Střední od 1Ω do 10 6 Ω Velké od 10 6 Ω do Ω

Transkript

1 Měření odporu Elektrický odpor základní vlastnost všech pasivních a aktivních prvků přímé měření ohmmetrem nepříliš přesné používáme nepřímé měřící metody výchylkové můstkové rozsah odporů ovlivňující měřící metodu Malé od 10-6 Ω do 1Ω Střední od 1Ω do 10 6 Ω Velké od 10 6 Ω do Ω Chyby měření jsou způsobeny: 1) vlivem teploty o Měřený předmět držíme na konstantní teplotě, při kterém chceme znát odpor 2) vlivem přechodových odporů a odporů přívodů o Tento odpor bývá 10-4 až10-1 Ω a odstraňuje se metodou dvojitých přívodů 3) vlivem termoelektrického napětí o Při dotyku dvou různých kovů a jiné teplotě konců obvodu vznikne termoelektrické napětí o Odstraníme volbou vhodných materiálů nebo stabilizujeme teplotu 4) vlivem galvanické polarizace o Průchodem stejnosměrného proudu dochází k rozkladu elektrolitu (u kondenzátorů a zemního odporu

2 o Odstraníme měřením střídavým proudem 5) vlivem nerozlišování vnitřního a povrchového odporu Metody měření odporu 1) Přímé měření odporu elektrický odpor měříme ohmmetry ohmmetr je přístroj přímo ukazující hodnotu odporu ručkové ohmmetry mají na začátku stupnice obvykle a na konci 0 přístroj se zapojuje přímo k neznámému odporu (paralelně) nesmí být v měřeném obvodu pod napětím ohmmetry vyžadují zdroj elektrického napětí (nejčastěji baterie) jednoduché a rychlé měření malá přesnost měření pro přesná přímá měření se používají v širokém rozsahu hodnot odporů se používají elektronické číslicové multimetry

3 Magnetoelektrický voltmetr stupnice ohmmetru není rovnoměrná největší přesnost uprostřed stupnice nízká přesnost měření 5 až 10% lze nastavit plnou výchylku přístroje (nulový odpor) při zkratovaných přívodech nebo při částečně vybitých baterií nutno nastavit elektrickou nulu Základní zapojení ohmmetru s magnetoelektrickým měřícím ústrojím

4 Ohmmetry s poměrovým měřícím ústrojím stupnice ohmmetru není rovnoměrná má logaritmický průběh přesnější než předchozí, nemusí se nastavovat nula třída přesnosti 0,5 široký rozsah měření od 1 ma do vícerozsahové 0, Ω teprve po připojení voltmetru do obvodu volíme měřící rozsah a provádíme měření před odpojením přístroje od obvodu ho musíme nejprve vypnout

5 2) Nepřímé měření odporu činný odpor ohmovou metodou měříme stejnosměrným napětím při měření malých odporů (do 100 ) zapojíme voltmetr za ampérmetr, abychom omezili chybu vzniklou úbytkem napětí na vnitřním odporu ampérmetru. Je zřejmé, že v tomto případě měříme relativně přesně úbytek napětí na rezistoru, ale s jistou chybou proud. Ampérmetr ukazuje totiž součet proudů měřeného rezistoru a voltmetru. Tuto chybu lze vymezit početně. při měření velkých odporů zapojíme voltmetr před ampérmetr, tím omezíme nepřesnost při rozdělení proudu do měřících přístrojů. Měříme relativně přesně proud měřeného rezistoru, s jistou chybou napětí voltmetr měří součet úbytků napětí na Rx a na ampérmetru. tuto chybu lze vymezit opět početně.

6 Měření elektrického odporu Ohmovou metodou a) měření malých odporů Voltmetr co největší odpor (10 MΩ) Napětí měříme správně a proud s chybou metodu je možné použít jen pro malé odpory, protože ampérmetr měří proud protékající nejen rezistorem, ale i voltmetrem bude-li odpor malý, poteče proud rezistorem a jen zanedbatelné množství voltmetrem (má velký odpor) bude-li ale odpor velmi vysoký, bude ampérmetr měřit proud nejen rezistorem, ale i voltmetrem, což výrazně ovlivní výpočet odporu

7 b) měření velkých odporů Ampérmetr co nejmenší odpor (10 Ω) Proud měříme správně a napětí s chybou metodu je možné použít jen pro velké odpory, protože voltmetr měří úbytek napětí nejen na rezistoru, ale i na ampérmetru bude-li odpor velký, bude úbytek napětí především na rezistoru a jen zanedbatelný na ampérmetru (má malý odpor) bude-li ale odpor velmi malý, voltmetr změří úbytek na rezistoru a na ampérmetru, což výrazně ovlivní výpočet odporu.

8 Hraniční odpor pro určení vhodné metody je nutné vypočítat hodnotu tzv. hraničního odporu A <. <. B Měření odporu porovnávací a můstkovou metodou 1. Porovnávací metoda porovnáváme neznámý odpor s odporem známé velikosti zpravidla odporovým normálem musíme rozeznávat zapojení pro malé a velké odpory a) malé rezistory

9 protože oběma rezistory teče týž proud můžeme psát měříme-li obě napětí na stejném rozsahu voltmetru, můžeme po dosazení konstanty voltmetru vztah zjednodušit α X, α N příslušné výchylky voltmetru v dílcích

10 b) velké rezistory velikost odporu zjišťujeme srovnáním proudů tekoucích jednotlivými rezistory měříme-li oba proudy na stejném rozsahu ampérmetru, můžeme poměr proudů nahradit poměrem výchylek

11 α X, α N příslušné výchylky ampérmetru v dílcích RN odporová dekáda, známý normálový odpor RX neznámý měřený odpor měníme hodnotu odporové dekády RN tak dlouho, až se rovnají úbytky napětí na rezistorech u první metody nebo až se rovnají protékané proudy u druhé metody hodnotu neznámého odporu pak přímo odečteme na odporové dekádě nemáme-li vhodné dekády, můžeme neznámý odpor vypočítat pak se nejedná o metodu porovnávací, ale o metodu náhradní napětí na rezistorech v sérii se rozdělí proudy se rozdělí podle poměru Substituční metoda zvláštní případ metody srovnávací při měření nastavujeme vždy stejné výchylky na měřících přístrojích

12 schéma zapojení měření substituční metodou měření velkých odporů substituční metodou při měření odporu substituční metodou nahrazujeme odporový normál přesnou odporovou dekádou měřeni probíhá ve dvou krocích: 1) zapojíme neznámý odpor R X a zjistíme výchylku přístroje (milivoltmetru nebo miliampérmetru podle volby zapojení) 2) přepneme přepínač do polohy měření na normálu a pomocí dekády nastavíme na měřícím přístroji stejnou výchylku. Velikost odporu nastaveného na dekádě je pak rovna velikosti neznámého odporu R X

13 chyba metody i chyba vzniklá nepřesností měřícího přístroje je v tomto případě nulová, protože odečítáme v obou případech při stejných výchylkách přesnost měření ovlivňuje pouze přesnost odporové dekády měřeni však trvá vlivem nastavování správného odporu na dekádě mnohem déle než pří použití srovnávací či Ohmovy metody. Nulovacími metoda zjišťování odporu nejvýznamnější je můstkové zapojení k přesnému měření středních odporů se používá Wheatstonova můstku rovnováha nastane neprochází-li indikátorem proud velikost neznámého odporu určíme z rovnice pro rovnováhu na podobném principu pracuje Thomsonův můstek, který je určen pro přesná měření malých odporů Wheatstonův můstek NI nulový indikátor (ss voltmetr, ss miliampérmetr, galvanometr) RX neznámý měřený odpor R2, R3, R4 odporové dekády

14 proměnnými rezistory R2, R3 a R4 uvedeme můstek do vyváženého stavu pomocí rezistorů R3 a R4 skokově, rezistorem R2 se jemně doladí vyvážený stav to znamená, že mezi body A a B je nulové napětí a neprotéká proud tento stav indikuje nulový indikátor (galvanometr nebo elektronický voltmetr) pro vyvážený stav můžeme psát:

15 Měření odporu voltmetrem pro měření velkých odporů, jejichž hodnoty jsou srovnatelné s vnitřním odporem voltmetru R V princip měření odporu voltmetrem spočívá v tom, že výchylka voltmetru je tím menši, čím větší odpor je voltmetru předřazen je-ii přepínač v poloze 2, měří voltmetr napětí zdroje U přepneme-ii jej do polohy 1, měříme rozdíl napětí zdroje a úbytku napěti na neznámém rezistoru, tedy napětí U 2 U 2 = U U 1

16 pro velikost proudu platí měříme-li obě napětí na stejném rozsahu voltmetru, můžeme místo napětí počítat pouze s výchylkami ruček v dílcích α 1 výchylka voltmetru při měření napětí zdroje α 2 výchylka voltmetru při měření napětí obvodu s připojeným odporem R X R V vnitřní odpor voltmetru

17 Etalony elektrického odporu výsledky absolutního měření (např. na základě definice jednotky kapacity a kmitočtu nebo využitím tzv. kvantového Hallova jevu) se uchovávají pomocí základních etalonů tyto slouží k navazování pracovních etalonů (navazování je stanovení hodnoty porovnáním), které se používají pro přesná elektrická měření etalony používané pro měření stejnosměrným proudem se obvykle vyrábějí z manganinu

18 mají malou teplotní závislost a velmi dobrou časovou stálost pro hodnoty řádově 10-3 až 105 W mají odchylku od jmenovité hodnoty menší než 0,001 %, pro hodnoty nižší a vyšší menší než0,010 %