16

Розділ 13 вимірювання опору

13.1. Загальні відомості

В сучасній практиці доводиться вимірювати електрич­ний опір у дуже широкому діапазоні — від наноомів (при дослідженні явищ надпровідності, вимірюванні питомого опору провідників) до опорів порядку 10^і* Ом і більших (при вимірюванні опору ізоляції і визначенні характеристик напівпровідників та ізоляційних матеріалів). Дуже різними є вимоги до точності вимірювань. Так, наприклад, якщо при перевірці зразкових мір опору похибка вимірювань не по­винна перевищувати десятитисячних часток процента, то при вимірюванні перехідного опору контактів, опору за­землення або опору ізоляції цілком допустима похибка 5—10%. Широким є також діапазон потужностей, які можна розсіювати у досліджуваних об'єктах—від мікроватів (для елементів мікросхем, малогабаритних термісторів) до

сотень ватів і навіть більше (для обмоток потужних елек­тричних машин, трансформаторів).

Зазначені особливості спричинили існування різних ме­тодів і пристроїв для вимірювань електричного опору. Для вимірювань з порівняно невисокою точністю користуються приладами прямого перетворення. Точні вимірювання здійс­нюють з допомогою мостів і компенсаторів постійного стру­му. Все ширше застосовуються цифрові омметри, зокрема — процентні, що дають можливість визначити процентні від­хилення значень опорів резисторів від номінальних.

При вимірюваннях порівняно малих опорів (менших одного ома) слід звернути увагу на усунення впливу опору з’єднувальних проводів і перехідних контактів на резуль­тати вимірювань. Для цього низькоомні резистори треба вмикати у вимірювальне коло через чотири окремі контакти (затискачі) —два струмові та два потенціальні (рис. 138). Значення опору R_х при такому вмиканні визначається як частка від ділення спаду напруги Uав між вузловими точ­ками ,А і В на значення струму /_х в опорі

і не залежить від опорів контактів і з'єднувальних про­водів.

При дослідженні високоомних резисторів з опорами по­над 10⁵ Ом треба враховувати вплив опору ізоляції. В де­яких випадках, наприклад при вимірюванні опору недротяних резисторів, напівпровідників і діелектриків, треба враховувати те, що опір досліджуваного об'єкта може зале­жати від значення прикладеної напруги, тривалості її дії і полярності, а також від температури і вологості навколиш­нього середовища та ін.

13.2. Вимірювання опору приладами прямого перетворення

Особливості застосування омметрів і ме­гомметрів. Для прямих вимірювань опору в межах від 10~⁶до 10⁹ Ом можна застосовувати магнітоелектричні омметри і мегомметри, а для вимірювань більш високоомних опорів (до 10¹⁵Ом) — електронні мегомметри і тераомметри. Ці прилади, звичайно, мають дуже нерівномірну шкалу з кінцевою відміткою ∞ (нескінченність). Граничне значен­ня відносної похибки вимірювання опору такими приладами визначається через їх клас точності за формулою

де К — числове значення класу точності омметра; а і а,„ — кут відхилення покажчика омметра і його максимальне значення.

Отже, відносна похибка вимірювання опору таким омметром у кращому випадку (при а'а_т= 0,5) може дорів­нювати 4/С, тому ці прилади застосовують лише для порівняно грубих вимірювань з похибкою порядку 5 — 10%.

Метод амперметра і вольтметра. Вимірявши струм і напругу за одною із схем, зображених на рис. 118, значення вимірюваного опору можна знайти з виразу R = = U_v/I_At де u_v, Ід — напруга і струм за показами вольт­метра і амперметра.

Похибка вимірювання складається з похибок ампермет­ра і вольтметра та похибки методу, яка зумовлена спожи­ванням потужності вимірювальними приладами і залежить від схеми їх вмикання. Зокрема, для схеми, зображеної на рис. 118,а,

Щоб забезпечити меншу похибку методу при вимірюван­ні порівняно низькоомних опорів, користуються схемою, зображеною на рис. 118,а, а при вимірюванні високоомних опорів — 118,6.

Похибку методу можна усунути повністю, якщо визна­чити R_x з урахуванням струму вольтметра, для схеми рис. 118,а

Незважаючи на порівняно невисоку точність (похибка вимірювання складається з похибок двох приладів), метод амперметра і вольтметра знаходить широке застосування, особливо для вимірювань опорів обмоток електричних машин і трансформаторів. Переваги цього методу полягають у можливості виконання вимірювань при певних значеннях

Струму та напруги в широкому діапазоні вимірювань (від 10^-6 до 10^-3 Ом).

При вимірювані великих опорів як вимірювачі струму використовують чутливі до струму гальванометри. При складанні схеми передбачають захист від струмів витоку через ізоляцію (рис. 139).

При відсутності захисту від струмів витоку через ізоля­цію показ гальванометра залежить не тільки від струму І_х, а й від струму через ізоляцію І'І₃ (рис. 139, а), що може зумовити значну похибку. Щоб уникнути її, гальванометр ставлять на підставці з подвійною ізоляцією, розділеною металевою прокладкою. Таку саму подвійну ізоляцію з ме­талевою прокладкою накладають і на провід, що з'єднує гальванометр з вимірюваним опором. Обидві металеві про­кладки під'єднують до затискача гальванометра, з'єднаного з джерелом живлення схеми (рис. 139, б). Замість металевої прокладки можна використати металевий корпус гальвано­метра, тоді верхнім ізолятором буде ізоляція рамки галь­ванометра відносно корпуса, і гальванометр досить поміс­тити на одинарну ізоляційну підставку. При цьому струм витоку /і'₃ через нижній шар ізоляції не проходить через гальванометр, а струм через ізоляцію між колом гальвано­метра і металевою прокладкою є нехтовно малим: напруга, що прикладена до цієї ізоляції, не перевищує спаду напруги на гальванометрі U_r. Таким чином, гальванометром вимі­рюється лише струм І_х. Метод гальванометра і вольтметра дає можливість вимірювати опори до 10¹³ Ом.