Определение баллистической постоянной гальванометра

Используется та же самая цепь (см. рисунок). При отключенном К₀, замкнутом К₁ и ключ К₂ – в среднем положении (обеспечивается безопасность) замыкают накоротко зажимы В и И, а зажим З не используют. Далее производят зарядку С₀ через известное сопротивление R₀ в течение определенного времени t. Затем переключатель К₂ переводят в положение 2 и разряжают конденсатор через гальванометр. Отмечают наибольший отброс α указателя гальванометра.

Заряд конденсатора Q в этом случае равен

, откуда

.

Этот метод (заряда конденсатора) позволяет измерять удельное объемное сопротивление до 10¹⁴ Ом·м.

Вместе с тем, погрешность этого метода больше, чем погрешность метода непосредственного отклонения, так как она в значительной степени зависит от токов утечки конденсатора, переключателей, электродной системы и других элементов схемы. Важно также, чтобы время между моментом отключения конденсатора от источника питания и моментом начала разряда на гальванометр было как можно меньше. Кроме того, электрическое сопротивление образца зависит от значения напряжения и длительности его воздействия, которые в ходе измерений изменяются.

Обсуждавшиеся нами методы измерений сопротивлений диэлектриков, как, наверное, можно заметить позволяют измерять величины удельных сопротивлений не более 10¹³ – 10¹⁴ Ом·м, что ограничено значением минимального тока, регистрируемого гальванометром. Для исследования многих электроизоляционных материалов, обладающих очень низкой проводимостью, требуются еще более чувствительные методы.

Для определения сопротивлений образцов разнообразных материалов используются показывающие приборы (мегомметры, тераомметры), электростатические электрометры (квадрантные и струнные), а также электронные вольтметры – приборы, состоящие из стрелочного или цифрового вольтметра и электрометрического усилителя.

Использование тераомметров для измерения больших сопротивлений диэлектриков

Электронные приборы находят все большее применение при измерении больших сопротивлений. Они позволяют измерять сопротивления до 10¹⁷ Ом, причем погрешность измерений не превышает допустимую по ГОСТу.

Принцип действия простейших электронных тераомметров (заметим, как и мегомметров) заключается в том, что вольтметром измеряется напряжение, снимаемое с делителя, состоящего из измеряемого сопротивления R_x и известного сопротивления R₀.

Таким образом, напряжение, измеряемое вольтметром, равно

при этом имеется возможность проградуировать шкалу указателя непосредственно в значениях измеряемого сопротивления R_x.

Тераомметры могут иметь как прямую (обычную), так и обратную шкалу, т.е. правая отметка шкалы соответствует R_x = 0, а левая – максимальному значению R_x.

Существующие в настоящее время тераомметры позволяют измерять:

Е6-13 от 10 Ом до 10¹⁴ Ом;

Е6-13А от 10² Ом до 10¹³ Ом;

ЕК6-7 от 10⁷ Ом до 10¹⁷ Ом;

ЕК6-11 от 3·10⁷ Ом до 10¹⁵ Ом;

Е6-14 от 10⁴ Ом до 10¹⁷ Ом,

и другие.

Естественно, что при наличии таких широких пределов измерения R_x необходимо иметь несколько диапазонов измерения в приборах, что достигается использованием не одного, а нескольких резисторов R₀.

Ознакомимся с методикой измерения сопротивлений диэлектриков с помощью тераомметра Е6-13, используемого в лабораториях кафедры ФЭМАЭК.

Этот тераомметр позволяет измерять сопротивления постоянному току в диапазоне от 10 Ом до 10¹² Ом при постоянном значении тока, протекающего через измеряемый объект (линейная шкала), и в диапазоне от 10¹² Ом до 10¹⁴ Ом при постоянном значении напряжения (10 или 100 В) на измеряемом объекте (обратно пропорциональная шкала). В первом случае падение напряжения на измеряемом объекте является функцией шкалы прибора, т.е. зависит от сопротивления объекта и может изменяться от 0 до 10 В.

Прибор работает от сети переменного тока напряжением 220±4,4 В (± 22 В – допускается при рабочих условиях). Основная погрешность прибора при измерениях с линейной шкалой, выраженная в процентах от конечного значения установленного поддиапазона измерений, не превышает:

± 2,5% - на поддиапазонах до 10⁸ Ом;

± 4% - на поддиапазонах до 10¹¹ Ом;

± 6% - на поддиапазонах до 10¹² Ом.

Основная погрешность прибора при измерениях с обратно пропорциональной шкалой, выраженная в процентах от длины рабочей части шкалы, не превышает:

± 15% - на поддиапазоне с верхним пределом 10¹³ Ом и 10¹⁴ Ом.

Длина рабочей части этой шкалы 60 мм.

Время установления показаний прибора не более 1 минуты – на поддиапазонах с верхними пределами от 10¹⁰ Ом до 10¹⁴ Ом, 5 секунд – остальных поддиапазонах.

Для устранения внешних наводок при измерении высоких сопротивлений образцов в комплект прибора входит отдельная экранированная измерительная камера.

Применяемый в приборе метод измерения сопротивлений основан на сравнении измеряемого сопротивления с образцовым с помощью усилителя, охваченного глубокой обратной связью.

При измерениях с линейной шкалой по схеме (см. рисунок), источник измерительного напряжения и образцовый резистор образуют искусственный генератор тока, а измеряемое сопротивление включается в цепь обратной связи.

Измеряемое сопротивление определяется:

При измерениях с обратно пропорциональной шкалой R₀ и R_x как бы меняются местами. Вследствие этого искусственный генератор тока образуют - источник измерительного напряжения и измеряемое сопротивление, а образцовый резистор R₀ включается в цепь обратной связи. Тогда измеряемое сопротивление определяется по формуле

Источник измерительного напряжения в приборе – стабилизированный источник питания. Прибор готов к работе через 30 минут после его прогрева. Прежде всего, перед началом измерений устанавливают «нуль» шкалы с помощью соответствующих ручек – «точной» и «грубой» установки.

Прибором, помимо измерений сопротивлений, можно измерять постоянные токи в диапазоне 10^-11 ÷ 10^-13 А.

Во время измерений, при необходимости заземления измеряемого объекта, его следует соединить с клеммой «земля», расположенной на задней стенке прибора.

Если измерения проводятся на поддиапазонах свыше 10⁹ Ом, то объект следует помещать в измерительную камеру. При этом схема соединения выглядит следующим образом (рисунок).

Е6-13

измерительная камера

Измеряемый объект

Измерения токов производятся только с помощью включения переключателем обратно пропорциональной шкалы. Источник постоянного тока подключается к клеммам «+ r_x» и «э». Отсчет показаний, тем не менее, производится по линейной шкале.