Постоянному току

► Электрические сопротивления электротехнических устройств (катушек, резисторов и т. д.) постоянному току можно условно разделить на малые (до 1 Ома), средние (от 1 до 10⁵ Ом) и большие (выше 10⁵ Ом). Для измерения малых сопротивлений применяют метод амперметра — вольтметра и мостовой. Для измерения средних сопротивлений применяют методы амперметра — вольтметра, непосредственной оценки (омметры), мостовой (одинарные мосты) и компенсационный.

Для измерения больших сопротивлений используют метод непосредственной оценки, реализуемой мегаомметрами.

Метод амперметра — вольтметра (см. рис. 120) является наиболее простым для измерения малых и средних сопротивлений R.

Схему рис. 120, а рекомендуется применять при измерении малых сопротивлений, так как в этом случае ток I_A≈I_R ввиду того, что вольтметр обладает гораздо большим сопротивлением по сравнению с R и поэтому справедливо равенство I_v << I_R. Схему рис. 120,б лучше применять при измерении средних сопротивлений, так как в этом случае напряжение U_v ≈ U_R ввиду того, что амперметр имеет внутреннее сопротивление гораздо меньше сопротивления R.

Измеряемое сопротивление находят из соотношения

Недостатком этого метода является наличие погрешности, возникающей из-за внутренних сопротивлений измерительных приборов. Погрешность не превысит 1 %, если для схемы рис. 120, а выбрать вольтметр с сопротивлением R_v>100R, а для схемы рис. 120, б — амперметр с сопротивлением R_A < 100R.

Метод непосредственной оценки реализуется с помощью омметра, схема которого приведена на рис. 123, а. Он состоит из магнитоэлектрического измерительного механизма ИМ, шкала которого проградуирована в омах, источника питания напряжением U, добавочного резистора R_д. Прибор имеет выходные зажимы АВ, к которым присоединяют измеряемое сопротивление R_x. Ток в цепи измерителя I= U/(R_д+ R_и+R_x), где R_д, R_и и R_x — сопротивления соответственно добавочного резистора, измерителя и измеряемого объекта. Угол отклонения стрелки прибора определяется выражением

где S_I — чувствительность измерителя по току.

ЗАПОМНИТЕ

При разомкнутых зажимах АВ (R_x =∞) угол отклонения α=0, при закороченных зажимах АВ (R_x=0) угол отклонения максимальный, поэтому шкала у омметра обратная — нулевая отметка находится справа.

Омметры удобны в практике, но имеют большую погрешность (класс точности 2,5) из-за неравномерности шкалы и нестабильности источника питания. Для устранения последней причины погрешности в омметрах ис пользуют логометрические измерительные механизмы. Приборы, построенные на базе логометрического механизма, называют мегаомметрами (рис. 123, б). В качестве источника питания этих приборов используют небольшие генераторы Г с напряжением 500 и 1000 В, приводимые в действие вручную. Они служат в основном для измерения больших сопротивлений, например сопротивления изоляции. Для измерения сопротивлений свыше 10 Ом используют электронные приборы, называемые тераомметрами.

Широко применяют для измерения сопротивлений мостовой метод. Устройства, реализующие этот метод измерения, называются измерительными мостами.

Одинарный (четырехплечий) мост (рис. 124, а) содержит четыре плеча и две диагонали. В одно плечо моста включают измеряемое сопротивление R_x, а три остальных плеча образованы резисторами с сопротивлениями R₂, R₃ иR₄. В одну диагональ моста (между зажимами а и b) включают источник питания с эдс E₀, а в другую (зажимы c и d) — нулевой индикатор НИ, выполняющий функции указателя равновесия моста. Когда потенциалы узлов c u d равны, ток в индикаторе I_ни = 0, мост находится в состоянии равновесия (признаком равновесия моста является нулевое отклонение указателя НИ). При этом справедливы следующие соотношения: I₁ =I₂; I₃=I₄; R_xI₁ = R₃I₃ и R₂I₂=R₄I₄. Разделив почленно два последних уравнения друг на друга и учтя равенство токов, получим R_x/R₂ = R₃/R₄, или R_xR₄ = R₂R₃.

ЗАПОМНИТЕ

Произведения сопротивлений элементов, включенных в противоположные плечи уравновешенного моста, равны между собой.

Из последнего выражения вычисляют искомое сопротивление R_x:

Плечо R₂ называют плечом сравнения, а плечи R₃ и R₄ — плечами отношения.

► Одинарный мост служит для измерения только средних сопротивлений. Малые и большие сопротивления им измерять не рекомендуется. Нижний предел (единицы ом) измерения мостом ограничен влиянием сопротивлений соединительных проводов и переходных контактов, которые неизбежно оказываются включенными в плечо ас последовательно с измеряемым объектом R_x. Верхний предел (10⁵0м) измерения мостом ограничен шунтирующим действием токов утечки.

Для измерения сопротивления с повышенной точностью используют компенсационный метод. На рис. 124,б приведена схема измерительной цепи, включающая компенсаторы постоянного тока, переключатель на две позиции (П1 и П2), образцовый резистор R₀, источник питания Е и объект с измеряемым сопротивлением R_x. Измерив падение напряжения на R_x и R₀ при двух положениях переключателя, определяют U_Ro=R₀I и U_Rx = R_xI. Искомое значение сопротивления R_х находят из выражения

В процессе измерения необходимо обеспечить постоянство тока I.