4.3.2. Метод непосредственной оценки

Метод непосредственной оценки реализуется в приборах для измерения сопротивления постоянному току – электромеханических и электронных омметрах.

4.3.2.1. Электромеханические омметры

Электромеханические омметры строятся на основе приборов магнитоэлектрической системы и в зависимости от величины измеряемого сопротивления могут быть выполнены по схеме с последовательным (рис. 4.28, а) либо параллельным (рис. 4.28, б) включением измеряемого сопротивления.

а б

Рис. 4.28. Электромеханический омметр

Источником питания омметра обычно служит гальванический элемент. Ток, протекающий через магнитоэлектрический прибор в омметре с последовательным включением при разомкнутом ключе Кл, определяется по формуле

, (4.11)

где R_A – сопротивление прибора; R_P – регулировочный резистор.

При постоянных значениях R_A, R_P и U отклонение стрелки прибора  определяется измеряемым сопротивлением R_x и шкала прибора градуируется в единицах сопротивления. Как следует из (4.11), шкала омметра неравномерна (см. рис. 4.28, а).

Перед проведением измерения сопротивления необходимо установить «размах» шкалы, т.е. отрегулировать омметр так, чтобы при R_x =  и R_x = 0 стрелка прибора устанавливалась бы на начальную и конечную отметки шкалы.

При незамкнутых входных зажимах омметра и разомкнутом ключе Кл (что соответствует R_x = ) стрелка прибора находится в крайнем левом положении на отметке 0 мкА, следовательно, эта отметка шкалы будет соответствовать R_x = .

Далее, замкнув ключ Кл, т.е., моделируя R_x = 0, наблюдают отклонение стрелки прибора и регулируют резистором R_P ток через прибор до установки стрелки на конечную отметку. Омметр такого типа предпочтительно использовать для измерения сравнительно больших сопротивлений (до нескольких килоом), так как при малых значениях R_x этот омметр имеет малую чувствительность.

Для измерения небольших сопротивлений, до сотен Ом, применяются омметры, выполненные по схеме с параллельным включением измеряемого сопротивления, уравнение шкалы для которых имеет вид

(4.12)

Как и в схеме с последовательным включением, здесь отклонение стрелки прибора зависит только от R_x при условии, что остальные члены уравнения (4.12) постоянны. Перед проведением измерения также необходимо установить размах шкалы, моделируя ситуацию R_x = 0 и R_x =  и регулируя ток I сопротивлением резистора R_P. Для омметра с параллельным включением нулевое положение указателя совпадает с нулевым значением измеряемого сопротивления, а крайнее правое положение стрелки соответствует R_x = . Шкала такого омметра изображена на рис. 4.28, б.

Омметры, выполненные по схемам рис. 4.28, а, б, выпускаются как отдельные приборы, а также входят в состав комбинированных приборов (тестеров, авометров). Класс точности омметров не ниже 2,5; 4,0.

4.3.2.2. Электронные омметры

При построении электронных омметров используются два метода измерения: метод стабилизированного тока в цепи делителя и метод преобразования измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение.

Схема измерения сопротивления по методу стабилизированного тока приведена на рис. 4.29, а.

а б

Рис. 4.29. Измерение сопротивления по методу стабилизированного тока

Делитель напряжения, составленный из известного образцового R_обр и измеряемого R_x сопротивлений, питается от источника опорного напряжения U_оп. Падение напряжения на образцовом резисторе усиливается усилителем У с большим входным сопротивлением. Выходное напряжение усилителя U_вых зависит от значения сопротивления R_x. В качестве индикатора обычно применяется микроамперметр магнитоэлектрической системы, шкала которого градуируется в единицах сопротивления. Если усилитель имеет коэффициент усиления К и входное сопротивление R_вх >> R_обр, то измеряемое сопротивление определяется выражением

.

Этот вариант схемы омметра применяется для измерения достаточно больших сопротивлений, когда R_x > R_обр.

Для измерения малых сопротивлений (R_x < R_обр) используется схема, представленная на рис. 4.29, б. Измеряемое сопротивление здесь определяется выражением

.

Вторая схема реализована в ряде промышленных миллиомметров, обеспечивающих измерение активных сопротивлений в диапазоне 10^-4…10² Ом с погрешностью 1,5…2,0 %.

Измерение средних и больших (до 10¹⁸ Ом) сопротивлений осуществляется с использованием преобразования измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение. В основу метода положен принцип работы операционного усилителя (ОУ) постоянного тока с отрицательной обратной связью (рис. 4.30).

а б

Рис. 4.30. Схемы омметров на основе операционных усилителей

Для схемы, представленной на рис. 4.30, а, измеряемое сопротивление R_x определяется выражением

,

где U_вых – выходное напряжение усилителя; R_обр – образцовый резистор.

При постоянных значениях U_оп и R_обр напряжение U_вых будет зависеть только от R_x и, следовательно, шкала микроамперметра может быть отградуирована в единицах сопротивления. Указанная схема применяется в основном для измерения больших сопротивлений в приборах, называемых тераомметрами.

Поменяв местами R_x и R_обр, получим схему (рис. 4.30, б), пригодную для измерения малых сопротивлений (от единиц Ом). Измеряемое сопротивление в такой схеме определяется выражением

.

Применение в одном приборе обеих схем позволяет создать измерители сопротивления с диапазоном измерения от единиц ом до нескольких десятков мегом с погрешностью не более 10 %.