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.