книги из ГПНТБ / Рождественская Т.Б. Аппаратура для точного измерения больших сопротивлений, малых постоянных токов и методы ее поверки

гой стороны, отсутствие соответствующих мер большого сопро­ тивления не позволяет создать приборы для измерения боль­ ших сопротивлений. Поэтому разраОотка мер большого сопро­ тивления и точных методов их аттестации являются проблема­ ми, тесно связанными между собой.

Меры большого сопротивления могут аттестовываться ме­ тодом замещения на серийно выпускаемых мостах Р4050, Р4052, Р4053 [29] или с помощью специально разработанных для этих целей образцовых установок УПМС-2, УПМС-5 [74, 99], УБС-2 [73], ОМБС-1 [33].

Мосты Р4050, Р4051, Р4052, Р4053 выпускаются Кишинев­ ским заводом «Микропровод». Последняя модель серии (Р4053) позволяет измерять сопротивления от Ю - 3 до 10 І 6 Ом с погрешностью ± (0,05—100) %.

Прибор представляет собой одинарный четырехплечий мост без симметрирующей ветви. В качестве нулевого указа­ теля использован электрометр с динамическим конденсатором, в качестве высокоомного плеча — микропроволочные и непро­ волочные резисторы номинальным значением до 101 2 Ом. Кон­ струкция моста такова, что можно калибровать непроволоч­ ные резисторы высокоомного плеча по более стабильным мнкропроволочным резисторам, а также определять напряжения на измеряемом резисторе. Показания отсчитывают по магази­ ну проводимости, являющемуся одним из плеч моста. Мост Р4053 питается от сети переменного тока.

Одной из первых образцовых установок для измерения

Основным узлом схемы, показанной на рисунке, является мост-компаратор, с помощью которого измеряют сопротивле­ ния 105—1011 Ом и сравнивают два номинально равновеликих сопротивления в этом же диапазоне, значения которых отлича­ ются не более чем на 1 %. Мост-компаратор состоит из трех ос­ новных элементов: плеч отношений ги Гг, заземляющей ветви га, Гь и образцового магазина г0 . Последовательно с магази­ ном г0 могут быть включены микроіпроволочные катушки со­ противления типа Р4010, Р4020 и Р406 номинальными значе­ ниями соответственно 10е, 107 и 10s Ом.

После исследования стабильности и аттестации эти катуш­ ки можно использовать в качестве образцовых мер, включае­ мых в плечо сравнения моста. Плечо отношения моста Г\ со­ стоит из набора манганиновых катушек типа Р331 номиналь­ ными значениями 105, 104, 103 и 102 Ом. Плечо отношения г2

Мост Іоѣшіп сопротивлений до І0"Ом

V

Рис. 18. Принципиальная схема -установки для измерения больших сопротивлений УГТМС-5

состоит из катушки сопротивления типа Р331 номинальным значением 105 Ом и магазина сопротивлений с декадами 10-100, 10-10, 10-1 и 10-0,1 Ом. Сопротивление плеча г2 мо­

типа БАС-Г80. Постоянное напряжение от сухих анодных ба­ тарей может регулироваться в пределах 20—100 В. Установка позволяет измерять сопротивления в диапазоне 105—1011 Ом с погрешностью ± (0,0005—0,1) % и применяется в качестве об­ разцовой при поверке высокоомных мер электрического сопро­ тивления.

Сопротивление резисторов больших номинальных значе­ ний можно измерять с помощью образцовой установки типа УБС-2. В основу работы установки УБС-2 положен компенса­ ционный нулевой метод разряда конденсатора при неизмен­ ном напряжении на измеряемом резисторе. В установке ис­ пользованы конденсаторы переменной емкости на 5, 20, 180 и 1800 Пф, электростатический струнный электрометр, гальвани­ ческие источники питания. Емкость конденсатора в процессе измерения изменяется электроприводом, время измерения отсчитывается механическим секундомером. Погрешность из­ мерения составляет ±0,5 % в диапазоне 109—1014 Ом.

Кроме названных установок для аттестации мер большого сопротивления применяется также мост типа ОМБС-1 [33].

Принципиальная схема моста ОМБС-1 представлена на рис. 19. Этот мост позволяет измерять сопротивления в диа­ пазоне 106 —10й Ом с погрешностью ± (0,001—0,2) % при спо­ собе замещения.

Мост типа ОМБС-1 — несимметричный одинарный. В каче­ стве высокоомного плеча Ri в нем использованы высокоста­ бильные микропроволочные меры номинальными значениями до 1010 Ом и непроволочные меры номинальными значениями 10й и 101 2 Ом, аттестованные в широком диапазоне напряже­ ний. Мост от токов утечки защищен первым внутренним экра­

Плечо Яг моста представляет собой семидекадный магазин сопротивлений номинальным значением 1 0 Х Ю 3 — 9 Х 1 0 - 3 Ом. Три последние декады магазина сопротивлений R2 выполнены по схеме Варлея. Три первые декады выполнены на герметизи­ рованных резисторах.

В качестве плеча R\ использованы образцовые меры МСПГ-5, МСПГ-6, Р407, Р4030, Р406.

Плечо R3 моста состоит из пяти микропроволочных и про­

батареи БАСГ-80. Постоянное напряжение регулируется рео­ статами R5, Re, а полярность переключается переключате­

лем Я 4 .

Нулевым указателем моста служит электрометр ВК.2-16, имеющий постоянную по напряжению 20 мкВ/дел. и входное сопротивление 10'6 Ом.

расположены внутри экрана Э\, который изолирован от внеш­ него экрана Зг янтарными изоляторами.

ПАССИВНЫЕ ЦЕПИ, ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ МЕРАМ БОЛЬШОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Отсутствие мер сопротивления номинальными значениями свыше 1014 Ом, а также трудности создания непроволочных мер номинальными значениями 10й —101 4 Ом привели к необ­ ходимости изыскивать новые пути, позволяющие определить погрешность прибора для измерения больших сопротивлений на верхних пределах измерений. Одним из путей является раз­ работка цепей, по своему действию эквивалентных мерам большого сопротивления.

Первым исследователем, применившим эквивалентные це­ пи для поверки высокоомных одинарных мостов, явился X. А. Зауэр [129, 130, 131]. Позднее были предложены и дру­ гие цепи [100]. Однако при анализе этих цепей было уста­ новлено, что они во многих случаях не могут применяться для поверки высокоомных измерительных приборов. Задача за­ ключалась в том, чтобы определить границы применимости эк-ѵ

53

вивалентных цепей, исследовать возможность и целесообраз­ ность использования предложенных ранее цепей для поверки не только одинарных мостов, но и тераомметров и двуплечих мостов.

• В общем виде под эквивалентной цепью будем понимать линейный пассивный или активный многополюсник или двух­ полюсник, содержащий совокупность резисторов и источников э.д.с. и обеспечивающий при включении в одну из ветвей изме­ рительного прибора в качестве меры электрического сопротив­

ления такое же соотно­ шение напряжения U и

тока /, как и при вклю­ чении в ту же ветвь прибора обычной меры электрического сопро­ тивления Ro [33, 56].

Все эквивалентные цепи можно условно, в зависимости от нали­ чия внутри такой цепи источника напряжения, разделить на активные и пассивные.

Включение в одну из цепей измерительного прибора эквивалентной цепи в ряде случаев может привести к не­ которому нарушению режима работы других ветвей этого измери­

тельного прибора по сравнению с тем, который имел бы место, если бы в цепь был включен резистор Ro.

Для пояснения этого положения рассмотрим цепь из трех резисторов, соединенных в звезду, включенную в одинарный мост постоянного тока по схеме, предложенной X. А. Зауэром [130] (рис. 20).

Из рисунка видно, что включение трех резисторов в оди­ нарный мост эквивалентно не только «подключению» к зажи­ мам 1, 2 (Rx) моста сопротивления r«, но и «подключению» параллельно плечу сравнения Ri сопротивления Гоп-

,Поэтому сопротивление

54

в этом случае по своему действию на мостовую цепь не яв­ ляется вполне эквивалентным сопротивлению Со­

отношение эквивалентного сопротивления Ra(Ro) к сопро­ тивлению гэ назовем коэффициентом эквивалентности цепи по сопротивлению F:

fr ^ о (ff э)

~r9 '

//=£*...

а,

Целесообразность создания и применения эквивалентной цепи для поверки в значительной степени определяется тем, во сколько раз максимальное сопротивление эквивалентной цепи г0 меньше требуемого для проведения комплектной поверки образцового сопротивления R0. Для оценки этого свойства вве­ дем коэффициент М, названный коэффициентом добротности:

М - - ^ .

Значения коэффициентов M, F и Я зависят от параметров элементов эквивалентной цепи и от внутренних структур экви­ валентной цепи и поверяемого прибора Поэтому анализ экви­ валентной цепи необходимо проводить в совокупности с изме­ рительной цепью поверяемого прибора.

Очевидно, идеальной была бы эквивалентная цепь, коэф­ фициент добротности M которой имеет требуемое значение, а

55

погрешность эквивалентного сопротивления R3 при коэффици­ ентах эквивалентности F и Н, равных единице, минимальна.

Рассмотрим некоторые варианты применения пассивной эквивалентной цепи в высокоомных измерительных приборах.

Исходя из известных формул комплектной чувствительно­ сти, можно показать, что комплектная чувствительность мо-

56

стовой цепи 5К а при ее поверке с помощью эквивалентной цепи не равна комплектной чувствительности той же мостовой

тельности. В связи с этим интересно оценить значение коэффи-

57

циента добротности эквивалентной цепи М\ в зависимости от

коэффициента эквивалентности Я] по комплектной чувстви­ тельности прибора, имеющего различные значения отношения плеч т.

Задаваясь значениями коэффициента эквивалентности Н\

от 0,99 до 0,01, определим сопротивление г0 и коэффициент добротности Мі для прибора с различными значениями отно­

шения плеч (рис. 21).

M,~f(Ht).

t1

2

Из рисунка, на котором графически изображена зависи­ мость коэффициента добротности эквивалентной цепи от коэф­ фициента эквивалентности # і для мостов, отношение плеч ко­ торых wx=10-4—1, видно, что значение коэффициента Мі воз­

растает с уменьшением коэффициента # і и уменьшением от­ ношения плеч. Существуют оптимальные условия, при которых возможно и целесообразно применять пассивные эквивалент­ ные цепи без значительного снижения комплектной чувстви­ тельности поверяемого прибора.

58