ÚVOD

Elektrický odpor proti stejnosměrnému proudu je hlavním parametrem rezistorů. Slouží také jako důležitý ukazatel provozuschopnosti a kvality provozu mnoha dalších prvků elektrických rádiových obvodů - propojovacích vodičů, spínacích zařízení, různých druhů cívek a vinutí atd. Možné hodnoty odporu, potřeba měření, které vzniká v rádiu inženýrská praxe, leží v širokých mezích - od tisícin ohmů a méně (odpor drátěných segmentů, kontaktních přechodů, stínění, bočníky atd.) až po tisíce megaohmů i více (izolační odpor a svod kondenzátorů, povrchový a objemový odpor el. izolační materiály atd.). Nejčastěji je nutné měřit odpory průměrných hodnot- od přibližně 1 Ohm do 1 MΩ.

Podle mezí měřených odporů se odporoměry dělí na miliohmmetry (s dolní hranicí desetin miliohmu); ohmmetry (s dolním limitem v jednotkách Ohm); kiloohm metry (s horní hranicí asi 1 megaohm); megaohmmetry (s horní hranicí až 1000 MOhm); teraohmmetry (s horní hranicí více než 106 megaohmů).

Účelem tohoto projektu kurzu je navrhnout ohmmetr, který měří odpory v rozsahu 200 Ohmů a 2 Mohmů.

METODY MĚŘENÍ ODPORU

Přímé metody hodnocení

Metoda převodu odolnosti vůči časovému intervalu

Obr. 1.

Princip fungování:

Ve výchozí poloze je přepínač v poloze "0", kondenzátor je nabit na napětí U0, výstupní signál komparátoru (CS) má nulovou úroveň. Signál zahájení měření (čas t1) přepne přepínač do polohy "1", přičemž napětí na neinvertujícím vstupu řídicího systému v prvním okamžiku překročí napětí působící na invertujícím vstupu a výstupní signál řídicího systému má jednotnou úroveň. Při vybíjení kondenzátoru napětí na neinvertujícím vstupu plynule klesá a v době, kdy je nižší (t2) se výstupní signál CS vrací na původní nulovou úroveň.

Díky tomu se na výstupu řídicího systému objeví signál s dobou trvání přímo úměrnou hodnotě měřeného odporu.

Konverzní rovnice:

výhody:

Výstupní množství je časově výhodné množství pro kvantování;

Docela vysoká přesnost;

Široký rozsah měření;

Nejsou vyžadovány žádné referenční odpory s vysokým odporem;

Nevýhody:

Lze jej použít pouze pro měření prakticky nereaktivních odporů;

Nemožnost měření napěťově závislých odporů (bezdrátové rezistory, dielektrika);

Objemný.

Metody převodu odporu na proud

Obr. Blokové schéma pro převod odporu na proud

Princip fungování:

Obvod obsahuje zdroj referenčního napětí, v jehož obvodu je zařazen měřený odpor. Napětí přivedené na měřený odpor způsobí v obvodu proud Ix, který je nepřímo úměrný měřenému odporu.

Konverzní rovnice:

výhody:

Jednoduchost;

Vysoká přesnost dalšího měření proudu;

Není vyžadován žádný referenční vysokoodporový odpor

Nevýhody:

Inverzní závislost proudu v obvodu na měřeném odporu.

Obr.

Princip fungování:

Zdroj vysokého napětí vytváří v obvodu proud: v obvodu s přídavným odporem R0 proud I0 a v obvodu s naměřeným odporem Rx - Ix; Poměr těchto proudů je úměrný naměřenému odporu.

Konverzní rovnice:

výhody:

Jednoduchost;

Nevýhody:

Nelineární měřítko;

Potřeba vysokonapěťového generátoru;

Omezená přesnost.

Metody převodu odporu na napětí

a) pomocí ideálního generátoru proudu

Obr. Blokové schéma převodu odporu na napětí

Princip fungování:

Obvod obsahuje zdroj příkladného proudu s velmi vysokým vstupním odporem, v jehož obvodu je zapojen měřený odpor. Napětí na rezistoru je přímo úměrné naměřenému odporu.

Konverzní rovnice:

Nevýhody:

Potřeba zdroje proudu s velmi vysokým výstupním proudem;

Potřeba zesilovače s velmi vysokou impedancí při následné přeměně napětí.

výhody:

Velká citlivost;

Jednoduchost.

b) pomocí skutečného zdroje proudu

Obr.

Princip fungování:

Proud I0 je vytvářen napěťovým zdrojem U0 a je roven U0 / R0, když je vstupní impedance zesilovače mnohem větší než měřená, téměř celý protéká Rx a napětí na výstupu zesilovače bude být úměrné naměřenému odporu.

Konverzní rovnice:

Nevýhody:

Potřeba zesilovače s velmi vysokou vstupní impedancí;

Nízká citlivost;

výhody:

Přímá závislost výstupního napětí na měřeném odporu;

Jednoduchost.

c) metoda děliče (napětí je odstraněno z Rx)

Obr.

Princip fungování:

Na vstup děliče tvořeného naměřeným odporem Rх a příkladným odporem R0 >> Rх je přivedeno stabilizované konstantní napětí U0; z rezistoru Rх je odstraněno napětí úměrné naměřenému odporu.

Konverzní rovnice:

výhody:

Jednoduchost

Nevýhody:

Potřeba vysokého odporu odporu většího než naměřená hodnota;

Potřeba zesilovače s velmi vysokou vstupní impedancí pro další konverzi napětí.

d) metoda děliče (napětí je odstraněno z R0)

Obr.

Princip fungování:

Podobně jako u (c), s tím rozdílem, že z referenčního odporu R0 je odstraněno napětí úměrné naměřenému odporu<< Rх.

Konverzní rovnice:

výhody:

Není potřeba vysoký odpor příkladný odpor;

Jednoduchost

Nevýhody:

Nízká přesnost dalšího měření napětí;

Inverzní závislost napětí na měřeném odporu

Srovnávací metody

Mostová metoda

Princip fungování:

Změnou poměru R1 / R2 a odporu R3 je dosaženo rovnováhy, určené nepřítomností proudu v obvodu nulového indikátoru. V tomto případě je výsledek měření určen hodnotami R1 / R2 a odporem R3.

chyba zesilovače odporového napětí

Obr. 8 Strukturální schéma

Rovnovážný stav:

výhody:

Větší přesnost;

Vysoká citlivost;

Nevýhody:

Potřeba příkladných měřidel s vysokým odporem;

Volba metody měřenízávisí na očekávaném naměřené hodnoty odporu a požadovaná přesnost... Hlavní Metody měření stejnosměrného odporu jsou nepřímé, přímé hodnocení a dlažba.

Obrázek 1. Obvody sondy pro měření vysokého (a) a nízkého (b) odporu

Obrázek 2. Schémata měření velkých (a) a malých (b) odporů ampérmetr - metoda voltmetr V hlavních obvodech nepřímé metody se používají měřiče napětí a proudu.

Obrázek 1, a ukazuje obvod vhodný pro měření odporů stejného řádu se vstupním odporem Rv voltmetru Rn. Po měření napětí U0 se zkratovaným Rx je odpor Rx určen vzorcem Rx = Ri (U0 / Ux-1).

Při měření podle schématu na Obr. 5.1, b rezistory s vysokým odporem jsou zapojeny do série s měřičem a malé rezistory jsou zapojeny paralelně.

V prvním případě Rx = (Ri + Rd) (Ii / Ix-1), kde Ii je proud procházející měřičem, když je Rx zkratován; pro druhý případ

kde Ii je proud procházející měřičem v nepřítomnosti Rx, Rd je přídavný odpor.

Všestrannější je metoda ampérmetr-voltmetr, která umožňuje měřit odpory v určitých režimech jejich činnosti, což je důležité při měření nelineárních odporů (viz obr. 2).

Pro obvod na Obr. 2, a

Pro obvod na Obr. 2, b

Relativní metodická chyba měření:

Ra a Rv jsou odpory ampérmetru a voltmetru.

Rýže. 3. Obvody ohmmetrů se sériovými (a) a paralelními (b) měřicími obvody

Rýže. 4. Můstkové obvody pro měření odporu: a - jednoduchý můstek, b - dvojitý.

Z výrazů pro relativní chybu je vidět, že obvod na Obr. 2, a poskytuje menší chybu při měření vysokých odporů a obvod na Obr. 2, b - při měření malé.

Chyba měření metodou ampérmetr-voltmetr se vypočítá podle vzorce

kde gv, gа jsou třídy přesnosti voltmetru a ampérmetru; Uп, Iп - meze měření voltmetru a ampérmetru.

Přímé měření stejnosměrného odporu se provádí ohmmetry. Pokud jsou hodnoty odporu větší než 1 Ohm, používají se ohmmetry se sériovým měřicím obvodem a pro měření malých odporů s paralelním obvodem. Při použití ohmmetru ke kompenzaci změn napájecího napětí je nutné nainstalovat šipku zařízení. U sériového obvodu je šipka nastavena na nulu, když je měřený odpor bočníkem. (Posunování se provádí zpravidla tlačítkem, které je v zařízení speciálně upraveno). U paralelního obvodu je před zahájením měření šipka nastavena na značku "nekonečno".

Chcete -li pokrýt rozsah nízkých a vysokých odporů, postavte paralelní sériové ohmmetry... V tomto případě existují dvě referenční stupnice Rx.

Nejvyšší přesnosti lze dosáhnout pomocí metody měření mostu. Střední odpory (10 Ohm - 1 MΩ) se měří pomocí jednoduchého můstku a malé odpory - pomocí dvojitého můstku.

Měřený odpor Rx je obsažen v jednom z ramen můstku, jehož úhlopříčky jsou připojeny ke zdroji energie a nulovému indikátoru; jako poslední lze použít galvanický metr, mikroampérmetr s nulou uprostřed stupnice atd.

Obr. 5. Schémata měření velkých (a) a malých (b) odporů proti střídavému proudu

Podmínka rovnováhy pro oba můstky je určena výrazem

Ramena R1 a R3 se obvykle provádějí ve formě sklady odporu (můstek obchodu). R3 nastavuje řadu poměrů R3 / R2, obvykle násobky 10, a R1 vyrovnává můstek. Naměřený odpor se počítá podle hodnoty nastavené knoflíky odporových boxů. Vyvážení můstku lze také provést plynulou změnou poměru rezistorů R3 / R2, vyrobených ve formě posuvného drátu, při určité hodnotě R1 (lineární můstek).

Pro opakovaná měření stupně shody odporů s určitou danou hodnotou Rn platí nevyvážené mosty... Jsou vyvážené při Rx = Rн. Na stupnici indikátoru můžete určit odchylku Rх od Rн v procentech.

Na principu samovyrovnávací práce automatické mosty... Napětí vznikající z nevyváženosti na koncích úhlopříčky můstku po zesílení působí na elektromotor, který míchá posuvný motor. Při vyvažování můstku se motor zastaví a určuje se poloha kluzného drátu naměřená hodnota odporu.

- elektrotechnická hodnota, která charakterizuje vlastnost materiálu bránit toku elektrického proudu. V závislosti na typu materiálu může mít odpor tendenci k nule - být minimální (míle / mikro ohmy - vodiče, kovy), nebo může být velmi velký (giga ohmy - izolace, dielektrika). Převrácená hodnota elektrického odporu je.

jednotka měření elektrický odpor - Ohm... Označuje se písmenem R. Zjišťuje se závislost odporu na proudu a v uzavřeném obvodu.

Ohmmetr- zařízení pro přímé měření odporu obvodu. Podle rozsahu měřené hodnoty se dělí na gigaohmmetry (pro velký odpor - při měření izolace), a mikro / miliohmmetry (pro malé odpory - při měření přechodových odporů kontaktů, vinutí motoru apod.).

Existuje široká škála ohmmetrů podle konstrukce od různých výrobců, od elektromechanických po mikroelektronické. Za zmínku stojí, že klasický ohmmetr měří aktivní část odporu (tzv. ohmy).

Jakýkoli odpor (kovový nebo polovodičový) ve střídavém obvodu má aktivní a reaktivní složku. Součet aktivní a reaktance je AC impedance a vypočítá se podle vzorce:

kde Z je impedance obvodu střídavého proudu;

R je aktivní odpor obvodu střídavého proudu;

Xc je kapacitní reaktance obvodu střídavého proudu;

(C je kapacita, w je úhlová rychlost střídavého proudu)

Xl je indukční reaktance obvodu střídavého proudu;

(L - indukčnost, w - AC úhlová rychlost).

Aktivní odpor- jedná se o část celkového odporu elektrického obvodu, jehož energie se zcela přeměňuje na jiné druhy energie (mechanickou, chemickou, tepelnou). Charakteristickým rysem aktivní složky je úplná spotřeba veškeré elektřiny (energie se nevrací do sítě zpět do sítě) a reaktance vrací část energie zpět do sítě (negativní vlastnost jalové složky).

Fyzikální význam aktivního odporu

Každé prostředí, kudy procházejí elektrické náboje, jim v cestě vytváří překážky (předpokládá se, že jde o uzly krystalové mřížky), do kterých jakoby narážejí a ztrácejí svou energii, která se uvolňuje ve formě tepla.

Dochází tedy k poklesu (ztrátě elektrické energie), jehož část se ztratí vlivem vnitřního odporu vodivého média.

Číselná hodnota charakterizující schopnost materiálu bránit průchodu nábojů se nazývá odpor. Měří se v ohmech (Ohm) a je nepřímo úměrná elektrické vodivosti.

Různé prvky Mendělejevova periodického systému mají různé specifické elektrické odpory (p), například nejmenší údery. odolnost má stříbro (0,016 Ohm * mm2 / m), měď (0,0175 Ohm * mm2 / m), zlato (0,023) a hliník (0,029). Používají se v průmyslu jako hlavní materiály, na kterých je založena veškerá elektrotechnika a energetika. Dielektrika mají naopak vysoké takty. odpor a používají se k izolaci.

Odpor vodivého média se může výrazně lišit v závislosti na průřezu, teplotě, velikosti a frekvenci proudu. Různá média mají navíc různé nosiče náboje (volné elektrony v kovech, ionty v elektrolytech, „díry“ v polovodičích), které jsou určujícími faktory odporu.

Fyzikální význam reaktance

V cívkách a kondenzátorech se při napájení akumuluje energie ve formě magnetických a elektrických polí, což nějakou dobu trvá.

Magnetická pole ve střídavých sítích se mění podle měnícího se směru pohybu nábojů, přičemž poskytují dodatečný odpor.

Kromě toho dochází ke stabilní fázi a proudovému posunu, což vede k dalším ztrátám elektřiny.

Odpor

Jak zjistit odpor materiálu, pokud jím neprotéká a my nemáme ohmmetr? Má to zvláštní hodnotu - elektrický odpor materiálu proti

(jedná se o tabulkové hodnoty, které jsou pro většinu kovů určeny empiricky). Pomocí této hodnoty a fyzikálních veličin materiálu můžeme vypočítat odpor pomocí vzorce:

kde, p- měrný odpor (jednotky měření ohm * m / mm 2);

l - délka vodiče (m);

S - průřez (mm 2).

V moderních telekomunikačních systémech se hodnoty měřených činných odporů (aktivní prostředky spotřebovávající energii) pohybují od 10-8 do 10-10
Ohm. Odpor se měří na stejnosměrný i střídavý proud. Mezi běžné metody měření činných odporů při stejnosměrném proudu si všimneme: na základě použití ampérmetru-voltmetru, poměrového, můstkového.

14.2.1. Měření odporu metodou ampérmetr-voltmetr

Měření metodou ampérmetr-voltmetr (přesněji metodou ampérmetru nebo voltmetru) se redukuje na určení proudu nebo napětí v obvodu s měřeným dvoupólem a následný výpočet jeho parametrů podle Ohmova zákona. Metoda se používá k měření činné a impedance, indukčnosti a kapacity.

Na Obr. 14.1 ukazuje obvodovou implementaci těchto metod při měření aktivního odporu. Měření aktivních odporů se provádí stejnosměrným proudem, přičemž odpor Rx lze připojit k měřicímu obvodu podle dvou schémat.

V obvodu s ampérmetrem (obr.14.1, a) je odchylka odečtu miliampérmetru mA
úměrné proudu

a nepřímo úměrné naměřenému odporu Rx... Pomocí tohoto schématu je možné měřit dostatečně velké odpory (od 1 Ohm do 200 MΩ). Před měřením svorek NS zkrat CL (tím zkratuje, to znamená shuntuje rezistor Rx
) a proměnný odpor Rдo6 nastavit takový proud tak, aby se šipka odchýlila do plného rozsahu, což odpovídá bodu 0 Ohm.

Obrázek 14.1. Měření aktivního odporu metodou:

a - ampérmetr; b - voltmetr

Pro měření malých odporů (0,01 ... 100 Ohm) použijte obvod s voltmetrem (obrázek 14.1, b), jehož hodnoty jsou stejné

(14.2)

-li Rдo6
>> Rx a U ≈ ERx /Rдo6, tj. existuje přímá závislost voltmetru na měřeném odporu Rx. Před měřením je šipka na zařízení zarovnána se značkou „¥“ při otevřených svorkách NS(tím odpojíte odpor Rx).

Obě schémata pro měření aktivních odporů způsobují vznik metodických chyb ΔRx v závislosti na vnitřních odporech obvodů. Pro obvod znázorněný na Obr. 14.1, a, metodická chyba je tím menší, čím menší je vnitřní odpor ampérmetru (při RA → 0, ΔRx→ 0) a v obvodu znázorněném na Obr. 14,1, b, chyba je tím menší, čím vyšší je vnitřní odpor voltmetru (při RV → ¥ , ΔRx→ 0). Takže obvod znázorněný na obr. 14.1, a, by měl být použit pro měření vysokých odporů a obvod znázorněný na Obr. 14,1, b, - malé odpory.

Chyby při měření parametrů prvků obvodu metodou voltmetr-ampérmetr při nízkých frekvencích jsou 0,5 ... 10% a jsou určeny chybou použitých zařízení a přítomností parazitních parametrů. Chyby přibývají s rostoucí frekvencí.

14.2.2. Měření aktivního odporu poměrovým měřičem

Vliv zdroje E na přesnost měření odporů je možné snížit pomocí poměrového měřiče. Poměroměr je měřící mechanismus, který ukazuje poměr dvou elektrických veličin, nejčastěji dvou proudů. Logometry jsou magnetoelektrické a elektrodynamické.

Rýže. 14.2. poměrový ukazatel:
zařízení; b- schéma zapojení

Nejběžnější v praktických měřeních je poměrový měřič magnetoelektrického systému. Logometr obsahuje dva rámečky pevně připevněné mezi sebou, umístěné v nerovnoměrném poli permanentního magnetu (obr. 14.2, a), což je realizováno speciální konfigurací pólových nástavců. Vzniká nerovnoměrné pole, takže krouticí momenty působící na rámy nezávisí pouze na proudech protékajících rámy, ale také na poloze rámů v magnetickém poli, tzn. M 1
= ψ1 (a) já 1; M 2 = ψ2 (a) já X, kde já 1, já X - proudy proudící uvnitř; ψ1 (a), ψ2
a) - hodnoty tokových vazeb magnetů s jejich rámy. Opačný moment bude nulový, když M 1
= M 2; ψ1 (a) já 1
= ψ2 (a) já x, což znamená, že úhel vychýlení pohybujícího se systému

Pro schéma zapojení zobrazené na obr. 14,2, b,

kde Rp- odolnost rámu; Ro- příkladná odolnost.

Podle vzorce (14.4) tedy údaje poměrového měřiče nezávisí na kolísání napájecího napětí. Závislost naměřených hodnot na odporu R X umožňuje vytvářet laboratorní poměrové měřiče s chybou měření nepřesahující 0,5 %. Necitlivost poměrového měřiče na kolísání napájecího napětí umožnila vyvinout třídu přístrojů poháněných generátory, jejichž rotor se otáčí ručně a někdy se používají pro stanovení izolačního odporu provozovaných telefonních sítí.

Měření odporu ohmmetry

Ohmmetr
- měřicí zařízení určené k měření odporu. Elektronický ohmmetr analogového typu se provádí podle schématu invertujícího zesilovače na operačním zesilovači pokrytém negativní zpětnou vazbou pomocí naměřeného odporu R X
(Obr. 14.3, a) Napětí na výstupu zesilovače ohmmetru je určeno jako

Uout = - URX / R1. (14.5)

Rýže. 14.3. Ohmmetrové obvody pro měření odporu:
malý; b - velký

Protože výstupní napětí je lineárně závislé na měřeném odporu R x, pak lze měřítko zařízení AND kalibrovat přímo v jednotkách odporu. Stupnice je jednotná v širokém rozsahu. Chyby měření elektronických ohmmetrů 2 ... 4%.

V zařízeních pro měření zvláště vysokého činného odporu (teraohmmetry) odporu R z
a R, je nutné prohodit místa (obr.14.3, b), přičemž se získá stupnice měřicího zařízení A naopak a napětí

Uout
= - UR1 / RХ (14.6)

Použití obou variant obvodů v jednom zařízení umožňuje vytvářet odporové měřiče s rozsahem měření od jednotek Ohm do několika desítek MΩ s chybou maximálně 10 %. Pro měření odporů a ve střídavém proudu se používají měřiče odporu postavené podle výše uvedených schémat.