Теоретические сведения

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 электроустановок необходимо производить измерение сопротивлений.

 По значениям сопротивления делят на три группы: малые (10 Ом и меньше), средние (10-0,1 Мом) и большие (от 0,1 Мом и выше).

При измерении малых сопротивлений на результат измерения влияют сопротивления соединительных проводов, контактов и т.д. При измерении больших сопротивлений необходимо считаться с объемными и поверхностными сопротивлениями.

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, с другой стороны, появляется возможность применять приборы магнитоэлектрической системы, имеющие высокую чувствительность и точность.

Магнитоэлектрическая система

Приборы магнитоэлектрической системы применяются для измерения постоянных токов и напряжений (амперметры, вольтметры), сопротивлений (омметры) и т.д. На рисунке 11.1 показано устройство магнитоэлектрического измерительного механизма с подвижной катушкой.

 

 

 

Рисунок 11.1 – Устройство магнитоэлектрического измерительного механизма

 

На рисунке 11.1: 1 – постоянный магнит, 2 – магнитопровод, 3 – полосные наконечники, 4 – неподвижный сердечник, 5 – спиральная пружина, 6 – подвижная катушка, 7 – магнитный шунт, 8 – указатель.

Ток к подвижной катушке подводится через две спиральные пружинки. Вращающий момент возникает в результате взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля катушки с током и определяется

 

M = B S W I (11.1)

 

где I – ток в рамке;

 B – магнитная индукция в зазоре;

 S – площадь рамки;

 W – количество витков катушки.

Установившееся положение подвижной части определяется равенством вращающего и противодействующего момента, которое можно записать

 

I B S W = D α (11.2)

 

где D – удельный противодействующий момент;

 α – угол поворота подвижной части.

Отсюда угол поворотной части:

 

α =  (11.3)

 

Он пропорционален току, и, следовательно, прибор имеет равномерную шкалу.

 

Электромагнитная система

 

Приборы электромагнитной системы применяются для измерения переменных и постоянных токов и напряжений (амперметры, вольтметры). Из-за относительно низкой стоимости и удовлетворительных характеристик электромагнитные приборы составляют большую часть всего парка щитовых приборов.

Электромагнитный измерительный механизм с плоской катушкой включает: ось, указательную стрелку, катушку, эксцентрически укрепленный на оси ферромагнитный сердечник, пружины для создания противодействующего момента, воздушный успокоитель.

При протекании тока I через катушку сердечник намагничивается и втягивается в зазор катушки. Вращающий момент определяется:

 

 (11.4)

 

где W_ЭН – энергия электромагнитного поля катушки с сердечником;

 L – индуктивность катушки, зависящая от положения сердечника.

Положение равновесия подвижной части определяется равенством моментов

 

М = М_АР = D α (11.5)

 

отсюда угол поворота подвижной части

 

 α =  (11.6)

 

Угол будет пропорционален квадрату действующего значения тока и будет одинаков как при постоянном, так и при переменном токе.

Все электроизмерительные приборы подразделяются по следующим признакам: по роду тока (приборы постоянного и переменного тока), по принципу действия в зависимости от системы (таблица11.1), по степени точности, по степени защищенности от внешних полей и т.д.

Кроме обозначения системы прибора, на его шкале указываются следующие технические данные: 1,5 – класс точности при нормировании погрешности в процентах диапазона измерения; |, __ – вертикальное и горизонтальное положение шкалы; * - измерительная цепь изолирована от корпуса и испытана напряжением, например 2 кВ.

 

Измерение сопротивлений методом двух приборов

 

Измерив ток I в проводнике и напряжение U на его зажимах, определим согласно закону Ома для участка цепи сопротивление проводника

 

R_x =

Таблица 11.1 – Условные обозначения, наносимые на электроизмерительные приборы

Наименование прибора	Условное обозначение
Прибор магнитоэлектрический с подвижной рамкой
Прибор магнитоэлектрический с подвижным магнитом
Прибор электромагнитный
Прибор электродинамический
Прибор ферродинамический
Прибор индукционный

 

Отсюда название метода «амперметра-вольтметра», относящегося к косвенным измерениям. Применяются две схемы включения амперметра и вольтметра (рисунок 11.3 и 11.4).

 

Рисунок 11.3 – Схема для измерения большого сопротивления

 

При измерениях по схеме рисунка 11.3 показания вольтметра U_V равны сумме напряжений на сопротивления R_U и на амперметре U_A

 

U_V = U_A + I_AR_x

В этом случае измеряемое сопротивление R_x равно

 

где R_A – сопротивление амперметра.

 

Рисунок 11.4 – Схема для измерения малого сопротивления

 

Отсюда видно, что появляется погрешность измерения, равная R_A . Поэтому схему по рисунку 11.3 применяют для измерений сопротивлений, больших по сравнению с сопротивлением амперметра, что позволяет пренебречь значениями R_A , то есть считать

 

 

При использовании второй схемы (рисунок 11.4) показание амперметра I_A равно сумме токов в сопротивлении R_x и вольтметре I_V

 

Отсюда , следовательно, измеряемое сопротивление

 

Эту схему применяют для измерений сопротивлений, меньших по сравнению с сопротивлением вольтметра. В этом случае током в вольтметре можно пренебречь, то есть считать

 

Анализ показывает, что при использовании метода двух приборов, если соблюдается соотношение R_x <  , то следует пользоваться схемой на рисунке 11.3, а в противном случае – схемой на рисунке 11.4. Достоинство этих схем заключается в том, что по измеряемому сопротивлению можно пропускать такой же ток, как и в условиях его будущей эксплуатации.