Файл: Рождественская Т.Б. Аппаратура для точного измерения больших сопротивлений, малых постоянных токов и методы ее поверки.pdf

Из сказанного следует, что воздействие различного рода излучений приводит к появлению паразитного тока, являю­ щегося одной из причин, обусловливающих достижимую точ­ ность измерения. Кроме того, источники погрешности попол­ няются вследствие конструктивных особенностей устройств. •Сюда относится погрешность, возникающая в результате «ге­ нерирования» паразитных токов изоляторами, всегда присут­ ствующими в измерительных устройствах в больших или ма­ лых количествах.

По данным [126], измерение токов до Ю - 1 7 А возможно при условии выполнения изоляции из сапфира или аналогич­ ного по изоляционным свойствам материала. В [79] (табл. 10) приводятся результаты экспериментального исследования не­ которых образцов изоляционных материалов.

Т а б л и ц а 10

Эксперименты проводились на образцах объемом 1 см3 при нормальных и повышенных температуре и влажности и по­ казали, что в случае применения лучших изоляционных мате­ риалов в хорошо сконструированных входных устройствах па­

Ю-1 5 А не менее ± (1—2) %.

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ

Малые постоянные токи в диапазоне Ю - 1 0 — Ю - 1 5 А измеряют различными методами, которые условно можно разделить на две группы: методы, основанные на прямых измерениях тока и на косвенных измерениях. Измерения каждой группы реали-

50

зуются соответствующими приборами и имеют свои отличи­ тельные особенности.

Прямое измерение весьма малых токов может быть осу­ ществлено при помощи гальванометров магнитоэлектрической системы, однако диапазон измерения тока этими и различного рода гальванометрическими усилителями ограничивается при­ близительно пределом 10~12 А [16, 53, 81]. Объясняется это наличием трудноустранимых помех, связанных с вибрацией измерительной системы, броуновским движением молекул воз­ духа и другими причинами, более подробно рассмотренными

Порог чувствительности определен теоретически: при расчете не учитывались трение и противодействующий момент. Основ­ ное отличие описываемого прибора состоит в способе крепле­ ния подвижной рамки: она укреплена на сферах, вращаю­ щихся на воздушных подушках, из-за чего сильно снижается момент трения. Практическая реализация прибора позволила получить порог чувствительности Ю - 1 2 А.

Общим недостатком гальванометрических усилителей, ограничивающим их применение для измерений малых токов преимущественно в цепях большого сопротивления, является их сравнительно малое входное сопротивление [16, 81]. По­ этому значительно шире для измерения малых токов приме­ няются приборы (электрометры), основанные на использова­ нии усилителей с преобразователями, чувствительными к на­ пряжению, и обладающие большим входным сопротивлением.

Обычно это или усилители постоянного тока с электромет­ рической лампой на входе или усилители переменного напря­ жения с преобразователем постоянного напряжения в пере­ менное. Преобразование осуществляется либо вибропреобра­ зователем с конденсатором постоянной емкости, либо (что бо­ лее распространено) динамическим конденсатором.

Выходные приборы усилителей градуируют в единицах си­ лы постоянного тока на основе косвенных измерений.

Наиболее распространенными методами косвенного изме­

где U — напряжение на конденсаторе.

При этом могут быть использованы две возможности:

при неизменной емкости С изменяется напряжение на кон­

так как при C = const второй член уравнения (3.1) равен нулю; при изменении переменной емкости поддерживается напря­

из них будут погрешность измерительного резистора и по­ грешность измерения напряжения.

Обычно при создании рабочих приборов для измерения то­ ков, меньших чем 10 1 1 А, в качестве высокоомных мер сопро­ тивления используют непроволочные резисторы, значение ко­ торых зависит от приложенного напряжения и изменения внешних условий.

82

Временная нестабильность непроволочных резисторов до­ стигает 5—10% в год. Следовательно, если их использовать без периодической калибровки, то невозможно получить по­ грешность метода меньше ±(10 — 15)% (при условии, что по­ грешность измерения напряжения не превышает ± 4 % ) - Для уменьшения погрешности необходимо в цепи прибора исполь­ зовать элементы для контроля и регулировки резисторов (на­

второй член, который не является постоянным и потому не мо­ жет быть учтен.

погрешности (приблизительно до ±15% ) этот метод широко применяется в приборостроительной промышленности, что, повидимому, объясняется его простотой. Погрешность может быть снижена с помощью стабильных микропроволочных мерсопротивления. Такие сопротивления выпускаются номиналь­ ными значениями до 108 Ом, что при применении современных усилителей может обеспечить измерение токов до 10 _ п А.

Некоторые типы приборов, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью, приведены в табл. 13. Следует отметить, что почти все приборы, рассчитанные на измерение тока до 1 0 - и А, основаны на этом методе.

Компенсационный метод измерения напряжения 17, образующегося на высокоомном резисторе R

при протекании по нему неизвестного тока іх

Компенсационные методы как наиболее точные широко ис­ пользуются в измерительной технике и практике поверки электроизмерительных приборов различного назначения [39]. Например, принцип действия схемы для поверки амперметров заключается в определении силы тока, протекающего по ка­ тушке сопротивления, последовательно с которой включен по­ веряемый амперметр. При этом падение напряжения на ка­ тушке сопротивления определяется при помощи компенсатора постоянного тока.

Если воспользоваться высокоомным компенсатором посто­ янного тока класса 0,002 (например, типа ПВ-8) и мерой со­ противления номинальным значением 105 Ом, то минимальное значение измеряемого тока, определяемое только погрешно­ стью измерения напряжения, может составить лишь Ю - 8 А.

постоянной и погрешность è определяется в основном отноше-

ционного метода измерения малого тока. В схеме использо­ ваны: мера малого постоянного тока ММТ, набор мер боль­ шого сопротивления RM непроволочных и микропроволочных номинальными значениями 109—1012 Ом; компенсатор посто­ янного тока К; нуль-индикатор Э с входным сопротивлением 101 5 —1016 Ом и с постоянной не менее 20 мкВ/дел. Входная часть нуль-индикатора, мера тока и мера сопротивления экра­ нированы.

84