Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

Для измерения очень малых емкостей применяют вариант метода вольтметра-амперметра (метод двух вольтметров), схема которого приведена на рис. 1.4. Питающее напряжение U1, измеряется вольтметром V1. Вольтметр V2 измеряет напряжение на конденсаторе С0, емкость которого известна

U2 I / C0 .

Ток I определяется выражением

I U1 / 1/ CX 1/ C0 ,

откуда

Для уменьшения погрешности измерения необходимо выполнить уcловие С0 » Сх , тогда можно упростить выражение

(1.8)

Метод двух вольтметров позволяет измерять малые емкости от долей пикофарад.

Измерение индуктивности катушки методом вольтметраамперметра возможно, если ее сопротивление RL значительно меньше реактивного сопротивления XL , (рис. 1.5, а, б). При этом

откуда

16

ляют 0,5 - 10 % и определяются погрешностью используемых приборов, а также наличием паразитных параметров. Погрешности измерения возрастают с увеличением частоты.

1.2.2. Метод непосредственной оценки

Метод непосредственной оценки реализуется в приборах для измерения сопротивления постоянному току - электромеханических и электронных омметрах. Электромеханические омметры строятся на основе приборов магнитоэлектрической системы и в зависимости от величины измеряемого сопротивления могут быть выполнены по схеме с последовательным (рис. 1.6, а), либо параллельным (рис. 1.6, б) включением измеряемого сопротивления. Источником питания омметра обычно служит гальванический элемент. Ток, протекающий через магнитоэлектрический прибор, в омметре с последовательным включением при разомкнутом ключе определяется по формуле:

где RА - сопротивление прибора; Rp — сопротивление регулировочного резистора.

При постоянных значениях RA, Rp и U отклонение стрелки прибора определяется измеряемым сопротивлением Rx, т.е. шкала прибора может быть проградуирована в единицах сопротивления. Как следует из (1.14), шкала омметра неравномерна (см. рис. 1.6, а).

Перед проведением измерения сопротивления необходимо установить «размах» шкалы, т.е. отрегулировать омметр так, чтобы при Rx = и Rx = 0 стрелка прибора устанавливалась бы на начальную и конечную отметки шкалы. При незамкнутых входных зажимах омметра и разомкнутом ключе Кл (что соот-

18

ветствует Rx = ) стрелка прибора находится в крайнем левом положении на отметке 0 мА, следовательно, эта отметка шкалы будет соответствовать Rx = . Далее, замкнув ключ Кл, т.е. моделируя Rx = 0, наблюдают отклонение стрелки прибора, и в том случае, если стрелка не доходит до конечной отметки шкалы или переходит за нее, регулируют резистором Rp ток через прибор до достижения стрелкой конечной отметки. После этого, разомкнув ключ, можно выполнить измерение сопротивления Rx. Характер шкалы подсказывает, что омметр такого типа предпочтительно использовать для измерения сравнительно больших сопротивлений (до нескольких килоОм), так как при малых значениях Rx этот омметр имеет малую чувствительность.

Рис. 1.6. Схема электромеханического омметра

Для измерения небольших сопротивлений применяются омметры, выполненные по схеме с параллельным включением измеряемого сопротивления, уравнение шкалы для которых имеет вид

19

Как и в схеме с последовательным включением, здесь отклонение стрелки прибора зависит только от Rx при условии, что остальные члены уравнения (1.15) постоянны. Перед проведением измерения также необходимо установить размах шкалы, моделируя ситуацию Rx = 0 и Rx = и регулируя ток I сопротивлением резистора RР. Для омметра с параллельным включением нулевое положение указателя совпадает с нулевым значением измеряемого сопротивления, а крайнее правое положение стрелки соответствует Rx = . Шкала такого омметра изображена на рис. 1.6, б. Омметры, выполненные по схемам рис. 1.6, а, б, выпускаются как отдельные приборы, а также входят в состав комбинированных приборов (тестеров, авометров). Класс точности омметров не ниже 2,5.

1.2.3. Электронные оммметры

При использовании электронных омметров применяются два метода измерения: метод стабилизированного тока в цепи делителя и метод преобразования измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение.

Схема измерения сопротивления по методу стабилизированного тока приведена на рис. 1.7, а. Делитель напряжения, составленный из известного образцового Rобр и измеряемого Rx сопротивлений, питается от источника опорного напряжения Uon. Падение напряжения на образцовом резисторе усиливается усилителем У с большим входным сопротивлением. Выходное напряжение усилителя Uвых зависит от значения сопротивления Rx. В качестве индикатора обычно применяется микроамперметр магнитоэлектрической системы, шкала которого градуируется в единицах сопротивления. Если усилитель имеет коэффициент усиления К и входное сопротивление Rвх > Rобр, то измеряемое сопротивление определяется выражением

20