Измерение активных сопротивлений методом амперметра-вольтметра. Электронные омметры.

Активное сопротивление можно измерять как на постоянном, там и на переменном токе. Метод измерения амперметра-вольтметра на постоянном токе. Измерение на переменном целесообразно применять в цепях, где есть потери при перемагничивании (цепи со стальными сердечниками – катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы).

Измерение методами амперметра и вольтметра сводится к определению тока или напряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчету его параметров по закону Ома. Метод можно использовать для измерения активного и полного сопротивления, индуктивности и емкости.

Схема:

Измерение активных сопротивлений производят на постоянном токе, при этом включать резистор Rx в измерительную цепь можно по двум схемам.

В схеме с амперметром отклонение показаний миллиамперметра пропорционально току:

и обратно пропорционально измеряемому сопротивлению Rx. По такой схеме измеряют достаточно большие сопротивления (от 1 Ом до 200МОм). Шкала обратная. Перед измерениями зажимы х замыкают ключом K и переменным резистором Rд устанавливают такой ток, чтобы стрелка отклонилась на всю шкалу, что соответствует точке 0 Ом.

Для измерения небольших сопротивлений (0,01…100 Ом) используется схема с вольтметром. Показания вольтметра определяются формулой: U , при условии, что Rд >>Rx, U приблизительно равно ERx/Rд, т.е. имеет место прямая зависимость напряжения (показания вольтметра) от измеряемого сопротивления Rx. Шкала прямая. Перед измерением стрелку на приборе совмещают с отметкой «∞» при разомкнутых зажимах х.

Обе схемы приводят к методическим погрешностям измерения Δ Rx, зависящим от погрешн приборов и от калибровки. В 1ой схеме методическая погрешность измерения тем меньше, чем меньше внутреннее сопротивление амперметра (при Ra →0, Δ Rx→0), а во 2ой схеме эта погрешность тем меньше, чем больше сопротивление вольтметра (при Rv→∞, Δ Rx→0).

Точность обоих методов невелика, погрешность 1.5-2%.

Рассмотренные методы измерения активного сопротивления до сих пор широко используются в малогабаритных комбинированных приборах – так называемых тестерах. Показания современных приборов обычно регистрируются с помощью цифровых табло.

Недостатки метода:

· наличие соединительных проводов

· необходимость калибровки

· регулировка U и I

Электронные омметры.

Современные электронные омметры аналогового типа выполняют на основе инвертирующего усилителя на ОУ, охваченного отрицательной обратной связью с помощью измеряемого сопротивления Rx. ОУ должен иметь большой коэффициент передачи и большое входное сопротивление, тогда свойства ОУ не будут влиять на цепь. Измерения можно производить и на постоянном и на переменном токе. Омметры обеспечивают большую точность, имеют высокую чувствительность.

Структурная схема:

 

Напряжение на выходе усилителя омметра вычисляется по формуле Uвых = -URx/R1. R1 – образцовый резистор.

Выходное напряжение в схеме линейно связано с измеряемым сопротивлением Rx, поэтому шкала прибора может быть проградуирована в единицах сопротивления. Шкала будет равномерной в широких пределах и практически не будет зависеть от внешних элементов усилителя. Погрешности измерения электронных омметров 2-4%

Uвх=Uвых*R1/(R1+Rx) + U*Rx/(R1+Rx)=-Uвых/Кос                   

Kос= Uвых/U=- Rx/(R1+Rx) / R1/(R1+Rx)+1/kоу≈ Rx/R1

Uвых=-URx/R1

Koy=-Rx/R1

Стабилизируем U и измеряем выходное напряжение. Оно Ξ Rх, шкала линейная и не зависит от усилителя.

Если Rх маленькое, удобно использовать проводимости. Для этого Rх меняем местами с R1 и Uвых Ξ Gх.

Недостатки метода:

Подключение неизвестного резистора делается длинными проводами, на которых падает напряжение (и их сопротивление входит в Rx). Чтобы избежать этого, используются двойные провода, на каждую клемму Rx.

4х проводная схема:

Ток через Rx идет с выхода ОУ по одному из проводов Н (высок потенциал) и L(низкий потенциал) через Rх и входной источник. Пара друг проводов используется для подачи напряжения на вход ОУ и на вольтметр.

Падение напряжения снимаем с точек L и Н. Сопротивление проводов входить в измерения уже не будет.

Коэффициент обратной связи = Rх/R1

Коэффициент передачи завис от отношения 2х пассивных элементов.

Если необходимо измерить особо большое сопротивление, то используется тераомметр. В нем сопротивление R1 и Rx меняются местами, при этом шкала станет обратной, а напряжение Uвых = -UR1/Rх.

Погрешность измерения таким прибором составляет 10%.

34. Цифровые методы измерения полных сопротивлений с преобразованием в напряжение

Импеданс - полное сопротивление. Адмиттанс – полная проводимость.

Полное сопротивление – отношение комплексных амплитуд напряжения и тока.

Комплексная амплитуда - отношение 2х реальных амплитуд * на exp.

Идея: отдельно измерить комплексную амплитуду напряжения, отдельно измерить комплексную амплитуду тока. То есть отдельно измерить вещественные и мнимые части. Затем определить полное сопротивление вычислительным способом.

Метод удобно использовать для гармонических сигналов.

Преобразование измеряемого сопротивления в напряжение можно реализовать на основе операционного усилителя.

Структурная схема измерителя Е7-15

Напряжение рабочей частоты (100 Гц или 1000Гц) генератора подается на измеряемый объект, подключаемый к преобразователю. Преобразователь формирует два напряжения, одно из которых Uт пропорционально току, протекающему через измеряемый объект, а другое Uн − напряжению на нем. Отношение комплексных амплитуд

этих напряжений равно полному сопротивлениюZ. Измерение отношения напряжений проводится аппаратно-программным логометром. Его аппаратная часть состоит из двух коммутаторов S1 и S2, масштабного усилителя, перемножителя, фильтра нижних частот и цифрового вольтметра, использующего метод двойного интегрирования. Итогом работы программной части логометра является расчет отношения напряжений.

С выхода усилителя гармоническое напряжение Um sin (ωоt +ϕ) пропорциональное току Uт или напряжению Uн в зависимости от состояния переключателя S1, поступает на перемножитель. На второй вход перемножителя поступает опорное напряжение с генератора: Uо sin (ωоt) либо U cos (ωоt) в зависимости от состояния переключателя S2. При этом на выходе перемножителя получают, соответственно, напряжения

Um sin (ωоt +ϕ) * U cos (ωоt) = (Uo/2) Um sinϕ + (Uo/2) Um sin(2ωоt +ϕ) – вещественная часть

Um sin (ωоt +ϕ) * U sin (ωоt) = (Uo/2) Um cosϕ - (Uo/2) Um cos(2ωоt +ϕ) – мнимая часть

Высокочастотные составляющие с удвоенной частотой подавляются фильтром нижних частот. Постоянные составляющие напряжения, пропорциональные Um cosϕ и Um sinϕ и называемые квадратурными компонентами (фаза сдвинута на 90^о , это позволяет определять вещественную и мнимую часть), измеряются поочередно цифровым вольтметром. Измеренные значения вводятся в блок управления, после чего производится вычисление по формулам.

Z=(U1+jU2)/(U3+jU4)

Погрешность измерения составляет 0,1%.

Точность зависит от:

-точности установки частоты

-стабильности между переключениями

-погрешности преобразования тока в напряжение

-погрешности масштабного усилителя

-погрешности перемножителя

-погрешности вольтметра

-погрешности округления при расчетах