Метод вольтметра-амперметра
Метод вольтметра-амперметра является косвенным, так как сводится к измерению тока и напряжения в цепи с измеряемым сопротивлением и последующим расчетом его по закону Ома.
Суть метода поясняется схемами на рис. 7.2. Достоинство его состоит в том, что резистор, сопротивление которого измеряется, можно поставить в реальные условия работы, т. е. пропускать через него реально действующий ток, что важно при измерении сопротивлений, значения которых зависят от тока. Например, этим способом можно измерять вольт-амперные характеристики нелинейных двухполюсников, таких как варисторы, терморезисторы и др.
Рис. 7.2. Схемы измерения активного сопротивления: а — методом вольтметра; б — методом амперметра
Действительное значение измеряемого сопротивления
Реальное значение R, измеренное по схемам, приведенным на рис. 7.2, а и б, будет отличаться от действительного Rx из-за конечных значений внутренних сопротивлений приборов Rv и RA, т. е. будет иметь место методическая погрешность.
Для схемы на рис. 7.2, а справедливо равенство
где 1у — ток, протекающий через вольтметр;
Rv— сопротивление вольтметра.
Абсолютная методическая погрешность 
Из выражения (7.1) для б следует, что схемой (рис. 7.2, а) следует пользоваться в тех случаях, когда Rv велико по сравнению с Rx, т. е. при измерении малых сопротивлений.
Метод амперметра—вольтметра
Метод амперметра—вольтметра является одним из наиболее простых, но и менее точных методов измерений и может использоваться в цепях постоянного и переменного тока. Для реализации этого метода в цепях постоянного тока используют амперметры и вольтметры магнитоэлектрической системы, в цепях переменного тока промышленных частот — приборы электромагнитной и электродинамической систем, в цепях, питаемых звуковыми и высокими частотами, — приборы термоэлектрической системы. Во всех случаях использования приборы высокого класса точности дают меньшую погрешность измерения.
Метод амперметра—вольтметра является косвенным, так как основан на использовании закона Ома, по которому измеряемое сопротивление прямо пропорционально падению напряжения на нем и обратно пропорционально силе тока, протекающего по нему.
Измерение сопротивления резисторов выполняется по одной из схем, приведенных на рис. 4.1.
Рис. 4.1. Схемы измерения сопротивления резисторов при измерении методом А—V (а) и методом V—А (б)
Для первой схемы (см. рис. 4.1, а) искомое сопротивление Rx находится по формуле
где RB — внутреннее сопротивление вольтметра.
Для второй схемы (см. рис. 4.1, б) измеряемое сопротивление Rx определяется по формуле
где Ra — внутреннее сопротивление амперметра.
При использовании обеих схем имеет место методическая погрешность, обусловленная собственным потреблением мощности приборами (рис. 4.2).
Рис. 4.2. График зависимости погрешности измерений от сопротивления резистора при измерении методами А—V и V—А
Из анализа формул (4.1) и (4.2), а также из графиков зависимости (см. рис. 4.2) следует, что метод амперметра- вольтметра (А—V) необходимо использовать при измерении малых сопротивлений резисторов, когда Rx « RB, а метод вольтметра- амперметра (V—А) — при измерении больших сопротивлений, когда Rx » Яд-
Погрешность обоих методов достаточно велика (1,5. 2%) и напрямую зависит от стабильности напряжения источника питания и от класса точности используемых приборов.
Измерение емкости конденсаторов также возможно методами V—А и А—V. Для питания схем используется источник напряжения только переменного тока, так как в цепях постоянного тока реактивное сопротивление Xjr катушки индуктивности будет равно нулю, а реактивное сопротивление хс конденсатора стремится к бесконечности. Эти утверждения основываются на известных зависимостях:
Измерение емкости конденсаторов выполняется по одной из схем, приведенных на рис. 4.3.
Рис. 4.3. Схема измерения емкости конденсаторов методом А—V (а) и методом V—А (б)
Если пренебречь влиянием сопротивления утечки конденсатора, то 
откуда
Из формулы (4.3) следует, что при измерении емкости конденсаторов необходимо знать частоту источника питания схемы.
В зависимости от значения емкостного сопротивления измеряемого конденсатора можно уменьшить влияние внутреннего сопротивления вольтметра на результат измерения, используя первую схему (см. рис. 4.3, а), а для конденсаторов большой емкости — вторую схему (см. рис. 4.3, б).
Рис. 4.4. Схема измерения индуктивности катушек
Измерение индуктивности катушек выполняется методом V—А при соотношении Rl « xL (активное сопротивление катушки должно быть значительно меньше ее реактивного сопротивления). На рисунке 4.4 приведена схема измерения индуктивности катушек.
На основании закона Ома
Измерение индуктивности на низких частотах будет приблизительным, так как не учтено активное сопротивление катушки RL, а на высоких частотах погрешность измерения обусловлена влиянием собственной емкости Cl катушки и входной емкости Св вольтметра, которая, как известно, складывается с CL:
В результате образуется параллельный колебательный контур с собственной частотой колебаний:
При приближении частоты источника питания схемы к /0 сопротивление контура возрастает, что соответствует увеличению индуктивности катушки L.
Рис. 4.5. Принципиальная схема электронного омметра
Метод V—А (А—V) реализуется с помощью широко распространенных приборов в условиях, соответствующих режиму работы элементов цепи. К недостаткам метода следует отнести его косвенность, трудоемкость измерений, большую погрешность измерений (единицы процентов), ограниченный диапазон измерения параметров. В связи со столь существенными недостатками этот метод не получил широкого распространения.
Лучшие результаты при измерении сопротивления резисторов показывают электронные омметры (Еб), которые выполняются на основе УПТ, охваченного отрицательной обратной связью и имеющего очень большое входное сопротивление (рис. 4.5).
Напряжение на выходе усилителя омметра где kv — коэффициент усиления УПТ без цепи обратной связи; Р — коэффициент передачи цепи обратной связи:
При большом коэффициенте усиления kUt произведение
В результате шкала аналогового прибора получается равномерной и практически не зависит от внешних элементов, подключенных к усилителю. Погрешность измерения аналоговых омметров большая — примерно 1. 4%.
В тераомметрах резисторы R1 и Rx меняются местами и шкала аналогового индикатора становится обратной (нуль шкалы — справа).
Погрешность тераомметров при измерении достигает 10%.
К достоинствам электронных омметров следует отнести прямой отсчет и широкий диапазон измерения сопротивления резисторов.
В чем заключается сущность метода вольтметра
Евгений Иванов, сопредседатель проблемного комитета «Электробезопасность» Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, д. т. н., профессор кафедры безопасности жизнедеятельности СПГЭТУ «ЛЭТИ»,Анатолий Дьячков, инженер-электрик
Физическая природа сопротивления изоляции электротехнических изделий и электроустановок была раскрыта в статье «Электроустановкам необходимо обеспечить электробезопасность» («Новости электротехники» № 4/10).Теперь рассмотрим методы измерения сопротивления изоляции.
Сопротивления изоляции распределены по сети. Обычно оперируют значениями эквивалентных величин. Вследствие этого линии связи между токоведущими частями и корпусом, показанные в упомянутой статье на схемах замещения (рис. 2), и соответствующие им подключения элементов к фазам (полюсам) сети и земле в природе отсутствуют. Поэтому измерить значение сопротивления изоляции непосредственным подключением какого-либо прибора к схемным линиям связи не представляется возможным. По этой причине обычно используют косвенные методы измерений — активные (с применением вспомогательного источника напряжения) или пассивные (с использованием рабочего напряжения сети в качестве оперативного напряжения).
В сетях с заземленной нейтралью выполняют периодический контроль при снятом рабочем напряжении, а в сетях, изолированных от земли, согласно п. 1.6.12 Правил устройства электроустановок — автоматический контроль под рабочим напряжением.
Представление о значении сопротивления изоляции дает лишь сила тока в измерительной цепи в установившемся режиме, так как в первые моменты после приложения измерительного напряжения, а также при каждом изменении структуры и состава сети (например, при подключении новых электроприемников) в измерительной цепи протекают токи переходных режимов, обусловленные перезарядом емкости полюсов сети относительно корпуса или зарядом емкости подключаемого участка сети. Кроме того, на результат измерений оказывает влияние рабочее напряжение электроустановки.
Правильный результат может быть получен лишь при соответствии принятого метода измерений параметрам контролируемой сети. Без соблюдения этого условия в одной и той же сети при измерении различными средствами могут быть получены данные, противоречащие одни другим.
Измерения при снятом рабочем напряжении
При снятом рабочем напряжении применяют метод наложения постоянного напряжения. Измерительный прибор — переносной либо щитовой мегаомметр И- содержит источник постоянного напряжения Е и миллиамперметр А (рис. 1).
Рис. 1. Измерение при снятом рабочем напряжении
Один полюс прибора (обычно положительный) подключается к токоведущей части (например, к клемме 1), а второй полюс — к корпусу проверяемого электротехнического изделия.
В установившемся режиме после заряда емкостей С1 и С2 относительно корпуса ток Iизм, протекающий под действием источника Е, на полюсе 1 разветвляется: его часть I’изм протекает через эквивалентное сопротивление изоляции R1 полюса 1, а другая часть I’’изм – через сопротивление нагрузки RН и эквивалентное сопротивление изоляции R2 полюса 2. Далее ток протекает по корпусу и суммируется в цепи миллиамперметра А.
Силу тока Iизм определяет выражение:
Так как при этом сопротивление между отрицательным полюсом сети и корпусом не изменится, то уменьшается напряжение между положительным полюсом и землей: U1 U’’). При измерении по схеме рис. 3,в аналогично получаем: U2 >R (например, при измерении ламповым, цифровым или электростатическим вольтметром), то при подключении вольтметра в сеть вносятся несущественные искажения, так как сопротивления между полюсами сети и землей практически не изменяются. Как следствие этого получаем U1+U2 =U. Соответственно нулевыми будут результаты при расчетах по формуле (3).
Наибольшая точность измерений достигается при выполнении следующего соотношения:
r =0,8R, при котором U1+U2= 0,44U. Обычно рекомендуется выбирать вольтметр с внутренним сопротивлением, приблизительно равным измеряемому сопротивлению изоляции.
Изложенное справедливо не только для силовых сетей, но и для низковольтных систем автоматики. В последних опасно выполнять контроль сопротивления изоляции с использованием щитовых мегаомметров, содержащих источник измерительного напряжения 100-150 В. Под действием этого источника при определенных условиях могут выйти из строя комплектующие систему полупроводниковые приборы и микросхемы.
Этот метод прост в выполнении и доступен, так как не требует применения специальной аппаратуры. Однако он имеет и ряд недостатков, связанных с необходимостью выполнения вычислений.
Опыт показывает, что целесообразна подмена расчетов по формуле (3) работой с соответствующими номограммами. В качестве примера на рис. 4 приведена номограмма, предназначенная для определения значения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 до 600 В.
Номограмма имеет три шкалы – рабочего напряжения U, суммы напряжений полюсов сети относительно корпуса U1+U2 и искомого значения сопротивления изоляции R. Порядок работы с номограммой таков: к точкам шкал U и U1+U2, соответствующим полученным результатам измерений, прикладывается линейка; искомое значение считывается по шкале R. В практической деятельности не всегда имеется в наличии вольтметр с предусмотренным номо-граммой значением внутреннего сопротивления. Поэтому на рис. 5 приведена номограмма, пригодная для работы с различными типами вольтметров. Она состоит из двух параллельных шкал (U1 + U2 и R) и бинарного поля с координатами «напряжение сети – внутреннее сопротивление вольтметра». Работа с такой номограммой также не составляет труда.
Продолжение в следующем номере: методы измерения в сетях переменного тока и двойного рода тока.
| Рис. 4. Номограмма для определения сопротив ления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 В до 600 В при измерении вольтметром с внутренним сопротивлением 100 кОм | Рис.5. Номограмма для определения сопротив ления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 В до 600 В при измерении вольтметром с внутренним сопротивлением от 50 до 200 кОм |
© ЗАО «Новости Электротехники»
Использование материалов сайта возможно только с письменного разрешения редакции
При цитировании материалов гиперссылка на сайт с указанием автора обязательна
Internal Server Error
The server encountered an internal error or misconfiguration and was unable to complete your request.
Please contact the server administrator at webmaster@hardtech.carkey.ru to inform them of the time this error occurred, and the actions you performed just before this error.
More information about this error may be available in the server error log.
Additionally, a 500 Internal Server Error error was encountered while trying to use an ErrorDocument to handle the request.