6-5. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

Электронные омметры.

Эти приборы имеют широкий диапазон измеряемых сопротивлений ( Ом) и достаточно просты в эксплуатации. Точность таких омметров, как правило, невысока: приведенная погрешность составляет единицы процентов и увеличивается до при измерении особо больших сопротивлений ( Ом). В зависимости от диапазона измерений их называют омметрами, миллиомметрами, тераомметрами или мегомметрами.

В основе работы электронных омметров лежит преобразование измеряемого сопротивления в функционально связанное с ним напряжение постоянного тока, которое подается на магнитоэлектрический измерительный механизм; при этом шкала измерительного механизма градуируется в единицах сопротивления. Наибольшее распространение получили схемы омметров, изображенные на рис. 6-17 и 6-18, где ИСН — источник стабильного напряжения — усилитель постоянного тока; ОУ - операционный усилитель, ИМ — измерительный механизм, — измеряемое сопротивление; — известное сопротивление; — напряжение, функционально связанное с измеряемым сопротивлением Возможны два варианта включения показанные на рисунках без скобок (1-й вариант) и со скобками (2-й вариант).

В омметрах, построенных по схеме рис. 6-17, используется УПТ с большим входным сопротивлением Поэтому, пренебрегая шунтирующим влиянием имеем варианта и варианта включения где а — угол отклонения подвижной части к — коэффициент преобразования УПТ

Рис. 6-17. Функциональная схема электронного омметра с усилителем постоянного тока

Рис. 6-18. Функциональная схема электронного омметра с операционным усилителем

и ИМ. Из формул видно, что в широком диапазоне измеряемых сопротивлений шкала таких омметров неравномерна с диапазоном показаний соответственно

Для повышения точности отсчитывания весь диапазон измерений омметра разбивают на поддиапазоны, каждому из которых соответствует свое значение сопротивления Этим достигается изменение цены деление шкалы для одних и тех же значений Переключением выбирают наиболее удобную шкалу для отсчитывания показаний в требуемом диапазоне измерений.

Для уменьшения погрешностей измерений, вызванных нестабильностью работы отдельных узлов прибора, особенно УПТ, в таких омметрах предусматривают регулировки «Установка нуля» при замкнутых входных зажимах и «Установка при разомкнутых зажимах Эти регулировки осуществляют путем изменения коэффициента преобразования усилителя и установки «нуля» его выходного сигнала.

Рассмотренная схема нашла применение в комбинированных приборах, в частности в универсальных вольтметрах (см. рис.

6-8), в которых усилитель постоянного тока используется для измерения как напряжения, так и сопротивления. Так, универсальный вольтметр имеет диапазоны измерений сопротивлений 10 Ом — 1000 МОм; основная погрешность прибора не превышает ±2,5 %.

В омметрах, построенных по схеме рис. 6-18, применен операционный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен резистор Операционный усилитель — усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления и большим входным сопротивлением. Поэтому потенциал точки а, определяемый как и входной ток усилителя практически равны нулю. Следовательно, токи, протекающие через резисторы равны и справедливы соотношения или в зависимости от схемы включения Для варианта включения , следовательно, где — чувствительность ИМ. Такая схема включения предпочтительна, поскольку омметр имеет равномерную шкалу. Верхний предел измерений в таких омметрах изменяют путем подключения резисторов различных сопротивлений. Такая схема используется в электронном омметре имеющем диапазон измерений 10 Ом — 1000 МОм и класс точности 2,5.

В тераомметрах при измерении больших сопротивлений Ом) использование варианта схемы рис. 6-18 приводит к существенному росту погрешности. Это обусловлено тем, что при ограничении выходного напряжения определяемого характеристиками ОУ, для больших

Рис. 6-19. Функциональная схема электронного миллиомметра

необходимо устанавливать большие сопротивления обеспечить требуемую точность которых достаточно трудно. Кроме того, токи, протекающие через в этом случае оказываются столь малыми, что становятся соизмеримыми с входными токами усилителя и токами утечки. Поэтому находит применение 2-й вариант включения (на схеме в скобках). Шкала такого тераомметра неравномерна, поскольку Для повышения точности в таких схемах имеется возможность увеличивать ток, протекающий через путем увеличения (до сотен вольт) и применять меньшие сопротивления Рассмотренная схема используется в тераомметрах с диапазоном измерений 107—1017 Ом, классами точности 4—10 в зависимости от поддиапазона измерений.

Измерение малых сопротивлений (до Ом) производится электронными миллиомметрами. При измерении таких сопротивлений возникают трудности, связанные с влиянием соизмеримых по значению сопротивлений контактов и соединительных проводов, а также контактных термо-ЭДС. Миллиомметры (рис. 6-19) работают по принципу, аналогичному работе омметра, изображенного на рис. 6-17. Однако для исключения влияния термо-ЭДС измерения производятся на переменном токе, вырабатываемом генератором Г. Применение переменного тока позволяет использовать усилитель У переменного тока с большим коэффициентом усиления, что повышает чувствительность прибора при измерении малых сопротивлений. Выходной сигнал усилителя выпрямляется выпрямителем В и подается на магнитоэлектрический измерительный механизм ИМ.

Для уменьшения влияния сопротивлений контактов и соединительных проводов резистор включают по четырехпроводной схеме, при которой ток к резистору подводится по одной паре проводов (зажимы а напряжение, пропорциональное измеряемому сопротивлению, снимается с другой пары проводов (зажимы . В качестве примера можно указать миллиомметр имеющий диапазон измерений сопротивления Ом и приведенную погрешность

Приборы для измерений добротности, индуктивности и емкости.

Среди различных способов измерения добротности индуктивности и емкости в электронных приборах получили

Рис. 6-20. Функциональная схема куметра

распространение способ, основанный на явлении резонанса в LC-контуре, и способ, основанный на сравнении частот двух генераторов, в колебательный контур одного из которых включаются катушка индуктивности или конденсатор с измеряемыми или

На рис. 6-20 приведена упрощенная схема прибора, называемого куметром, который предназначен для измерения добротности и индуктивности катушек и емкости конденсаторов. В общем случае куметр позволяет измерять полное сопротивление двухполюсников. Куметр содержит перестраиваемый по частоте генератор микроамперметр резистор малого (примерно 0,05 Ом) сопротивления образцовый переменный конденсатор электронный вольтметр V. Катушку или конденсатор с измеряемыми индуктивностью и емкостью подключают соответственно к зажимам или ее. При измерении емкости к зажимам подключают образцовую катушку индуктивности.

Измерение добротности проводят, как правило, в режиме заданной частоты, устанавливаемой на перестраиваемом генераторе Изменением емкости конденсатора добиваются резонанса в контуре, фиксируемого по максимальным показаниям вольтметра V. Определение добротности основано на свойстве последовательного колебательного контура при резонансе иметь на реактивных элементах напряжение, в раз большее напряжения возбуждения, т. е. при резонансе где — напряжение на конденсаторе измеренное вольтметром V; I — ток через резистор измеренный микроамперметром На основании этого шкалу вольтметра градуируют в единицах добротности для определенного значения тока I.

Определение и Схосновано на соотношении где — резонансная частота контура. При измерении индуктивности где — значение емкости образцового конденсатора при настроенном в резонанс контуре при измерении емкости где — индуктивность образцовой катушки, подключаемой в этом случае к зажимам Этот способ измерений используется, например в низкочастотном измерителе добротности типа с диапазоном измерений для равным 2—300, для для Погрешности прибора

Рис. 6-21. Функциональная схема прибора для измерения индуктивности и емкости основанного на сравнении частот двух генераторов

зависят от диапазона измерений и составляют измеряемой величины.

Принцип действия приборов, основанных на сравнении частот двух генераторов, иллюстрируется схемой рис. 6-21, где — генератор, перестраиваемый по частоте с помощью образцового конденсатора — генератор, в колебательный контур которого включается катушка или конденсатор с измеряемыми См — смеситель — устройство, выходной сигнал которого имеет частоту, равную разности частот генераторов И — индикатор, предназначенный для фиксации нулевых биений частот на выходе смесителя. Параметры контуров генераторов выбирают одинаковыми:

Перед измерениями при замкнутых зажимах и разомкнутых генераторы настраиваются на одинаковую частоту путем подстройки частоты генератора конденсатором Совпадение частот фиксируется индикатором по нулевым биениям на выходе смесителя См. При включении в контур генератора конденсатора с измеряемой емкостью равенство частот генераторов нарушается — оно восстанавливается путем изменения емкости образцового конденсатора на тогда Процедура измерения аналогична измерению (при этом зажимы размыкаются и к ним подключается катушка с измеряемой индуктивностью). При равенстве частот имеем отсюда Следовательно, шкала конденсатора может быть градуирована в единицах индуктивности.

Промышленностью выпускается измеритель индуктивностей и емкостей с диапазонами измерений имеющий относительную погрешность измерения ±5%.

Наряду с измерительными приборами для измерения параметров цепей промышленность выпускает измерительные преобразователи, например преобразователь сопротивления преобразователь емкости преобразователь индуктивности в которых соответствующие параметры преобразуются в напряжение постоянного тока.