Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений




Рис. 4.13. Схема измерения сопротивлений по методу стабилизированного тока в цепи делителя

делителя и метод преобразования измеряемого параметра в пропорциональное ему напряжение.

На рис. 4.13,0 приведена схема измерения сопротивления по методу стабилизированного тока в цепи дедителя.

Делитель, составленный из известного образцового Добр и измеряемого сопротивлений, питается от источника напряжения t/on- Падение напряжения на образцовом резисторе усиливается усилителем У с большим входным сопротивлением. Выходное напряжение усилителя [/вых зависит от значения измеряемого сопротивления. В качестве индикатора обычно применяется магнитоэлектрический микроамперметр, шкала которого градуируется в единицах сопротивления. Если усилитель имеет коэффициент усиления К и входное сопротивление Двх. то измеряемое сопротивление будет определяться выражением

1/Лобр + 1/Лвх При Двх » Добр получим более простое соотношение Rx и Кобр:

«. = [(*:t/on/t/Bb«)-i]Ro6p.

Эта схема применяется при измерении достаточно больших сопротивлений, когда Rc6p<Rx-

Для измерения малых сопротивлений (Добр>Дх) применяется схема, представленная на рис. 4.13,6.

Измеряемое сопротивление определяется выражением

Rx = Ко6р/(*:Г/оп/1/вых - Добр/Лвх - 1),

а при i?Bx»jRo6p

Дх = «о6р/(*:С/оп/1/вых-1).

Указанная схема реализована в мил-лиомметрах Е6-12, Е6-16, Е6-18, обеспечивающих измерение активных сопротивлений в диапазоне 10"*-10 Ом.

Присоединение измеряемого объекта к измерительной цепи миллиомметра осу-

ществляют по четырехзажимной схеме включения.

Для исключения влияния термо-ЭДС контактов в измерительном тракте миллиомметра на точность и стабильность показаний измерения проводят на переменном токе. В качестве источника питания обычно используется симметричный мультивибратор.

Чтобы исключить влияние собственной индуктивности соединительных проводов и самого измеряемого объекта на результаты измерений, частота переменного тока не превышает 1 кГц.

Измерение средних и больших (до 10 Ом) сопротивлений осуществляется с использованием метода преобразования измеряемого параметра в пропорциональное ему напряжение.

В основу метода положен принхщп работы операционного усилителя О У постоянного тока с отрицательной обратной связью (рис, 4.14).

Измеряемое сопротивление R для схемы на рис. 4.14, а определяется выражением

Кх=С/опЛо6р/1/вьа,

где Свых ~ выходное напряжение усилителя; Добр - образцовый резистор; t/on- напряжение источника измерительного напряжения.

При постоянных значениях t/on и Кобр напряжение t/вых будет зависеть только от Ry, и, следовательно, измерив вых, можно определить R.

Указанная схема применяется в основном для измерения больших сопротивлений, например, в тераомметрах ЕК6-7, Е6-13, Е6-14.

Поменяв местами R и Кобр, получим новую схему (рис. 4.14,6).

Измеряемое сопротивление R в схеме на рис. 4,14,6 определяется выражением

Rx = t/вьк Добр /fon-

Поскольку отношение Roplon является постоянной величиной, измеряемое сопроти-

Uon О-

Рис. 4.14. Схема измерения сопротивлений с использованием операционного усилителя с отрицательной обратной связью



вление прямо пропорционально выходному напряжению и отсчитьшается по равномерной шкале измерительного прибора, отградуированной в единицах сопротивления.

Схема используется для измерения сопротивлений от единиц ом до десятков и сотен мегаом, например в омметре Е6-10.

Применение в одном приборе обеих схем (на рис. 4.14, а и б) позволяет создать измерители с широкими пределами измерения. К таким широкодиапазонным приборам относится мегаомметр Е6-17, обеспечивающий измерение активных, сопротивлений от 10 Ом до 30000 МОм.

К недостаткам электронных омметров можно отнести сравнительно невысокую чувствительность и точность. Однако относительная простота необходимых схемотехнических решений, низкая стоимость и высокая надежность обеспечили широкое использование этих приборов.

4.2.3. МОСТОВОЙ МЕТОД

Особенно широкое распространение среди измерителей параметров линейных компонентов нашли приборы, основанные на мостовом методе измерений. .--1Яостовые схемы обладают большой /точностью, высокой чувствительностью, ши- роким диапазоном измеряемых значений, возможностью создания как специализированных приборов, предназначенных для измерения какой-либо одной величины, так и универсальиьк приборов с ручным уравновешиванием или автоматических с цифровым отсчетом.

Мостовая схема может быть представле- j на в виде четырех последовательно ченных сопротивлений Zi,Z2Z3j Z образующих чётырехполосник"рйсПЛ5)Гк двум зажимам которого (диагональ питания) подключен источник питания С, а к двум другим (измерительная диагональ) - индикатор (указатель равновесия). Ветви, включающие



в себя эти сопротивления, называются плечами моста.

Условие равновесия четырехплечего одинарного моста записывается в комплексной форме как равенство произведений сопротивлений противолежащих плеч:

ZZZZ. (4.31)

Если в одном из гшеч моста, например Zj, включено неизвестное сопротивление, то при выполнении условия (4.31) его можно определить по формуле

Z,=Zx = Z2ZJZ. (4.32)

В качестве указателей равновесия в мостах на постоянном токе используются магнитоэлектрические гальванометры, электрометры, а на переменном токе осциллографические индикаторы, вибрационные гальванометры и др.

Одинарные мосты постоянного тока. Мостовые схемы постоянного тока используются для измерения активных сопротивлений. Так как на постоянном токе реактивные параметры не оказывают влияния на работу цепи, то в схеме моста, приведенного на рис. 4.15, комплексные сопротивления Z, Z2, Z3, Z4 можно заменить активными сопротивлениями Ri, R2, R3, (рис. 4.16).

Ток через гальванометр 1 для схемы, изображенной на рис. 4.16, может быть рассчитан методом эквивалентного генератора или методом контурных токов и определяется выражением

(4.33)

Рис. 4.15. Схема одинарного четырехплечего моста

Рис. 4.16. Схема одинарного четырехплечего моста постоянного тока

где a = RiRi-R2R3; Ь = RRi + R2){.R3 + + R) + RiR2{R3+Ra) + RiRARi + Я2); UcT-напряжение источника питания; Яг ~ сопротивление цепи гальванометра.

Если неизвестное сопротивление включено в первое плечо, то при вьшолнении условия баланса моста

/г = О, RiR - R2R3 = О (4.34)

его значение определяется выражением

Я,=Дх = ЛзК2/«4. (4.35)

Формула (4.35) называется рабочей формулой моста. Для определения Rx необходимо знат* сопротивление плеча называемого плечом сравнения, и отношение сопротивлений плеч R3 и R, называемых плечами отношения. Таким образом, сопротивление Rx измеряется методом сравнения с образцовыми сопротивлениями R2, R3, Л4, из которых одно или несколько для обеспечения равновесия должны быть регулируемыми.



Если измеряемая величина определяется при значении тока 1 = О, мост назьгеается уравновешенным. В неуравновешенньпс мостах постоянного тока измеряемое сопротивление определяется по значению тока гальванометра, проградуированного в единицах сопротивления, т. е.

lr = f{Rx). (4.36)

Причинами погрешностей измерения сопротивлений уравновешенным одинарным четырехплечим мостом являются недостаточно точная nojofroHKa и регулировка образцовых сопротивлений R2, R3, R, ограниченная чувствительность гальванометра и мостовой схемы.

Относительная погрешность измерения, обусловленная погрешностями сопротивлений его плеч, для схемы на рис. 4.16 определяется выражением

6 = ДКх/Лх = АЛ2/Д2 + - ДД4/Л4 =

= 62-1-63-64. (4.37)

Чувствительность гальванометра по току представляет собой отношение приращения отклонения стрелки измерителя Аа к изменению тока через него Alp:

Sr = Aa/A/r. (4.38)

Чувствительность мостовой схемы Sex

определяется отношением изменения выходного сигнала Air к вызвавшему его изменению входного сигнала, которое может быть вызвано изменением какого-либо плеча моста, например R. Тогда

Sc, = Alr/{ARJRx).

(4.39)

Чувствительность моста представляет собой произведение чувствительности гальванометра на чувствительность мостовой схемы:

Su = SrScx = ДаД/р/Д/г(Д1?ж/Лх).

(4.40)

Из (4.40) можно определить относительную погрешность измерения за счет неполного уравновешивания моста:

63, = ARx/Ry = Да/5м = AaJSrS. (4.41)

Отсюда видно, что погрешность за счет неполного уравновешивания тем меньше, чем больше чувствительность измерительной мостовой схемы и гальванометра.

Одинарные четырехплечие мосты применяют для измерения больших сопротивлений, от десятков ом и вьппе; при измерении малых сопротивлений возникают погрешно-


/ Рис. 4.17. Схема двойного моста постоянного тока

сти, обусловленные влиянием соедини-тельньк проводов и переходных сопротивлений контактов.

Двойные мосты постоянного тока. Схема двойного моста представлена на рис. 4.17. Для исключения влияния сопротивлений соединительных проводов и переходных сопротивлений контактньк соединений измеряемое сопротивление Rx присоединяется по четырехзажимной схеме включения: двумя токовыми зажимами оно включается в цепь источника питания моста, а двумя потенциальными - в измерительную цепь.

Аналогичные зажимы имеет и образцовое сопротивление Лобр- В цепь источника питания входят регулировочное сопротивление Rp, измеряемое малое сопротивление Rx, образцовое сопротивление Добр, которое выбирают одного порядка с Rx, и сопротивление соединительной шины Кц,.

Сопротивления R, R2, R3, R, входящие в измерительную цепь, выбирают достаточно большими (сотни и тысячи ом).

Таким образом, при работе двойного моста в цепи источника питания обеспечивается достаточно большой ток (5-10 А), позволяющий получить заметное падение напряжения на мальпс сопротивлениях Rx, Добр, чем обеспечивается требуемая чувствительность схемы. В то же время через потенциальные зажимы в высокоомную измерительную цепь будут ответвляться малые токи, создающие малые падения напряжений в соединениях, что заметно снижает их влияние на погрещность измерения.

При равновесии моста ток через указатель равновесия /г = О, что соответствует равенству потенциалов в точках 1 и 2. Тогда для схемы на рис. 4.17 можно составить следующие уравнения:

ixRx + I3R3 - iiRi = 0;

IxRobp + R-hRzO; > (4.42)

(/ж-/з)Добр-/з(Дз+Д4) = 0.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 [63] 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.013