47

4.6.Измерение сопротивлений электронным мегаомметром Ф4101

4.6.1.Принцип действия электронного мегаомметра

Электронный мегомметр Ф4101 (рис. 30) предназначен для измерения

больших сопротивлений, а также сопротивления изоляции не находящихся под напряжением электрических цепей.

Рис. 30. Электронный мегаомметр Ф4101

Принцип действия электронного мегаомметра заключается в преобразовании измеряемого сопротивления в постоянное напряжение, функционально связанное с этим сопротивлением. Постоянное напряжение формируется при помощи дифференциального усилителя и измеряется магнитоэлектрическим вольтметром.

Применение дифференциального усилителя позволяет получить высокую стабильность работы мегаомметра, обусловленную малым дрейфом нуля усилителя (малое выходное напряжение при отсутствии входного напряжения), большими коэффициентами усиления и ослабления помех. Дифференциальный усилитель может быть выполнен на отдельных транзисторах или на операционном усилителе.

Операционным усилителем (ОУ) принято называть высококачественный интегральный усилитель постоянного тока с двумя входами и одним выходом, предназначенный усиления разницы сигналов, подаваемых на два входа. Для работы операционного усилителя обязательно необходимо наличие отрицательной обратной связи, которая позволяет повысить стабильность рабочих характеристик усилителя.

В большинстве случаев операционный усилитель используют для усиления напряжения от одного источника сигнала, подключаемого к одному из входов ОУ. Вход ОУ, обозначенный «», называется инверсным, соответственно, когда источник усиливаемого сигнала подключен к этому входу, то схема включения усилителя называется инвертирующей. Когда источник сигнала

48

подключен к другому входу ОУ, не обозначенному никакими значками, схема включения усилителя называется неинвертирующей.

Инвертирующая схема включения ОУ(рис. 31) обладает высокой стабильностью режима работы, имеет низкое входное сопротивление, что в электронных мегаомметрах позволяет подключать к ОУ источники эталонного напряжения непосредственно, без применения специальных устройств, вносящих дополнительную погрешность.

Рис. 31. Схема включения ОУ по инвертирующей схеме

На входе операционного усилителя DA1 (рис. 31) последовательно включен образцовый резистор с сопротивлениемR0, а в цепь отрицательной обратной связи – резистор с измеряемым сопротивлением RХ. На вход ОУ подключен источник с фиксированной (эталонной) ЭДС, равной EВХ.

Выходное напряжение усилителя UВЫХ связано со входной ЭДС через коэффициент усиления KU:

U =-K ×E =-	RX	×E =-	EВХ	×R =a×R
ВЫХ U ВХ	R0	ВХ	R0	X	X
					,	(20)

где KU. – коэффициент усиления, равный отношению измеряемого сопротивления к образцовому сопротивлению. Знак «минус» показывает, что усилитель работает в инвертирующей схеме;

a = - EВХ

R0 – постоянная величина (коэффициент), зависящая от значения фиксированного входного напряженияEВХ и значения образцового сопротивления R0.

49

Выходное напряжение UВЫХ, измеряемое при помощи магнитоэлектрического вольтметра, и сопротивление RХ связаны линейной зависимостью через коэффициент a .

Выразив из формулы (20) измеряемое сопротивление RХ, получим:

RX = U Х a .

Если измеряемое магнитоэлектрическим вольтметром напряжение поделить на коэффициент a , не зависящий от измеряемого сопротивления, то можно проградуировать шкалу магнитоэлектрического вольтметра в единицах -из мерения сопротивления (Ом).

При измерении больших сопротивлений необходимо формировать опорное (эталонное) напряжение достаточно большого уровня. В противном случае на выходе операционного усилителя будет формироваться малое напряжение, которое будет невозможно измерить магнитоэлектрическим вольтметром. Принцип формирования высокого входного напряжения показан на функциональной схеме электронного мегаомметра Ф4101 (рис. 32).

Рис. 32. Функциональная схема электронного мегаомметра Ф4101

Формирование опорного напряжения высокого уровня и постоянного значения, с малым дрейфом, высокой стабильностью в одном функционально законченном блоке представляет собой сложную техническую задачу и приводит к значительному увеличению стоимости прибора. Поэтому, на практике, стабильное высокое напряжение получают по этапам.

На первом этапе с требуемой точностью формируют опорное(образцовое) напряжение в низковольтном источнике, который представляет собой импульсный стабилизатор напряжения (в мегаомметре типа Ф4101 это напряже-

50

ние составляет 8 В). На втором этапе, полученное низкое опорное напряжение подается на преобразователь напряжения, формирующий высокое опорное напряжение.

Преобразователь напряжения состоит из:

задающего генератора ,Г формирующего прямоугольные импульсы, с длительностью, пропорциональной требуемому значению высокого опорного напряжения;

двухтактного усилителя мощности с повышающим трансформатором, увеличивающего амплитуду импульсов, поступающих с задающего генератора; высоковольтного выпрямителя по схеме с удвоением напряжения, преобразующим высоковольтные импульсы в постоянное высокое опорное напряже-

ние.

Высокое напряжение подается на эталонный резистор, преобразуется на нем в ток, находящийся в функциональной зависимости с измеряемым сопротивлением RХ. Значение эталонных резисторов устанавливается переключателем диапазонов измерения. Для расширения пределов измерения мегаомметра используется набор образцовых резисторов.

Пределы измерения сопротивления и рабочая часть шкалы в зависимости от положения переключателя пределов измерения и переключателя рабочих напряжений приведены в табл. 5.

Таблица 5

			Положение переключателя рабочих напряжений
	Положение переключателя переделов	измерения	100 V	МОм	500 V	МОм	1000 V	МОм
			×1		×5		×10
			Пределы	Рабочая	Пределы	Рабочая	Пределы	Рабочая
			измерения,	часть	измерения,	часть	измерения,	часть
			МОм	шкалы,	МОм	шкалы,	МОм	шкалы,
	I×1		0–4	0–2	0–20	0–10	0–40	0–20
	II×1		0,1–4	0,1–2	0,5–20	0,5–10	1–40	1–20
	III×10		1–40	1–20	5–200	5–100	10–400	10–200
	III×102		10–400	10–200	50–2000	50–1000	100–4000	100–2000
	III×103		100–4000	100–2000	500–20000	500–10000	1000–40000	1000–20000

Технические характеристики мегаомметра Ф4101: