Реферат на тему:
Омме́тр (Ом + др.-греч. μετρεω «измеряю») — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (омических) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, гигаомметры, тераомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.
Mark Super VII Quantum E-meter
Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания. Для измерения сопротивлений от сотен ом до нескольких мегаом измеритель и измеряемое сопротивление rx включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе и отклонение подвижной части прибора a пропорциональны: I = U/(r0 + rx), где U — напряжение источника питания; r0 — сопротивление измерителя. При малых значениях rx (до нескольких ом) измеритель и rx включают параллельно.
Мегаомметр М1101М
Тераомметр Е6-13А
Основой логометрических мегаометров является логометр, к плечам которого подключаются в разных комбинациях (в зависимости от предела измерения) образцовые внутренние резисторы и измеряемое сопротивление, показание логометра зависит от соотношения этих сопротивлений. В качестве источника высокого напряжения, необходимого для проведения измерений, в таких приборах обычно используется механический индуктор — электрогенератор с ручным приводом, в некоторых мегаомметрах вместо индуктора применяется полупроводниковый преобразователь напряжения.
Принцип действия электронных омметров основан на преобразовании измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение с помощью операционного усилителя. Измеряемый объект включается в цепь обратной связи (линейная шкала) или на вход усилителя.
Цифровой омметр Щ34
Микроомметр MOM600A
Цифровой омметр представляет собой измерительный мост с автоматическим уравновешиванием. Уравновешивание производится цифровым управляющим устройством методом подбора прецизионных резисторов в плечах моста, после чего измерительная информация с управляющего устройства подаётся на блок индикации.
При измерении малых сопротивлений может возникать дополнительная погрешность из-за влияния переходного сопротивления в точках подключения. Чтобы избежать этого применяют т. н. метод четырёхпроводного подключения. Сущность метода состоит в том, что используются две пары проводов — по одной паре на измеряемый объект подаётся ток определённой силы, с помощью другой пары с объекта на прибор подаётся падение напряжения пропорциональное силе тока и сопротивлению объекта. Провода подсоединяются к выводам измеряемого двухполюсника таким образом, чтобы каждый из токовых проводов не касался непосредственно соответствующего ему провода напряжения, при этом получается, что переходные сопротивления в местах контактов не включаются в измерительную цепь.
Омметры обозначаются либо в зависимости от системы (основного принципа действия), либо по ГОСТ 15094
wreferat.baza-referat.ru
Размещено на
Размещено на
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Цифровой омметр
Задание
Во время выполнения комплексного курсового проекта выполняются такие задания:
1. Разработать структурную схему цифрового омметра:
- диапазон: 0,01 … 100 Ом;
- максимальная погрешность: ± 0,5%;
2. Обосновать требования к блокам прибора.
3. Разработать принципиальную схему блока первичного преобразования.
Введение
Среди электронных приборов для измерения электрических величин цифровые приборы занимают важное место в силу ряда причин, одной из таких является неограниченная точность. В отличии от аналоговых приборов, измеряемая величина в цифровых приборах преобразуется в цифровой эквивалент, который в дальнейшем подвергается измерительным преобразованиям в дискретной форме, а результат измерения представляется числом, отражающим с заданной погрешностью дискретности значение измеряемой величины. Основными погрешностями цифровых приборов являются случайные погрешности и погрешности дискретизации.
Цифровыми измерительными устройствами (ЦИУ) принято называть только такие измерительные приборы и преобразователи, в которых по принципу действия осуществляется квантование измеряемой величины по уровню. Иными словами - те измерительные приборы и преобразователи, у которых бесконечному множеству возможных значений измеряемой величины ставится в соответствие конечное и счетное множество возможных показаний или выходных кодов.
Наибольшее распространение получили ЦИУ для измерения электрических величин (переменного и постоянного напряжений, переменного и постоянного токов, сопротивления и т.п.) и ЦИУ для измерения временных параметров сигналов (частоты, периода, длительности импульсов и т.п.). Подавляющее большинство ЦИУ предназначено для линейного преобразования измеряемых величин, т.е. показания ЦИУ или выходные коды аналого-цифровых измерительных преобразователей (АЦП) пропорциональны числовому значению измеряемой величины или ее отклонению от заданного номинального значения. Поэтому номинальная функция преобразования АЦП и номинальная зависимость показаний цифровых измерительных приборов (ЦИП) от значения измеряемой величины являются линейными функциями.
ЦИУ могут быть однопредельными (для измерения одной физической величины в некотором определенном диапазоне ее значений), многопредельными (для измерения одной физической величины в различных диапазонах ее значений) и комбинированными (для измерения различных физических величин). Комбинированные приборы, как аналоговые, так и цифровые иногда называют универсальными.
1. Общие сведения об электрическом сопротивлении
Электрическое сопротивление - скалярная физическая величина, характеризующая свойства проводника и равная отношению напряжения на концах проводника к силе электрического тока, протекающего по нему. Размерность электрического сопротивления dirR = L2MT?3I?2. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями Импеданс и Волновое сопротивление. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, оказывающую электрическое сопротивление току.
В международной системе единиц (СИ) единицей сопротивления является Ом (Щ, Ом). В системе СГС единица сопротивления не имеет специального названия. Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как
электрический сопротивление погрешность омметр
где
R - сопротивление;
U - разность электрических потенциалов на концах проводника, измеряется в вольтах;
I - ток, протекающий между концами проводника под действием разности потенциалов, измеряется в амперах.
Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность, единицей измерения которой в системе СИ служит сименс (1 См = 1 Ом?1).
Высокая электропроводность металлов связана с тем, что в них имеется большое количество носителей тока - электронов проводимости, образующихся из валентных электронов атомов металла, которые не принадлежат определённому атому. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Движущиеся под действием поля электроны рассеиваются на неоднородностях ионной решётки (на примесях, дефектах решётки, а также нарушениях периодической структуры, связанной с тепловыми колебаниями ионов). При этом электроны теряют импульс, а энергия их движения преобразуются во внутреннюю энергию кристаллической решётки, что и приводит к нагреванию проводника при прохождении по нему электрического тока.
В других средах (полупроводниках, диэлектриках, электролитах, неполярных жидкостях, газах и т.д.) в зависимости от природы носителей заряда физическая причина сопротивления может быть иной. Линейная зависимость, выраженная законом Ома, соблюдается не во всех случаях.
Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из которого он состоит.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:
где
с - удельное сопротивление вещества проводника;
l - длина проводника;
S - площадь сечения.
Сопротивление однородного проводника также зависит от температуры.
Сопротивление металлов снижается при понижении температуры; при температурах порядка нескольких кельвинов сопротивление большинства металлов и сплавов стремится или становится равным нулю (эффект сверхпроводимости). Напротив, сопротивление полупроводников и изоляторов при снижении температуры растёт. Сопротивление также меняется по мере увеличения тока / напряжения, протекающего через проводник / полупроводник.
Омметр - измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (омических) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, гигаомметры, тераомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.
2. Выбор метода измерения и составление структурной схемы
Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются: косвенный метод; метод непосредственной оценки и мостовой метод. Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности.
Применяют две схемы измерения - схема одинарного моста и двойного моста. Соответствующие схемы измерения представлены на рис. 2.1.
Рисунок 2.1 - Схемы измерительных мостов.
а - одинарного моста; б - двойного моста.
В одинарных мостах результат измерения учитывает сопротивление соединительных проводов между мостом и измеряемым сопротивлением. Поэтому сопротивления меньше 1 Ом такими мостами измерить нельзя из-за существенной погрешности. Исключение составляет мост P333, с помощью которого можно производить измерение больших сопротивлений по двухзажимной схеме и малых сопротивлений (до 5 10 Ом) по четырехзажимной схеме. В последней почти исключается влияние сопротивления соединительных проводов, т.к. два из них входят в цепь гальванометра, а два других - в цепь сопротивления плеч моста, имеющих сравнительно большие сопротивления.
Плечи одинарных мостов выполняют из магазинов сопротивлений, а в ряде случаев (например, мост ММВ) плечи R2, R3 могут быть выполнены из калиброванной проволоки (реохорда), по которой перемещается движок, соединенный с гальванометром. Условие равновесия моста определяется выражением Rх = R3*(R1/R2). С помощью R1 устанавливают отношение R1/R2, обычно кратное 10, а с помощью R3 уравновешивают мост. В мостах с реохордом уравновешивания достигается плавным изменением отношения R3/R2 при фиксированных значениях R1. В двойных мостах сопротивления соединительных проводов при измерениях не учитываются, что представляет возможность измерять сопротивления до 10-6 Ом. На практике применяют одинарно-двойные мосты типа P329, P3009, МОД-61 и др. с диапазоном измерений от 10-8 Ом до 104 МОм с погрешностью измерения 0,01 - 2%.
В этих мостах равновесие достигается изменением сопротивлений R1, R2, R3 и R4. При этом достигается равенства R1 = R3 и R2 = R4. Условие равновесия моста определяется выражением Rх= RN*(R1/R2). Здесь сопротивление RN - образцовое сопротивление, составная часть моста. К измеряемому сопротивлению Rх подсоединяют четыре провода: провод 2 - продолжение цепи питания моста, его сопротивление не отражается на точности измерений; провода 3 и 4 включены последовательно с сопротивлениями R1 и R2 величиной больше 10 Ом, так что их влияние ограничено; провод 1 является составной частью моста и его следует выбирать как можно короче и толще. При измерениях сопротивления в цепях, обладающих большой индуктивностью, во избежание ошибок и для предотвращения повреждений гал...
www.tnu.in.ua
Введение 2
1. Обзор существующих методов и схем измерения сопротивле- ний 3
2. Функциональная схема омметра 8
3. Разработка принципиальной схемы 10
4. Расчёт принципиальной схемы 12
Литература 16
Содержание
Выдержка из текста
Каскад на транзисторе V3 и резисторах R8, R9 ограничивает выходное напряжение ОУ на уровне 3,8 В. Диод V4 обеспечивает не более чем двукратную перегрузку микроамперметра по току при разомкнутых измерительных зажимах. В режиме измерений падение напряжения на диоде не превышает
25. мВ, при этом он закрыт. При размыкании цепи Rx напряжение на диоде возрастает примерно до
60. мВ, при этом диод открывается и шунтирует микроамперметр, тем самым предохраняя его от многократной перегрузки по току.
Для уменьшения влияния наводок на измерительных зажимах служит фильтрующий конденсатор С 1.
4. Расчёт принципиальной схемы
В омметре работает ОУ К 284УД 1 В. Возможно применение других операционных усилителей с полевыми транзисторами на входе, например К 140УД 8, К 544УД 1. В этом случае ограничение напряжения на разомкнутых измерительных зажимах можно осуществить, как показано на рис.
6. Точка соединения дополнительных резистора R и стабилитрона V является выходом операционного усилителя. Разумеется, необходимо соответствующее выбранному ОУ подключение элементов частотной коррекции.
Рис.
5.
Участок схемы омметра при использовании в нем операционных усилителей К 140УД 8, К 544УД 1
Источник опорного напряжения выполнен на транзисторах ГТ 310Д (VI) и КТ 312Б (V2).
Его значение Uоп = = 430,1 мВ. В данной схеме экспериментально подобраны пары транзисторов серий ГТ 108, КТ 201 с Uon =
46. мВ и ГТ 310, КТ 201 с Uод = 403,4 мВ, которые также могут быть применены. Не исключается подбор и других пар транзисторов по критерию равенства емкостей коллекторных р-n переходов.
Номиналы образцовых резисторов R1… R6 для удобства измерений выбраны кратными 10:
10. Ом, 1 кОм,
1. кОм,
10. кОм,
1 МОм,
10. МОм. Резисторы R1 типа КЛМ, R2 и R3 типа МГП-0,5, резисторы R4, R5, R6 — С 5−25 В. При использовании резисторов других типов необходимо учитывать, что для обеспечения хорошей точности измерений они должны иметь погрешность не более 0,5%.
Для другого микроамперметра надо знать его ток полного отклонения стрелки Iи и сопротивление рамки Rn. В этом случае сопротивления добавочных резисторов находят из условий:
Вместо диода КД 521 (V4) можно применить любой другой маломощный кремниевый. Конденсаторы С 1 и С 2 типа КМ, резисторы R7, R8 и R9 — МЛТ-0,125. В приборе применен микроамперметр типа М
26. класса 1,5 с линейной зеркальной шкалой на ток
10. мкА и рамкой сопротивлением
59. Ом. Сопротивления добавочных резисторов RI0, R11 и R12 для данных UОП и сопротивления рамки микроамперметра равны соответственно 3705 Ом, 4300 Ом и 12,9 кОм и не должны отличаться от расчетных более чем на 0,5%. Обеспечивать большую точность образцовых и добавочных резисторов нет смысла, так как микроамперметр имеет погрешность отсчета 1,5%, что в целом и определяет погрешность омметра.
Переключатели S1… S8 типа П 2К, контактные группы которых для уменьшения переходного сопротивления соединены параллельно.
Возможно использование как сетевых, так и автономных источников питания.
Поз.
обозн. Наименование Кол. Примечание А 1 Операционный усилитель К 284УД 1 В 1 Транзисторы и диоды V1 ГТ 310Д СБ 0.336.030 ТУ 1 V2 КТ 312Б СБ 0.336.030 ТУ 1 V3 КТ 312Б СБ 0.336.030 ТУ 1 V4 КД
52. СБ 0.336.030 ТУ 1 Резисторы R1 КЛМ — 0,5
10. мОм ± 0,5% ГОСТ 7113–77 1 R2 МГП-0,5
1 мОм± 0,5% ГОСТ 7113–77 1 R3 МГП-0,5 100кОм± 0,5% ГОСТ 7113–77 1 R4 С 5−25В
10 кОм ± 0,5% ГОСТ 7113–77 1 R5 С 5−25В
1 кОм± 0,5% ГОСТ 7113–77 1 R6 С 5−25В
10. Ом± 0,5% ГОСТ 7113–77 1 R7 МЛТ-0,125 5,6 кОм ± 5% ГОСТ 7113–77 1 R8 МЛТ-0,125
1. кОм± 5% ГОСТ 7113–77 1 R9 МЛТ-0,125 3,6 кОм± 5% ГОСТ 7113–77 1 R10 С 5−25 В 3705 Ом ± 0,5% ГОСТ 7113–77 1 подбирается R11 С 5−25 В 4300 Ом ± 0,5% ГОСТ 7113–77 1 подбирается R12 С 5−25В± 12,9 кОм 0,5% ГОСТ 7113–77 подбирается Конденсаторы C1 КМ 6800 пФ ± 5% НЗО ОЖО 460.099 ТУ С 1 1 C2 КМ 6800 пФ ± 5% НЗО ОЖО 460.099 ТУ С 1 1 Измерительный прибор РА 1 Микроамперметр типа М
26. класса 1,5 сопротивлением
59. Ом 1
Рис. 6 Спецификация к схеме электрической принципиальной
Заключение
Омметры являются довольно полезными, а в ряде случаев и незаменимыми приборами, в зависимости от предъявляемых требований к диапазону производимых ими измерений.
Омметры в чистом виде — приборы узкоспециализированного назначения, имеют большую погрешность при измерении очень малых и очень больших сопротивлений.
Достоинства - один прибор - одна функция измерения;
Литература
Винокуров В.И. Каплин С.И. Петелин Г. И. «Электрорадиоизмерения.- М.: «Высшая школа», 1986.
Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств". — М.: «Дюдека-ХХІ, 2005.
Демидова-Панферова Р. М., Малиновский В. Н., Попов В. С. и др. Электрические измерения (с лабораторными работами)/ Под ред. В. Н. Малиновского. — М.: Энергоиздат, 1982. -392 с, ил.
Измерения в электронике / под ред. В.А. Кузнецова. — М.: «Энергоатомиздат», 1987.
Лекции по электрическим измерениям. — Казань: Казанский государственный энергетический институт / kaf-toe.narod.ru/ssylki.html
Лозицкий Б.Н. Мельниченко И.И. «Электрорадиоизмерения».- М.: «Энергия», 1976.
Мейзда Ф. Электронные измерительные устройства и методы измерения.- М.: «Мир», 1990.
Токарев Б., Дубовицкий М. Многопредельный омметр повышенной точности. В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 84 — М.: ДОСААФ, 1983 — 79 с.
3
Список источников информации
1. Винокуров В.И. Каплин С.И. Петелин Г. И. «Электрорадиоизмерения.- М.: «Высшая школа», 1986.
2. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых элек-тронных устройств". — М.: «Дюдека-ХХІ, 2005.
Демидова-Панферова Р. М., Малиновский В. Н., Попов В. С. и др. Электрические измерения (с лабораторными работами)/ Под ред. В. Н. Малиновского. — М.: Энергоиздат, 1982. -392 с, ил.
3. Измерения в электронике / под ред. В.А. Кузнецова. — М.: «Энерго-атомиздат», 1987.
4. Лекции по электрическим измерениям. — Казань: Казанский государственный энергетический институт / kaf-toe.narod.ru/ssylki.html
5. Лозицкий Б.Н. Мельниченко И.И. «Электрорадиоизмерения».- М.: «Энергия», 1976.
6. Мейзда Ф. Электронные измерительные устройства и методы измерения.- М.: «Мир», 1990.
7. Токарев Б., Дубовицкий М. Многопредельный омметр
повышенной точности. В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 84 — М.: ДОСААФ, 1983 — 79 с.
список литературы
referatbooks.ru
16
Оглавление
Введение………………………………………………………………………………2
Измерение сопротивления при постоянном токе…………………..…….3
Метод амперметра-вольтметра…………………………………………….……3
Метод непосредственной оценки………………………………………………..4
Мосты для измерения сопротивления на постоянном токе………………...6
Измерение очень больших сопротивлений……………………………………9
Измерение сопротивления при переменном токе………………….…...10
Измеритель иммитанса…………………………………………..……………...10
Измерительная линия…………………………………………………..……….11
Измерение ультрамалых сопротивлений…………………………..…………13
Выводы………………………………………………………………….………..…14
Введение
Электрическое сопротивление - основная электрическая характеристика проводника, величина, характеризующая противодействие электрической цепи или ее участка электрическому току. Также сопротивлением могут называть деталь (её чаще называют резистором) оказывающую электрическое сопротивление току. Электрическое сопротивление обусловлено преобразованием электрической энергии в другие виды энергии и измеряется в Омах.
Сопротивление (часто обозначается буквой R) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника и её можно определить как
где
R — сопротивление;
U — разность электрических потенциалов на концах проводника, измеряется в вольтах;
I — ток, протекающий между концами проводника под действием разности потенциалов, измеряется в амперах.
Для практического измерения сопротивлений применяют множество различных методов, в зависимости от условий измерения и характера объектов, от требуемой точности и быстроты измерений. Например различают методы для измерения сопротивления при постоянном токе и при переменном, измерение больших сопротивлений, сопротивлений малых и ультрамалых, прямые и косвенные и т.д.
Целью работы является выявление основных, наиболее часто встречающихся в практике, методов измерения сопротивлений.
Измерение сопротивления при постоянном токе
Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются косвенный метод, метод непосредственной оценки, а также мостовой метод. Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности измерений. Из косвенных методов наиболее универсальным является метод амперметра-вольтметра.
Метод амперметра-вольтметра
Данный метод основан на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление и падения напряжения на нем. Применяют две схемы измерения: измерение больших сопротивлений (а) и измерение малых сопротивлений (б). По результатам измерения тока и напряжения определяют искомое сопротивление.
Для схемы (а) искомое сопротивление и относительную методическую погрешность можно определить по формулам:
где Rx - измеряемое сопротивление, а Rа - сопротивление амперметра.
Для схемы (б) искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются по формулам:
Из формулы видно, что при подсчете искомого сопротивления по приближенной формуле возникает погрешность, оттого, что при измерении токов и напряжений во второй схеме амперметр учитывает и тот ток, который проходит через вольтметр, а в первой схеме вольтметр измеряет напряжение помимо резистора еще и на амперметре.
Из определения относительных методических погрешностей следует, что измерение по схеме (а) обеспечивает меньшую погрешность при измерении больших сопротивлений, а измерение по схеме (б) - при измерении малых сопротивлений. Погрешность измерения по данному методу рассчитывается по выражению:
«Используемые при измерении приборы должны иметь класс точности не более 0,2. Вольтметр подключают непосредственно к измеряемому сопротивлению. Ток при измерении должен быть таким, чтобы показания отсчитывались по второй половине шкалы. В соответствии с этим выбирается и шунт, применяемый для возможности измерения тока прибором класса 0,2. Во избежание нагрева сопротивления и, соответственно, снижения точности измерений, ток в схеме измерения не должен превышать 20% номинального».[4]
Достоинство схем метода измерение амперметром и вольтметром заключается в том, что по резистору с измеряемым сопротивлением можно пропускать тот же ток, как и в условии его работы, что является важным при измерении сопротивлений, значения которых зависят от тока.
Метод непосредственной оценки.
Метод непосредственной оценки предполагает измерение сопротивления постоянному току с помощью омметра. Омметром называют измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (активные сопротивлений также называют омическими сопротивлениями) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, тераомметры, гигаомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.
По принципу действия омметры можно разделить на магнитоэлектрические - с магнитоэлектрическим измерителем или магнитоэлектрическим логометром (мегаомметры) и электронные, которые бывают аналоговые или цифровые.
«Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания. Для измерения сопротивлений от сотен Ом до нескольких мегаом измеритель и измеряемое сопротивление rx включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе и отклонение подвижной части прибора a пропорциональны: I = U/(r0 + rx), где U — напряжение источника питания; r0 — сопротивление измерителя. При малых значениях rx (до нескольких ом) измеритель и rx включают параллельно».[5]
За основу логометрических мегаомметров берется логометр, к плечам которого подключаются в разных комбинациях (в зависимости от предела измерения) образцовые внутренние резисторы и измеряемое сопротивление, показание логометра зависит от соотношения этих сопротивлений. В качестве источника высокого напряжения, необходимого для проведения таких измерений, в подобных приборах обычно используют механический индуктор — электрогенератор с ручным приводом, в некоторых мегаомметрах вместо индуктора применяется полупроводниковый преобразователь напряжения.
Принцип действия электронных омметров основан на преобразовании измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение с помощью операционного усилителя. Измеряемый резистор включается в цепь обратной связи (линейная шкала) или на вход усилителя. Цифровой омметр представляет собой измерительный мост с автоматическим уравновешиванием. Уравновешивание производится цифровым управляющим устройством методом подбора прецизионных резисторов в плечах моста, после чего измерительная информация с управляющего устройства подаётся на блок индикации.
«При измерении малых сопротивлений может возникать дополнительная погрешность из-за влияния переходного сопротивления в точках подключения. Чтобы избежать этого применяют так называемый метод четырехпроводного подключения. Сущность метода состоит в том, что используются две пары проводов — по одной паре на измеряемый объект подается ток определенной силы, с помощью другой пары с объекта на прибор подаётся падение напряжения пропорциональное силе тока и сопротивлению объекта. Провода подсоединяются к выводам измеряемого двухполюсника таким образом, чтобы каждый из токовых проводов не касался непосредственно соответствующего ему провода напряжения, при этом получается, что переходные сопротивления в местах контактов не включаются в измерительную цепь».[5]
Мосты для измерения сопротивления на постоянном токе
Для измерения сопротивления на постоянном токе широко используются одинарные мосты. Одинарными мостами называют четырехплечие мосты с питанием от источника постоянного тока. Существует ряд конструкций этих приборов с различными характеристиками. Погрешность моста зависит от пределов измерения и указывается обычно в паспорте моста.
Конструктивно мосты оформляются в виде переносных приборов; они рассчитаны на работу с собственным или наружным нуль-индикатором. При измерении малых сопротивлений на результат измерения существенное влияние оказывают сопротивления контактов и соединительных проводов, суммируемые с измеряемым сопротивлением. Для уменьшения этого влияния используют специальные способы присоединения Rx к мосту, для чего мост имеет четыре зажима:
При измерении сопротивлений от 10 до 1000000 Ом зажимы 1 и 2, а также 3 и 4 замыкаются перемычками и резистор с измеряемым сопротивлением подключается к зажимам 2 и 3. Сопротивление Rx измеряется вместе с сопротивлением проводов и контактов, при помощи которых оно подключается к зажимам 2 и 3. При измерении малых сопротивлений (тех, которые меньше 10 Ом) погрешность, вносимая соединительными проводами и контактами, может оказаться большой. Уменьшить её можно, подключив измеряемый резистор к 4 зажимам – 1 и 2 , 3 и 4. При этом перемычки между точками 1 и 2, 3 и 4 снимаются, а точки А и 4, Б и 1 соединяются между собой.
В этом случае сопротивление провода от Rx к зажиму 2 входит в плечо сопротивлением R, а сопротивление провода от Rx к зажиму 3 - в плечо сопротивлением R1. Сопротивления R и R1 значительно больше сопротивлений проводов.
При измерении весьма малых сопротивлений рассматриваемый мост имеет большие погрешности из-за низкой чувствительности. Повышение чувствительности увеличением тока питания ограничивается допустимой мощностью, рассеиваемой в плечах моста. Этого недостатка лишены двойные мосты.
Наиболее распространенной схемой, в которой влияние проводов и контактов сведено к минимуму, является схема двойного моста:
Сопротивления плеч моста обозначены через R с соответствующими индексами, а сопротивления соединительных проводов и контактов через R’1, R’2 и т.д.
Если принять сопротивления соединительных проводов и контактов входящими в значения сопротивлений, обозначенных буквами с соответствующими индексами. При равновесии моста выполняются следующие условия:
Решив эти уравнения относительно Rx найдем:
Из данного уравнения следует, что если выполнить условие R1/R2 = R3/R4, то второй член этого уравнения будет равен нулю и измеряемое сопротивление Rx можно определить из равенства:
«Двойные мосты выполняются с постоянным или переменным отношением плеч. Гальванометр в момент равновесия может быть замкнут на небольшое сопротивление, поэтому при выборе гальванометра следует предпочесть приборы с малым внешним критическим сопротивлением и возможно большей чувствительностью по напряжению. C целью расширения пределов измерения в промышленных приборах двойные мосты совмещаются с одинарными, обеспечивая широкие пределы измерений».[2]
Измерение очень больших сопротивлений
Существует несколько методов измерения больших сопротивлений. Один из них – метод непосредственного отклонения, в котором ток, протекающий через измеряемое сопротивление под воздействием известного напряжения, непосредственно определяется по чувствительному гальванометру, включенному последовательно с сопротивлением. Напряжение на сопротивлении определяется по показанию включенного параллельно сопротивлению вольтметра. Величина искомого сопротивления находится на основании закона Ома делением напряжения на величину протекающего через него тока. Отличие этого метода от метода амперметра-вольтметра заключается лишь в замене амперметра на гальванометр.
Этот же самый метод лежит в основе выпускаемых промышленностью мегаомметров с непосредственным отсчетом. Измерительный механизм в них, как правило, магнитоэлектрического типа (из за его точности, малого собственного потребления и равномерности шкалы). Для определенного рабочего напряжения прибор градуируется непосредственно в единицах сопротивления. Ввиду ограниченной чувствительности мегаомметров, рабочее напряжение мегаоммеров велико (до 2500 в).
Очень распространено измерение больших сопротивлений при помощи потенциометрических схем. Пределы измерений при этом могут быть значительно больше, а аппаратура надежнее и прочнее, чем при способе непосредственного отклонения. В большинстве промышленных мегомметров и тераомметров используется потенциометрический способ. Измеряемое Rx и образцовое Ro сопротивления образуют делитель, питаемый от стабильного источника постоянного напряжения U. Падение напряжения на образцовом сопротивлении измеряют вольтметром V с высоким входным сопротивлением. При определенном значении напряжения U каждому показанию u вольтметра соответствует вполне определенное значение измеряемого сопротивления:
Rx = (U - u)Ro/u,
и вольтметр отградуирован в единицах сопротивления.
При осуществлении потенциометрического способа измерения возникают две проблемы: изготовления стабильного образцового сопротивления и выбора высокоомного и чувствительного вольтметра. На больших пределах измерения сопротивления Ro могут быть только непроволочными. Потенциометрические схемы различаются лишь по способу измерения напряжения на образцовом сопротивлении.
Измерение сопротивления при переменном токе
Измеритель иммитанса
Измерителем иммитанса (или измерителем RLC) называют радиоизмерительный прибор, предназначенный для определения параметров полного сопротивления или полной проводимости электрической цепи. RLC в названии «измеритель RLC» составлено из широко распространённых схемных названий элементов, параметры которых может измерять данный прибор: R — Сопротивление, С — Ёмкость, L — Индуктивность.
Среди основных методов измерения параметров электрических цепей можно назвать мостовые методы и метод, связанный с использованием соотношений закона Ома на переменном токе.
Принцип действия мостовых измерителей иммитанса основан на использовании измерительного моста, для уравновешивания которого в приборе содержатся наборы образцовых активных и реактивных сопротивлений. Такие приборы могут работать только на фиксированных частотах. Реализация цифровых приборов для измерения параметров электрических цепей на основе мостовых методов сопровождается заметным усложнением их схемотехники и автоматизации процессов уравновешивания.
«Приборы, в основу которых положено использование соотношений закона Ома, проще с точки зрения схемотехнической реализации и автоматизированного получения результата измерения. Принцип измерения таких измерителей иммитанса основан на анализе прохождения тестового сигнала (обычно синусоидального) с заданной частотой через измеряемую цепь, обладающую комплексным сопротивлением. Напряжение рабочей частоты с внутреннего генератора подается на измеряемый объект. На выделенном участке цепи измеряется напряжение, ток и фазовый сдвиг между ними. Измеренные величины используются для расчёта параметров цепей».[6]
Измерительная линия
Это устройство для исследования распределения электрического поля вдоль СВЧ-линии передачи. Измерительная линия представляет собой отрезок коаксиальной линии или волновода с перемещающимся вдоль него индикатором, отмечающим узлы (пучности) электрического поля. С помощью измерительной линии исследуется распределение напряженности электромагнитного поля, из которого определяются коэффициент стоячей волны как отношение амплитуд волны в пучности и узле и фаза коэффициента отражения по смещению узла. Зная эти параметры, по круговой диаграмме полных сопротивлений можно найти полное сопротивление. Измерения производятся с использованием измерительного генератора в качестве источника сигнала. Для отсчета показаний используются, как правило, гальванометр или измеритель отношений напряжений. Измерительные линии применяются на частотах от сотен мегагерц до сотен гигагерц.
«Линия состоит из трех основных узлов: отрезка передающей линии с продольной узкой щелью, зондовой головки и каретки с механизмом для перемещения зондовой головки вдоль линии. Зондовая головка представляет собой резонатор, возбуждаемый зондом — тонкой проволокой, погруженной через щель во внутреннюю полость волновода. Глубину погружения зонда в линии регулируют специальным винтом, расположенным сверху зондовой головки. Внутри резонатора помещен полупроводниковый детектор, связанный с индикаторным прибором. При перемещении зонда вдоль линии, внутри которой имеется электромагнитное поле, в зонде наводится электродвижущая сила, пропорциональная напряженности поля в сечении расположения зонда. Эта э. д. с. возбуждает резонатор, создавая в нем электромагнитные колебания. Для уменьшения искажающего действия зонда на электромагнитное поле в линии и повышения чувствительности линии объемный резонатор зондовой головки настраивают в резонанс с частотой электромагнитных колебаний»[7].
Для измерения полного сопротивления цепи также используется устройство, называемое измерителем полных сопротивлений. Измерители полного сопротивления имеют меньшую чувствительность, чем измерительные линии, однако они имеют существенно меньшие размеры, особенно в нижней части диапазона частот. Коэффициент стоячей волны , как и в измерительных линиях, определяется из отношения показаний низкочастотного индикатора при экстремальных значениях сигнала. Импеданс исследуемого объекта находят по круговой диаграмме полных сопротивлений исходя из значений коэффициента стоячей волны и фазы коэффициента отражения.
Измерение ультрамалых сопротивлений
В профессиональной и радиолюбительской практике приходится встречаться с необходимостью измерения ультрамалого сопротивления. К числу задач, требующих измерения сопротивлений вплоть до 1 мОм с заданной точностью, относятся, например, изготовление шунтов (в том числе и для измерительных приборов), измерение переходного сопротивления контактов реле, переключателей и т. п. Аналогичная задача возникает и при необходимости отбора мощных полевых транзисторов.
В широко распространенных методах измерения последовательно с измеряемым сопротивлением Rx неизбежно включено паразитное сопротивление Rn, образованное соединительными проводами, переходным сопротивлением входных клемм или гнезд, контактных переключателей и т. п. Ввиду того что сопротивление Rn включено последовательно с Rx, омметр измеряет их суммарное значение. Конечно, для больших значений сопротивления эта ошибка невелика и ее не учитывают. Иначе обстоит дело при измерении малых значений. Несложно заметить, что для значений RX) соизмеримых с сопротивлением Rn, измерение в принципе еще возможно, хотя о точности говорить уже не приходится. Это действительно так для обычных, применяемых в аналоговых и цифровых омметрах, методов измерения сопротивления Тем не менее эта задача давно успешно решена в более сложных приборах для измерения малых значений сопротивления методом амперметра и милливольтметра.
Через измеряемое сопротивление Rx пропускают ток, регулируемый балластным резистором R6 и контролируемый амперметром РА1 Падение напряжения на Rx измеряют милливольтметром PV1. Обратите внимание - вольтметр подключен непосредственно к Rx, поэтому влияние Rn полностью исключается. При этом, правда, появляется паразитное сопротивление Rnv в цепи вольтметра, образуемое контактным сопротивлением в точках подключения вольтметра (на рисунке показаны стрелками) и сопротивлением соединительных проводов вольтметра. Однако влияние Rnv пренебрежимо мало и его можно не учитывать, поскольку условие Rv > Rnv (где Rv - входное сопротивление вольтметра) выполняется практически всегда. Действительно, минимальное значение входного сопротивления мультиметра у самых простых моделей составляет 1 МОм, а значение Rnv заведомо меньше 1 кОм. Значение Rx измеряемого сопротивления вычисляют по известной простейшей формуле Rx= U/I.
Выводы
Для измерения сопротивлений существует множество самых разнообразных методов. Все они отличаются друг от друга. И в каждом случае необходимо выбирать индивидуальный метод для измерения. Наиболее распространен метод косвенного измерения сопротивлений - это метод измерений через амперметр и вольтметр. Он применяется во множестве устройств по измерению сопротивления как постоянному, так и переменному току. Тем не менее, не всегда можно использовать обыкновенные вольтметры и амперметры для измерения напряжения и тока, поскольку они могут давать погрешность, например при измерении очень малых сопротивлений ввиду наличия сопротивления соединяющих проводов и контактов. Поэтому для грамотного измерения сопротивления важно выбрать метод, при котором погрешность измерений будет минимальна.
Список литературы
1. Грибанов Ю.И. Измерение слабых токов, зарядов и больших сопротивлений. М. – Л., Госэнергоиздат, 1962
2. Электрические измерения: Учебник для вузов / Байда Л.И., Добротворский Н.С. и др. Под ред. А.В.Фремке и Е.М.Душина. – 5-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергия. Ленинрадское отделение, 1980 г.
3.http://radioradar.net/articles/technics_measurements/measurements_ultra.html
4.http://www.sonel.ru/ru/Biblio/article/resistance-directcurrent/
5.http://ru.wikipedia.org/wiki/Омметр
6.http://ru.wikipedia.org/wiki/Измеритель_RLC
7. http://ru.wikipedia.org/wiki/Измерительная_линия
studfiles.net
Семестровая работа по метрологии на тему "Измерение сопротивления".
Электрическое сопротивление - основная электрическая характеристика проводника, величина, характеризующая противодействие электрической цепи или ее участка электрическому току. Также сопротивлением могут называть деталь (её чаще называют резистором) оказывающую электрическое сопротивление току. Электрическое сопротивление обусловлено преобразованием электрической энергии в другие виды энергии и измеряется в Омах.
Сопротивление (часто обозначается буквой R) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника и её можно определить как ...
гдеДля практического измерения сопротивлений применяют множество различных методов, в зависимости от условий измерения и характера объектов, от требуемой точности и быстроты измерений. Например различают методы для измерения сопротивления при постоянном токе и при переменном, измерение больших сопротивлений, сопротивлений малых и ультрамалых, прямые и косвенные и т.д.
Целью работы является выявление основных, наиболее часто встречающихся в практике, методов измерения сопротивлений.
Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются косвенный метод, метод непосредственной оценки, а также мостовой метод. Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности измерений. Из косвенных методов наиболее универсальным является метод амперметра-вольтметра.
Данный метод основан на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление и падения напряжения на нем. Применяют две схемы измерения: измерение больших сопротивлений (а) и измерение малых сопротивлений (б). По результатам измерения тока и напряжения определяют искомое сопротивление.
Для схемы (а) искомое сопротивление и относительную методическую погрешность можно определить по формулам: ...
где Rx - измеряемое сопротивление, а Rа - сопротивление амперметра.
Для схемы (б) искомое сопротивление и относительная методическая погрешность измерения определяются по формулам: ...
Из формулы видно, что при подсчете искомого сопротивления по приближенной формуле возникает погрешность, оттого, что при измерении токов и напряжений во второй схеме амперметр учитывает и тот ток, который проходит через вольтметр, а в первой схеме вольтметр измеряет напряжение помимо резистора еще и на амперметре.
Из определения относительных методических погрешностей следует, что измерение по схеме (а) обеспечивает меньшую погрешность при измерении больших сопротивлений, а измерение по схеме (б) - при измерении малых сопротивлений. Погрешность измерения по данному методу рассчитывается по выражению: ...
«Используемые при измерении приборы должны иметь класс точности не более 0,2. Вольтметр подключают непосредственно к измеряемому сопротивлению. Ток при измерении должен быть таким, чтобы показания отсчитывались по второй половине шкалы. В соответствии с этим выбирается и шунт, применяемый для возможности измерения тока прибором класса 0,2. Во избежание нагрева сопротивления и, соответственно, снижения точности измерений, ток в схеме измерения не должен превышать 20% номинального».[4]
Достоинство схем метода измерение амперметром и вольтметром заключается в том, что по резистору с измеряемым сопротивлением можно пропускать тот же ток, как и в условии его работы, что является важным при измерении сопротивлений, значения которых зависят от тока.
Метод непосредственной оценки предполагает измерение сопротивления постоянному току с помощью омметра. Омметром называют измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения электрических активных (активные сопротивлений также называют омическими сопротивлениями) сопротивлений. Обычно измерение производится по постоянному току, однако, в некоторых электронных омметрах возможно использование переменного тока. Разновидности омметров: мегаомметры, тераомметры, гигаомметры, миллиомметры, микроомметры, различающиеся диапазонами измеряемых сопротивлений.
По принципу действия омметры можно разделить на магнитоэлектрические - с магнитоэлектрическим измерителем или магнитоэлектрическим логометром (мегаомметры) и электронные, которые бывают аналоговые или цифровые.
«Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания. Для измерения сопротивлений от сотен Ом до нескольких мегаом измеритель и измеряемое сопротивление rx включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе и отклонение подвижной части прибора a пропорциональны: I = U/(r0 + rx), где U — напряжение источника питания; r0 — сопротивление измерителя. При малых значениях rx (до нескольких ом) измеритель и rx включают параллельно».[5]
За основу логометрических мегаомметров берется логометр, к плечам которого подключаются в разных комбинациях (в зависимости от предела измерения) образцовые внутренние резисторы и измеряемое сопротивление, показание логометра зависит от соотношения этих сопротивлений. В качестве источника высокого напряжения, необходимого для проведения таких измерений, в подобных приборах обычно используют механический индуктор — электрогенератор с ручным приводом, в некоторых мегаомметрах вместо индуктора применяется полупроводниковый преобразователь напряжения.
Принцип действия электронных омметров основан на преобразовании измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение с помощью операционного усилителя. Измеряемый резистор включается в цепь обратной связи (линейная шкала) или на вход усилителя. Цифровой омметр представляет собой измерительный мост с автоматическим уравновешиванием. Уравновешивание производится цифровым управляющим устройством методом подбора прецизионных резисторов в плечах моста, после чего измерительная информация с управляющего устройства подаётся на блок индикации.
«При измерении малых сопротивлений может возникать дополнительная погрешность из-за влияния переходного сопротивления в точках подключения. Чтобы избежать этого применяют так называемый метод четырехпроводного подключения. Сущность метода состоит в том, что используются две пары проводов — по одной паре на измеряемый объект подается ток определенной силы, с помощью другой пары с объекта на прибор подаётся падение напряжения пропорциональное силе тока и сопротивлению объекта. Провода подсоединяются к выводам измеряемого двухполюсника таким образом, чтобы каждый из токовых проводов не касался непосредственно соответствующего ему провода напряжения, при этом получается, что переходные сопротивления в местах контактов не включаются в измерительную цепь».[5]
Для измерения сопротивления на постоянном токе широко используются одинарные мосты. Одинарными мостами называют четырехплечие мосты с питанием от источника постоянного тока. Существует ряд конструкций этих приборов с различными характеристиками. Погрешность моста зависит от пределов измерения и указывается обычно в паспорте моста.
Конструктивно мосты оформляются в виде переносных приборов; они рассчитаны на работу с собственным или наружным нуль-индикатором. При измерении малых сопротивлений на результат измерения существенное влияние оказывают сопротивления контактов и соединительных проводов, суммируемые с измеряемым сопротивлением. Для уменьшения этого влияния используют специальные способы присоединения Rx к мосту, для чего мост имеет четыре зажима:
................................
................................
................................
Это устройство для исследования распределения электрического поля вдоль СВЧ-линии передачи. Измерительная линия представляет собой отрезок коаксиальной линии или волновода с перемещающимся вдоль него индикатором, отмечающим узлы (пучности) электрического поля. С помощью измерительной линии исследуется распределение напряженности электромагнитного поля, из которого определяются коэффициент стоячей волны как отношение амплитуд волны в пучности и узле и фаза коэффициента отражения по смещению узла. Зная эти параметры, по круговой диаграмме полных сопротивлений можно найти полное сопротивление. Измерения производятся с использованием измерительного генератора в качестве источника сигнала. Для отсчета показаний используются, как правило, гальванометр или измеритель отношений напряжений. Измерительные линии применяются на частотах от сотен мегагерц до сотен гигагерц.
«Линия состоит из трех основных узлов: отрезка передающей линии с продольной узкой щелью, зондовой головки и каретки с механизмом для перемещения зондовой головки вдоль линии. Зондовая головка представляет собой резонатор, возбуждаемый зондом — тонкой проволокой, погруженной через щель во внутреннюю полость волновода. Глубину погружения зонда в линии регулируют специальным винтом, расположенным сверху зондовой головки. Внутри резонатора помещен полупроводниковый детектор, связанный с индикаторным прибором. При перемещении зонда вдоль линии, внутри которой имеется электромагнитное поле, в зонде наводится электродвижущая сила, пропорциональная напряженности поля в сечении расположения зонда. Эта э. д. с. возбуждает резонатор, создавая в нем электромагнитные колебания. Для уменьшения искажающего действия зонда на электромагнитное поле в линии и повышения чувствительности линии объемный резонатор зондовой головки настраивают в резонанс с частотой электромагнитных колебаний»[7].
Для измерения полного сопротивления цепи также используется устройство, называемое измерителем полных сопротивлений. Измерители полного сопротивления имеют меньшую чувствительность, чем измерительные линии, однако они имеют существенно меньшие размеры, особенно в нижней части диапазона частот. Коэффициент стоячей волны , как и в измерительных линиях, определяется из отношения показаний низкочастотного индикатора при экстремальных значениях сигнала. Импеданс исследуемого объекта находят по круговой диаграмме полных сопротивлений исходя из значений коэффициента стоячей волны и фазы коэффициента отражения.
В профессиональной и радиолюбительской практике приходится встречаться с необходимостью измерения ультрамалого сопротивления. К числу задач, требующих измерения сопротивлений вплоть до 1 мОм с заданной точностью, относятся, например, изготовление шунтов (в том числе и для измерительных приборов), измерение переходного сопротивления контактов реле, переключателей и т. п. Аналогичная задача возникает и при необходимости отбора мощных полевых транзисторов.
В широко распространенных методах измерения последовательно с измеряемым сопротивлением Rx неизбежно включено паразитное сопротивление Rn, образованное соединительными проводами, переходным сопротивлением входных клемм или гнезд, контактных переключателей и т. п. Ввиду того что сопротивление Rn включено последовательно с Rx, омметр измеряет их суммарное значение. Конечно, для больших значений сопротивления эта ошибка невелика и ее не учитывают. Иначе обстоит дело при измерении малых значений. Несложно заметить, что для значений RX) соизмеримых с сопротивлением Rn, измерение в принципе еще возможно, хотя о точности говорить уже не приходится. Это действительно так для обычных, применяемых в аналоговых и цифровых омметрах, методов измерения сопротивления Тем не менее эта задача давно успешно решена в более сложных приборах для измерения малых значений сопротивления методом амперметра и милливольтметра.
Через измеряемое сопротивление Rx пропускают ток, регулируемый балластным резистором R6 и контролируемый амперметром РА1 Падение напряжения на Rx измеряют милливольтметром PV1. Обратите внимание - вольтметр подключен непосредственно к Rx, поэтому влияние Rn полностью исключается. При этом, правда, появляется паразитное сопротивление Rnv в цепи вольтметра, образуемое контактным сопротивлением в точках подключения вольтметра (на рисунке показаны стрелками) и сопротивлением соединительных проводов вольтметра. Однако влияние Rnv пренебрежимо мало и его можно не учитывать, поскольку условие Rv > Rnv (где Rv - входное сопротивление вольтметра) выполняется практически всегда. Действительно, минимальное значение входного сопротивления мультиметра у самых простых моделей составляет 1 МОм, а значение Rnv заведомо меньше 1 кОм. Значение Rx измеряемого сопротивления вычисляют по известной простейшей формуле Rx= U/I.
Для измерения сопротивлений существует множество самых разнообразных методов. Все они отличаются друг от друга. И в каждом случае необходимо выбирать индивидуальный метод для измерения. Наиболее распространен метод косвенного измерения сопротивлений - это метод измерений через амперметр и вольтметр. Он применяется во множестве устройств по измерению сопротивления как постоянному, так и переменному току. Тем не менее, не всегда можно использовать обыкновенные вольтметры и амперметры для измерения напряжения и тока, поскольку они могут давать погрешность, например при измерении очень малых сопротивлений ввиду наличия сопротивления соединяющих проводов и контактов. Поэтому для грамотного измерения сопротивления важно выбрать метод, при котором погрешность измерений будет минимальна.
fevt.ru
Метод дискретного счёта
Такие омметры обладают большим быстродействием и высокой точностью. Упрощённая структурная схема подобного омметра представлена на рис.2.8. Принцип действия такого омметра основан на измерении временного интервала, равного постоянной времени цепи разряда образцового конденсатора через измеряемый резистор электронно-счетным методом.
Погрешность измерений методом дискретного счета составляет 0,1 — 0,2% и зависит главным образом от нестабильности сопротивлений резисторов , или конденсатора , нестабильности частоты генератора счетных импульсов, а также неточности срабатывания устройства сравнения.
Для уменьшения погрешности дискретности (равной соответственно ) нужно увеличивать частоту следования счетных импульсов и постоянную времени цени разряда конденсатора (т. е. соответственно ). Рассмотренный метод измерения имеет высокую точность. Так, например, если при измерении сопротивлений взять = 1000 пФ и 1 МГц, то при = 1 МОм m будет равно 1000 импульсов и погрешность дискретности составит лишь ±0,1%.
Рис. 2.8
Структурная схема измерителя сопротивления, реализующая метод дискретного счёта
Рис. 2.9
Временные диаграммы, поясняющие работу схемы, приведённой на рис.2.8
Перед началом измерения конденсатор контактами реле Р подключается к источнику напряжения Е и полностью заряжается по истечении некоторого времени (рис.2.9, 0). При нажатии кнопки «Измерение» управляющее устройство переключает контакты реле Р, благодаря чему начинается разряд конденсатора через резистор . Одновременно с началом разряда конденсатора (момент t0) управляющее устройство выдает импульс (рис.2.9, 1), которым триггер переводится в положение 1 (рис.2.9, 2). При этом открывается временной селектор и на вход электронного счетчика начинают поступать импульсы для счета ( диаграммы 3, 4).
На входы сравнивающего устройства подаются: напряжение конденсатора , убывающее с постоянной времени и напряжение делителя, состоящего из резисторов и (рис.2.9 ,0), которое определяется выражением: .
В момент t1 напряжение конденсатора станет равным напряжению и сравнивающее устройство выдаст импульс (диаграмма 5), которым триггер переведется в положение 0. Временной селектор закроется. Счет импульсов прекратится (диаграммы 2, 4). За интервал времени счетчик подсчитал m импульсов, следовавших с периодом Тк (рис. 2.9, 3). Так как при , (с погрешностью ±), то (2.14)
Для удобства отсчета целесообразно выбирать параметры и таким образом, чтобы выполнялось равенство Ом/имп, где
n= 0; ± 1; ± 2; ± 3.
При получим , или . Таким образом, напряжение должно иметь определённое значение, что достигается подбором резисторов и .
В данном курсовом проекте для измерения сопротивлений я выбрал метод дискретного счёта, потому что этот метод наиболее точный, высокоскоростной (интервал измерения: ) и наиболее подходит для решения поставленной задачи.
3.Разработка структурной схемы
Рис.3.1
Структурная схема разрабатываемого устройства
Схема устройства будет состоять из следующих структурных блоков:
4.Разработка и функциональной схемы
Функциональная схема разрабатываемого устройства
В основе работы лежит метод дискретного счета. Для измерения резисторов (Rx) используется процесс разряда предварительно заряженной образцовой емкости (С0). В результате, формируемый измерительный интервал определяется постоянной времени: τ=RxC0. С изменением номинала Rx изменяется τ, а, следовательно, количество импульсов поступивших на счетчик с эталонного генератора (m= FkС0Rx) будет также изменяться.
Схема управления подключает к источнику опорного напряжения конденсатор С0, который полностью заряжается за время τ, потом она переключает конденсатор С0 на разряд через резистор Rx. Одновременно с началом разряда конденсатора микроконтроллер переводит триггер в единичное состояние, вместе с этим микроконтроллер сбрасывает показание счетчика, вследствие чего начинается поступление импульсов с выхода генератора на счетчик. С приходом каждого нового входного импульса двоичный код на выходе счётчика увеличивается - микроконтроллер считает количество импульсов. Импульсы будут поступать на счетчик до момента, когда напряжение на емкости С0 станет равным напряжению, снимаемому с делителя R1R2. В этот момент устройство сравнения выдает сигнал, который переводит триггер в нулевое состояние, вследствие чего микроконтроллер блокирует прохождение импульсов с генератора на счетчик. Микроконтроллер будет регулировать частоту в зависимости от диапазона измеряемого резистора.
Мы можем подсчитать максимальное количество импульсов, исходя из заданного диапазона работы прибора. Максимально получившееся количество импульсов не превосходит 65000, то есть не превосходит максимального числа импульсов, которое может подсчитать МК. При помощи данной формулы ,определим емкость. По заданию, диапазон измерений < 1 мОм. Возьмем Fk=60 МГц, m=1200 тогда,
5.Разработка, расчет и описание принципиальной схемы, выбор и обоснование применяемой элементной базы
5.1 Выбор источника опорного напряжения и расчет блока измерения
В качестве источника опорного напряжения я выбрал микросхему К142ЕН6А, которая обеспечивает стабильное напряжение до 15 ± 0,3 В. Её характеристики указаны в таблице 5.1.
| Uвх max, В | Uвых max, В | Uпд, В | Iвых max, А | Iпот, мА | КнU, %/В | КнI, % |
| ±30 | ±15 | 2,2/2,5 | 0,2 | 7,5 | 0,0015 | 0,2 |
Таблица 5.1
Рис. 5.1
Схема включения К142ЕН6А до получения стабилизированного напряжения ±15 В
Схема измерения
Для того чтобы интервал измерения был τ=Rx×C0, должно выполняться равенство:
Выберем резистор R2=10 Ом, тогда
Вычислим минимальный измерительный интервал
τ=Rx×C0=5×10-4×0.04=2×10-5c
Так как С0 заряжается за интервал времени равный t3=3τ3=2×10-5с, где τ3=R1C0 и имеем Ом
Вычислим мощности, которые рассеиваются на резисторах R1, R2, R3.
, следовательно
P2=I22×R2=0.562×10=3.14Вт
P3=I22×R3=0.562×17=5.33Вт
R2<<R3→P2<<P3
5.2 Выбор мультиплексора
Управление схемы сравнения будет происходить с помощью быстродействующего двухканального мультиплексора MAX301 фирмы MAXIM рис.5.2, его характеристики указаны в таблице 5.2, назначение выводов в таблице 5.2.1.
Рис. 5.2
| Сопротивление открытого канала, Ом | Питание, В | Рпот, мкВт |
| ≤ 20 | ±4,5…20 | 35 |
Таблица 5.2
| Номер | Назначение |
| 1, 8 | Выход |
| 2 – 7 | Не используется |
| 9, 16 | Вход |
| 10, 15 | Логические входы |
Таблица 5.2.1
5.3 Выбор компаратора
При выборе компаратора необходимо учитывать напряжение смещения Eсм, разность входных токов Δi, коэффициент внутреннего усиления Кu.
Основными источниками погрешностей компаратора являются: напряжение смещения Eсм, и время задержки.
Выберем компаратор К521СА4 рис.5.3. Назначение выводов и характеристики указаны в таблице 5.3 и 5.3.1.
Рис. 5.3
| Номер вывода | Назначение |
| 1 | Вход 1 |
| 2 | Вход 2 |
| 3 | -9В |
| 5 | Выход 2 |
| 6 | Земля |
| 7 | Выход 1 |
| 9 | +5В |
| 10 | +9В |
Таблица 5.3
| Ток потребления Iпот, мА: от положительного источника питания от отрицательного источника питания | <18,7 <7,5 |
| Напряжение смещения нуля Uсм, мВ | <4,0 |
| Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений Кос сф, дБ | - |
| Средний входной ток Iвх, мкА | <2,0 |
| Напряжение «1» U1вых, В | 2,5…4,5 |
| Напряжение «0» U0вых, В | 0,5…0 |
| Время задержки включения tзд, нс | <26 |
turboreferat.ru
