Измеритель сопротивления: как называется прибор и как проводятся измерения?

Сопротивление элементов электрической цепи — важнейший параметр, поскольку от него зависит величина протекающего в цепи тока. А сила тока, в свою очередь, определяет сечение проводов, номинал автоматов защиты и многое другое. Какой же используют прибор для измерения сопротивления в той или иной ситуации?

Принципы измерения электрического сопротивления

Различают два вида электрического сопротивления: активное и реактивное.

Активное или резистивное

Это противодействие материала движению электрически заряженных частиц, имеющее место при любом виде тока.

Закон Ома наглядно

Определяется из закона Ома для участка цепи: R = U/I, где:

• R — сопротивление участка цепи, Ом;
• U — падение напряжения на участке цепи, В;
• I — сила тока на данном участке, А.

Таким образом, для вычисления активного сопротивления элемента требуется приложить к его выводам некоторое известное напряжение и замерять силу протекающего в цепи тока.

Реактивное

Существует только в цепях переменного тока, подразделяется на два типа:

1. индуктивное: этим сопротивлением обладают катушки индуктивности, например, обмотки электродвигателей и трансформаторов;
2. емкостное: относится к конденсаторам и прочим элементам, обладающим электрической емкостью.

Емкостное сопротивление в цепи переменного тока

Для расчета реактивного сопротивления применяются более сложные методики и приборы.

Конструкция простейшего омметра

Омметр — прибор для измерения активного сопротивления. Самый простой вариант — аналоговый или стрелочный. Действие основано на способности протекающего по проводнику тока создавать магнитное поле, значительно усиливающееся при сматывании провода в катушку.

Внутри аналогового омметра имеются такие компоненты:

1. подвижная катушка на пружинке с присоединенной к ней стрелкой;
2. постоянный магнит;
3. блок ограничивающих резисторов R (нужный выбирается переключателем);
4. источник питания — батарейка или аккумулятор;
5. щупы с разъемами для подключения к прибору.

При подсоединении щупов к выводам проверяемого элемента с сопротивлением RX, цепь замыкается и через катушку течет ток.

Его величина зависит от RX, а ограничивающий резистор R исключает возможность короткого замыкания. От силы тока зависит индукция магнитного поля, создаваемого катушкой, и, соответственно, сила ее взаимодействия с постоянным магнитом.

Чем выше эта сила, тем больше смещается катушка, растягивая пружину, и тем дальше отклонится прикрепленная к ней стрелка. Подключая разные ограничивающие резисторы, меняют чувствительность прибора — от нее зависит диапазон измерений.

Цифровой омметр

Цифровой омметр — современный вариант. Вместо аналогового измерительного механизма используются датчики напряжения и тока, отсылающие сигнал на микропроцессор. Тот анализирует данные и выводит результат на жидкокристаллический дисплей.

Преимущества перед аналоговыми:

• высокая точность показаний;
• результаты измерений легко читаются (при использовании аналогового омметра приходится вглядываться в шкалу);
• компактные размеры;
• дополнительные функции: память, фиксация показаний и пр.

Недостаток цифровых моделей: датчики опрашивают цепь через определенные временные интервалы, потому невозможно отследить изменения измеряемого параметра в режиме реального времени.

Из-за этого профессиональные мастера-электронщики часто отдают предпочтение аналоговым моделям.

Мегаомметры

Важное значение имеет величина сопротивления изоляции токоведущих частей, поскольку она обеспечивает безопасную эксплуатацию электроустановки и предотвращает короткое замыкание. Изоляцию изготавливают из диэлектриков — материалов с высоким электрическим сопротивлением, измеряемым мегаомами.

Потому для создания тока в цепи напряжения источника, тока имеющегося в обычном омметре недостаточно. Мегаомметр оснащен генератором постоянного тока, приводимым в действие вращением рукоятки. Он способен развивать напряжение до 2,5 кВ.

Вместо двух разъемов для подключения щупов, как у омметра, в мегаомметре имеется три с такой маркировкой:

1. «З» (в некоторых моделях «Rx»): земля;
2. «Л» («-»): линия;
3. «Э»: экран.

Первые два разъема используют при измерении сопротивления изоляции между токоведущими частями и землей либо между разными фазами. При помощи разъема «Э» нейтрализуют помехи, влияющие на точность показаний.

Мегаомметры также делятся на аналоговые и цифровые. В первых применяется тот же измерительный механизм, что и в обычных омметрах.

При работе с мегаомметром из-за высокого напряжения требуется осторожность; после измерений необходимо по особой методике разрядить наведенную прибором высоковольтную разность потенциалов (заряд накапливается протяженными участками кабелей).

Измерительные мосты постоянного тока

Недостаток омметров — большая погрешность. В обычных условиях она допустима, но в ряде случаев требуется более точное определение сопротивления.

Для измерения собирают мостовую схему из 4-х резисторов, один из которых — тестируемый (Rx), а три других — образцовые регулируемые (R1, R2, R3).

Одну диагональ моста подключают к полюсам источника питания, к другой через выключатель и ограничивающий резистор подсоединяют амперметр высокой чувствительности (милли- или микроамперметр). Подстраивая резисторы R1, R2 и R3, проверяющий балансирует мост — добивается, чтобы на амперметре отобразился «0».

Такая ситуация наступит при равенстве произведений сопротивлений на противоположных плечах моста, откуда определяют сопротивление Rx тестируемого элемента по формуле: Rx = (R1*R3)/R2.

Приборы измерения сопротивления

Контура заземления

Залог надлежащей работы защитного заземления — его низкое сопротивление.

Требуется регулярно проверять сопротивление контура заземления, поскольку он может возрастать из-за следующих причин:

• окисление (коррозия) поверхности электродов заземлителя;
• увеличение удельного сопротивления грунта;
• нарушение контакта между токопроводящей шиной и заземлителем из-за коррозии или механических повреждений.

Измерение сопротивления заземлителя также вычисляют по закону Ома для участка цепи.

Для этого на определенном расстоянии от тестируемого заземлителя, в грунт вбивают основной и вспомогательный измерительный электроды, затем соединяют их проводами с заземлителем.

Полученную цепь подключают к калиброванному источнику питания и замеряют две величины:

1. протекающий в цепи ток I;
2. падение напряжения U на участке между тестируемым заземлителем и вспомогательным электродом.

Искомое сопротивление определяют делением: R = U / I.

Измерение контура заземления

Описанный метод амперметра и вольтметра является наиболее простым, но дает значительную погрешность. Поэтому работа современных приборов основана на более точных методах, например, компенсационном. Сопротивление контуров заземления измеряют как аналоговыми приборами (МС-08, Ф4103-М1, М4116), так и цифровыми.

Весьма удобны приборы с токоизмерительными клещами, обладающие следующими преимуществами:

• не используются дополнительное оборудование и электроды (необходимо двое токоизмерительных клещей);
• не требуется разрывать цепь заземлителя.

Удельного сопротивления грунта

Некоторые из приборов для измерения сопротивления контура заземлителя, дополнительно снабжены функцией определения удельного сопротивления грунта. Для этого электроды подключают по иной схеме. Например, часто используют метод 4-х электродов.

В цепях переменного тока

В цепях переменного тока помимо активного сопротивления имеет место реактивное. Для его измерения применяются другие приборы.

Петли фаза-ноль

Сопротивление участка электросети от трансформатора на подстанции до розетки нормируется. Если оно вследствие ошибок при монтаже или неверного подбора сечения проводов окажется завышенным, это приведет к несбалансированному режиму работы и даже аварии.

Данный участок представляет собой петлю, образованную фазным и нулевым проводниками. Отсюда и название — петля фаза-ноль.

Порядок действий при расчете сопротивления:

1. вольтметром замеряют напряжение U1 между фазой и нулем в розетке. В идеале следует замерять ЭДС на выводах обмотки трансформатора, но доступа к нему обычно нет;
2. в розетку включают нагрузку и последовательно с ней — амперметр. Нагрузка подбирается так, чтобы сила тока I в цепи была стабильной и составляла 10 – 20 А. При меньших значениях завышенное сопротивление петли может себя не проявить;
3. вольтметром определяется падение напряжения U2 на нагрузке.

Расчет производят так:

1. вычисляют полное сопротивление цепи: R1 = U1/I;
2. рассчитывают сопротивление нагрузки: R2 = U2/I;
3. определяют сопротивление петли фаза-ноль путем вычитания из полного сопротивления цепи сопротивления нагрузки: Rп = R1 – R2.

Обычным мультиметром выполнить измерения нельзя — он дает большую погрешность. Требуются приборы повышенной точности — класса 0,2. Это измерители лабораторного уровня: они часто поверяются и требуют от оператора высокой квалификации.

Вместо амперметра и вольтметра по отдельности для измерения сопротивления петли фаза-ноль, используют специальные приборы.

Иногда их называют «измерителями тока короткого замыкания», но это не совсем верно: непосредственно токи КЗ прибор не определяют, он лишь вычисляет его значение, основываясь на результатах измерения (по обычному закону Ома).

Прибор содержит:

• высокоточный амперметр;
• высокоточный вольтметр;
• нагрузочный резистор;
• элементы питания для функционирования цифрового блока обработки данных.

Пользователю достаточно вставить щупы в розетку и нажать кнопку «пуск». Измеритель сам выполнит порядок действий, описанный выше, и отобразит результат на дисплее.

Видео по теме

Как правильно пользоваться прибором для измерения сопротивления изоляции:

В процессе эксплуатации электросети приходится замерять сопротивление самых разных ее элементов. Для этого выпускают широкий перечень приборов, каждый из которых имеет свое назначение и не может быть заменен другими.