Электронные измерительные приборы и методы измерений

Принцип действия электронных омметров. Основные метрологические и технические характеристики цифрового омметра Щ34. Определение измеряемой величины, наименование единицы измеряемой величины в системе СИ. Условия поверки прибора и подготовка к ней.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

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.

Классификация и принцип действия:

По исполнению омметры подразделяются на щитовые, лабораторные и переносные.

По принципу действия омметры бывают магнитоэлектрические -- с магнитоэлектрическим измерителем или магнитоэлектрическим логометром (мегаомметры) и электронные -- аналоговые или цифровые.

Магнитоэлектрические омметры

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 r_x включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе и отклонение подвижной части прибора a пропорциональны:

I = U/(r₀ + r_x)

где U -- напряжение источника питания;

r₀ -- сопротивление измерителя. При малых значениях r_x (до нескольких Ом) измеритель и r_x включают параллельно.

Логометрические мегаомметры

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.

Аналоговые электронные омметры

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.

Цифровые электронные омметры

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.

Наименования и обозначения

Видовые наименования

- Микроомметр -- омметр с возможностью измерения очень малых сопротивлений (менее 1мОм);

- Миллиомметр -- омметр для измерения малых сопротивлений (единицы -- сотни миллиом);

- Мегаомметр (устар. мегомметр) -- омметр для измерения больших сопротивлений (единицы -- сотни мегаом);

- Гигаомметр-- омметр, позволяющий измерять сопротивления более 1 Гом;

- Тераомметр -- омметр для измерения очень больших сопротивлений (единицы -- сотни тераом);

- Измеритель сопротивления заземления -- специальный омметр для измерения переходных сопротивлений в устройствах заземления.

Обозначения

Омметры обозначаются либо в зависимости от системы (основного принципа действия), либо по ГОСТ 15094

- Мхх -- приборы магнитоэлектрической системы

- Фхх, Щхх -- приборы электронной системы

- Е6-хх -- измерители сопротивлений, маркировка по ГОСТ 15094

Основные нормируемые характеристики

- Диапазон измерения сопротивлений

- Допускаемая погрешность или класс точности

- напряжение на клеммах прибора.



1. Определение измеряемой величины, наименование единицы измеряемой величины в системе СИ

Электрическое сопротивление -- физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления.

Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления. Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника. Её можно рассчитать как

где R -- сопротивление;

U -- разность электрических потенциалов на концах проводника;

I -- сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.

Единицы и размерности

Размерность электрического сопротивления в СИ: dim R = L²MT ^?3I ^?2. В международной системе единиц (СИ) единицей сопротивления является Ом (?, Ohm). В системе СГС как таковой единица сопротивления не имеет специального названия, однако в её расширениях (СГСЭ, СГСМ и гауссова система единиц) используются:

- статом (в СГСЭ и гауссовой системе, 1 stat? = (10⁹ c^?2) с/см = 898 755 178 736,818 Ом (точно) = 8,98755·10¹¹ Ом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 статвольт течёт ток 1 статампер);

- абом (в СГСМ, 1 ab? = 1·10^?9 Ом = 1 наноом, равен сопротивлению проводника, через который под напряжением 1 абвольт течёт ток 1 абампер).

Размерность сопротивления в СГСЭ и гауссовой системе равна TL^?1 (то есть совпадает с размерностью обратной скорости, с/см), в СГСМ -- LT^?1 (то есть совпадает с размерностью скорости, см/с).

Обратной величиной по отношению к сопротивлению является электропроводность, единицей измерения которой в системе СИ служит сименс (1 См = 1 Ом^?1), в системе СГСЭ (и гауссовой) статсименс и в СГСМ абсименс.

Физика явления

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 ? -- удельное сопротивление вещества проводника;

l -- длина проводника;

S -- площадь сечения.

Удельное сопротивление -- скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади.

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.

Сопротивление человека

Для расчёта величины силы тока, протекающего через человека при попадании его под электрическое напряжение частотой 50 Гц, сопротивление тела человека условно принимается равным 1 кОм. Эта величина имеет малое отношение к реальному сопротивлению человеческого тела. В реальности сопротивление человека не является омическим, так как эта величина, во-первых, не линейна по отношению к приложенному напряжению, во-вторых меняется во времени, в третьих, гораздо меньше у человека, который волнуется и, следовательно, потеет и т. д.

Серьёзные поражения тканей человека наблюдаются обычно при прохождении тока силой около 100 мА. Совершенно безопасным считается ток силой до 1 мА. Удельное сопротивление тела человека весьма значительно (около 15 кОм). Поэтому опасные токи могут быть достигнуты только при значительном напряжении.

Однако при наличии сырости с...