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

деформируется. Величина деформации зависит от напряжен­

пературы помещения могут достигать ±5°С, отсюда измене­ ние dn составит ±0,25% . Повышение влажности приведет к увеличению поверхностных токов утечек, поэтому меру необ­ ходимо снабжать осушителем.

Погрешность от токов утечки зависит в большой степени от выбора изоляционного материала. В кварцевых мерах изо­ ляционным материалом служит как само тело кристалла (часть, не покрытая электродами), так и янтарь, присутствую­ щий во всех узлах аппаратуры, требующих высокой изоляции. Если считать, что сопротивление и кварца, и янтаря составля­ ет величину порядка 1016 Ом, то ток утечки будет определять­ ся частным от деления значения порога чувствительности на

ний до 10 кН/см2 эта величина при постоянных условиях из­ мерения воспроизводится с погрешностью не более 0,01%.

Высокой стабильностью физических свойств кварца объяс­ няется его использование в мере для воспроизведения значе­ ний тока 10~1 4 А и менее.

Анализ всех источников погрешностей кварцевой меры по­ казывает, что при правильном ее конструировании предель-

пая погрешность воспроизведения тока в диапазоне Ю- 1 5 —10~1 6 А может быть не более ± 2 % , в остальных диапа­ зонах — не более ± 0 , 5 % .

ПРИМЕНЕНИЕ МЕР ТОКА В ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

и регулируемым значениями выходного тока могут применять­ ся как меры большого сопротивления, если выбрать в качест­ ве рабочего режима область линейной зависимости выходного тока от напряжения, приложенного к электродам.

конструктивных изменениях. Внутреннее сопротивление меры •с регулируемым значением выходного тока также может быть получено достаточно большим при подборе соответствующих

.напряжений на электродах.

Представляет интерес также осуществление меры малых э.д.с., выполненной на основе последовательного соединения меры малых токов (например, на основе ионизационной ка­ меры) и меры сопротивления (манганиновые катушки сопро­ тивления) .

Внутреннее сопротивление меры э.д.с. Еэ будет опреде­ ляться сопротивлением высокоомной катушки, а номинальное значение напряжения — значением выходного тока использо­ ванной меры тока и тем же сопротивлением катушки. Так как стабильность манганиновых катушек весьма высока, погреш­ ность меры э.д.с. в основном зависит от погрешностей меры тока. Диапазон выходных значений меры э.д.с. может регулироваться в широких пределах как регулированием

противления позволяет осуществить меру э.д.с. с плавно регу­

132

Неизвестное сопротивление при этом

где і — известный ток меры; Ry — общее сопротивление утеч­ ки нуль-индикатора и схемы: Uy и UK — порог чувствительно­ сти нуль-индикатора и напряжение, снимаемое с компенсато­ ра постоянного тока.

Второй член в приведенном выражении представляет со­ бой абсолютную погрешность измерения. При измеряемом со­ противлении 1012 Ом, токе Ю - 1 2 А или Ю - 1 3 А и пороге чув­ ствительности нуль-индикатора 50 мкВ/дел. относительная погрешность измерения составит приблизительно ± 0 , 5 % со­ ответственно при падении напряжения на измеряемом сопро­ тивлении 1 и 0,1 В.

Основным преимуществом данного метода является воз­ можность определения значения сопротивления при малых напряжениях на нем, что весьма существенно для непрово­ лочных сопротивлений, имеющих большой коэффициент на­ пряжения.

Существующие же в настоящее время приборы для изме­ рения больших сопротивлений, например основанные на. принципе одинарного моста, не позволяют измерять сопро­ тивления при напряжениях менее 5 В.

Меры тока могут служить основной составной частью при построении приборов для измерения больших сопротивле­ ний [82].

Пьезоэлемент меры тока, основанный на пьезокварце, мо­ жет использоваться в качестве меры большого сопротивле­ ний. ;

Известно, что поверка приборов сопротивления в диапазо­ не больших значений представляет значительные трудности в. связи с отсутствием мер сопротивления выше 1012 Ом. В насто­ ящее время создаются методы и устройства [29], позволяю­ щие имитировать режим входных цепей измерителей больших сопротивлений, аналогичный рабочему режиму, и таким обра­ зом осуществлять их поверку. С этих позиций представляет интерес использование пьезоэлемента меры тока на основе пьезокварца в качестве меры большого сопротивления. Выше уже упоминалось, что в статическом состоянии кварц облада­ ет весьма высоким сопротивлением в направлении, перпенди­ кулярном к оптической оси. В динамическом режиме в про­ цессе генерирования тока сопротивление кварца не меняется и может быть определено через размеры усилия, приложен-

133

ного к пластинке, через время приложения усилия, напряже­ ние, возникающее на ее гранях, и напряжение поляризации.

Для вывода соотношения, определяющего зависимость со­ противления от перечисленных выше факторов, обратимся к эквивалентной схеме кристалла кварца (рис. 62) в процессе ра­

боты.

где Up — напряжение поляризации, возникающее в диэлек­ трике при приложении к нему потенциала и создающее поле, направленное противоположно приложенному.

134

Проанализируем полученное выражение. Первый член зна­ менателя представляет собой количество электричества, обус­ ловленное геометрической емкостью образца, второй член — количество электричества, «запасенное» внутри диэлектрика,, в области сосредоточения объемных зарядов; AUP — напряже­ ние поляризации, образовавшееся в течение времени At. По данным .[2], для кристаллов кварца (при малых напряжениях на гранях) существует линейная зависимость между напря­ жением, приложенным к кристаллу, и образовавшимся на­ пряжением поляризации, причем коэффициент линейности близок к 1.

Напряжение поляризации может быть установлено экспе­ риментально для определенного образца кристалла путем из­

кристалл кварца в момент генерации тока, сопротивление вы­ бранного образца будет постоянным в соответствии с зако­ ном Ома в течение всего рабочего времени.

Очевидно, что погрешность определения RK будет зависеть от погрешностей составляющих, входящих в соотношение (4.9), из которых максимальный вклад вносит погрешность определения тока (емкость кристалла и напряжение, возни­ кающее на гранях, могут быть определены расчетным путем). Время также определяется с высокой степенью точности.

Суммируя значения погрешностей, вносимых возможными источниками, можно предположить, что общая погрешность определения сопротивления пластинки кристалла кварца не превысит нескольких процентов в диапазоне 10й —101 6 Ом.

Для примера рассмотрим, каким сопротивлением обладает образец пластинки кристалла кварца, предназначенный для

Расчет показывает, что сопротивление образца составляет величину порядка 2-101 5 Ом.

Очевидно, что изменение размеров пластинки позволит по­ лучать различные сопротивления. Подобный вариант меры

135