Лекция 3 Измерение больших сопротивлений. Цифровые приборы для измерения сопротивления постоянному току
При измерении сопротивлений проводников с малой электрической проводимостью, изолирующих материалов и изделий из них необходимо считаться с факторами, влияющими на их сопротивления. Так при изменении температуры электрокартона от 20 о. С до 40 о. С электрическая проводимость его изменяется в 13 раз. При изменении влажности воздуха от 10 до 60% поверхностное электрическое сопротивление фарфора меняется в 30 раз. Кроме температуры и влажности, на сопротивление влияют род электрического тока и испытуемое напряжение, продолжительность его действия и т. д.
Основными причинами возникновения погрешностей при измерении больших сопротивлений являются следующие: • Шунтирование высокоомных измерительных цепей переменным сопротивлением изоляционных материалов и сопротивлением окружающей среды (погрешность только вследствие токов утечки через воздух при измерении R=1016 Ом может достигать 1%). • Подверженность высокоомной измерительной цепи влиянию внешних электромагнитных полей. • Влияние малых постоянных паразитных токов, возникающих в объеме, окружающем высокоомную цепь, в результате ионизации воздуха. • Генерация малых постоянных токов диэлектриками. • Снижение чувствительности измерительных цепей по мере возрастания измеряемого сопротивления. • Увеличение времени переходных процессов.
При создании средств для измерения больших сопротивлений применяют специальные конструктивные и технологические решения, позволяющие снизить погрешность измерения. Основными из них являются: – сплошное экранирование высокоомных измерительных цепей и источников питания; – равнопотенциальная защита от токов утечки (как активных, так и емкостных); – применение высококачественных изоляционных материалов; – герметизация и вакуумизация отдельных элементов; – применение показывающих приборов и нулевых индикаторов с высокоомным входом. Однако, несмотря на все перечисленные меры, с возрастанием сопротивления точность измерения существенно снижается.
Методы измерения больших сопротивлений с применением меры сопротивления Ro с преобразованием в пропорциональное напряжение с применением меры емкости Co с использованием мостов с применением меры малого постоянного тока Io
На первом методе основаны широко распространенные показывающие приборы ограниченной точности (гига- и тераомметры). В этих приборах измеряется паление напряжения на одном из двух последовательно включенных резисторов (Rx и Ro), подключенных к источнику постоянного напряжения Е.
Тераомметр Rx Е ЭМУ I Rо Uо Rвх m. V При Ro<<Rx сопротивление Rx определяется из соотношения
Необходимым условием является стабильность во времени источника Е. Преимуществами этого метода являются возможность применения меры с сопротивлением Ro<<Rx, и, следовательно, обладающей большей точностью и стабильностью, а также электрометрических усилителей с не столь высоким Rвх. Верхний предел тераомметров, основанных на данном методе, достигает 1014… 1017 Ом.
Промышленные образцы электронных тераомметров выполняются по схеме, отличающейся от вышеприведенной тем, что в них ЭМУ охвачен отрицательной обратной связью, а мера Ro или сопротивление Rx включены в цепь параллельной обратной связи усилителя с целью уменьшения постоянной времени, а также уменьшения влияния входного сопротивления и нестабильности коэффициента усиления усилителя.
Мостовой метод применяется для измерения больших сопротивлений порядка 1015 – 1016 Ом. Это обеспечивается • путем использования в качестве меры высокостабильных микропроволочных резисторов с номинальным сопротивлением до 1010 Ом, • применением высококачественных изоляционных материалов, • применением высокочувствительных нулевых индикаторов и специальных методов защиты мостов от токов утечки.
В отличие от низкоомных в высокоомных мостах решающие влияние на их свойства оказывают изоляция высокоомных узлов, паразитные токи изоляторов и их поляризация. Среди высокоомных мостов наиболее распространены четырехплечие. Известны также двухплечие и шестиплечие.
В двухплечем мосте используются два источника питания, и в отличие от четырехплечих мостов в них можно заземлять и источники питания, и нульиндикатор. В качестве нуль-индикатора электростатический электрометр или электрометрический усилитель. Rx Rо НИ U 1 Рег V 1 U 2 Рег V 2 С помощью вольтметра V 1 устанавливают напряжение U 1, при котором требуется измерить Rx, а уравновешивание моста осуществляют регулировкой источника напряжения U 2. Искомое сопротивление определяется из соотношения
Конструкция электростатического электрометра. зеркало подвес бисквит – подвижный электрод квадрант – неподвижный электрод В квадрантном электрометре подвижный электрод 1 с закрепленным на нем зеркалом 2 подвешен на подвес 3 и расположен внутри четырех неподвижных электродов 4 (квадрантов).
На рисунке приведена одна их схем соединения электродов, дающая наибольшую чувствительность. Отклонение подвижной части в этом случае: где С – емкость между подвижным электродом и двумя соединенными между собой квадрантами; U – вспомогательные источники напряжения (100 -200 В). Чувствительность квадрантных электрометров достигает 104 мм/В. Погрешность измерения Rx мостовым методом в диапазоне 105… 1014 Ом составляет (0, 05… 2)%, но при измерении Rx в диапазоне 1015… 1016 Ом погрешность достигает 10%.
Измерение больших сопротивлений с использованием меры емкости основано на использовании известных законов изменения напряжения на конденсаторе в переходном процессе при включении или выключении конденсатора в цепь постоянного напряжения. Если заряжать конденсатор с емкостью Со через сопротивление R от источника U или разряжать заряженный конденсатор на сопротивление R, то, как известно, скорость заряда или разряда определяется постоянной цепи τ = RCo, и, следовательно при заданной Со зависит от R. Поэтому измеряя интервал времени, в течение которого происходит заряд или разряд конденсатора, зная емкость Со конденсатора и заряд Q, можно определить сопротивление R, через которое заряжался или разряжался конденсатор.
Измерение больших сопротивлений с использованием меры емкости • τ = Rx. Co При измерении полностью разряженный конденсатор Со подключают в момент t 1 к источнику U последовательно с Rx , и в течение определенного промежутка времени t<<τ заряжают Со через Rx. Затем в момент t 2 переключатель S переводят в положение 2 и разряжают через баллистический гальванометр, показания которого пропорциональны заряду.
При заряде С через Rx напряжение на нем меняется по закону: Если t<<τ (при больших Rx), то Uc в течение t очень мало по сравнению с U и в первом приближении ток можно считать постоянным и равным Поэтому заряд Q конденсатора в момент t 2 равен: .
Измерение больших сопротивлений x методом разряда Со Сначала конденсатор заряжают (переключатель S в положении 1). Затем разряжают через сопротивление Rx (переключатель S в положении 2). Так как Rx велико, то разряд происходит медленно. При разряде отмечают показания электростатического вольтметра в моменты t 1 и t 2.
Напряжение на конденсаторе Uc при разряде меняется по закону: , где U – напряжение на конденсаторе в начале разряда. В моменты t 1 и t 2 напряжение на конденсаторе соответственно равно: При этом необходимо, чтобы емкость Cv вольтметра была много меньше по сравнению с Со. Необходимо также, чтобы во время измерения не имел место саморазряд конденсатора через вольтметр или диэлектрик.
Измерение больших сопротивлений с применением мер малого постоянного тока Измерение больших сопротивлений осуществляется также с применением мер малого постоянного тока. Создание мер малого тока порядка (10 -11… 10 -15) А с погрешностью (0, 2… 2)% и наличие нуль-индикаторов с большим входным сопротивлением позволило применять компенсационный метод измерения падения напряжения на Rx при протекании по нему тока известного значения.
• Измерение больших сопротивлений с применением мер малого постоянного тока >> Io Мера тока Rx Электро метр НИ Ux НЭ – НЭ ВБ Г Uк Х ВБ + Г ППТ Применение мер тока позволяет измерять сопротивления в диапазоне 109… 1014 Ом с погрешностью 0, 5%. Потенциометр используется как калибратор напряжения
Цифровые приборы для измерения Rx В цифровых приборах для измерения активного сопротивления используются: – метод заряда конденсатора с известной емкостью; – метод преобразования Rx в пропорциональное напряжение с использованием меры тока; – метод сравнения.
Цифровой измеритель сопротивления постоянному току R x → t x → Nx Пуск SA Rx Измеритель времени Uc СУ Uо Со Стоп Uп= 0, 632 Делитель
Цифровой измеритель сопротивления постоянному току Uо Uс Uп= 0, 632 Uo t «Пуск» «Стоп» СУ tx = τ Nx То счетные импульсы
• В комбинированных цифровых приборах (мультиметрах) высокой точности используется метод преобразования Rx Io Rx U x к АЦП • Диапазон измеряемых сопротивлений составляет от 20 Ом до 10 МОм.
Цифровой мост a R 3 R 1=Rx d c R 2 SA 1 g 41 SA 2 g 42 SA 3 g 43 g 4 n SAn An Nx Устройство управления U – b СУ + Цифровое отсчетное устройство
Цифровой мост • Сопротивление R 4 и проводимости g 4 i связаны следующим соотношением: весовой коэффициент; g 4 n наименьшая проводимость. В состоянии равновесия R 1·R 4 = R 2·R 3, откуда где – –
Скачать презентацию Лекция 3 Измерение больших сопротивлений Цифровые приборы для
Лекция 3 изм больш сопрот.ppt