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

ввиду отсутствия соответствующих образцовых средств [33],

асвыше 1013 Ом практически не применялся.

Втечение последних лет некоторыми авторами было пред­ ложено применять пассивные эквивалентные цепи для ком­ плектной поверки высокоомных мостов [100, 129, 130, 131]. Од­ нако при исследовании предложенных цепей [33] установили, что они обладают существенными недостатками: предъявляют определенные требования к схеме и конструкции поверяемого прибора и во многих случаях не могут быть применены для поверки высокоомных измерительных приборов.

Ниже будут рассмотрены особенности схем и конструкций мер большого электрического сопротивления, высокоомных мо­ стов, с помощью которых аттестуют эти меры, а также пассив­ ные и активные эквивалентные цепи, предназначенные для комплектной поверки высокоомных измерительных приборов, даны рекомендации по выбору образцовых средств и методов поверки, обеспечивающих практическое внедрение новой по­ верочной схемы.

ОСОБЕННОСТИ СХЕМ МЕР БОЛЬШОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Меры электрического сопротивления являются основой созда­ ния большей части измерительных приборов. Без их постоянно­ го совершенствования невозможно расширение диапазонов и повышение точности приборов для измерения сопротивления.

Характеристики мер большого сопротивления зависят как от свойств резисторов, на основе которых они построены, так и от конструкции меры. Существенную роль при создании мер большого сопротивления играет способ их экранирования.

Меры большого сопротивления могут быть классифициро­ ваны по ряду признаков [32, 33, 34, 35, S3].

В зависимости от метрологического назначения, т. е. от положения, занимаемого в поверочной схеме, меры большого сопротивления подразделяются на рабочие и образцовые.

Образцовой называют меру, предназначенную для повер­ ки по ней других средств измерений, исследованную и атте­ стованную в метрологическом учреждении страны и утверж­ денную в качестве образцовой меры определенного разряда в соответствии с поверочной схемой.

В зависимости от вида применяемых резисторов, меры большого сопротивления делятся на проволочные (микропро­ волочные) и непроволочиые [71]. На основе микропроволоч­ ных резисторов возможно создание "мер большого сопротив­ ления номинальным значением до 101 0 Ом, а на основе непро­ волочных резисторов — до 1014 Ом.

32

так как с возрастанием измеряемого сопротивления точность измерения понижается.

Меры этого вида применяются как рабочие и образцовые (микропроволочные и непроволочные), имеют постоянное значение и могут использоваться в цепях постоянного и пере­

ние определяют расчетным путем.

Данную меру можно аттестовывать с несколько повышен­ ной точностью, так как составляющие ее секции могут быть подогнаны и измерены более точно, чем полное (суммарное) сопротивление, вследствие того, что они имеют меньшие но­ минальные значения. Однако погрешность, обусловленная влиянием токов утечки в этой мере, возрастает ввиду наличия п+{ изоляторов.

Если секции п такой меры составлены из непроволочных резисторов, то для исключения погрешности, вызванной изме­ нением сопротивления непроволочных резисторов при изме­ нении приложенного к ним напряжения, меру следует атте­ стовывать при напряжении

п

где л — количество резисторов; £/р а б — рабочее напряжение меры.

Меры этого вида, применяемые как рабочие и образцовые (микропроволочные и непроволочные), могут использоваться в цепях постоянного и переменного токов.

Принципиальная схема меры вида Rs=Rvii2 (рис. 10, г) основана на том, что эквивалентное сопротивление п резисто­ ров с равными номинальными значениями, соединенных парал­ лельно, в п2 раз меньше сопротивления тех же резисторов, носоединенных последовательно [98, 115, 127].

Действительное значение меры при определенных условиях

Rs — Rp fi2,

где Rs — сопротивление /г последовательно соединенных рези­ сторов;

Rp — сопротивление тех же п резисторов, которые соеди­ нены параллельно, измеренное при аттестации меры.

34

Погрешность определения значения меры Rs мер большого сопротивления, выполненных на основе йепроволочных рези­ сторов, зависит от неравенства сопротивлений отдельных рези­ сторов, составляющих меру, и от погрешности, вызванной за­ висимостью сопротивления непроволочных резисторов от при­ ложенного напряжения и обусловленной влиянием токов утечки.

Меры этого вида имеют следующие преимущества: повышенную точность аттестации, так как для аттестации

такого вида меры достаточно измерить ее значение при парал­ лельно соединенных резисторах, это значение в п2 раз меньшезначения меры при последовательно соединенных образующих

еерезисторов; возможность применения образцовой аппаратуры, имеющей,

более низкий диапазон измерений; сокращенное количество измерений; для аттестации меры

ми значениями более 1010 Ом на основе кепроволочных рези­ сторов значительно повышаются требования к защите их от токов утечки и внешних электромагнитных помех, а также усложняется конструкция вследствие большого числа контак­ тов, необходимых для переключений. Кроме того, подбор не­ проволочных резисторов с одинаковыми значениями сопро­ тивления весьма затруднен из-за специфических особенностей их подгонки.

Несмотря на перечисленные трудности наиболее целесооб­ разно создание мер большого сопротивления вида Rs^Rpn2, на анализе погрешностей которых мы и остановимся.

ПОГРЕШНОСТИ МЕР БОЛЬШОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Погрешность мер большого электрического сопротивления яв­ ляется результирующей нескольких составляющих, основны­ ми из которых являются [32, 33, 35, 36]:

погрешность подгонки сопротивлений резисторов, обра­ зующих меру под номинальное значение (уі) ;

погрешность, вызванная нестабильностью сопротивления резисторов меры во времени (уг) ;

температурная погрешность, обусловленная зависимостью сопротивления резисторов от температуры (ѵз) ;

погрешность, вызванная влиянием внешней окружающей среды (у4 );

сов, полировка изоляторов и применение силикагелевых осу­ шителей.

Погрешность у$ определяется погрешностью образцовой ап­ паратуры и погрешностью ув, вызванной зависимостью сопро­ тивления резисторов от приложенного напряжения (для непро­

Для исключения погрешности ув, вызванной зависимостью сопротивления непроволочных резисторов от приложенного к ним напряжения, непроволочные меры должны аттестовываться при рабочем напряжении.

Исследованию влияния токов утечки на погрешность изме­ рения в высокоомных цепях постоянного тока посвящено значительное количество работ [12, 14, 28, 32, 33, 34, 35, 62, 69, 74, 92, 94, 95, 96]. Еще М. Ф. Маликовым было установлено

шим, чтобы влияние шунтирования утечкой на величину элек­ трического сопротивления находилось за пределами точности измерения» [58].

Эти требования приобретают особый смысл при разработ­ ке мер предельно большого сопротивления, так как номиналь­ ные значения их сопротивления приближаются к значениям сопротивления изоляции лучших диэлектриков.

Погрешность у7, обусловленная влиянием токов утечки, мо­ жет стать одной из основных составляющих погрешности мер большого сопротивления, вследствие чего анализу влияния то­ ков утечки на погрешность мер большого сопротивления долж­ но быть уделено особое внимание.

Рассмотрим эквивалентную схему меры большого сопро­ тивления типа R=r (рис. 11).

Из рисунка видно, что влияние шунтирования резистора меры Г\ сопротивлением г\ определяется соотношением между

потенциалов между экраном и точками А и В меры, т. е. от

37