; универсальные. По конструкции и способу применения: щитовые; переносные; стационарные. Технические данные некоторых отечественных вольтметров, милливольтметров магнитоэлектрической, электродинамической, электромагнитной, а также тепловой систем представлены в таблице 2.
Таблица 2. Вольтметры и милливольтметры
| Система прибора | Тип прибора | Класс точности | Пределы измерения |
| Электродинамическая | Д121 | 0,5 | 150-250 В |
| Д567 | 0,5 | 15-600 В | |
| Магнитоэлектрическая | М109 | 0,5 | 3-600 В |
| М250 | 0,5 | 3; 50; 200; 400 В | |
| М45М | 1,0 | 75 мВ; | |
| 75-0-75 мВ | |||
| 75-15-750-1500 мВ | |||
| М109 | 0,5 | 10-3000 мВ | |
| Электростатическая | С50/1 | 1,0 | 30 В |
| С50/5 | 1,0 | 600 В | |
| С50/8 | 1,0 | 3 кВ | |
| С96 | 1,5 | 7,5-15-30 кВ | |
| Электромагнитная | Э515/3 | 0,5 | 75-600 В |
| Э515/2 | 0,5 | 7,5-60 В | |
| Э512/1 | 0,5 | 1,5-15 В | |
| С электронным преобразователем | Ф534 | 0,5 | 0,3-300 В |
| Тепловая | Е16 | 1,5 | 0,75-50 В |
Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы
Для измерения в цепях постоянного тока используются комбинированные приборы магнитоэлектрической системы ампер-вольметры. Технические данные о некоторых типах приборов приведены в таблице 3.
Таблица 3. Комбинированные приборы магнитоэлектрической системы.
| Наименование | Тип | Класс точности | Пределы измерения |
| Милливольт-миллиамперметр | М82 | 0,5 | 15-3000 мВ; 0,15-60 мА |
| Вольтамперметр | М128 | 0,5 | 75 мВ-600 В; 5; 10; 20 А |
| Ампервольтметр | М231 | 1,5 | |
| Вольтамперметр | М253 | 0,5 | 15 мВ-600 В; 0,75 мА-3 А |
| Милливольт-миллиамперметр | М254 | 0,5 | 0,15-60 мА; 15-3000 мВ |
| Микроампервольтметр | М1201 | 0,5 | 3-750 В; 0,3-750 мкА |
| Вольтамперметр | М1107 | 0,2 | 45 мВ-600 В; 0,075 мА-30 А |
| Миллиампервольтметр | М45М | 1 | 7,5-150 В; 1,5 мА |
| Вольтомметр | М491 | 2,5 | |
| Ампервольтомметр | М493 | 2,5 | 3-300 мА; 3-600 В; 3-300 кОм |
| Ампервольтомметр | М351 | 1 |