Вимірювання опору приладами прямого перетворення
Розділ 13
ВИМІРЮВАННЯ ОПОРУ
Загальні відомості
В сучасній практиці доводиться вимірювати електричний опір у дуже широкому діапазоні — від наноомів (при дослідженні явищ надпровідності, вимірюванні питомого опору провідників) до опорів порядку 10і* Ом і більших (при вимірюванні опору ізоляції і визначенні характеристик напівпровідників та ізоляційних матеріалів). Дуже різними є вимоги до точності вимірювань. Так, наприклад, якщо при перевірці зразкових мір опору похибка вимірювань не повинна перевищувати десятитисячних часток процента, то при вимірюванні перехідного опору контактів, опору заземлення або опору ізоляції цілком допустима похибка 5—10%. Широким є також діапазон потужностей, які можна розсіювати у досліджуваних об'єктах—від мікроватів (для елементів мікросхем, малогабаритних термісторів) до
сотень ватів і навіть більше (для обмоток потужних електричних машин, трансформаторів).
Зазначені особливості спричинили існування різних методів і пристроїв для вимірювань електричного опору. Для вимірювань з порівняно невисокою точністю користуються приладами прямого перетворення. Точні вимірювання здійснюють з допомогою мостів і компенсаторів постійного струму. Все ширше застосовуються цифрові омметри, зокрема — процентні, що дають можливість визначити процентні відхилення значень опорів резисторів від номінальних.
При вимірюваннях порівняно малих опорів (менших одного ома) слідзвернути увагу на усунення впливу опору з’єднувальних проводів і перехідних контактів на результати вимірювань. Для цього низькоомні резистори треба вмикати у вимірювальне коло через чотири окремі контакти (затискачі) —два струмові та два потенціальні (рис. 138). Значення опору Rх при такому вмиканні визначається як частка від ділення спаду напруги Uав між вузловими точками ,А і В на значення струму /х вопорі
і не залежить від опорів контактів і з'єднувальних проводів.
При дослідженні високоомних резисторів з опорами понад 105 Ом треба враховувати вплив опору ізоляції. В деяких випадках, наприклад при вимірюванні опору недротяних резисторів, напівпровідників і діелектриків, треба враховувати те, що опір досліджуваного об'єкта може залежати від значення прикладеної напруги, тривалості її дії і полярності, а також від температури і вологості навколишнього середовища та ін.
Вимірювання опору приладами прямого перетворення
Особливості застосування омметрів і мегомметрів. Для прямих вимірювань опору в межах від 10~6до 109 Ом можна застосовувати магнітоелектричні омметри і мегомметри, а для вимірювань більш високоомних опорів (до 1015Ом) — електронні мегомметри і тераомметри. Ці прилади, звичайно, мають дуже нерівномірну шкалу з кінцевою відміткою ∞ (нескінченність). Граничне значення відносної похибки вимірювання опору такими приладами визначається через їх клас точності за формулою
де К — числове значення класу точності омметра; а і а,„ — кут відхилення покажчика омметра і його максимальне значення.
Отже, відносна похибка вимірювання опору таким омметром у кращому випадку (при а'ат= 0,5) може дорівнювати 4/С, тому ці прилади застосовують лише для порівняно грубих вимірювань з похибкою порядку 5 — 10%.
Метод амперметра і вольтметра. Вимірявши струм і напругу за одною із схем, зображених на рис. 118, значення вимірюваного опору можна знайти з виразу R = = Uv/IAt де uv, Ід — напруга і струм за показами вольтметра і амперметра.
Похибка вимірювання складається з похибок амперметра і вольтметра та похибки методу, яка зумовлена споживанням потужності вимірювальними приладами і залежить від схеми їх вмикання. Зокрема, для схеми, зображеної на рис. 118,а,
Щоб забезпечити меншу похибку методу при вимірюванні порівняно низькоомних опорів, користуються схемою, зображеною на рис. 118,а, а при вимірюванні високоомних опорів — 118,6.
Похибку методу можна усунути повністю, якщо визначити Rx з урахуванням струму вольтметра, для схеми рис. 118,а
Незважаючи на порівняно невисоку точність (похибка вимірювання складається з похибок двох приладів), метод амперметра і вольтметра знаходить широке застосування, особливо для вимірюваньопорів обмоток електричних машин і трансформаторів.Переваги цього методу полягають у можливості виконання вимірювань при певних значеннях
Струму та напруги в широкому діапазоні вимірювань (від 10-6 до 10-3 Ом).
При вимірювані великих опорів як вимірювачі струму використовують чутливі до струму гальванометри. При складанні схеми передбачають захист від струмів витоку через ізоляцію (рис. 139).
При відсутності захисту від струмів витоку через ізоляцію показ гальванометра залежить не тільки від струму Іх, а й від струму через ізоляцію І'І3 (рис. 139, а), що може зумовити значну похибку. Щоб уникнути її, гальванометр ставлять на підставці з подвійною ізоляцією, розділеною металевою прокладкою. Таку саму подвійну ізоляцію з металевою прокладкою накладають і на провід, що з'єднує гальванометр з вимірюваним опором. Обидві металеві прокладки під'єднують до затискача гальванометра, з'єднаного з джерелом живлення схеми (рис. 139, б). Замість металевої прокладки можна використати металевий корпус гальванометра, тоді верхнім ізолятором буде ізоляція рамки гальванометра відносно корпуса, і гальванометр досить помістити на одинарну ізоляційну підставку. При цьому струм витоку /і'3 через нижній шар ізоляції не проходить через гальванометр, а струм через ізоляцію між колом гальванометра і металевою прокладкою є нехтовно малим: напруга, що прикладена до цієї ізоляції, не перевищує спаду напруги на гальванометрі Ur. Таким чином, гальванометром вимірюється лише струм Іх. Метод гальванометра і вольтметра дає можливість вимірювати опори до 1013 Ом.