3. Измерение сопротивлений электромеханическим омметром

3.1. Устройство и принцип действия

Электромеханические омметры являются приборами непосредственной оценки для измерения сопротивлений постоянному току. В основе принципа действия электромеханического омметра лежит преобразование измеряемого сопротивления в напряжение или ток. Если в измеряемой цепи поддерживать постоянным напряжение источника питания, то ток в ней будет зависеть только от измеряемого сопротивления R_Х, и шкала измерительного механизма может быть проградуирована в единицах сопротивления (Ом).

В качестве измерительного механизма в электромеханических омметрах используются магнитоэлектрические миллиамперметры или микроамперметры, а в качестве источника питания U_ИП – гальванические элементы питания.

Существует два варианта (две схемы) электромеханических омметров: с последовательным (рис. 3.1 а) и с параллельным (рис. 3.1 б) включением измеряемого сопротивления R_X относительно измерительного механизма.

Для схемы с последовательным включением измеряемого сопротивления (рис. 17а) ток измерительного механизма I_ИМ определяется по формуле

, (3.1)

где R_ИМ – внутреннее сопротивление измерительного механизма;

R_Д – сопротивление добавочного резистора для ограничения тока в цепи;

R_У – сопротивление переменного резистора для установки стрелки на нулевую отметку шкалы омметра.

а)	б)
Рис. 3.1. Схемы электромеханических омметров: а) с последовательным включением измеряемого сопротивления RХ; б) с параллельным включением измеряемого сопротивления RХ

Анализируя формулу (3.1), получим, что в случае, когда:

1. измерительные провода, идущие от зажимов «а» и «в», закорачиваются (измеряемое сопротивление R_Х=0), ток  через ИМ определяется

, (3.2)

где R = R_ИМ+R_Д+R_У – сопротивление, зависящее от конструкции омметра (R=const).

Сопротивление всей цепи оказывается минимальным, что соответствует максимально возможному току I_{ИМ MAX} для данной схемы. Стрелка измерительного механизма (миллиамперметра) должна отклониться вправо до конца шкалы. Подстройка стрелки в крайнее правое положение осуществляется изменением R_У, называемым, в схеме с последовательным включением R_Х, сопротивлением установки нуля R_{УСТ. 0} .

При условии постоянства напряжения источника питания шкалу используемого миллиамперметра можно проградуировать в единицах сопротивления R_X, при этом максимальному току по шкале миллиамперметра будет соответствовать нулевая отметка на шкале омметра (рис. 3.2 а).

а)	б)
Рис. 3.2. Шкалы электромеханических омметров: а) с последовательным включением измеряемого сопротивления RХ; б) с параллельным включением измеряемого сопротивления RХ

Поскольку напряжение реального источника питания со временем уменьшается (разряжаются гальванические элементы), то перед каждым измерением R_Х следует проверять при R_Х=0 установку стрелки на нулевую отметку.

2. измеряемое сопротивление не подключено (разрыв цепи между «а» и «в»), считается, что R_Х=∞ и ток через ИМ отсутствует, т.е.

. (3.3)

Если измеряемое сопротивление не подключено к омметру, цепь получается разомкнутой (R_Х=∞) и ток в ней отсутствует. В этом случае нулевой отметке шкалы используемого миллиамперметра будет соответствовать отметка «∞» на шкале омметра (рис. 3.2 а).

Таким образом, омметры с последовательным включением R_Х имеют обратную неравномерную шкалу (нуль справа) (рис. 3.2 а) и применяются для измерения высокоомных сопротивлений.

Для схемы с параллельным включением измеряемого сопротивления (рис. 3.1 б) ток измерительного механизма I_ИМ определяется по формуле

, (3.4)

где I_ОБЩ – ток в ветви с источником питания.

При параллельном соединении распределение тока по ветвям обратно пропорционально соотношению сопротивлений ветвей (R_Х и R_ИМ).

В случае уменьшения R_Х ток в ветви с R_Х будет увеличиваться, а I_ИМ – уменьшаться. При R_Х=0 (зажимы «с» и «d» закорочены) весь ток I_ОБЩ пойдет по ветви с R_Х , а I_ИМ будет равен нулю.

При увеличении R_Х ток I_М будет возрастать и станет равным I_ОБЩ при R_Х=∞ (при разрыве цепи с R_Х). Стрелка измерительного механизма (миллиамперметра) должна отклониться вправо до конца шкалы.

Подстройка стрелки в крайнее правое положение осуществляется изменением R_У, называемым, в схеме с параллельным включением R_Х, сопротивлением установки бесконечности R_{УСТ. } .

При условии постоянства напряжения источника питания шкалу используемого миллиамперметра можно проградуировать в единицах сопротивления, при этом максимальному току по шкале миллиамперметра будет соответствовать отметка с бесконечно большим сопротивлением на шкале омметра (рис.3.2 б).

Поскольку напряжение реального источника питания со временем уменьшается (разряжаются гальванические элементы), то перед каждым измерением R_Х следует проверять при R_Х =  (разрыв между «с» и «d») установку стрелки на отметку «».

Таким образом, омметры с параллельным включением R_Х имеют прямую неравномерную шкалу (нуль слева) (рис. 3.2 б) и применяются для измерения низкоомных сопротивлений.

К основным достоинствам электромеханических омметров относят:

1) малые габариты и масса прибора;

2) широкий диапазон измеряемых сопротивлений (при комбинации схем с последовательным и параллельным включением измеряемого сопротивления);

Основными недостатками электромеханических омметров являются:

1) зависимость показаний омметра от значения питающего напряжения U_ПИТ, поэтому перед каждым измерением производится установка стрелки на контрольную отметку «0» или «∞»;

2) низкая точность измерения (как правило, класс точности 1,5 или 2,5), поэтому чаще всего они входят в состав комбинированных приборов (тестеров), измеряющих несколько физических величин с невысокой точностью.

Рассмотрим, для примера, комбинированный прибор 43101, предназначенный для измерения постоянного тока и напряжения; среднеквадратичного значения напряжения переменного тока синусоидальной формы; сопротивления постоянному току. Прибор оснащен автоматической защитой от перегрузок.

О

сновные технические характеристики омметра в комбинированном приборе 43101:

Класс точности
Диапазоны измерения сопротивления: по шкале «Ω» по шкале «кΩ»	0-200 Ом 0-10, 0-100, 0-1000, 0-10000 кОм
Длины шкал: шкала «Ω» шкала «кΩ»	62 мм 70 мм

На рис. 3.3 показано расположение органов управления прибора 43101.

Рис. 3.3. Расположение органов управление в тестере 43101

При измерении низкоомных сопротивлений по шкале «» необходимо выполнить следующие действия:

1. установить переключатель рода работы в положение «Ω»;

2. одновременно нажать кнопки « » и « » на лицевой панели тестера, при этом он перейдет в режим измерения сопротивления;

3. установить ручкой «Уст. » положение указателя по шкале «Ω» на отметку «∞»при неподключенном к зажимам измеряемом сопротивлении;

4. подключить резистор с измеряемым сопротивлением к зажимам «*» и «V, A, mA, Ω, –kΩ» тестера;

5) произвести отсчет показаний по шкале «Ω» и записать измеренное значение сопротивления.

Для измерения высокоомных сопротивлений необходимо:

1. установить переключатель рода работы в положение «кΩ×100»;

2. убедиться, что тестер находится в режиме измерения сопротивления (нажаты кнопки « » и « » на лицевой панели тестера). Если это не так, то перевести его в этот режим, одновременно нажав эти кнопки;

3. замкнуть проводом зажимы «+kΩ, nF» и «V, A, mA, Ω, –kΩ» тестера и установить ручкой «Уст. 0» положение указателя на отметку «0» по шкале «кΩ»;

4. убрать перемычку и подключить измеряемое сопротивление к зажимам «+kΩ, nF» и «V, A, mA, Ω, –kΩ» тестера;

5) произвести отсчет показаний по шкале «кΩ». Записать измеренное значение сопротивления R_И3, умножив считанное значение со шкалы на 100.

3.2. вопросы для самопроверки

1. Начертите схему омметра с последовательным соединением ИМ и R_Х и объясните назначение каждого элемента схемы.

2. Начертите схему омметра с параллельным соединением ИМ и R_Х и объясните назначение каждого элемента схемы.

3. Почему в варианте омметра с последовательной схемой соединения шкала обратная?

4. Как производится градуировка шкалы омметра?

5. Почему и каким образом перед измерениями сопротивлений нужно производить (проверять) установку стрелки в крайнее правое положение?