3.2. Вимірювання опорів

Вимірювання електричного опору — задача, яка часто постає на практиці при вимірюваннях неелектричних величин. Наприклад, середню температуру обмотки електричної машини зручно визначити шляхом виміру її омічного опору, залежного від температури. Температури різних вузлів складних агрегатів можна визначити за допомо­гою різних термодавачів, опір яких залежить від температури. Взагалі давачі, які перетво­рюють певну фізичну неелектричну величину (температуру, вологість, лінійні розміри, кут повороту осі і т. п.) у пропорційний їй електричний опір, є широко розповсюдженими.

Найпростіше виміряти опір будь-якого елемента кола методом амперметра-вольтметра, вимірявши напругу U_X на елементі кола R_X та струм I_X у ньому, як це показано на рис. 3.4. При такому вимірі слід вирішити як краще ввімкнути вольтметр — перед амперметром, чи після нього.

Якщо ввімкнути вольтметр перед амперметром (вольтметр V₁, на рис. 3.4), то струм через амперметр дорівнює струмові I_X у резисторі R_X , але напруга, яку вимірює вольтметр V₁ дорівнює:

Рис. 3.4 Схема вимірювань опору

Тобто напруга U_V1, що її вимірює вольтметр, буде більше дійсної напруги на резисторі R_X на величину спаду напруги U_A на амперметрі з опором R_A. Тому й значення опору резистора R_X, визначене таким виміром, буде більшим від дійсного:

.

Якщо ж ввімкнути вольтметр за амперметром (вольтметр V₂ на рис. 3.4), то вольтметр вимірюватиме напругу U_X, тобто U_V2= U_X а амперметр вимірюватиме сумарний струм навантаження I_X та вольтметра I_V2 і виміряний струм буде більшим від дійсного:

.

Якщо за даними цього виміру визначити значення опору резистора R_X , воно буде меншим від дійсного:

.

У випадку, коли резистор R_X низькоомний, - слід вмикати вольтметр без­посередньо на його виводи. Якщо ж резистор R_X має великий опір - краще вмикати вольтметр перед амперметром. Для підвищення точності визначення величини опору R_X за результатами вимірів можна внести поправки до обчислень:

; .

(3.4)

Для безпосереднього вимірювання опорів використовують спеціальні прила­ди - омметри, які являють собою комбінацію магнітоелектричного міліамперметра та спеціальної вимірювальної системи. На схемі рис. 3.5 послідовно з мілі­амперметром, який має внутрішній опір R_A, ввімкнено регулювальний опір R_P, джерело живлення Е та вимірюваний опір R_X. Струм у колі міліамперметра дорівнює:

.

(3.5)

Рис. 3.5 Схема вимірювань за допомогою додаткового опору

При незмінній напрузі джерела живлення U струм у приладі залежить від вимірюваного опору R_X, що дозволяє градуювати шкалу міліамперметра в омах. Із збільшенням опору R_X струм I_X зменшується, тому прилад має зворотну шкалу. Перед початком виміру опір R_X замикають накоротко ключем S і резистором R_P встановлю­ють стрілку на нульову позначку в правому куті шкали для усунення впливу зменшення напруги U гальванічного елементу внаслідок його розрядки.

Більш точним є мостовий метод вимірю­вання опору (рис. 3.6).

Рис. 3.6 Схема вимірювань мостовим методом

До одного плеча мостової схеми вмикають резистор з вимірюваним опором R_X, а до інших – прецизійні регульовані резистори R₁, R₂, R₃. До діагоналі моста ab приєднують джерело живлення Е, а до другої діагоналі — гальванометр G. Опори R₁, R₂, R₃ змінюють так, щоби зрівноважити міст, тобто щоби струм через гальванометр G дорівнював нулю. Це означає, що при зрівноваженому стані моста струми I₁ = I₂ а I₃ = I_X. Згідно з другим законом Кірхгофа R₁I₁ = R₃I₃, а R₂I₂ = R_XI_X. Поділивши перше рівняння на друге, отримаємо , звідки:

.

(3.6)

З (1.22) можна зробити висновок, що у зрівноваженого моста добутки опорів протилежних плечей однакові, тобто:

.

(3.7)

В електротехнічних пристроях необхідно періодично перевіряти стан ізоляції, для чого треба вимірювати її опір та електричну міцність. Оскільки опір ізоляції залежить від прикладеної до неї напруги, вимірювання її опору слід виконувати при напрузі не меншій від робочої. Для вимірювання опору ізоляції використовують спеціальні прилади — мегомметри, з вбудованим магнітоелектричним генератором постійного струму з ручним приводом. Обертаючи ручкою генератор, можна отримати ЕРС від 100 до 2500 В.

ЕРС генератора залежить від частоти обертання, яка при ручному приводі не може бути сталою, внаслідок чого ЕРС може мінятися під час вимі­рювання опору ізоляції. Тому у ви­мірювальному механізмі мегомметрів використовують магнітоелектричний логометр, одна з можливих схем якого показана на рис. 3.7. Одну обмотку логометра з'єднують послідовно з резис­тором R_Д1, а другу - з резисторами R_Д2 та R_X. При зміні ЕРС генератора обертальні моменти, створювані обмотками мегомметра, спрямовані у протилежні сторони, змінюються із зміною ЕРС однаково, отже значення ЕРС не впливає на положення рухомої частини приладу. її положення залежить від співвідношення опорів ланцюгів двох котушок приладу, тому шкалу такого приладу можна проградуювати в одиницях вимірювання опору - мегомах або кілоомах.

Рис. 3.7 Схема мегомметра