2.6. Омметры

 

В омметрах применен метод непосредственной оценки измеряемой величины, которая находится непосредственно по шкале, заранее проградуированной в соответствующих единицах, или считывается с электронного табло цифровых приборов. Простейшим омметром является электромеханический омметр с однорамочным измерительным механизмом. Он может быть выполнен по последовательной  или параллельной схемам. Омметр состоит из источника питания, измерительного механизма и переменного резистора.

Источником питания омметров подобного вида служит, как правило, батарея гальванических элементов. В качестве измерителя И используется однорамочный магнитоэлектрический измерительный механизм с добавочным сопротивлением R_д­ (примером такого измерительного механизма служит гальванометр магнитоэлектрической системы).

Рассмотрим сначала последовательную схему омметра (рис. 2.3а).

При включении в цепь резистора с неизвестным сопротивлением измеряется сила тока, которая обратно пропорциональна сопротивлению цепи. Сила тока, протекающего через измерительный механизм при разомкнутом ключе К, определяется выражением:

                                                                                                                  (2.11)                          

 

 

где R_и - сопротивление измерительного механизма, R_б - сопротивление батареи элементов, R_д – сопротивление добавочного резистора, R_x - измеряемое сопротивление.

С другой стороны, эта же сила тока равна:

I=K_I*a,                                                   (2.12)

где К_I - постоянная измерительного механизма по току,

 a - угол поворота подвижной части измерительного механизма.

Приравняв формулы (2.11) и (2.12), найдем a:

             

                                                                                                                          (2.13)

 

При постоянных значениях U, K_I, R_б, R­_и и R_д угол поворота измерительного механизма a определяется значением измеряемого сопротивления R_x, то есть шкала прибора может быть проградуирована в единицах сопротивления. Из формулы для a следует, что шкала у омметра неравномерная.

 

 

При бесконечно большом сопротивлении R_x стрелка прибора не отклоняется, так как ток равен нулю. При нулевом сопротивлении (или замкнутом ключе К) сила тока наибольшая и стрелка отклоняется на всю шкалу. Таким образом, нуль шкалы находится у рассматриваемых омметров справа, что соответствует максимальному углу поворота подвижной части измерительного механизма, так как при R_x=0  угол a максимален. Промежуточные значения сопротивления R_x вызовут отклонение стрелки омметра в пределах от нуля шкалы до бесконечного сопротивления на шкале.

Недостатком этого способа измерения является то, что с течением времени ЭДС батареи уменьшается, что приводит к погрешности в измерении сопротивления. Для поддержания постоянного напряжения на измерительном механизме используют добавочный резистор R_д. При замкнутом ключе К производится установка нуля омметра изменением сопротивления резистора R_д.

Омметры с последовательной схемой используются для измерения сравнительно больших сопротивлений (единиц килоом), при меньших значениях R_x эта схема имеет малую чувствительность. По последовательной схеме выполнен омметр комбинированного прибора АВО-63.

При измерении небольших сопротивлений применяются омметры, выполненные по параллельной схеме (рис. 2.3 б).

При замыкании ключа К ток протекает по двум параллельно соединенным участкам: через измерительный механизм и измеряемый резистор R_x. Если резистор R_x отсутствует и замкнут ключ (короткое замыкание выводов измерительного механизма), то весь ток протекает через ключ и стрелка измерительного механизма не отклоняется. Если же в качестве резистора R_x взято бесконечно большое сопротивление (соответствует разомкнутому ключу), то весь ток протекает через измерительный механизм и его стрелка отклоняется на всю шкалу. Таким образом, нуль шкалы у такого типа омметров слева. Для контроля правильности показаний прибора размыкают ключ. В этом случае стрелка должна находиться в крайнем правом положении.

В приборе Ц4353 реализованы обе схемы (последовательная и параллельная).

Проверку омметров можно провести с помощью магазина сопротивлений.

 

 

В практической работе удобны омметры с равномерной шкалой. На рисунке 2.4а приведена структурная схема омметра с равномерной шкалой, в котором исследуемый резистор R_х включают в цепь стабилизатора тока (ток в цепи стабилизатора тока на зависит от сопротивления нагрузки). Напряжение на резисторе R_х, измеренное вольтметром с большим внутренним сопротивлением, пропорционально сопротивлению исследуемого резистора. На рисунке 2.4б приведена схема омметра с равномерной шкалой на базе операционного усилителя. Измеряемое сопротивление определяется по формуле R_x=U_выхR_эт/U_оп, где U_вых – напряжение на выходе операционного усилителя ОУ,  U_оп – напряжение опорного источника,  R_эт – сопротивление эталонного резистора. Измеряемое сопротивление прямо пропорционально выходному напряжению и отсчитывается по равномерной шкале измерительного прибора И, отградуированной в единицах сопротивления.