Обязательно записать в графе "Примечания" списка приборов внутренние сопротивления амперметров и вольтметров для всех пределов измерения.

Собрать схему и предоставить ее для проверки руководителю.

Электрическая схема, собранная по рис. 3, в зависимости от положения переключателя S позволяет измерять заданное неизвестное сопротивление R_x по схеме 1 (рис. 1) и по схеме 2 (рис. 2) без изменения питающего напряжения, что облегчает анализ погрешностей измерения. Задавать различные напряжения можно регулятором напряжения однофазным (РНО), который установлен в блоке питания.

Задание:

1. Использовать оборудование по пунктам 1; 3; 4 собрать схему по рис.3; Измерить по схеме 1 и 2 сопротивления в диапазоне 1000-6800 Ом (сопротивление устанавливать перемещением движка реостата). Количество сопротивлений по одному на каждого члена бригады.

2. Аналогично, использовав оборудование по пунктам 2; 3; 4 измерить сопротивления в диапазоне 5-15 0м.

3. Данные всех экспериментов занести в таблицу 1( в форме: количество делений шкалы прибора и через дробь его предел измерения).

4. Перед разборкой схем дать руководителю на подпись протокол работы.

5. После его подписания разобрать схему и положить приборы на стеллаж.

6. Оформить отчет в соответствии с указанием по подготовке к проведению лабораторных работ (см. раздел 2).

7. Написать выводы по анализу погрешностей схем 1 и 2.

Таблица 1- Данные эксперимента и рассчета

Схема 1

Схема 2

схема 1

схема 2

Схема 1

Схема 2

Погрешности

U

I

U

I

абсолютная

относительная

Сх.1

Сх.2

Сх.1

Сх.2

B

A

B

A

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

Ом

%

%

Внутреннее сопротивление вольтметра определяется одинарным мостом, сопротивление амперметра - двойным мостом или берутся из паспорта прибора. У эталонов они написаны на циферблате.

Контрольные вопросы.

1. Способы уменьшения погрешностей при измерении малых сопротивлений.

2. Измерение средних сопротивлений амперметром и вольтметром.

3. Какие приборы и методы позволяют наиболее точно измерять сопротивления

4. Чему будет равна относительная погрешность измерения, если измеряемое сопротивление равно сопротивлению вольтметра при использовании схемы 1 и схемы 2.

5. Чему будет равна относительная погрешность измерения, если измеряемое сопротивление равно сопротивлению амперметра при использовании схемы 1 и схемы 2.

                                                                                         Рис. 3

Инструкция к лабораторной работе № 53

Измерение электрического сопротивления прямым способом

План работы

1. Точное измерение сопротивления компенсационным методом. 2. Грубое измерение сопротивления простым омметром.

3. Измерение сопротивления изоляции.

Основные теоретические положения

1.Для устранения погрешностей метода амперметра и вольтметра,

используют компенсационный (нулевой) метод, который реализуется мостовыми схемами. Сопротивления от 10 ^-3 до 10⁶ Ом с погрешностью 0,5 % и от 10 ^-4 до 10 ^-3 с погрешностью 2% измеряют одинарным мостом а сопротивления от 10 ^-7 до 10 ^-5 Ом с погрешностью 0,2 % и от 10 ^-5 до 10 ^-2 Ом с погрешностью 0,02 % измеряют двойным мостом.

Одинарный мост (рис.1 и рис.2) обычно состоит из 3-х магазинов сопротивлений или 2-х магазинов и одного неизменного сопротивления, которые вместе с измеряемым сопротивлением образует замкнутый четырехугольник АСВД. Его стороны называют плечами моста. В одну диагональ четырехугольника включается источник постоянной ЭДС, а в другую диагональ - магнитоэлектрический гальванометр. Гальванометр должен иметь очень высокую чувствительность, порядка 10^-6 - 10^-12 А/дел, что способствует увеличению точности измерения. Точность также зависит от класса точности магазинов сопротивлений.

Рассмотрим двухзажимную схему (рис.1) подключения измеряемого сопротивления к прибору. Допустим, что не известным сопротивлением является , а r₃ остается неизменным. Тогда процесс измерения заключается в подборе таких значений сопротивлений при которых ток в гальванометре окажется равным нулю. Это состояние называется равновесием моста. Обозначив ток в плечах (при равновесии) через , а ток в плечах через и принимая во внимание, что при равновесии разность потенциалов между точками С и Д равна нулю, получим:

или

отсюда:

и тогда значение искомого сопротивления, зная сопротивления магазинов, можно вычислить по уравнению

Как следует из последнего выражения равновесие моста наиболее просто можно добиться или изменяя величину при постоянном отношении плеч или путем изменения отношения плеч , при неизменном значении .

В настоящее время распространение получили мосты с постоянным отношением плеч.

При измерении малых сопротивлений (меньше 10 Ом) одинарный мост при двухзажимной схеме подключения измеряемого сопротивления к мосту дает большие погрешности, вследствие влияния сопротивления соединительных проводов и переходного сопротивления контактов в местах присоединения измеряемого сопротивления. Указанные источники погрешности можно уменьшить используя четырехзажимную схему одинарного моста или схему двойного моста. В четырехзажимной схеме (рис.2) измеряемое сопротивление r₁ подключают к прибору четырьмя проводами. В этом случае сопротивления проводов С-2 и А-4 и сопротивления контактов их соединения оказываются включенными в диагонали моста и поэтому не влияют на равновесие моста. Влияние сопротивления проводов А-3 и С-1 исключается, если много больше сопротивления провода С-1, а много больше сопротивления провода А-3, что обеспечивается конструкцией прибора.

2. Приборы. с помощью которых определение сопротивления выполняется без каких-либо расчетов, путем непосредственного отсчета по шкале, носят название омметров. Омметры разделяются на две группы: приборы, показания которых верны только при определенном напряжении вспомогательного источника питания, и приборы, показания которых не зависят от величины этого напряжения.

Первую группу в практике называют просто пробником и относят к приборам низкого класса точности. Их принцип действия основан на законе Ома: ток в цепи обратно пропорционален сопротивлению этой цепи при неизменном напряжении в этой цепи. Схема таких приборов (рис.3) представляет собой замкнутый контур состоящий из последовательного соединения измеряемого сопротивления R2, источника напряжения U, микроамперметра PA и вспомогательного реостата R1. Реостат предназначен для компенсации изменения э.д.с. источника напряжения, для чего при замкнутых накоротко выводах a и b омметра реостатом устанавливают нулевое показание. Прибор проградуирован в единицах сопротивления – омах, нулевая отметка которого расположена с правого края шкалы, а наибольший предел измерения с левого края. Составим уравнение по второму закону Кирхгофа для контура

где I – ток в контуре.

из последнего выражения получим уравнение градуировочной характеристики

3. Одной из разновидностью второй группы омметров является мегомметр, предназначенный для измерения сопротивления изоляции, которое весьма велико. Для надежного измерения сопротивления источник питания его должен обладать относительно высоким напряжением (500 В и выше).

Сопротивление изоляции является нелинейной величиной, зависящей от напряжения и времени его приложения. Кроме того на него влияют температура, влажность, загрязнение, материал и срок службы. Снижение сопротивления изоляции ниже установленных норм может привести к пожару и получению электрических травм. Поэтому Правила технической эксплуатации и Правила устройства электроустановок требуют измерения сопротивления изоляции электроустановок при вводе их в эксплуатацию и затем периодически в процессе эксплуатации. В низковольтных установках ( до 1000 В) следует измерять сопротивление при напряжениях 500 или 1000 В, в высоковольтных ( 1000 и свыше вольт) при напряжении 2500 В. Перед измерением необходимо отключить все источники электроэнергии и разрядить все емкости. За результат измерения принимают установившееся показание прибора.

Принципиальная схема современного мегомметра (относящегося к группе приборов, показания которых не зависят от напряжения источника питания) изображена на рис.5. Основной частью прибора является логометр (logos – отношение) PR механический момент, в котором создается не пружиной, а второй рамкой c током, расположенной под углом к первой рамке. По этой причине при отсутствии напряжения стрелка прибора может находится в любом месте шкалы. Благодаря специальной форме воздушного зазора угол отклонения α подвижной части логометра определяется отношением токов и в одной и второй рамках прибора то есть

α =I₂ / I₁ ,

а так как по закону Ома в соответствии с рис.5 токи равны: I₂ = U / (R3 + R2); I₁ = U / R1 , то

α =R1/( R3 + R2 ).

Таким образом, угол отклонения зависит только от измеряемого сопротивления R3 и не зависит от добавочных сопротивлений R1и R2, так как они служат для настройки пределов измерения и остаются неизменными. Напряжение U при делении токов сокращается, так что теоретически показание прибора не зависят от напряжения, однако снижение напряжения сильно снижает чувствительность прибора, что увеличивает его погрешность. Источником напряжения служит электромашинный генератор G с ручным приводом. Его следует вращать со скоростью 120 об / мин, что определяет допустимое напряжение.

В рассматриваемом приборе объединены две схемы. Это дает возможность измерять одним прибором относительно низкие сопротивления в килоомах и высокие – в мегаомах, переходя от одной схемы к другой при помощи двухполюсного переключателя S. Шкала прибора снабжена двумя рядами отметок: прямой в кОм и обратной в МОм. Измеряемое сопротивление в обоих случаях присоединяется к зажимам З (Земля) и Л (Линия). Имеется еще зажим Э (Экран), который дает возможность с помощью охранного кольца отвести токи утечки (поверхностные токи) от измерительного прибора. Что позволяет измерять только объемное сопротивление изоляции.