Поверка однозначной меры электрического сопротивления (ОМЭС). Учебное пособие

однократное и многократные измерения в соответствии с ТД на омметр. Погрешность измерения действительного значения сопротивления при многократных измерениях определяют согласно требованиям ТД на омметр.

С помощью эталонного моста постоянного тока

действительное значение сопротивления поверяемой ОМЭС (далее по тексту – мост) определяют одним из трех методов:

методом прямого измерения;

методом замещения;

методом перестановки

Прямое измерение действительного значения сопротивления ОМЭС проводится при двух или четырех зажимном подключении в соответствии с указаниями ТД на мост. Для исключения влияния на ТермоЭДС измерение проводят при двух направлениях тока питания. За результат измерения действительного значения сопротивления принимают среднеарифметическое значение результатов измерения при двух направлениях тока.

Метод замещения применяют при отсутствии эталонного моста (компаратора) требуемой точности. В дополнение к эталонному мосту (компаратору) в этом случае требуется две ОМЭС из состава исходного эталона с номинальным значением сопротивления, равным номинальному значению сопротивления поверяемой ОМЭС. Схема подключаемой ОМЭС и эталонных СИ представлена на рис.1.

11

Рис. 1. Подключение сравниваемых мер при использовании метода замещения: RN – мера из состава исходного эталона; Ri – поверяемая ОМЭС;

RT – тарная мера; – эталонный мост (компаратор); S – переключатель:

U – источник питания

Сущность метода замещения состоит в том, что в одно плечо сравнения эталонного моста включают тарную меру, а в другое плечо

– поочередно включают одну ОМЭС из состава исходного материала, а затем поверяемую ОМЭС. Тарная мера, поверяемая мера и меры из состава исходного эталона имеют одинаковые номинальные значения. Для исключения влияния ТермоЭДС каждый цикл измерения проводят при двух направлениях тока питания. Результаты измерений обрабатывают по формулам:

n1 = rN1 + С1; n2 = rN2 + С2;

δ1 = r1 + С: δ2 = r2 + С;

……………………

δi = ri + С; Ri = R (1 + δi),

где n1, n2, δ1, δ2,. δi – относительные отклонения сопротивления мер из состава исходного эталона, и поверяемых ОМЭС соответственно, Ом;

r1, r2, rN1, rN2, ri – среднеарифметические показания моста при включении мер из состава исходного эталона и поверяемых ОМЭС соответственно, Ом;

Ri, Rном – действительное и номинальное значения сопротивления поверяемой ОМЭС, Ом;

С1 = n1 – rNi ;

С2 = n2 – rN2;

С = 0,5 (С1 + С2).

При определении постоянной моста С различие в значениях С1 и С2 не должно превышать половины доверительной погрешности определения δi.

При наличии в схеме моста встроенных тарных мер внешнюю тарную меру можно не использовать.

12

Метод перестановки отличается от метода замещения отсутствием тарной меры. Схема подключения поверяемой ОМЭС

иэталонных СИ показана на рис. 2. Сущность метода перестановки состоит в том, что поверяемую ОМЭС включают в одно плечо сравнения моста, а ОМЭС из состава исходного эталона – в другое,

иполучают показания моста rN. Действительные значения сопротивления измеряемой ОМЭС определяют по формуле;

Rt = Rном [1 + n + 0,5(ri – rN)],

где n – относительное отклонение сопротивления меры из состава исходного эталона от номинального значения.

S

Рис. 2. Подключение сравниваемых мер при использовании метода перестановки

Погрешность определения действительного значения сопротивления поверяемой меры рассчитывают согласно МВИ, приведенной в ТД на мост (компаратор) или МВИ, разработанной дополнительно и утвержденной в установленном порядке. Значение погрешности не должно превышать значений, установленных в МВИ.

Действительное значение сопротивления поверяемой ОМЭС определяют методом одновременного сравнения равно-номинальных ОМЭС и ОМЭС из состава исходного эталона с помощью компаратора сопротивлений (рис. 3).

13

сопротивлений (далее по тексту – компаратор) согласно указаниям

вТД. Действительное значение измеряемой ОМЭС рассчитывают

всоответствии с методикой, приведенной в ТД на компаратор. Действительное значение сопротивлений ОМЭС может быть

определено методом косвенных измерений: а) с помощью потенциометра постоянного тока, или б) с помощью компаратора напряжений.

Поверяемую ОМЭС и ОМЭС из состава исходного эталона включают последовательно в цепь тока I (рис. 4) и измеряют падение напряжения на них с помощью компаратора К.

Рис. 4. Измерение с помощью компаратора напряжений

ОМЭСi – поверяемая мера; ОМЭСN – мера из состава исходного эталона; К – компаратор; ИТ – источник тока; А – амперметр; S – переключатель

Значения сопротивлений поверяемой меры Ri [Ом] рассчитывают по формуле:

14

Ri = RN (Ui/UN),

где RN – значения сопротивлений ОМЭС из состава исходного эталона, Ом;

Ui – падение напряжения на поверяемой ОМЭС, В;

UN – падение напряжения на ОМЭС из состава исходного эталона, В.

Сила электрического тока I в цепи ОМЭСi – ОМЭСN должна быть стабильной в течениие обоих проведенных измерений.

(проводимости) получают непосредственно на цифровом табло средств измерений. Порядок проведения работы – в соответствии с ТД на используемые СИ;

Б) Методом сличения при помощи компаратора. Сущность метода состоит в том, что поверяемую УОМЭС и УОМЭС из состава исходного эталона с одинаковым номинальным значением одновременно подключают к зажимам компаратора, уравновешивают его (до минимального показания индикатора равновесия) и определяют действительное значение активного сопротивления поверяемой УОМЭС.

На рис. 5 показана структурная схема определения

и постоянную времени τif с поверяемой УОМЭС определяют по формулам:

Rif = RNf | 1 + V(R) |;

τif = (τN +Rном·C) |1 + V(τ)| ,

где RNf – действительное значение активного сопротивления УОМЭС из состава исходного эталона на рабочей частоте измерений, Ом;

15

V(R) – относительная погрешность моста-компаратора по активному сопротивлению при прямых измерениях;

τN – действительное значение постоянной времени УОМЭС из состава исходного эталона на рабочей частоте измерений, с;

Rном – номинальное значение сопротивления УОМЭС из состава исходного эталона, Ом;

С – отсчет по конденсатору переменной емкости, Ф;

V(τ) – относительная погрешность моста-компаратора по постоянной времени при прямых измерениях.

Рис. 5. Схема определения действительного значения сопротивления УОМЭС с помощью двойного моста-компаратора УДМК-1М

савтотрансформаторными плечами отношений;

Г– генератор, К – компаратор, И – индикатор равновесия

В) Методом замещения. Сущность метода замещения для компаратора УДМК-1М заключается в том, что в одно плечо сравнения компаратора включают тарную меру Rт, а в другое плечо поочередно включают меру из состава из состава исходного эталона RN и поверяемую меру Ri равного номинального значения и уравновешивают компаратор. Действительные значения сопротивлений Rif Ом и постоянной времени τif с поверяемой УОМЭС определяют по формулам:

16

Rif = RNf [ 1± ];

τif = τN + Rном С,

где RNf – действительное значение активного сопротивления УОМЭС из состава исходного эталона на рабочей частоте измерений, Ом;

р = pi – pN – разность показаний компаратора при измерении измеряемой УОМЭС и УОМЭС из состава исходного эталона соответственно;

pN – показания компаратора при включении УОМЭС из состава исходного эталона;

τif – действительное значение постоянной времени УОМЭС из состава исходного эталона на рабочей частоте измерений, с;

Rном – номинальное значение сопротивления УОМЭС из состава исходного эталона, Ом;

ΔC = Ci – CN – разность показаний расчетного устройства конденсатора переменной емкости при включении поверяемой УОМЭС и УОМЭС из состава исходного эталона, соответственно.

При применении метода замещения для омметра МЦС-2Б и измерителя Е7-12 к зажимам поочередно подключают меру из состава исходного эталона RN и поверяемую Ri меру равного номинального значения и проводят два отсчета по соответствующим табло указанных приборов.

Действительные значения сопротивления Rif (проводимости Gif, CM для прибора Е7-12),Ом, определяют по формулам:

Rif = RNf + (RiM – RMN);

Gif = GNf + (GiM – GNM),

где RNf действительное значение сопротивления УОМЭС из состава исходного эталона при рабочей частоте измерений, Ом;

RiM; RMN показания измерителя Е7-12 при включении УОМЭС и УОМЭС из состава исходного эталона соответственно, Ом;

GNf действительное значение проводимости УОМЭС из состава исходного эталона на рабочей частоте измерений, Ом;

17

GiM; GNM показания измерителя Е7-12 при включении измеряемой УОМЭС и УОМЭС из состава исходного эталона соответственно, Ом;

Для получения наивысшей точности измерений при применении метода замещений УОМЭС из состава исходного эталона выбирают таким образом, чтобы показания трех старших разрядов отсчетного устройства омметра СЦС-2Б по сопротивлению (двух старших разрядов отсчетного устройства по сопротивлению (проводимости) у измерителя Е7-12) при первом и втором уравновешивании совпали.

При применении метода замещения моста Р 5083 измерения проводят в режиме «калибровка» при котором в запоминающее устройство моста вносят значения сопротивления и фазового угла (постоянной времени) УОМЭС из состава исходного эталона и поверяемой УОМЭС (в соответствии с ТД на мост).

Действительное значение поверяемой меры Ri Ом, при использовании меры из состава исходного эталона определяют по формуле:

Ri = RN + R,

где RN – действительное значение сопротивления меры из состава исходного эталона, Ом;

R – измеренная разница между действительным значением сопротивления поверяемой меры и RN, Ом.

Относительное отклонение δ [%] действительного значения сопротивления меры Ri [Ом] от номинального Rном [Ом] определяемой формулой:

δ = 100 %.

Значение относительного отклонения не должно превышать допустимых значений (таб. 2 ГОСТ 23737–79 с дополнениями

1991 г.).

18

2.6. Определение температурных коэффициентов сопротивления меры

Действительные значения сопротивления меры Rt [Ом] при отклонении ее температуры от температуры поверки определяют по формуле:

Rt = Ro + Rном [ αо (ti –t0) + β (ti – to)²],

где Ri – значение сопротивления меры при температуре ti, Ом;

Rо – значение сопротивления меры, определенное при поверке,

Ом;

Rном – номинальное значение сопротивления меры, Ом;

αо, β – температурные коэффициенты, определенные для температуры t0, 1°/ С;

ti – значение температуры, при которой вычисляют действительное значение сопротивления меры, °С;

t0 – номинальное значение температуры, при которой проводят проверку, °С.

Меры поверяют при температуре окружающей среды 20 °С. Для поверяемых мер с индивидуальным термостатированием поверку проводят при температуре рабочего объема термостата от 18 до 30 °С. Поверку мер при температуре вне этого диапазона проводят по

сопротивления) и классов точности поверяемых мер (ТКС и разрядности мер из состава исходного эталона). При поверке составляющая погрешности измерения сопротивления мер, возникающая из-за влияния температуры окружающей среды, не должна превышать 25 % предела допускаемой погрешности.

При определении ТКС используют два термостата. В первый термостат помещают опорную (тарную) меру, температуру в термостате поддерживают постоянной во время всего цикла измерений. Во второй термостат помещают поверяемую меру при этом обеспечивают поддержание постоянной температуры в трех точках:

t1 = t0 – t;

19

t2 = t0;

t3 = t0 + t.

Значение погрешности поддержания температуры t при определении ТКС должно составлять:

(3 ± 0,5) °С – для классов точности от 0,0005 до 0,02; (5 ± 1) °С – для мер более низких классов точности.

Для t0 ≤ 20°С допускается использование температуры в точках:

значении температуры t1, t2, t3 не менее времени, указанного в НД на поверяемую меру, или не менее 0,5 часа, если такое указание в НД отсутствует.

ТКС определяют методом замещения. Тарную меру Rт и меру из состава исходного эталона RN помещают в термостат, в котором поддерживают постоянную температуру, при которой было определено действительное значение сопротивления меры RN. А затем определяют действительные значения сопротивления поверяемой

меры R1, R2, R3 при температурах t1, t2, t3. Коэффициенты и αо и β вычисляют по формулам:

(R2 – R1)(t3 – t2)(t3 + t2 – 2 tо)+(R3 – R2)(t2 – t1)(2 tо – t2 – t1)

Правильность определения значений αо и β проверяют, измеряя

их в двух контрольных точках tk1 tk2. При контрольных измерениях рекомендуются значения:

20