Какие измерительные приборы нужны для того чтобы определить сопротивление проводника

Как устроены и работают приборы для измерения сопротивления

По своей физической природе все вещества по-разному реагируют на протекание через них электрического тока. Одни тела хорошо его пропускают и их относят к проводникам, а другие очень плохо. Это диэлектрики.

Свойства веществ противодействовать протеканию тока оценивают численным выражением — величиной электрического сопротивления. Принцип его определения предложил Георг Ом. Его именем названа единица измерения этой характеристики.

Взаимосвязь между электрическим сопротивлением вещества, приложенным к нему напряжением и протекающим электрическим током принято называть законом Ома.

Содержание статьи

Принципы измерения электрического сопротивления

Исходя из приведенной на картинке зависимости трех важнейших характеристик электричества определяют величину сопротивления. Для этого необходимо иметь:

1. источник энергии, например, батарейку или аккумулятор;

2. измерительные приборы силы тока и напряжения.

Источник напряжения через амперметр подключают к измеряемому участку, сопротивление которого необходимо определить, а вольтметром меряют падение напряжения на потребителе.

Сняв отсчет тока I амперметром и величину напряжения U вольтметром, рассчитывают значение сопротивления R по закону Ома. Этот простой принцип позволяет выполнять замеры и производить расчеты вручную. Однако, пользоваться им в таком виде сложно. Для удобства работы созданы омметры.

Конструкция простейшего омметра

Производители измерительных приборов изготавливают устройства измерения сопротивления, работающие по:

2. или цифровым технологиям.

Первый вид приборов называют стрелочными за счет способа отображения информации — перемещения стрелки относительно начального положения в точку отсчета на шкале.

Омметры стрелочного типа, как измерительные приборы сопротивлений, появились первыми и продолжают успешно работать до настоящего времени. Они есть в арсенале инструментов большинства электриков.

В конструкции этих приборов:

1. все компоненты приведенной схемы встроены в корпус;

2. источник выдает стабилизированное напряжение;

3. амперметр измеряет ток, но его шкала сразу проградуирована в единицах сопротивления, что исключает необходимость выполнения постоянных математических расчетов;

4. на внешние вывода клемм корпуса подключаются провода с концами, обеспечивающими быстрое создание электрической связи с испытуемым элементом.

Стрелочные приборы подобного класса измерения работают за счет собственной магнитоэлектрической системы. Внутри измерительной головки помещена обмотка провода, в которую подключена токопроводящая пружинка.

По этой обмотке от источника питания через измеряемое сопротивление Rx проходит ток, ограничиваемый резистором R до уровня миллиампер. Он создает магнитное поле, которое начинает взаимодействовать с полем постоянного магнита, расположенного здесь же, которое показано на схеме полюсами N—S.

Чувствительная стрелка закреплена на оси пружинки и под действием результирующей силы, сформированной от влияния этих двух магнитный полей, отклоняется на угол, пропорциональный силе протекающего тока или величине сопротивления проводника Rx.

Шкала прибора выполнена в делениях сопротивления — Омах. За счет этого положение стрелки на ней сразу указывает искомую величину.

Принцип работы цифрового омметра

В чистом виде цифровые измерители сопротивлений выпускаются для выполнения сложных работ специального назначения. Массовому потребителю сейчас доступен большой ассортимент комбинированных приборов, совмещающих в своей конструкции задачи омметра, вольтметра, амперметра и другие функции.

Для замера сопротивления необходимо перевести соответствующие переключатели в требуемый режим работы прибора и подключить измерительные концы к проверяемой схеме.

При разомкнутых контактах на табло будет индикация «I», как показано на фотографии. Оно соответствует большему значению, чем прибор может определить на заданном участке чувствительности. Ведь в этом положении он уже измеряет сопротивление воздушного участка между контактами зажимов соединительных проводов.

Когда же концы установлены на резистор или проводник, то цифровой омметр отобразит значение его сопротивления реальными цифрами.

Принцип измерения электрического сопротивления цифровым омметром тоже основан на применении закона Ома. Но, в его конструкции уже работают более современные технологии, связанные с использованием:

1. соответствующих датчиков, предназначенных для измерения тока и напряжения, которые передают информацию по цифровым технологиям;

2. микропроцессорных устройств, обрабатывающих полученные сведения от датчиков и выводящих их на табло в наглядном виде.

У каждого типа цифрового омметра могут быть свои отличительные пользовательские настройки, которые следует изучить перед работой. Иначе по незнанию можно допустить грубые ошибки, ибо подача напряжения на его вход встречается довольно часто. Она проявляется выгоранием внутренних элементов схемы.

Обычными омметрами проверяют и измеряют электрические цепи, сформированные проводами и резисторами, обладающие относительно небольшими электрическими сопротивлениями на пределах до нескольких десятков или тысяч Ом.

Измерительные мосты постоянного тока

Электрические приборы измерения сопротивления в виде омметров созданы как переносные, мобильные устройства. Ими удобно пользоваться для оценки типовых, стандартных схем или прозвонки отдельных цепей.

В лабораторных условиях, где часто нужна высокая точность и качественное соблюдение метрологических характеристик при выполнении измерений работают другие устройства — измерительные мосты постоянного тока.

Электрические схемы измерительных мостов на постоянном токе

Принцип работы таких приборов основан на сравнении сопротивлений двух плеч и создании баланса между ними. Контроль сбалансированного режима осуществляется контрольным мили- или микроамперметром по прекращению протекания тока в диагонали моста.

Когда стрелка прибора установится на ноль можно вычислить искомое сопротивление Rx по значениям эталонов R1, R2 и R3.

Схема измерительного моста может иметь возможность плавного регулирования сопротивлений эталонов в плечах или выполняться ступенчато.

Внешний вид измерительных мостов

Конструктивно такие приборы выполняются в едином заводском корпусе с возможностью удобной сборки схемы для электрической проверки. Органы управления переключения эталонов позволяют быстро выполнять измерения сопротивлений.

Омметры и мосты предназначены для измерения сопротивления проводников электрического тока, обладающих резистивным сопротивлением определенной величины.

Приборы измерения сопротивления контура заземления

Необходимость периодического контроля технического состояния контуров заземлений зданий вызвана условиями их нахождения в грунте, который вызывает коррозионные процессы металлов. Они ухудшают электрические контакты электродов с почвой, проводимость и защитные свойства по стеканию аварийных разрядов.

Принцип работы приборов этого типа тоже основан на законе Ома. Зонд контура заземления стационарно размещен в земле (точка С), за счет чего его потенциал равен нулю.

На одинаковых расстояниях от него порядка 20 метров забивают в грунт однотипные заземлители (главный и вспомогательный) так, чтобы стационарный зонд был расположен между ними. Через оба этих электрода пропускают ток от стабилизированного источника напряжения и замеряют его величину амперметром.

На участке электродов между потенциалами точек А и С вольтметром замеряют падение напряжения, вызванное протеканием тока I. Далее проводится расчет сопротивления контура делением U на I с учетом поправки на потери тока в главном заземлителе.

Если вместо амперметра и вольтметра использовать логометр с катушками тока и напряжения, то его чувствительная стрелка будет сразу указывать конечный результат в омах, избавит пользователя от рутинных вычислений.

По этому принципу работает много марок стрелочных приборов, среди которых популярны старые модели МС-0,8, М-416 и Ф-4103.

Их удачно дополняют разнообразные современные измерители сопротивлений, созданные для подобных целей с большим арсеналом дополнительных функций.

Приборы измерения удельного сопротивления грунта

С помощью только что рассмотренного класса приборов также измеряют удельное сопротивление почвы и различных сыпучих сред. Для этого их включают по другой схеме.

Электроды главного и вспомогательного заземлителя разносят на расстояние, большее 10 метров. Учитывая то, что на точность замера могут влиять близкорасположенные токопроводящие объекты, например, металлические трубопроводы, стальные башни, арматура, то к ним допустимо приближаться не меньше, чем на 20 метров.

Остальные правила измерения остаются прежними.

По такому же принципу работают приборы измерения удельного сопротивления бетона и других твердых сред. Для них применяются специальные электроды и незначительно меняется технология замера.

Как устроены мегаомметры

Обычные омметры работают от энергии батарейки или аккумулятора — источника напряжения небольшой мощности. Его энергии достаточно для того, чтобы создать слабый электрический ток, который надежно проходит через металлы, но ее мало для создания токов в диэлектриках.

По этой причине обычным омметр не может выявить большинство дефектов, возникающих в слое изоляции. Для этих целей специально создан другой тип приборов измерения сопротивлений, которые принято называть на техническом языке «Мегаомметр». Название обозначает:

мега — миллион, приставка;

Ом — единица измерения;

метр — общепринятое сокращение слова измерять.

Внешний вид

Приборы этого типа тоже бывают стрелочными и цифровыми. В качестве примера можно продемонстрировать мегаомметр марки М4100/5.

Его шкала состоит из двух поддиапазонов:

Электрическая схема

Сравнивая ее со схемой устройства обычного омметра, легко увидеть, что она работает по тем же самым принципам, основанным на применении закона Ома.

В качестве источника напряжения выступает генератор постоянного тока, ручку которого необходимо равномерно вращать с определенной скоростью порядка 120 оборотов в минуту. От этого зависит уровень высоковольтного напряжения, выдаваемого в схему. Эта величина должна пробить слой дефектов с пониженной изоляцией и создать сквозь нее ток, который отобразится перемешением стрелки по шкале.

Переключатель режима измерения МΩ—KΩ коммутирует положение групп резисторов схемы, обеспечивая работу прибора в одном из рабочих поддиапазонов.

Отличием конструкции мегаомметра от простого омметра является то, что на этом приборе используются не две выходные клеммы, подключаемые к измеряемому участку, а три: З (земля), Л (линия) и Э (экран).

Клеммами земля и линия пользуются для измерения сопротивдения изоляции токоведущих частей относительно земли или между разными фазами. Клемма экрана призвана устранить воздействие создаваемых токов утечек через изоляцию на точность работы прибора.

У большого количества мегаомметров других моделей клеммы обозначают немного по-другому: «rx», «—», «Э». Но суть работы прибора от этого не меняется, а клемма экрана используется для тех же целей.

Цифровые мегаомметры

Соврменные приборы измерения сопротивления изоляции оборудования работают по тем же принципам, что их стрелочные аналоги. Но они отличаются значительно большим количеством функций, удобством в измерениях, габаритами.

Выбирая цифровые приборы для постоянной эксплуатации следует учитывать их особенность: работу от автономного источника питания. На морозе батарейки быстро теряют работоспоосбность, требуют замены. По этой причине работа стрелочными моделями с ручным генератором остается востребованной.

Правила безопасности при работе с мегаомметрами

Минимальное напряжение, создаваемое прибором на выходных клеммах, составляет 100 вольт. Оно используется для проверки изоляции электронных блоков и чувствительной аппаратуры.

В зависимости от сложности и конструкции оборудования электрической схемы на мегаомметрах применяют другие значения напряжений вплоть дл 2,5 кВ включительно. Самыми мощными приборами можно оценивать изоляцию высоковольтного оборудования линий электропередач.

Все эти работы требуют четкого выполнения правил безопасности, а осуществлять их могут исключительно подготовленные специалисты, имеющие допуск к работам под напряжением.

Характерными опасностями, создаваемыми мегаомметрами при работе являются:

опасное высокое напряжение на выходных клеммах, измерительных проводах, подключенном электрическом оборудовании;

необходимость предотвращения действия наведенного потенциала;

создание остаточного заряда на схеме после выполнения замера.

При измерении сопротивления слоя изоляции высокое напряжение прикладывается между токоведущей частью и контуром земли или оборудованием другой фазы. На протяженных кабелях, линиях электропередачи оно заряжает емкость, образованную между разными потенциалами. Любой неумелый работник своим телом может создать путь для разряда этой емкости и получить электрическую травму.

Чтобы исключить такие несчастные ситуации перед выполнением замера мегаомметром проверяют отсутствие опасного потенциала на схеме и снимают его после работы с прибором по специальной методике.

Омметры, мегаомметры и рассмотренные выше измерители работают на постоянном токе, определяют только резистивное сопротивление.

Приборы измерения сопротивления в цепях переменного тока

Наличие большого количества различных индуктивных и емкостных потребителей как в бытовых домашних электросетях, так и на производстве, включая предприятия энергетики, создает дополнительные потери энергии за счет реактивной составляющей полного электрического сопротивления. Отсюда возникает необходимость ее полного учета и выполнения специфических измерений.

Приборы для измерения сопротивления петли фаза-ноль

Когда в электрической проводке происходит неисправность, приводящая к закорачиванию потенциала фазы на ноль, то образуется цепь, по которой идет ток короткого замыкания. На его величину влияет сопротивление участка электропроводки от места КЗ до источника напряжения. Оно определяет величину аварийного тока, который должен отключаться автоматическими выключателями.

Поэтому сопротивление петли фаза-ноль необходимо выполнять на самой удаленной точке и с его учетом подбирать номиналы защитных автоматов.

Для выполнения подобных замеров разработано несколько методик, основанных на:

падении напряжения при: отключенной цепи и на сопротивлении нагрузки;

коротком замыкании с пониженными токами от постороннего источника.

Замер на нагрузочном сопротивлении, встроенном в прибор, отличается точностью и удобством. Для его выполнения концы прибора вставляют в самую отдалённую от защит розетку.

Нелишним бывает выполнение измерений во всех розетках. Современные измерители, работающие по этому методу, сразу показывают сопротивление петли фаза-ноль на своем табло.

Все рассмотренные приборы представляют только часть устройств для измерения сопротивления. На предприятиях энергетики работают целые измерительные комплексы, позволяющие постоянно анализировать изменяющиеся величины электрических параметров на сложном высоковольтном оборудовании и принимать экстренные меры для устранения возникающих неисправностей.

Какие измерительные приборы нужны для того чтобы определить сопротивление проводника?

Какие приборы способны измерить сопротивление элементов электрической цепи?

Авометр – это стрелочный многофункциональный прибор, который в одном корпусе объединяет три прибора для измерения основных электрических величин: амперметр – измеряет силу тока, вольтметр – измеряет напряжение и омметр – измеряет сопротивление.

Как измерить сопротивление омметром?

Для того чтоб воспользоваться измерением Ом, установите ползунок на приборе в положение, которое соответствует минимальному измерению величины сопротивления. Прежде чем проводить измерения, проверьте прибор на работоспособность. Для этого следует соединить концы щупов между собой.

Какие приборы используются для измерения сопротивления диэлектриков?

Для измерения таких больших величин сопротивления диэлектриков существуют специальные измерительные приборы – электрометры и используются они благодаря их способности измерять малые токи.

Каким прибором можно измерить сопротивление?

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.

В чем суть мостового измерения сопротивления?

Принцип действия мостовой схемы основан на том, что при равенстве отношений полных сопротивлений в плечах моста Za/Zb = Zх/Zd в диагонали моста (в индикаторном устройстве) нет тока. . Мостовые измерения осуществляются с помощью измерит, мостов (мостовых установок), относящихся к категории приборов сравнения.

Что означает вольтметр?

Вольтметр (вольт + греч. μετρεω «измеряю») — электроизмерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Идеальный вольтметр должен обладать бесконечно большим внутренним сопротивлением.

Как измерить сопротивление цепи?

Сопротивление измеряется в омах (Ом): 1 Ом = 1 В (вольт, напряжение) / 1 А (ампер, сила тока). Сопротивление измеряют при помощи омметра или цифрового или аналогового мультиметра.

Как измерить сопротивление в цепи?

В составе любого многофункционального тестера – мультиметра есть омметр. Омметр представляет собой измерительный прибор, с помощью которого можно измерить электрические сопротивление цепи, участка электронной схемы, определить номинальное сопротивление резистора.

Как правильно измерить сопротивление заземления?

Чтобы измерить сопротивление методом амперметра-вольтметра необходимо воспользоваться законом Ома. Итак, по формуле R=U/I находим сопротивление контура заземления. Такой метод хорошо подходит для измерений в частном доме. Чтобы получить нужный измерительный ток можно воспользоваться сварочным трансформатором.

Какие приборы используются для измерения сопротивления изоляции?

Мегаомметры (INSULATION TESTERS) — приборы для измерения сопротивления изоляции кабелей Мегомметр, мегаомметр (от мегаом и -метр) — прибор для измерения больших значений сопротивлений. Отличается от омметра тем, что измерение сопротивления производятся на высоких напряжениях, которые прибор сам и генерирует.

Какие приборы используются для измерения?

• Автомобильный тестер
• Акселерометр
• Амперметр
• Анализатор вибраций
• Анализатор мощности
• Анемометр
• Барометр
• Блескомер

Какие обычные измерители используются для измерения значений в цепи?

В электрических измерениях используются основные единицы системы СИ: вольт (В), ом (Ом), фарада (Ф), генри (Г), ампер (А) и секунда (с). Электрическое измерение – это нахождение (экспериментальными методами) значения физической величины, выраженного в соответствующих единицах (например, 3 А, 4 В).

Какой прибор измеряет электрическое сопротивление?

Омметры и мосты предназначены для измерения сопротивления проводников электрического тока, обладающих резистивным сопротивлением определенной величины.

Каким прибором можно измерить величину тягового сопротивления прицепной машины?

Величина тягового сопротивления замеря- ется динамометром, устанавливаемым между трактором и тележкой. В качестве загрузочного устройства можно применять также обычные дизельные тракторы или автомобили, используя дизель как компрессор (рисунок 1).

Каким прибором можно измерить силу тока?

Для измерения силы тока используют специальный прибор — амперметр (для приборов, предназначенных для измерения малых токов, также используются названия миллиамперметр, микроамперметр, гальванометр). Его включают в разрыв цепи в том месте, где нужно измерить силу тока.

Добавочное сопротивление. Область применения, расчет.

Постоянные резисторы — это элементы, без которых не обходится ни одна электронная система. Резисторы различаются между собой по мощности и сопротивлению.

Мощность резистора можно определить визуально по его размерам. Резисторы большой мощности обладают большим размером, чем маломощные резисторы.

Сопротивление же резистора не влияет на его размер. Резисторы одной мощности с разным сопротивлением имеют одинаковый размер. Поэтому для определения сопротивления резистора используются другие способы.

Что происходит в проводнике, когда по нему идет ток?

Бывают ситуации, когда материал, который обладает проводящей способностью, оказывается между двумя полюсами электрического поля: положительным и отрицательным. И тогда по нему идет электрический ток. Это проявляется в том, что свободные электроны начинают направленное движение. Поскольку они имеют отрицательный заряд, то их перемещение осуществляется в одну сторону — к плюсу. Интересно, что за направление электрического тока принято указывать другое — от плюса к минусу.

Во время движения электроны ударяются об атомы вещества и передают им часть своей энергии. Этим объясняется то, что включенный в сеть проводник нагревается. А сами электроны замедляют свое движение. Но электрическое поле их снова ускоряет, поэтому они вновь устремляются к плюсу. Этот процесс происходит бесконечно, пока вокруг проводника имеется электрическое поле. Получается, что именно электроны испытывают сопротивление электрического тока. То есть чем больше препятствий они встречают, тем выше значение этой величины.

Чем измеряется сопротивление

Прибор для измерения сопротивления электрического называется Омметр, он подключается к проводнику с включенным питанием и автоматически замеряет показатели сопротивления. Как правило, при измерении сопротивления прибор преобразует переменный ток в постоянный и только после этого выполняет остальные действия. Для профессионального использования часто применяются многофункциональные инструменты, в набор которых входят сразу несколько приборов, замеряющих напряжение, силу тока и сопротивление материала.

Омметр

Также существует классификация диагностических приборов по критерию мобильности. На основании такого показателя бывают:

1. Стационарные омметры – часто используются в лабораториях или в укомплектованных электрических шкафах, с многочисленным оборудованием. Такие приборы показывают данные постоянно и могут быть подключены к аварийной сигнализации, которая оповестит обслуживающий персонал об угрозе безопасности;
2. Мобильные комплексы или инструменты – чаще всего используются при проведении ремонтных или монтажных работ на линии для определения класса проводника и его целостности.

Несмотря на кажущуюся простоту, данный прибор требует внимательности и соблюдения правил безопасности при его использовании. Так как все действия осуществляются на рабочей сети, то необходимо внимательно изучить инструкцию по эксплуатации инструмента и не пытаться подключить его с нарушением схемы.

Что такое электрическое сопротивление?

Ему можно дать определение исходя из двух позиций. Первая связана с формулой для закона Ома. И звучит оно так: электрическое сопротивление — это физическая величина, которая определяется как отношение напряжения в проводнике к силе тока, протекающего в нем. Математическая запись приведена немного ниже.

Вторая основывается на свойствах тела. Электрическое сопротивление проводника — это физическая величина, которая указывает на свойство тела преобразовывать энергию электричества в тепло. Оба этих утверждения верны. Только в школьном курсе чаще всего останавливаются на запоминании первого. Обозначается изучаемая величина буквой R. Единицы, в которых измеряется электрическое сопротивление, — Ом.

Что потребуют органы контроля?

Органы государственного контроля, в частности пожарная инспекция, могут потребовать протоколы измерения сопротивления изоляции. В них содержится информация о полученных данных, условиях, при которых проведено испытание, приборе, исполнителе. Поэтому подобную работу можно доверить только организации, у которой есть разрешение на выполнение подобных исследований. Если замеры сделает обычный электрик, протокол не будет иметь силы.

Хорошо, если работник организации умеет выполнять подобную работу. Контроль сопротивления изоляции стоит осуществлять для себя, чтобы быть уверенным в качестве используемых проводников, их безопасности для имущества и окружающих.

По каким формулам его можно найти?

Самая известная вытекает из закона Ома для участка цепи. Она объединяет электрический ток, напряжение, сопротивление. Выглядит так:

Это формула под номером 1. Вторая учитывает то, что сопротивление зависит от параметров проводника: Эта формула имеет номер 2. В ней введены такие обозначения:

Величина	Буква	Единицы измерения
Удельное сопротивление	ρ	Ом * м
Длина проводника	l	м
Площадь, которую имеет поперечное сечение	S	м2

Удельное электрическое сопротивление — это физическая величина, которая равна сопротивлению материала длиной в 1 м и с площадью сечения в 1 м2.

В таблице указана системная единица измерения удельного сопротивления. В реальных ситуациях не бывает такого, чтобы сечение измерялось в квадратных метрах. Почти всегда это квадратные миллиметры. Поэтому и удельное электрическое сопротивление удобнее брать в Ом * мм2 / м, а площадь подставлять в мм2.

Добавочное сопротивление. Область применения, расчет.

Добавочное сопротивление используется для расширения приделов измерения вольтметров. Вольтметр это прибор, применяемый для измерения напряжения в различных точках цепи. Номинальное напряжение, на который рассчитан вольтметр у разных приборов разное. Но иногда возникает ситуация когда прибор рассчитанный на измерение допустим милливольт а нам необходимо измерять киловольты. Основная часть любого вольтметра это его измерительная головка. Это некоторый электромеханический прибор, который преобразует ток, проходящий через него в угол отклонение стрелки. При этом шкала проградуирована в измеряемых значениях. В нашем случае в вольтах. В цифровых измерительных приборах такого, конечно, нет, там мы видим цифровое табло, на котором выводятся результаты. Но методика расширения диапазона измерительной части остается прежней. Угол поворота стрелки зависит от тока, протекающего через прибор. Так как сопротивление прибора неизменно то в итоге угол отклонения зависит от напряжения на выводах прибора. Эти выводы необходимо подключить параллельно измеряемому участку цепи. В таком случае вольтметр должен обладать достаточно большим внутренним сопротивлением, чтобы не вносить искажения в работу цепи.

Рисунок 1 — схема подключения вольтметра к участку цепи

На практике сопротивление измерителя должно отличатся хотя бы в 100 раз от сопротивления цепи. Тогда погрешность вносимая прибором будет составлять всего лишь один процент. Все измерительные головки, как правило, уже обладают высоким внутренним сопротивлением. А так как мы решили расширить приделы измерения путем введения добавочного сопротивления, которое включается последовательно с прибором, то о вносимой погрешности можно не беспокоиться.

Рисунок 2 — подключение вольтметра к цепи через добавочное сопротивление

Добавочное сопротивление изготавливается из материала, у которого стабильный температурный коэффициент сопротивления. То есть при нагревании такого материала его удельное сопротивление не должно изменяться. Иначе во время измерений вследствие нагревания такого сопротивления при прохождении тока через него или от внешней среды погрешность прибора изменятся. Как правило, в качестве такого материала используют манганин не путать с маргарином. То есть теперь не сама измерительная головка подсоединяется к участку цепи, а наш вольтметр в целом. Внутри которого эта самая головка соединена последовательно с добавочным резистором. Теперь необходимо рассчитать сопротивление этого резистора, чтобы знать цену деления вольтметра. Для этого сначала нужно определить множитель добавочного сопротивления. Множитель добавочного сопротивления это отношение, которое показывает во сколько раз то напряжение, которое присутствует на выводах вольтметра больше напряжения поступающего на измерительную головку.

Формула 1 — множитель добавочного сопротивления

Ну а зная этот множитель легко определить и величину добавочного сопротивления

Формула 2 — добавочное сопротивление

Как правило, переносные измерительные приборы снабжаются не одним, а несколькими добавочными сопротивлениями. Таким образом, у них появляются некоторые диапазоны измерений. Это делается для того чтобы повысить универсальность вольтметра чтобы одним прибором можно было измерять значения напряжения в различных цепях.

От чего и как зависит сопротивление?

Во-первых, от вещества, из которого изготовлен проводник. Чем больше значение, которое имеет удельное электрическое сопротивление, тем хуже он будет проводить ток.

Во-вторых, от длины провода. И здесь зависимость прямая. С увеличением длины сопротивление возрастает.

В-третьих, от толщины. Чем толще проводник, тем меньше у него сопротивление.

И наконец, в-четвертых, от температуры проводника. И здесь все не так однозначно. Если речь идет о металлах, то их электрическое сопротивление возрастает по мере нагревания. Исключение составляют некоторые специальные сплавы — их сопротивление практически не изменяется при нагревании. К ним относятся: константан, никелин и манганин. Когда же нагреваются жидкости, то их сопротивление уменьшается.

Используемые материалы

Формула силы тока

Все известные металлы обладают большей или меньшей устойчивостью к прохождению тока, включая лучшие проводники. Наименьшей сопротивляемостью обладают золото и серебро, но они дорогие, поэтому самый часто используемый материал – медь, имеющая высокую электропроводность. В меньших масштабах применяется алюминий.

Наибольшая устойчивость к прохождению тока у нихромной проволоки (сплав никеля (80%) и хрома (20%)). Она широко применяется в резисторах.

Другим широко используемым резисторным материалом является уголь. Из него фиксированные сопротивления и реостаты изготавливаются для использования в электронных схемах. Фиксированные резисторы и потенциометры применяются для регулирования значений тока и напряжения, например, при контроле громкости и тона аудиоусилителей.

Какие существуют резисторы?

Это элемент, который включается в электрическую цепь. Он имеет вполне конкретное сопротивление. Именно это и используется в схемах. Принято разделять резисторы на два вида: постоянные и переменные. Их название связано с тем, можно ли изменить их сопротивление. Первые — постоянные — не позволяют каким-либо образом изменить номинальное значение сопротивления. Оно остается неизменным. Вторые — переменные — дают возможность производить регулировку, изменяя сопротивление в зависимости от потребностей конкретной схемы. В радиоэлектронике выделяют еще один вид — подстроечные. Их сопротивление изменяется только в тот момент, когда нужно настроить прибор, а потом остается постоянным.

Обзор типов и материалов резисторов

Резисторы могут быть разделены по типу конструкции, а также материалу, из которого они изготовлены.

Существует несколько типов резисторов:

• Постоянные резисторы;
• Переменные резисторы, такие как: потенциометры, реостаты, подстроечные резисторы;
• Термисторы ( NTC и PTC ), у которых изменение сопротивления происходит из-за изменения внешней температуры;
• Фоторезистор (LDR), изменение сопротивления вследствие изменения освещения фоторезистора;
• Варистор (VDR), изменение сопротивления по причине меняющегося напряжения;
• Магниторезистор (MDR), изменение сопротивления в результате меняющегося магнитного поля;
• Тензорезистор, изменение сопротивления в результате механической деформации.

Для каждого из вышеперечисленных типов резисторов в принципиальных схемах имеется свое обозначение.

Еще одна классификация резисторов: по типу материала, из которого они изготовлены:

• композиционный резистор на основе углерода;
• пленочный резистор на основе углерода;
• пленочный резистор на основе оксида металла;
• металлопленочный резистор;
• проволочный резистор;
• фольгированный резистор.

Для каждого конкретного случая используют тот или иной тип материала. Зачастую это компромисс между затратами на производство, точность и другими необходимыми условиями.

Резисторы на основе углерода являются морально устаревшими и обладают достаточно большим процентом отклонением, но они до сих пор используется в определенных устройствах, где протекают импульсы высокого напряжения. Они изготовлены из смеси графитового порошка и неэлектропроводного наполнителя, как правило, керамики.

Резисторы, изготовленные на основе углеродной пленки, имеют более высокую точность, по сравнению с углеродными резисторами. Они изготовлены из керамического основания (цилиндра), на которое нанесена тонкая углеродная пленка. Этот углеродный слой протравливают, в результате чего получается спираль, от толщины которой зависит величина сопротивления конкретного резистора.

Металлопленочные резисторы и резисторы на основе оксида металлов, на сегодняшний день, обладают лучшими показателями стабильности и точности. Кроме того, они менее подвержены влиянию температурных изменений. По технологии изготовления они схожи с резисторами на основе углеродной пленки. Резисторы на метало-оксидной пленке, как правило, более долговечны.

Проволочные резисторы, наверно, самый старый тип резистора, который может быть использован как для схем, где требуются сопротивления высокой точности, так и для схем высокой мощности. Они изготавливаются путем намотки на керамическое основание специальной металлической проволоки.

Обычно это металлы или их сплавы с высоким удельным сопротивлением, такие как манганин, нихром или константан. Они долговечны, точны и могут иметь очень низкое значение сопротивления. Недостатком их является то, что они имеют паразитную индуктивность на высоких частотах.

Если необходим резистор с очень высокой точностью и стабильностью, то используют металлический фольгированный резистор. Они изготавливаются путем цементирования самой металлической фольги с керамической подложкой.

Для чего существует изоляция и зачем ее нужно измерять?

Ее назначение — обеспечение электрической безопасности. Электрическое сопротивление изоляции является главной характеристикой. Оно не позволяет протекать через тело человека опасному значению тока.

Выделяют четыре вида изоляции:

• рабочая — ее назначение в том, чтобы обеспечить нормальное функционирование оборудования, поэтому она не всегда обладает достаточным уровнем защиты человека;
• дополнительная является дополнением к первому виду и защищает людей;
• двойная объединяет два первых вида изоляции;
• усиленная, которая представляет собой усовершенствованный вид рабочей, она так же надежна, как дополнительная.

Все устройства, которые имеют бытовое назначение, обязаны быть оборудованы двойной или усиленной изоляцией. Причем она должна обладать такими характеристиками, чтобы выдерживать любые механические, электрические и тепловые нагрузки.

С течением времени изоляция стареет, и ее параметры ухудшаются. Этим объясняется то, что она требует регулярного профилактического осмотра. Его целью является устранение дефектов, а также измерение ее активного сопротивления. Для этого используется специальный прибор — мегаомметр.

Импеданс

Формула напряжения тока

Импеданс – более общий термин сопротивления, который учитывает реактивную нагрузку. Расчет сопротивления в контуре переменного тока заключается в вычислении импеданса.

В то время, как резистор создает активное сопротивление для решения определенных задач, реактивная составляющая является неудачным побочным продуктом некоторых компонентов электроцепи.

Измерение сопротивления

При изготовлении, монтаже и эксплуатации электротехнических и радиотехнических устройств и установок необходимо изменять электрическое сопротивление.

В практике для измерения сопротивлений применяют различные методы в зависимости от характера объектов и условий измерения (например твердые и жидкие проводники, заземлители, электроизоляция); от требований к точности и быстроте изменения; от величины измеряемых сопротивлений.

Методы измерения малых сопротивлений существенно отлича­йся от методов измерения больших сопротивлений, так как в первом случае надо принимать меры для исключения влияния на ре­зультаты измерений сопротивления соединительных проводов, пе­реходных контактов.

Далее рассмотрим только те методы, которые в практике применяют наиболее часто.

Измерительные механизмы омметров. Для прямого измерения сопротивлений применяют магнитоэлектрические измерительные механизмы одно- и двухрамочные.

Однорамочный механизм, можно ис­пользовать для измерения сопротивлений. С этой целью в прибор вводят добавочный резистор с постоянным сопротивлением R_д и снабжают его источником питания (например, батареей сухих элементов). Измеряемое сопротивление R_x включается с измери­телем последовательно (рис. 6.16) или параллельно.

При последовательном соединении ток в измерителе I=U/(R_и+R_д+R_x) где R_и — сопротивление измерителя; U — на­пряжение источника питания.

Учитывая формулу (6.2), находим, что угол отклонения стрел­ки прибора при U = const зависит только от величины измеряемо­го сопротивления R_x:

Если шкалу отградуировать по этому выражению в единицах сопротивления, то прибор будет омметром. Напряжение сухих эле­ментов со временем уменьшается, поэтому в измерения вносится ошибка, тем большая, чем больше действительное напряжение от­личается от того напряжения, при котором была градуирована шкала.

Ошибка от непостоянства напряжения питающего источника не возникает, если измерительный механизм имеет две обмотки, расположенные на общей оси под некоторым углом друг к другу (рис. 6.17).

В двухрамочном измерительном механизме, который называют логометром, нет противодействующих пружин, вращающий и про­тиводействующий моменты создаются электромагнитными сила­ми. Поэтому при отсутствии тока в обмотках хорошо уравно­вешенная подвижная часть прибора находится в безразлич­ном равновесии (стрелка останавливается у любого деления шка­лы)- Когда в катушках есть ток, на подвижную часть действуют два электромагнитных момента, направленные в противополож­ные стороны.

Магнитная цепь измерительного механизма устроена так, что магнитная индукция вдоль воздушного зазора распределена неравномерно, но с таким расчетом, что при повороте подвижной части в любую сторону вращающий момент уменьшается, а проти­водействующий момент увеличивается (в зависимости от направ­ления поворота роль моментов меняется).

Подвижная часть останавливается при M_1Bp = M_2ap или N₁ SB₁I_1к=N₂ SB_2кI_2к . Отсюда следует, что поло­жение стрелки на шкале зависит от отношения токов в обмотках, т.е. α=f (I_1k/I_2k), но не зависит от напряжения питающего источника.

На схеме рис. 6.17 видно, что измеряемое сопротивление R_x входит в цепь одной из катушек логометра, поэтому ток в ней, а так­же отклонение стрелки прибора однозначно зависит от значения R_x.

Используя эту зависимость, шкалу градуируют в единицах со­противления и тогда прибор, является омметром. Омметры для из­мерения сопротивления изоляции снабжают источником питания с напряжением до 1000 В, чтобы измерение проводить при напря­жении, примерно равном рабочему напряжению установки. Таким источником может быть встроенный магнитоэлектрический генератор с ручным приводом или трансформатор с выпрямите­лем, включаемый в сеть переменного тока.

Омметры, рассчитанные на измерения больших сопротивлений (больше 1 МОм), называют мегомметрами.

Косвенные методы измерения сопротивлений. Сопротивление резистора или другого элемента электрической цепи можно определить по показаниям вольтметра и амперметра (при постоян­ном токе), применяя закон Ома: R_X=U/I (схемы рис. 6.18, а, б). По схеме на рис. 6.19 определяют сопротивление R_x по показаниям одного вольтметра. В положении 1 переключателя П вольтметр из­меряет напряжение сети U, а в положении 2 — напряжение на за­жимах вольтметра U_в. В последнем случае U_B/R_B = U_x/R_x. Отсюда

Косвенные методы применяют для измерения средних сопротивле­ний, а одним вольтметром измеряют также большие сопротивле­ния. Точность этих методов значительно зависит от соотношения величин измеряемого сопротивления R_x и внутренних сопротивле­ний амперметра (R_a) и вольтметра (R_B). Результаты измерения можно считать удовлетворительными по точности, если выполняются условия: R_x≥100R_а (см. схему рис. 6.18, а); R_x≤R_в/100 (см. схему рис. 6.18, 6); R_X≤R_B (см. схему рис. 6.19).

Методы и приборы сравнения. Для измерения малых и средних сопротивлений применяют метод сравнения измеряемого сопротивления R_x с образцовым R_o. Эти два сопротивления на схе­ме рис. 6.20 соединены последовательно, поэтому ток в них один и тот же. Величину его регулируют с помощью резистора R_p, так, чтобы она не превышала допустимого тока для сопротивлений Rх и Ro U_x/R_x=Uo/Ro- Отсюда R_X = R_O U_X/U₀. Неизвестные падения напряжения U_x и Uo измеряют вольтметром или потенциометром. Результаты измерения получаются более точными, если сопротив­ления R_x и Ro одного порядка, а сопротивление вольтметра доста­точно велико, так что присоединение его не влияет на режим основ­ной цепи.

При измерении малых сопротивлений этим методом вольтметр подключают с помощью потенциальных зажимов, которые позволяют исключить сопротивления контактов основной цепи из результатов измерения.

Средние и большие сопротивления можно измерить методом замещения (рис. 6.21). Амперметром А измеряют ток, устанав­ливая переключатель П в положение 1, а затем 2. Напряжение на входных зажимах схемы одинаково, поэтому U — I_xR_x = IoRo. Отсюда R_x = R_oI_o/I_x

При измерении больших сопротивлений амперметр заменяют гальванометром с шунтом, чем значительно повышают точность измерения.

Наиболее точные результаты при измерении сопротивлений дают мостовые схемы, которые в практике применяют в различ­ных вариантах в зависимости от величин измеряемых сопротив­лений и требуемой точности измерения.

Чаще других можно встретить прибор, построенный по схеме (рис. 6.22), который в практике называют «одинарным мостом». В данном случае в мостовую схему входят сопротивления R₁;R₂;R;R_x, которые образуют замкнутый контур. А, Б, В, Г из четырех ветвей (их называют «плечами моста»).

В одну диагональ схемы включен источник постоянного тока, в другую — гальванометр с двусторонней шкалой (нуль в середи­не шкалы).

Предположим, что при некотором сопротивлении R_x другие сопротивления подобраны так, что ток в измерительной диагона­ли I_г = 0, т. е. потенциалы V_Б и V_r одинаковы при замкнутых выключателях K₁ и К₂. В этом случае I₁=I₂;I_x=I;I₁R₁=I_xR_x;I₂R₂=IR.

Используя эти равенства, нетрудно получить выражение для измеряемого сопротивления R_X = RR₁/R₂. Если сопротивления R₁ и R₂ одинаковые по величине, то R_X = R. В приборе промышленного изготовления R — это набор резисторов (магазин сопротивле­ний), составленный по декадному принципу. На верхней крышке расположены переключатели, с помощью которых можно набрать в известных пределах любую величину сопротивления с точно­стью, которая определяется самой малой ступенью изменения сопротивления.

Для расширения пределов измерения величины R₁ и R₂ подби­рают так, чтобы их отношение можно было изменить тоже по десятичной системе (например, R/R₂= 100; 10; 1; 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001).

Одинарные мосты применяют в основном для измерения сред­них сопротивлений. При измерении малых сопротивлений измеря­емый элемент включают по особой схеме или применяют специ­альные мосты, предназначенные для этой цели.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Общие сведения

Электрические машины, действия которых основаны на электромагнитных явлениях и которые служат для преобразования механической энергии и электрическую, называют электромашинными генераторами, а преобразующие электрическую энергию в механическую — электродвигателями. Применяют также электри­ческие машины для преобразования электрической энергии одних параметров в другие, которые называют преобразователями. Пре­образовываться могут: род тока, частота, напряжение, число фаз и другие параметры электроэнергии.

Электрические генераторы приводятся во вращение паровыми и водяными турбинами, двигателями внутреннего сгорания и др. Электродвигатели служат для приведения в действие станков, раз­личных машин, транспортного оборудования и др.

К электрическим машинам относят трансформаторы — стати­ческие аппараты, не имеющие движущихся частей, но по своему устройству и принципу действия, имеющие много общего с элект­рическими машинами.

Электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. могут работать генератором. Если их вращать каким-либо двигате­лем или подводить к ним электроэнергию, они могут использо­ваться как электродвигатели. Однако при проектировании элект­ромашин учитывают требования, предъявляемые особенностями их работы генератором или электродвигателем.

Электрические машины подразделяются на машины перемен­ного и постоянного тока.

Электрические машины переменного тока разделяют на синх­ронные, асинхронные, коллекторные.

Наибольшее применение имеют синхронные генераторы пере­менного трехфазного тока и трехфазные асинхронные электродви­гатели. Коллекторные электродвигатели переменного тока имеют ограниченное применение вследствие сложности устройства, об­служивания и более высокой стоимости. Основным их преимуще­ством является возможность регулирования скорости вращения в широких пределах, что затруднительно в асинхронных двигателях.

Электрические машины постоянного тока представляют собой со­четание машин переменного тока с механическим выпрямителем-коллектором, являющимся неотъемлемой частью этих машин. С по­мощью коллектора переменный ток преобразуется в постоянный.

Электрические машины постоянного тока имеют ограничен­ную область применения вследствие более высокой стоимости этих машин и сложности их эксплуатации, по сравнению с машинами переменного тока.

Трансформаторы

Трансформатором называется устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока одной величины в напряжение переменного тока другой величины.

Простейший трансформатор (рис. 2.1) состоит из замкнутого сердечника, набранного из отдельных, изолированных друг от друга листов трансформаторной стали. На сердечнике размещаются об­мотки. Обмотка, которая подключается к источнику переменного тока, называется первичной. Обмотка, к которой присоединяют нагрузку, называется вторичной.

Переменный ток, протекая по первичной обмотке, создает магнитный поток Ф. Он пронизывает все обмотки одновременно и в каждой из них индуктирует перемеренную ЭДС, величина которой пропорциональна числу витков в обмотке. Чем больше витков, тем больше ЭДС:

где Е _<— ЭДС первичной обмотки (ЭДС самоиндукции); Е₂ — ЭДС вторичной обмотки (ЭДС взаимоиндукции); ₁, и ₂ — число вит­ков в первичной и вторичной обмотках.

Пренебрегая падением напряжения внутри обмоток, можно считать, что при отключенной нагрузке (холостом ходе) индукти­

тогда

руемые ЭДС в обмотках равны напряжениям, действующим на первичной и вторичной обмотках:

где U₁ и U₂ — напряжения на первичной и вторичной обмотках.

Следовательно, напряжение на вторичной обмотке тем боль­ше, чем больше она имеет число витков. Отношение напряжения

на зажимах первичной обмотки к напряжению на вторичной об­мотке называется коэффициентом трансформации К:

Трансформатор называется понижающим, если напряжение на вторичной обмотке меньше, чем напряжение на первичной об­мотке (К>1).

Трансформатор называется повышающим, если напряжение на вторичной обмотке больше, чем напряжение на первичной об­мотке (К<1).

При подключении потребителя по вторичной обмотке потечет ток I₂, который создаст магнитный поток, направленный навстречу магнитному потоку первичной обмотки. Поток первичной обмот­ки уменьшится, это вызовет уменьшение в ней ЭДС самоиндук­ции Е₁ в результате чего в первичной обмотке увеличится ток I₁. Это будет происходить до тех пор, пока магнитный поток первич­ной обмотки трансформатора не станет прежним.

Таким образом, с увеличением силы тока вторичной обмотки растет сила тока первичной обмотки, а при уменьшении силы тока во вторичной обмотке сила тока первичной обмотки уменьшается.

Если не учитывать потери в обмотках трансформатора, то мож­но считать мощности первичной и вторичной обмоток одинако­выми:

Это означает, что в повышающем трансформаторе увеличение напряжения во вторичной обмотке происходит за счет уменьше­ния силы тока в ней, а в понижающем трансформаторе уменьше­ние напряжения происходит за счет увеличения силы тока вторич­ной обмотки.

Коэффициент полезного действия трансформатора велик и на­ходится в пределах 80—99 %. Иногда вместо трансформаторов при­меняются автотрансформаторы. Автотрансформатором называется такой трансформатор, у которого источник переменного тока и потребитель подключаются к разным точкам одной обмотки (рис. 2.1,б). Работает автотрансформатор так же, как и обычный транс­форматор.

В условиях строительства трансформаторы применяются: для передачи электроэнергии; сварочных работ; питания электроинструментов; электропрогрева бетона и грунта; измерительных