Методы измерений малых сопротивлений. Измерение сопротивления постоянному току. Измерение сопротивления при постоянном токе

Краткая ТЕОРИя

Закон Ома для однородного участка цепи.

Если на концах однородного участка цепи существует разность потенциалов Dj=j 2 -j 1 , то в данной цепи возникает электрический ток. Сила тока I , текущего через данный участок, пропорциональна разности потенциалов Dj на концах участка и обратно пропорциональна сопротивлению R этого участка цепи (или этого проводника)

Величина U = I×R называется падением напряжения на проводнике и численно равна количеству тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении через него единичного электрического заряда.

Для однородного участка (т.е. не содержащего э.д.с.) разность потенциалов на концах участка численно равна падению напряжения на этом участке, т.е. Dj= U.

Если обычный аналоговый вольтметр (отклонение стрелки которого обусловлено током, проходящим в рамке или катушке) присоединить к точкам 1 и 2 участка цепи, то он покажет разность потенциалов Dj между этими точками. Разность потенциалов в этом случае будет равна падению напряжения U на вольтметре, т.е.

U = I V ·R V (2)

где R V - сопротивление вольтметра,

I V - ток, протекающий через вольтметр.

Сопротивление проводников.

Если участок цепи представляет собой проводник длиной l постоянного сечения S , однородного химического состава, то сопротивление R этого проводника определяется по формуле:

где r - удельное сопротивление материала.

Удельное сопротивление численно равно сопротивлению однородного проводника единичной длины и единичного сечения. Оно зависит от химического состава материала проводника, его температуры, и измеряется в системе СИ в Ом×м. На практике часто пользуются внесистемной единицей - Ом×мм 2 /м.

При комнатной температуре наименьшее удельное сопротивление имеют проводники из химически чистых металлов. Удельное сопротивление сплавов имеет большую величину, что позволяет применять их для изготовления резисторов с большим сопротивлением (реостаты, нагревательные элементы, шунты и добавочные сопротивления). В табл. 1 даны значения удельного сопротивления некоторых материалов.

Таблица 1

Методы измерения сопротивления.

Основными методами измерения сопротивления постоянному току являются: косвенный метод, метод непосредственной оценки и мостовой метод. Выбор метода измерений зависит от ожидаемого значения измеряемого сопротивления и требуемой точности. Наиболее универсальным из косвенных методов является метод «амперметра-вольтметра», состоящий в практическом использовании закона Ома для однородного участка цепи. Действительно, из формул (1) и (2) следует

т.е. измеряя разность потенциалов U на концах проводника и величину тока I , протекающего через него , можно определить сопротивление R проводника.

Другим методом измерения сопротивлений является метод мостовых схем, который рассматривается в другой лабораторной работе. В мостовых схемах не требуется измерять токи и напряжения, поэтому они дают более точные результаты.

Метод непосредственной оценки предполагает измерение сопротивления постоянному току с помощью омметра. Но измерения омметром дают существенные неточности. По этой причине данный метод используют для приближенных предварительных измерений сопротивлений и для проверки цепей коммутации.

В настоящей лабораторной работе изучается метод «амперметра-вольтметра».

В данной статье мы попробуем научиться измерять малые сопротивления. У радиолюбителей иногда возникает потребность точно определить сопротивление шунта при изготовлении или ремонте амперметра, чтобы он в свою очередь также точно показывал свои единицы измерения или в других целях. Но как это сделать, когда мультиметр не имеет шкалы измерения милли Ом, маркировка либо отсутствует, либо совсем не известна и не понятна? Большинство измерительных приборов имеют минимальную шкалу 200 Ом для измерения сопротивления и 3,5 - 4 разряда, при закорачивании щупов там уже примерно 0,7 Ом, при измерении сопротивления 0,1 Ом ничего не меняется, беда. Сейчас поправим.

Предлагаю использовать для этой цели мостовую схему измерения. Что такое мост должны представлять все, на этом останавливаться не будем. Составим мост из резисторов, подадим на него какое либо напряжение и будем его же измерять, хотя можно и ток измерять, разницы не будет, что более точное у нас под рукой, то и выбираем. Так а причем здесь измерение малого сопротивления? Терпение, все по порядку из далека. Есть такая замечательная вещь как баланс моста. Произведение сопротивлений противоположных плеч моста, при условии его сбалансированности, будут одинаковы. А напряжения и токи при сбалансированности моста будут взаимокомпенсировать друг друга и в сумме дадут 0.

(Пусть R0 это R3, а Rx это R4 )

Итак, исходя из вышеперечисленного, если в мост поставить вместо одного из резисторов наше малое сопротивление произвольного номинала, а другой резистор сделать переменным или подстроечным (по схеме используем два переменных резистора для точности балансировки моста, особенно в том случае, когда под рукой нет многооборотистых переменных резисторов), чтобы добиться баланса моста. Такую схему можно использовать для измерения шунтов и малых сопротивлений:

Схему было собирать лениво, тем более, что плату изготовить нужно достаточно времени, поэтому навесным монтажом был изготовлен подопытный образец схемы. Здесь резисторы R1 и R2 не 1%, но подбирались максимально близкие к сопротивлению заданного номинала, погрешность сопротивления не превышала 0,5 % при комнатных условиях.

Но нужно знать как получить точное значение измеряемого сопротивления. Во первых, главное особенностью такое схемы является то, что с помощью нее "умножается" измеряемое сопротивление. А это значит, что необходимость в шкале на милли Омы в мультиметре отпадает. Сопротивление в 0,1 Ом уже можно будет измерять на шкале в кило Омы. Только измерение будет теперь не прямым, а косвенным, придется использовать немного математики и подсчитывать конечный результат измерения.

Определимся какой диапазон номиналов будем измерять (имеется ввиду малое сопротивление или сопротивление шунтов). Для этого нужно выбрать номиналы переменных резисторов:

По схеме используем два переменных резистора для большей точности взаимодействия, 1 кОм и 100 Ом. Такое сопротивление переменных резисторов позволит измерить максимально большое сопротивление в 1,1 Ом, минимальное с сохранением точности измерения 0,01 Ом (при Rx=0,01 Ом R0 должно быть 10 Ом, которые также нужно достаточно точно измерять своим мультиметром)

И номиналы постоянных резисторов, чтобы мост легко балансировался и было удобно подсчитать номинал шунта или малого сопротивления:

Кратность резисторов относительно друг друга лучше всего брать именно такой - 10, 100, 1000, чтобы быстро подсчитать конечный результат, хотя никто не запрещает брать не круглые числа, чтобы потом считать еще и с калькулятором. По схеме это отношение 100.000 к 100, то есть умножитель на 1000.

Собираем схему. Использовать можно любые подстроечные или переменные резисторы, но для большей точности советую взять многооборотистые подстроечные или переменные резисторы, а постоянные использовать с допуском не более 1%, а лучше еще меньше. В качестве элемента питания по схеме используется "Крона" на 9 вольт, можно заменить на любой другой источник. Конденсаторы на случай использования блоков питания для фильтрации. Схема в нашей конфигурации сопротивлений потребляет 90 мА от батарейки 9 В, поэтому для частых измерений, конечно, целесообразней использовать блок питания. Схема собрана, теперь изучаем методику измерения. После подсоединения измеряемого сопротивления, необходимо подать на схемку напряжение, не важно какое, но чем больше оно, тем больше точность, устанавливаем измеритель на предел 200 mV и приступаем к процессу балансировки моста путем вращения подстроечного резистора до появления полного нуля на вольтметре. Это значит, что мост сбалансирован и все выражения теперь справедливы к нашей схеме. Далее измеряем сопротивление подстроечного резистора и вычисляем значение малого сопротивления:

или более красиво вот так

(219 Ом * 100 Ом)/100 кОм получаем 0,219 Ом сопротивление шунта (смотри видео).

Или проще полученный результат необходимо разделить на 1000 (так как 100кОм/100Ом будет 1000 - наш умножитель) в нашем случае. И что же мы видим? Да! Это и есть сопротивление, которое мы измеряли 0,219 Ом (~0,22 Ом). В пределах хорошей точности, а если учитывать погрешности при измерении и взаимодействии со схемкой - идеально.

Теперь не нужно будет ломать голову, когда возникнет необходимость в подобных измерениях. Схема проста, но не многие знают о ней.

К статье прилагается печатная плата для изготовления мини приставки к мультиметру и проект для любопытных проверить это чудо, но ленивых, чтобы собрать схему.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
R1	Резистор	100 кОм	1	1%		В блокнот
R2	Резистор	100 Ом	1	1%		В блокнот
R0(1)	Подстроечный резистор	1 кОм	1	3296W		В блокнот
R0(2)	Подстроечный резистор	100 Ом	1	3296W		В блокнот
С1	Электролитический конденсатор	220 мкФ	1	Можно др. номинал		В блокнот
С2	Конденсатор	100 нФ	1

При изготовлении, монтаже и эксплуатации электротехниче­ских и радиотехнических устройств и установок необходимо изме­рять 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 изме­рения; от величины измеряемых сопротивлений.

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

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

и снабжают его источником питания (например, батареей сухих элементов). Измеряемое сопротивление включается с измери­телем последовательно (рис. 1) или параллельно.

При последовательном соединении ток в измерителе , где

- сопротивление измерителя; - на­пряжение источника питания.

Учитывая, что

, где - чувствительность прибора по току (постоянная величина), находим, что угол отклонения стрел­ки прибора при зависит только от величины измеряемо­го сопротивления :

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. 2.).

Рис. 1. Рис. 2.

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

или . Отсюда следует, что поло­жение стрелки на шкале зависит от отношения токов в обмотках, т.е. , но не зависит от напряжения питающего источника.

На схеме рис. 2. видно, что измеряемое сопротивление

входит в цепь одной из катушеклогометра, поэтому ток в ней, а так­же отклонение стрелки прибора однозначно зависит от значения .

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 мегаомметрами.

Косвенные методы измерения сопротивлений. Сопротивле­ние резистора или другого элемента электрической цепи можно определить по показаниям вольтметра и амперметра (при постоян­ном токе), применяя закон Ома:

(схемы рис. 3, а, б). По схеме на рис. 4 определяют сопротивление по показаниям одного вольтметра. В положении 1 переключателя П вольтметр из­меряет напряжение сети , а в положении 2 - напряжение на за­жимах вольтметра . В последнем случае . 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

и внутренних сопротивле­ний амперметра и вольтметра . Результаты измерения можно считать удовлетворительными по точности, если выполняются условия: (см. схему рис. 3, а); (см. схему рис. 3, б); (см. схему рис. 4).

Рис. 3 Рис. 4

Методы и приборы сравнения. Для измерения малых и средних сопротивлений применяют метод сравнения измеряемого сопротивления

с образцовым . Эти два сопротивления на схе­ме рис. 5 соединены последовательно, поэтому ток в них один и тот же. Величину его регулируют с помощью резистора , так, чтобы она не превышала допустимого тока для сопротивлений и . Отсюда . Неизвестные падения напряжения и измеряют вольтметром или потенциометром. Результаты измерения получаются более точными, если сопротив­ления и 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.

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.

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 1 Bp = M 2 ap или N 1 SB 1 I 1к =N 2 SB 2к I 2к. Отсюда следует, что поло­жение стрелки на шкале зависит от отношения токов в обмотках, т.е. α=f (I 1 k /I 2 k), 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 /U 0 . 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 x R x = IoRo. Отсюда R x = R o I 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 R 1 ;R 2 ;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 K 1 и К 2 . В этом случае I 1 =I 2 ;I x =I;I 1 R 1 =I x R x ;I 2 R 2 =IR.

Используя эти равенства, нетрудно получить выражение для измеряемого сопротивления R X = RR 1 /R 2 . Если сопротивления R 1 и R 2 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 R 1 и R 2 подби­рают так, чтобы их отношение можно было изменить тоже по десятичной системе (например, R/R 2 = 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); Е 2 - ЭДС вторичной обмотки (ЭДС взаимоиндукции); 1 , и 2 - число вит­ков в первичной и вторичной обмотках.

руемые ЭДС в обмотках равны напряжениям, действующим 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 I 2 , который создаст магнитный поток, направленный навстречу магнитному потоку первичной обмотки. Поток первичной обмот­ки уменьшится, это вызовет уменьшение в ней ЭДС самоиндук­ции Е 1 в результате чего в первичной обмотке увеличится ток I 1 . 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:

следовательно,

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

При изготовлении, монтаже и эксплуатации электротехнических и радиотехнических устройств и установок необходимо измерять 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 измерения; от величины измеряемых сопротивлений.

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

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

и снабжают его источником питания (например, батареей сухих элементов). Измеряемое сопротивление включается с измерителем последовательно (рис. 1) или параллельно.

При последовательном соединении ток в измерителе , где

- сопротивление измерителя; - напряжение источника питания.

Учитывая, что

, где - чувствительность прибора по току (постоянная величина), находим, что угол отклонения стрелки прибора при зависит только от величины измеряемого сопротивления :

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. 2.).

Рис. 1. Рис. 2.

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

или . Отсюда следует, что положение стрелки на шкале зависит от отношения токов в обмотках, т.е. , но не зависит от напряжения питающего источника.

На схеме рис. 2. видно, что измеряемое сопротивление

входит в цепь одной из катушек логометра, поэтому ток в ней, а также отклонение стрелки прибора однозначно зависит от значения .

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 мегаомметрами.

Косвенные методы измерения сопротивлений. Сопротивление резистора или другого элемента электрической цепи можно определить по показаниям вольтметра и амперметра (при постоянном токе), применяя закон Ома:

(схемы рис. 3, а, б). По схеме на рис. 4 определяют сопротивление по показаниям одного вольтметра. В положении 1 переключателя П вольтметр измеряет напряжение сети , а в положении 2 - напряжение на зажимах вольтметра . В последнем случае . 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

и внутренних сопротивлений амперметра и вольтметра . Результаты измерения можно считать удовлетворительными по точности, если выполняются условия: (см. схему рис. 3, а); (см. схему рис. 3, б); (см. схему рис. 4).

Рис. 3 Рис. 4

Методы и приборы сравнения. Для измерения малых и средних сопротивлений применяют метод сравнения измеряемого сопротивления

с образцовым . Эти два сопротивления на схеме рис. 5 соединены последовательно, поэтому ток в них один и тот же. Величину его регулируют с помощью резистора , так, чтобы она не превышала допустимого тока для сопротивлений и . Отсюда . Неизвестные падения напряжения и измеряют вольтметром или потенциометром. Результаты измерения получаются более точными, если сопротивления и 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.