Измерение малых сопротивлений, шунтов

Метод непосредственной оценки

Чтоб реализовать такой метод необходимо применить омметр, схема которого ниже:

Данное устройство состоит из измерительного механизма ИМ (тип механизма магнитоэлектрический), шкала которого градуируется в омах. Также существует источник питания постоянным током U и резистор добавочный R_д. К выходным зажимам А и В производят подключения измеряемого сопротивления R_X. Соответственно в цепи будет протекать ток:

Где R_Д, R_И, R_Х – добавочный резистор и сопротивления измерительного механизма и соответственно объекта, который подлежит измерению. При этом угол отклонения стрелки прибора будет равен:

Где S₁ – чувствительность токового измерителя.

Если зажимы А и В разомкнуть () , то угол отклонения стрелки прибора будет равен нулю α=0, а если их закоротить (R=0), то угол отклонения будет максимален. Поэтому у омметра шкала обратная – ноль у него справа.

Омметры довольно таки удобны в практическом применении, но они имеют довольно высокую погрешность (класс точности 2,5). Это связано с нестабильностью источника питания и неравномерностью шкалы. Дабы устранить причину неравномерности шкалы в омметрах стали использовать логометрические измерительные механизмы:

Такие приборы получили название мегомметров. Для получения источника питания в мегомметрах используют небольшие генераторы напряжением до 2500 Вольт и приводящиеся в движение вручную. В электронных же мегомметрах в качестве источника могут быть использованы батарейки или же внешний источник питания, подключаемый через специальный блок питания устройства. Мегомметры применяют для измерений больших сопротивлений, таких как сопротивление изоляции проводников. Для измерений свыше 109 Ома применяют специальные электронные устройства, которые носят название тераомметров.

Описание

1    Принцип действия измерителей.

Контролируемая цепь (измеряемое сопротивление) подключается к измерителю с помощью щупов по четырехпроводной линии связи, что позволяет исключить влияние сопротивления измерительных проводов на результат измерения. Ток, протекающий в измерительной цепи через измеряемое сопротивление, создает на нем напряжение, которое усиливается и преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП. Цифровой сигнал обрабатывается микроконтроллером, и полученное значение сопротивления отображается на цифровом индикаторе.

В измерителе исполнения 000-018.0378-00-01 результат измерения может также передаваться по интерфейсу RS-485 к другому оборудованию по поступающему на измеритель запросу.

2    Измерители сопротивлений МИС представляют собой корпус, разделенный глухой перегородкой на два отсека: отсек печатной платы и отсек питания. В отсеке печатной платы размещена плата с цифровым индикатором, микропроцессорным устройством и аналогоцифровым преобразователем. Там же размещены токоограничивающие резисторы, обеспечивающие ограничение мощности в измерительной цепи до уровня ниже 60 мВт. Отсек печатной платы залит компаундом. Пространство между цифровым индикатором и защитным стеклом смотрового окна заливается силиконовым каучуком. Герметичность отсека питания обеспечивается уплотнительной прокладкой.

В отсеке питания измерителей исполнения 000-018.0378-00 установлена литиевая батарея питания.

Измерители сопротивлений МИС исполнения 000-018.0378-00-01 отличаются от измерителей исполнения 000-018.0378-00 тем, что в отсеке питания размещена плата, на которой установлены импульсный преобразователь напряжения и приёмо-передатчик интерфейса RS-485.

Измерители сопротивлений МИС относится к взрывозащищённому оборудованию. Маркировка взрывозащиты измерителя приведена в таблице 1.

Таблица 1

Знак «Х», стоящий после маркировки взрывозащиты, означает, что измеритель сопротивлений МИС исполнения 000-018.0378-00-01 выпускается с постоянно подключенным кабелем. При использовании измерителя во взрывоопасных зонах присоединение свободного конца кабеля должно проводиться с использованием взрывозащищенных соединительных устройств.

В состав измерителя входят конструктивные элементы в соответствии с таблицей 2.

Внешний вид измерителей исполнения 000-018.0378-00 и исполнения 000-018.0378-00-01 представлены на рисунке 1 и рисунке 2. Место установки поверительного клейма указанно на рисунке 3

Для предотвращения несанкционированного доступа к внутренним частям прибора внутрь чашки крепежных винтов крышки отсека печатной платы устанавливается мастичная пломба, на которую наносится оттиск поверительного клейма (рис.3).

Описание

Принцип работы омметров основан на измерении напряжения на участке цепи при протекании через него силы постоянного электрического тока (метод амперметра-вольтметра). Измерения осуществляют по четырехпроводной схеме.

Омметры обладают следующими функциями: компаратора, проверки контакта, печати при подключении внешнего печатающего устройства по интерфейсу Centronics, подключения персонального компьютера по интерфейсам RS-232, удаленного режима работы при использовании интерфейса GB-IP (опционально), возможно хранение до 2000 результатов измерений в памяти прибора.

Омметры обеспечивают работу в режиме разбраковки изделий электронной техники по отклонению результата измерений электрического сопротивлений (в диапазоне, устанавливаемом пользователем) от установленного номинального значения.

Модификации омметров отличаются точностью измерений и разрядностью индикации. Для модели 755601 – 6 разрядов индикации, для модели 755611 – 7 разрядов индикации.

Каждая модификация оснащена четырьмя жидкокристаллическими дисплеями: установочным дисплеем, базовым дисплеем, дисплеями верхнего и нижнего пределов.

Фотографии общего вида омметров приведены на рисунках 1, 2.

Описание

Принцип действия измерителей сопротивления заземления и удельного сопротивления грунта С. А 6471 (далее – приборы) заключается в измерении сопротивлений постоянному току в двухполюсной и четырехполюсной схемах, и переменному току в двухполюсной, трёхполюсной и четырёхполюсной схемах. Приборы также могут измерять сопротивления переменному току в схеме с двумя токовыми клещами.

Приборы позволяют определять удельное сопротивления грунта методами Венера (по умолчанию) и Шлюмбергера.

Приборы содержат: генератор постоянного и переменного тока, аналоговые входные схемы, аналого-цифровые преобразователи, контроллер, дисплей, переключатель и кнопки управления, блок питания и аккумулятор.

Результаты измерений получают цифровой обработкой аналоговых входных сигналов.

Приборы имеют автоматический режим измерения (по умолчанию) и ручной, при котором возможно изменить значения параметров режима измерения.

При измерении сопротивлений в двухполюсной схеме измерений предусмотрена возможность компенсации сопротивления измерительных проводов.

При измерениях сопротивлений на дисплей выводятся значения напряжения и силы тока через объект измерения, называемые функциональными.

Приборы измеряют внешние и функциональные напряжения, силу тока и их частоту.

Если из-за паразитных сигналов при заданной частоте испытательного напряжения корректное измерение невозможно, в автоматическом режиме она изменяется автоматически. В ручном режиме на дисплее отображается надпись NOISE (шум) и частота паразитных сигналов. Для получения верного результата частоту испытательного напряжения следует изменить.

Приборы имеют регистраторы данных, содержимое памяти которых может быть выведено на дисплей или внешнее устройство.

Для связи с внешними устройствами приборы имеют изолированный интерфейс USB.

Конструктивно приборы С. А 6471 выполнены в переносных корпусах из пластика с ручкой и откидывающейся крышкой. На верхней панели размещены коммутационные гнезда, жидкокристаллический дисплей с подсветкой, поворотный переключатель режимов работы на 7 положений и 7 кнопок управления. Внутри корпуса – электронные схемы и аккумулятор.

Приборы питаются от внутренней батареи аккумуляторов с возможностью подзарядки через внешний сетевой адаптер.

Несанкционированный доступ внутрь прибора предотвращается пломбированием винта крепления на нижней стенке корпуса.

Комплектность

Описание

Измерители представляют собой переносные цифровые измерительные приборы (ЦИП).

Принцип действия измерителей основан на измерении тока, протекающего через измеряемое сопротивление, при приложении испытательного напряжения постоянного тока заданной величины. При этом входной аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму с помощью АЦП, обрабатывается и отображается в виде результата измерений на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ). Высокое испытательное напряжение формируется импульсным преобразователем из напряжения сети или батарей питания. По окончанию измерений сопротивления изоляции происходит автоматический разряд объекта измерений.

Управление процессом измерения осуществляется встроенным микропроцессором.

Приборы имеют сигнализацию о наличии напряжения в испытываемой цепи в виде индикации на ЖКИ и звукового зуммера.

Для выбора выходного напряжения в приборах используется поворотный переключатель. Запуск измерений осуществляется кнопкой.

Измерители имеют шесть диапазонов установки выходного напряжения. В пределах них может осуществляться плавная регулировка выходного напряжения. Кроме этого приборы обладают возможностью пошагового изменения выходного напряжения.

Результаты измерений отображаются на ЖКИ в цифровом виде и в виде сегментной гистограммы с логарифмической шкалой. Кроме этого, приборы могут работать в режиме регистратора данных и представлять результаты измерений в виде графика зависимости сопротивления изоляции от времени. Функция «Print Screen» позволяет сохранять графики измерений в графическом формате BMP. Для более точных и стабильных измерений приборы имеют функцию усреднения показаний (фильтр).

Результаты измерений могут быть сохранены как во внутренней памяти приборов, так и переданы на внешний ПК с помощью USB-адаптера. Для привязки результатов измерений ко времени их выполнения приборы оснащены системными часами.

Приборы снабжены функциями контроля заряда батареи питания и автоматического отключения при бездействии.

Основные узлы измерителей: измеритель тока, АЦП, микропроцессор, преобразователь напряжения, цифровой монохромный жидкокристаллический индикатор с подсветкой диагональю 5,7 дюйма и разрешением 320 на 240 точек.

Конструктивно измерители выполнены ударопрочном корпусе из полипропилена в виде кейса. На откидной крышке размещено краткое руководство по эксплуатации прибора.

На лицевой панели измерителей расположены ЖКИ, органы управления и измерительные входы. На правой боковой панели размещены разъемы питания, порта USB и крышка батарейного отсека.

Питание измерителей осуществляется от встроенной аккумуляторной батареи (12 В, 5 А-ч) или от сети питания переменного тока (100 – 240 В, 50/60 Гц).

Метод амперметра-вольтметра

Пожалуй, он самый простой для измерения средних и малых сопротивлений R.

При измерении малых R рекомендуют применять такую схему:

Потому что в данном случае I_A≈I_Rиз-за большого внутреннего сопротивления вольтметра относительно R и будет выполнено равенство I_V«I_R. При среднем значении R рекомендована такая схема:

Так как в этом случае U_V≈U_R из-за очень малого внутреннего сопротивления амперметра. Соответственно применив закон Ома получим:

Из-за наличия внутренних сопротивлений в приборах возникает погрешность, что есть основным недостатком этого метода. Но при измерении малых R сопротивление вольтметра будет равно R_V>100R, а для измерения средних R амперметра R_A

Информация по Госреестру

Пример измерения

Рассмотрим на примере как проверить сопротивление наушников. Чаще всего они присоединяются к ПК или плееру при помощи разъема miniJack. Он состоит из трех частей. Наиболее близкая к держателю – общий канал, потом идет раздельные для правого и левого каналов.

Для проверки достаточно прикоснуться одним щупом мультиметра к общему каналу, а вторым к правому и левому по очереди. Точное сопротивление указывается в техническом паспорте наушников, но чаще всего оно составляет порядка 40 Ом. Если показания сильно отличаются, значит в проводе имеется короткое замыкание. Для проверки дополнительно меряем так. Прикасаемся одним щупом к правому каналу, а вторым – к левому. В идеале сопротивление должно быть ровно вдвое больше.

Как видно, измерения сопротивления проводить довольно просто. Надо быть уверенным в исправности мультиметра и понимать значение измеряемой величины.

Описание

Конструктивно мультиметр выполнен в ударопрочном пылезащитном корпусе и представляет собой портативный цифровой прибор. Внешний вид мультиметров представлен на рисунке 1.

Принцип действия мультиметра основан на преобразовании аналоговых входных сигналов в цифровую форму быстродействующим АЦП с последующей индикацией сигналов на цифровом дисплее.

На передней панели мультиметров расположены: жидкокристаллический дисплей, четыре разъёма для подключения соединительных проводов, клавиши управления, а также переключатель режимов работы. Измеренные значения отображаются на четырехразрядном жидкокристаллическом дисплее, имеющем основную цифровую шкалу, аналоговый столбчатый индикатор (показывает какой части диапазона, в процентах, соответствует результат из-

мерения), индикаторы режимов измерения, индикаторы единиц измерения и предупреждающие индикаторы.

Схема пломбирования мультиметра от несанкционированного доступа приведена на рисунке 2. Питание мультиметров осуществляется от четырех элементов АА.

Две модели мультиметров Fluke 1577 и Fluke 1587 отличаются друг от друга фукцио-нальными возможностями и метрологическими характеристиками. Обе модели позволяют измерять напряжение и силу постоянного и переменного тока, величину электрического сопротивления, в том числе сопротивления изоляции. Модель Fluke 1587 дополнительно позволяет: измерять частоту, электрическую емкость, температуру, определять работоспособность полупроводниковых диодов, а также определять истинное среднеквадратичное значение характеристик переменного тока при искаженной форме сигнала. Различия метрологических характеристик моделей Fluke 1577 и Fluke 1587 указаны в таблицах 2 – 10. Модель Fluke 1587Т отличается от Fluke 1587 только более узкими диапазонами измерений сопротивления изоляции и применяемых при этих измерениях испытательными напряжениями (таблица 6).

Информация о поверке

осуществляется по документу МП 2202-0042-2012 «Омметры серии 3000 (модели 3143, 3151, 3157-01, 3540, 3541 RM3542, RM3542-01, 3560, 3554, 3555, 3561, ВТ3562, ВТ3562-01, ВТ3563, ВТ3563-01). Методика поверки» утвержденному ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» в феврале 2012 года.

Основные средства поверки

–    катушки электрического сопротивления Р310, Р321, Р331 (госреестр № 1162-58),

–    меры электрического сопротивления Р4013 (госреестр № 5084-75), Р4023 (госреестр № 5085-75), Р4033 (госреестр № 5086-75);

–    калибратор многофункциональный TRX-IIR (госреестр № 42789-09);

–    термостат металлоблочный Fast Cal (госреестр № 20509-06);

–    термометр сопротивления платиновый низкотемпературный образцовый ТСПН-4М (госреестр № 11567-88).

Сведения о методиках (методах) измерений приведены в руководствах эксплуатациях на омметры серии 3000 (модели 3143, 3151, 3157-01, 3540, 3541, RM3542, RM3542-01, 3560, 3554, 3555, 3561, ВТ3562, ВТ3562-01, ВТ3563, ВТ3563-01).

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к омметрам серии 3000 (модели 3143, 3151, 3157-01, 3540, 3541, RM3542, RM3542-01, 3560, 3554, 3555, 3561, ВТ3562, ВТ3562-01, ВТ3563, ВТ3563-01)

1    ГОСТ 8.028-86 Государственный первичный и государственная схема для средств измерений электрического сопротивления.

2    ГОСТ 8.027-89. ГСИ. Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств измерений электродвижущей силы и постоянного напряжения.

3    ГОСТ 22261-94. ГСИ. Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия.

4    Техническая документация изготовителя HIOKI E.E. CORPORATION, Япония.

Мостовой метод

Устройства, применяемые для реализации такого измерения, именуют измерительными мостами. Четырехплечевой или одинарный мост содержит в себе две диагонали и четыре плеча:

Мост образуют три резистора, значения которых известны – R₂, R₃, R₄ и соответственно сопротивление, значение которого необходимо измерить R_x. В одну из диагоналей моста необходимо подключить источник питания, для данного случая источник Е подключенный к зажимам a и b, а другую нулевой индикатор НИ (зажимы c и d), который выполняет роль указателя симметричности моста. Когда потенциалы в точках c и d будут равны, то отклонение в НИ протекает ток I_НИ = 0 и его отклонение тоже  равно нулю. Мост в состоянии равновесия. Будут выполнятся следующие соотношения: I₁ = I₂, I₃ = I₄, R_xI₁=R₃I₃, R₂I₂=R₄I₄. Учтя равенство токов и почленно разделив два последних уравнения получим:

Из данного выражения можем выделить искомое сопротивление:

Плечо R₂ именуют плечом сравнения, а плечами отношений R₃ и R₄ соответственно.

Методом одинарного моста измеряют только средние сопротивления. Измерять им малые и большие сопротивления не рекомендуют. Нижний предел измерений моста (единицы Ом) ограничивается влиянием сопротивлений проводов и контактов, которые подключаются в плечо ас последовательно с объектом измерения R_х. Верхний предел (105 Ом) ограничен шунтирующим действием токов утечки.

Технические характеристики

Основные метрологические и технические характеристики мультиметров приведены в таблицах 2 – 10.

Таблица 2 – Измерение напряжения постоянного тока

Таблица 3 – Измерение напряжения переменного тока

Таблица 4 – Измерение силы постоянного и переменного тока

Таблица 5 – Измерение электрического сопротивления

Таблица 6 – Измерение электрического сопротивления изоляции

Таблица 7 – Измерение электрической емкости, только Fluke 1587 и Fluke 1587T

Таблица 8 – Измерение частоты, только Fluke 1587 и Fluke 1587T

Таблица 9 – Измерение температуры с помощью термопары типа K, только Fluke 1587 и Fluke 1587T

Таблица 10 – Основные технические характеристики мультиметров

Список источников

• all-pribors.ru
• elenergi.ru
• www.kip-guide.ru
• EvoSnab.ru