Поверка и калибровка омметров. Учебное пособие

Академия стандартизации, метрологии и сертификации (учебная)

Ю.А. Барышев, М.Л. Палагин

Поверка и калибровка омметров

Учебное пособие

Москва

2023

УДК 621.317

Барышев Ю.А., Палагин Ю.А. Поверка и калибровка омметров:

Учебное пособие. – М.: АСМС, 2023.

Настоящее учебное пособие разработано в соответствии с учебной программой по специализации «Поверка и калибровка средств измерений электрических и магнитных величин». Пособие подготовлено на основании Федеральных законов № 102-Ф3 «Об обеспечении единства измерений» и «О техническом регулировании» № 184-Ф3, а также с учетом изменений, принятых к дате подготовки настоящего учебного пособия, и актуальных на дату написания пособия нормативных документов.

Пособие предназначено для слушателей АСМС, повышающих квалификацию в области поверки и калибровки средств электрических

исследовательских институтов, работающих в области метрологии, аспирантов и преподавателей вузов.

Печатается по решению кафедры «Электрические измерения» АСМС, протокол от 25.10.2022 № 4.

Авторы:

Юрий Алексеевич Барышев – кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой «Электрические измерения» АСМС Михаил Леонидович Палагин – кандидат технических наук, доцент кафедры «Электрические измерения» АСМС.

© АСМС, 2023

ПОВЕРКА И КАЛИБРОВКА ОММЕТРОВ

Основные нормативные документы

1.ГОСТ 8.009–94. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений [1].

2.ГОСТ 22261–94. Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия [2].

3.ГОСТ 8.401–80. Классы точности средств измерений [3].

4.ГОСТ 23706–93. МГС. Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 6. Особые требования к омметрам (приборам для измерения полного сопротивления) и приборам для измерения активной проводимости [4].

5.ГОСТ 30012.1–02. МГС. Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть I. Определения и основные требования, общие для всех частей [5].

6.ГОСТ 8. 409–81 ГСИ. Омметры. Методы и средства поверки [6].

Основные термины

Аналоговый прибор – прибор, показания которого суть непрерывная функция изменения измеряемой величины.

Прибор прямого действия – это прибор, в котором все преобразования измеряемой величины происходят в одном направлении – прямом. За прямое направление прохождения сигнала измерительной информации в приборе принято направление от входа к выходу.

Нормирующее значение – это условно принятое значение величины, на которое делят погрешность средств измерения для определения его точности.

Чувствительность омметра – это его свойство, определяемое отношением изменения показания омметра к вызвавшему его изменению измеряемого сопротивления.

Диапазон измерений – это область значений сопротивления, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности омметра.

Оцифрованная отметка – отметка шкалы средств измерения, у которой проставлена цифра.

3

Общие сведения

Поверку омметров и мегаомметров следует проводить в соответствии со стандартом ГОСТ 8.409–81 [6]. Метрологические характеристики омметров и мегаомметров нормируют в соответствии со стандартами ГОСТ 30012.1–2002 [5] и ГОСТ 23706–93 [4].

Электрическое сопротивление является пассивным элементом электрической цепи. Для его измерения необходимо преобразовать электрическое сопротивление в функционально связанный с ним электрический ток или электрическое напряжение, которое удобно передавать и обрабатывать.

Классификация омметров

В зависимости от способа преобразования электрического сигнала омметры делят на магнитоэлектрические и электронные.

Магнитоэлектрические омметры изготавливают на основе магнитоэлектрического измерительного механизма. В основе их работы лежит преобразование измеряемого сопротивления

вфункционально связанную с ним силу постоянного тока.

Воснове работы электронных омметров лежит преобразование измеряемого сопротивления в функционально связанное с ним постоянное напряжение, которое после усиления подаётся на магнитоэлектрический измерительный механизм. Электронные омметры производятся с линейной шкалой и нелинейной.

Во всех случаях шкалу омметров градуируют в единицах сопротивления.

Омметр – это прибор прямого действия, используемый для непосредственного измерения электрического сопротивления. В зависимости от диапазона (предела) измерения омметры разделяют на микроомметры, миллиомметры, омметры, килоомметры, мегаомметры, гигаомметры и тераомметры.

Микроомметры. Нижний предел измеренияМиллиомметры. Нижний предел измерения

мОм.

Омметры. Нижний предел измеренияКилоомметры. Верхний предел измерения

Мегомметры. Верхний предел измеренияГигаомметры. Верхний предел измеренияТераомметры. Верхний предел измерения

4

По принципу действия омметры подразделяются на три типа:

1.Магнитоэлектрические омметры с механическим противодействующим моментом.

2.Магнитоэлектрические омметры с электрическим противодействующим моментом.

3.Электронные омметры.

1. Магнитоэлектрические омметры с механическим противодействующим моментом

Магнитоэлектрические омметры с механическим противодействующим моментом имеют на шкале условное обозначение Такие омметры измеряют сопротивление от единиц Ом до сотен тысяч Ом. Принципиальная схема омметра с механическим противодействующим моментом показана на рис. 1. Сила тока, протекающего через показывающий магнитоэлектрический прибор – миллиамперметр PА, обратно пропорциональна измеряемому сопротивлению RX и зависит от значения ЭДС батарейки E0. Поэтому шкала магнитоэлектрического омметра сильно нелинейная, а ноль, который необходимо устанавливать перед каждым измерением, на шкале прибора располагается справа.

Рис. 1. Магнитоэлектрический омметр с механическим противодействующим моментом (Последовательная схема): РА – измерительный механизм

5

До начала проведения измерений прибором с последовательной схемой необходимо замкнуть накоротко входные зажимы омметра (RX = 0) и с помощью регулировочного резистора RРЕГ установить стрелку миллиамперметра PA на ноль (крайнее правое положение). Сила тока в миллиамперметре PA должна быть равна току полного отклонения I0, при этом сопротивление регулировочного резистора

определяется при условии, что внутреннее сопротивление микроамперметра РА мало по сравнению с RРЕГ:

РЕГ I0

Если разомкнуть входные зажимы омметра и подключить измеряемое сопротивление RX, то значение силы тока, протекающего через миллиамперметр PA, получается равным:

Из выражения (2) следует, что сила тока, протекающего через миллиамперметр PA, при этом обратно пропорциональна измеряемому сопротивлению RX.

Рассмотренная последовательная схема используется для измерения сопротивлений относительно больших значений (более

100 Ом).

Для измерения относительно малых сопротивлений (менее 100 Ом) используется параллельная схема, показанная на рис. 2.

Рис. 2. Магнитоэлектрический омметр с механическим противодействующим моментом (параллельная схема)

6

До начала проведения измерений с использованием параллельной схемы необходимо установить стрелку омметра на максимальное показание шкалы прибора! Для этого необходимо разомкнуть входные зажимы омметра (RX = ∞) и с помощью регулировочного резистора RРЕГ установить стрелку миллиамперметра PA на максимальное показание шкалы (крайнее правое положение). Сила тока в миллиамперметре PA равна току полного отклонения I0, при этом действует выражение:

где RIM — сопротивление цепи измерительного механизма.

При включении к зажимам измеряемого сопротивления RX значение силы тока IХ измерительного механизма уменьшается; оно определяется из выражения

и нелинейно пропорционально измеряемому сопротивлению. Шкала такого омметра нелинейная.

Рассмотренные магнитоэлектрические омметры с механическим противодействующим моментом используются в комбинированных приборах – тестерах, например в модели Ц4315, в которой обратная шкала (последовательная схема) служит для измерения больших значений сопротивлений (кОм), а прямая шкала (параллельная схема) служит для измерения малых значений сопротивлений (Ом).

2. Магнитоэлектрические омметры с электрическим противодействующим моментом (логометрические)

Магнитоэлектрические омметры с электрическим противодействующим моментом (логометрические) имеют на шкале прибора условное обозначение. Измерительным механизмом

7

в этих омметрах служит магнитоэлектрический логометр. Достоинство омметров с логометрическим механизмом – независимость показаний прибора от изменений напряжения источника питания в достаточно больших пределах. В хороших логометрах изменение напряжения питания на 20 % приводит к небольшому изменению показаний прибора – только на 0,1–2 %. Схема омметра с последовательным включением измеряемого сопротивления представлена на рис. 3. Как правило, такая схема применяется для измерения сопротивлений не менее 100 Ом.

Далее для упрощения описания таких омметров мы пренебрегаем сопротивлениями рамок измерительного механизма, которые малы по сравнению с добавочными сопротивлениями R1 и R2.

Рис. 3. Логометрический омметр с последовательным включением измеряемого сопротивления

Сила тока в первой рамке (без учета собственного сопротивления рамки) логометра равна:

8

Из выражения (7) следует, что шкала прибора обладает нелинейностью (в силу нелинейности функции F) расположения ноля слева. Ток в первой и во второй рамках идет от одного и того же источника питания E0, а изменения напряжения практически не влияют на показания омметра. Важно, что при отключенном источнике питания E0 стрелка прибора занимает неопределенное положение, то есть любое положение в пределах шкалы.

На рис. 4 показана схема омметра с параллельным включением измеряемого сопротивления, применяемая при измерении сопротивлений менее 100 Ом.

Рис. 4. Логометрический омметр с параллельным включением измеряемого сопротивления

Измеряемое сопротивление Rх включено параллельно сопротивлению R1, соединенному последовательно с обмоткой 1 рамки логометра. Поэтому ток в первой рамке определяется из выражения (8):

Ток во второй рамке логометра определяется из выражения (6). Отсюда показания логометра равны:

9

Из выражения (9) следует, что шкала прибора обладает нелинейностью и имеет ноль на шкале справа, при этом показания прибора обратно пропорциональны измеряемому сопротивлению. Токи в рамках 1 и 2 получаются от одного и того же источника питания E0, а изменение напряжения практически не влияет на показания омметра. Важно, что при отключенном источнике питания E0 стрелка прибора занимает неопределенное положение, то есть любое положение в пределах шкалы.

Логометрические измерительные механизмы используются в схемах переносных мегомметров – приборов, предназначенных для измерения больших значений сопротивления, в том числе сопротивления изоляции. В таких приборах используется источник питания повышенного напряжения. Например, мегаомметры М1101, имеющие три модификации на номинальные напряжения питания 100, 500 и 1000 В. Источником питания в этом приборе служит генератор постоянного тока с ручным приводом – нужно крутить ручку генератора. В данном случае непостоянство напряжения, вызванное неравномерностью вращения ручки генератора, не влияет на показания омметра.

Необходимо принять к сведению, что мегаомметры такого типа практически полностью вытеснены электронными, со встроенным генератором высокого напряжения.

3. Электронные омметры

Распространены две схемы электронных омметров:

–электронный омметр на основе операционного усилителя;

–электронный омметр на основе усилителя постоянного тока

(УПТ).

10