Дәріс. Электрлік кедергіні өлшеу

Дәрістің мазмұны:

1. Электрлік кедергіні өлшеудің тізбектеп және параллелдік қосу сұлбалары.

2. Даралық көпір сұлбасы, оның салыстырмалы қателіктері.

3. Реохордтық және декадалық өлшеу схемалары.

4. Қоскөпірлік сұлба.

Дәрістің мақсаты: электрлік кедергіні өлшеудің әртүрлі тәсілдерін меңгеру; үлкен не аз мәнді кедергіні өлшейтін көпірлік схемаларды бір-бірінен ажырата білу.

Электрлік кедергіні өлшеудің көп тараған бір түрі-тұрақты токтың кедергісін өлшеу. Ары қарай «кедергіні өлшеу» терминін қолданамыз. І_С жүзінде өлшейтін кедергінің шамасы Омның өте майда бөлшектерінен бастап ондаған тераОм болуы мүмкін. Кедергіні өлшеуде пайдаланатын әдістер: 1. Бірден санақты қосалқы әдістері; 2. Нольдік санақты салыстырмалы әдістер. Осы өлшеу әдістеріне байланысты өлшеуіш аспаптар тізбекті не параллелді омметрлер деп аталады.

Шамасы жоғары кедергілерді өлшегенде олар өлшеуіш механизммен және кернеудің көзімен бір тізбекке қосылады. Екі қыспақ ашық тұрған кезде (R_x) ток жүрмейді сондықтан өлшеуіш механизмнің көрсеткіші механикалық 0 де тұрады.

8.1 Сурет – Тізбектеп қосылған кедергіні өлшеу сұлбасы

Өлшеуіш механизм кедергінің шамасымен белгіленеді. Өлшеу кезінде өлшенетін объект R(x) ішкі кедергісі R_П өлшеуіш механизм мен кернеу көзімен бір тізбекке қосылады. Сондағы токтың шамасы

I_AX = E/(R_X + R_П + R_Д) (8.1)

мұнда Е – кернеу көзінің кернеуі;

R_П – өлшеуіш аспаптың ішкі кедергісі;

R_Д – қосымша кедергі.

Егер екі қыспақ жабық болса (R_X = 0) ток аспаптың номиналдық тоғына тең I_A =I_Н

I_A = I_Н = E /(R_П + R_Д). (8.2)

Өлшеуіш аспаптың көрсеткен тоғының өлшенген кедергінің мәніне сәйкестігі осы (8.1) және (8.2) формулалар арқылы есептелінеді екі токтың қатынасы

(8.3)

мұндағы R_O – омметрдің ішкі кедергісі,

_х – өлшенетін кедергінің қатынасты мәні.

Егер R_X= R_O,онда _x = 1, ал = ½ тең.

Бұл жағдайда аспаптың тілшігі шкаланың жарым ортасын көрсетеді. Шкаланың өлшеу ауқымын R_д-ны R_o, 2R_o, 3R_o … деп, алып өзгертуге болады. Кедергіні бір тізбектеп өлшеуіш құралмалы аспаптарда қолданады. Булардың өлшеу ауқымы 10 Омнан 1 мОмға дейін болады.

Шамасы аз кедергілерді өлшегенде параллель қосылған кедергі өлшеуіштер қолданады. 7.2 суретте кедергі өлшеуіштің параллельдік қосылу сұлбасы көрсетілген.

7.2 Сурет – Кедергі өлшеуіштің параллельдік қосылу сұлбасы

Екі қыспақ ашық кезінде (R_X = ) өлшеуіш аспап арқылы максималдық ток жүреді I_A = I_М Егер екі қыспақ жабық болса (R_X = O) өлшеуіш механизмінің көрсеткіші механикалық нольде тұрады.Өлшейтін кедергіні қосқан кезде тізбектегі ток екіге бөлінеді, сондықтан өлшеуіш аспаптың корсеткіші төмендейді. Бұл жағдайда кедергі өлшеуіштің шкаласы кедергіні дұрыс көрсеткенімен, шкаланың барлық ауқымы біркелкі болмайды (нольдік көрсеткіш сол жақта).

Өлшеу ауқымы өлшеуіш аспаптың ішкі кедергісіне R_П байланысты болғандықтан, бұл кедергіні өзгерту үшін қосымша кедергіні R_Д параллель не тізбектей қосады. Бұл Омметрдің өлшеу ауқымы 10-150 Ом.

Олардың шкаласының біркелкі еместігінен, дәлдік кластары былай табылады.

r = L/L_Н*100 (8.4)

мұнда ΔL – миллиметр арқылы белгілеген Омметрдің шкаласының абсолюттік қателігі;

L_Н – миллиметр арқылы берілген шкаланың шегі. Бұл миллиметрді Омға аудару үшін аспаптың сезімталдық қасиетін қолданады S (мм/Oм). Омметрдің дәлдік класы әдейі жасалған таңбаның үстінде көрсетіледі, мысалы; 1,5 не 4.

Қаралған Омметрлер әдейі тестерлерге арналған, олар тек қана кедергінің белгілі ауқымын өлшеуге жарайды. Дәлдік өлшеу кезінде тұрақты токты көпірлік сұлбаны қолданады. Жасауға оңай және өлшеуге жеңіл болып даралық көпірлік сұлбасы жатады, ол барлық белгілі өлшеуіш көпір схемаларының негізі болып саналады. Көпірлік сұлбада салыстыру әдісі қолданады. салыстыру әдісі нолдік әдіс дифференциалдық өлшеу әдісі, өлшеу кезінде өлшенетін шама мен белгілі мәннің шамасының айырмашылығы нолге тең болу керек. Салыстыру әдіс компенсаторларда, өлшеуіш көпірлік сұлбаларда не оның өзгертілген түрі «іздеуші салыстырмалы әдісі» деген атпен автоматтық аспаптарда қолданады.

8.3 суретте тепе-теңдік кезінде көпірлік сұлба көрсетілген, мұнда гольванометрдің қосылымында ток нольге тең (I=0), ал көпірлік сұлбаның иықтарындағы кедергі үшін мынандай қарым-қатынас заңды

R_X/R₂ = R₃/R₄. (8.5)

Шынын айтқанда, гальванометр қосылымындағы ток нольге дейін төмендей алмайды, себебі гальванометр қанша сезімтал болсада, аз токты сезе алмайды. Сондықтан мынандай сұрақ туады: гальванометр Rx қанша шамаға өзгергенін сезе алады? Бұл гальванометрдің сезімталдығына байланысты.

R_X – өлшейтін кедергі; R₃ – өзгеретін үлгілі кедергі; R₃, R₄ – тұрақты үлгілі кедергілер; R₅ – гальванометрдің ішкі кедергісі; R_i – кернеудің көзінің ішкі кедергісі; E – кернеудің көзі.

8.3 Сурет – Даралық көпір сұлбасы

Гальванометрдің өлшейтін ең кіші мәні болып

_min= R_X/R_X/min (8.6)

саналады. Мұнда R_Х – кедергінің өлшейтін мәні; R_Х – осы кедергінің өзгеру шамасы.

Метрологияда бекітілген, бұл мән гальванометр арқылы өтетін токқа тең, егер ол гальванометрдің тілшігін бір бөлістің 1/10 үлесіне бұра алса

I_5min=C_i/10 (8.7)

мұнда C₁ – бір бөліс (нолден не оң жақта, не сол жақта). 8.5 теңдеуден белгісіз кедергіні табуға болады

R_X=R₂ R₃ /R₄. (8.8)

Көпірлік сұлбаның ең қолайлы сезімталдығының мәні қандай болу керек, соны қарастырайық.

Мысалы салыстырмалы дәлдік шегі 10^-3 болса, онда _min 10^-6 ға дейін төмендетудің ешқандай қажеті жоқ. _min R₂, R₃ және R₄ мәндерінің қателіктерінен пайда болатын салыстырмалы қателіктен F_RX 10 есе аз болу керек.

Салыстырмалы қателіктер

сонда

(8.9)

Гальванометр қолданатын даралық өлшеуіш көпір сұлбалардың өлшеу аумағы: 0,1Омнан 10⁶ Омға дейін.

Практикада реохордтық және декадалық дара көпір сұлбалары қолданады.

Реохордтық өлшеуіш көпір сұлбаларының ыйықтарында үлгілі кедергімен реохорд қолданады. Бұл кезде үлгілі кедергі әруақытта тұрақты мәнде болады. Көпір сұлбасының екі йығындағы R₃ және R₄ кедергілер біркелкі кедергілі сымнан жасалады. Индикатордың бір қыспағы көпір сұлбасының теңдігін жасау үшін кедергілі сымның үстімен қозғалып отырады (8.4 сурет)

Қозғалқыш қыспақтың орны өлшеуіш көпірлік сұлбаның иықтарының қатынасын көрсетеді.

(8.10)

Белгісіз кедергінің мәні Rx осы қатынасымен үлгілі кедергінің мәнін көбейткенде табылады R_X=bR_N.