Омметр: что измеряет?

Когда изобрели омметр?

До изобретения омметра предпринимались безуспешные попытки сделать гальванометр чувствительным к малым токам. Георг Ом стал основоположником теории, которая легла в основу принципа действия современного омметра.

Он подключил стрелочный гальванометр к батарее последовательно через резистор, имеющий конечное сопротивление R, и обнаружил, что ток линейно зависит не только от напряжения батареи, но и от величины сопротивления, которое этот ток преодолевает. Закон Ома, открытый учеными в 1826 году, лежит в основе электробезопасности и работы омметров.

Затем работу над омметром завершил другой физик-изобретатель — Чарльз Уитстон. Он включил гальванометр по диагонали моста сопротивления. Дополнительные резисторы равны по значениям Ra и Rb.

Ток через гальванометр равен нулю, если измеренное (Rx) и «шаблонное» (Rs) сопротивления равны. В 1843 году Уитстон опубликовал свою статью об этих экспериментах. С тех пор омметр стал полноценным измерительным прибором.

Невозможно назвать имя изобретателя вольтметра. Эта идея основана на законе Ома. Около десятка ученых в XIX-XX веках приложили усилия для модернизации аналогового омметра — вклад каждого из них неоценим.

Сегодня любой человек, хорошо разбирающийся в физике и электричестве, строит аналоговый омметр на основе стрелочного миллиамперметра. На основе микроамперметра или милливольтметра строят килоомметр, на основе вольтметра — мегаомметр, на основе килоомметра — гига- и тераомметр.

Недостатком омметров, измеряющих сопротивление от долей ома до одного килоома, является значительный ток потребления батареи 1-3 ампер в час (при замыкании щупов). Это заставляет пользователя использовать аккумулятор. Для правильной калибровки прибора по омической шкале в схему включен калибровочный переменный резистор.

Принципы измерения электрического сопротивления

Различают два вида электрического сопротивления: активное и реактивное.

Активное или резистивное

Это сопротивление материала движению электрически заряженных частиц, которое происходит при любой форме тока.

Определяется по закону Ома для участка цепи: R = U/I, где:

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

Поэтому для расчета активного сопротивления элемента необходимо подать на выводы определенное известное напряжение и измерить силу тока, протекающего в цепи.

Реактивное

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

1. индуктивная: этим сопротивлением обладают катушки индуктивности, например обмотки электродвигателей и трансформаторов;
2. емкостной: относится к конденсаторам и другим элементам, обладающим электрической емкостью.

Для расчета реактивного сопротивления используются более сложные методы и приборы.

Конструкция простейшего омметра

Омметр – это прибор для измерения активного сопротивления. Самый простой вариант – аналоговый или стрелочный. Действие основано на способности протекающего по проводнику тока создавать магнитное поле, которое значительно усиливается при намотке провода в катушку.

Внутри аналогового омметра находятся следующие компоненты:

1. подвижная катушка на пружине с прикрепленной к ней стрелой;
2. постоянный магнит;
3. блок с ограничительными резисторами R (нужный выбирается переключателем);
4. источник питания — батарея или аккумулятор;
5. щупы с разъемами для подключения к прибору.

При подключении щупов к выводам проверяемого элемента с сопротивлением RX цепь замыкается и по катушке протекает ток.

Его величина зависит от RX, а ограничительный резистор R исключает возможность короткого замыкания. Сила тока зависит от индукции магнитного поля, создаваемого катушкой, а следовательно, и от силы ее взаимодействия с постоянным магнитом.

Чем выше эта сила, тем больше смещается золотник, растягивая пружину, и тем дальше будет отклоняться прикрепленная к нему стрелка. Подключая разные ограничительные резисторы, изменяют чувствительность прибора — от этого зависит диапазон измерения.

Характеристики и устройство

Омметр включает в себя:

• указательный гальванометр;
• стабилизированный источник питания (в простейшем случае батарея);
• подшипник сопротивления, может переключаться по желанию с помощью многопозиционного переключателя;
• шунт (для измерения сопротивления менее 1 Ом);
• переменный резистор, устанавливающий «ноль» перед началом измерений;
• разъемы для контактов, к которым на другом конце присоединяются провода со щупами;
• автоматический выключатель батареи для предотвращения случайного прикосновения к щупам и утечки заряда.

Калибровочных резисторов может быть два — один настраивает ноль грубо (быстро), другой в десять раз точнее. Калибровка необходима, так как со временем батарея разряжается, что снижает выходное напряжение под нагрузкой (короткозамкнутой или измеренной соответствующими щупами сопротивления).

Это занимает 1-3 секунды. Весь блок размещен в ударопрочном корпусе. Для облегчения снятия показаний гальванометр чаще всего монтируют в корпусе в положении «лежа на спине» или «лежа.

Наиболее важными свойствами омметра являются:

• точность (класс точности);
• напряжение (ЭДС) на батарею или аккумулятор питания;
• габариты и вес (неудобно носить с собой омметр, который не помещается в кармане);
• защита от ударов и вибрации (в комплекте амортизирующие резиновые вставки).

Из последнего следует, что бросать и трясти устройство нельзя. Стрелочный гальванометр имеет чувствительную к вибрации измерительную головку. При сильном ударе стрела может сломать противовес — балансир, без которого ее конец коснулся бы шкалы.

В некоторых случаях повреждается и возвратная пружина — плоская упругая катушка, возвращающая стрелку в нулевое деление после размыкания измерительной цепи.

Принцип работы

Принцип работы прибора для измерения сопротивления заключается в следующем. В электрическую схему цепи гальванометра включают переменный резистор и батарейку (или аккумулятор). По закону Ома уравновешиваются малое сопротивление и большой ток, и наоборот. Нулевое значение омметра находится не слева, как у вольтметра или амперметра, а справа.

Шкала градуирована назад. Деления шкалы расположены таким образом, что визуальное расстояние на шкале для одного и того же интервала сопротивления уменьшается. Например, действия расположены справа налево в следующем порядке: 0, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 500 Ом, 1 кОм, 5, 25, 200 кОм и «бесконечно». Последний символ — крайняя левая позиция на стрелке.

При замкнутых щупах (включить цепь) сопротивление крутят до тех пор, пока стрелка на приборе не остановится на условном нуле омметра. Это позволит снизить ток потребления прибора до значений миллиамперметра, которым измеряют ток короткого замыкания в маломощных цепях. Теперь можно измерить нужное сопротивление.

Классификация

По диапазону сопротивления омметры делятся на:

• микроомметр – измерение сопротивления до 1 мОм;

• Миллиомметры — до 1 Ом — применяют для оценки шунтов;

• Омметры — до 1 кОм — применяются для прозвонки линий, обмоток, электрических катушек, диодов, транзисторов и других элементов;

• Килоомметр — 1000 Ом — 1 МОм;

• Мегаомметр — до 1 ГОм;

• Гигрометры — до 1 ТОм, применяются для оценки исправности изоляции и других нетеплопроводных сред.

Тераомметры уже используются для оценки среды, разделяющей проводники, находящиеся очень далеко друг от друга. Условно сопротивление диэлектрика стремится к бесконечности. Вакуумное сопротивление уже такое.

Не все омметры принимают ток от 1,5-9 вольт. Некоторые, например М-371, используют внешний стабилизированный источник питания 120 В. Есть и другие особенности — например, вращающаяся шкала и неподвижная стрелка на омметре М-416. На все современные омметры распространяется ГОСТ 8.409-81, актуализированный 1 июня 2019 года.

По варианту исполнения это переносные и стационарные (стационарные) приборы. Они отличаются по размеру. Например, профессиональный высокоточный омметр для электроиспытательных лабораторий проработает всю жизнь в одном помещении.

Примером здесь является панельный блок. Мобильный мультиметр можно носить в кармане. Отдельно классифицируются узкоспециализированные омметры.

Аналоговый

Это всем известный стрелочный мультиметр. Он имеет стрелочный интерфейс. Это может быть сложно — при измерении прибор преобразует полученное значение сопротивления в напряжение, которое по закону Ома ему прямо пропорционально.

Реализация этого шага возложена на специальный узел в схеме омметра — операционный усилитель. В результате на шкале омметра указывается нужное значение сопротивления.

Цифровой

Цифровой омметр содержит специальный измерительный мост, уравновешенный по сопротивлению с помощью автоматики управления. Последний представляет собой отдельный микроконтроллер. Резистор, подключенный к щупам на приборе, подает сигнал на контроллер через мост, а тот устанавливает нужные значения баланса для моста.

Затем данные обрабатываются в микропроцессоре программой, которая считывается с микросхемы ПЗУ, помещается в ОЗУ и выводится на экран.

Полученное значение может быть передано с помощью внешних интерфейсов – по беспроводной или проводной компьютерной сети, считано и сохранено специальной программой на ПК, смартфоне или планшете пользователя.

Магнитоэлектрический

В основе такого омметра лежит магнитоэлектрическая система. Основой является магнитоэлектрический счетчик. Он включается последовательно с цепью, сопротивление которой измеряется в данный момент. Диапазон измеряемых величин от 100 Ом до 10 МОм. В них измеряемое сопротивление и источник тока соединены последовательно.

Аккумулятора мощностью 1,2-9 Вт достаточно для питания всей схемы. При использовании магнитоэлектрического измерителя, например мегомметра, могут потребоваться напряжения до 120 В. Если измеряемое сопротивление всего до нескольких Ом, то сопротивление подключают параллельно, а не последовательно.

Напряжение на омметре упадет. Отображаемое значение будет желаемым сопротивлением. Минус в том, что быстро разряжается батарея.

Логометрический

Основой для такого омметра является магнитоэлектрический измеритель отношения. Система построения аналогична предыдущему типу. Диапазон измерения — 1-1000 МОм. Логометры работают на основе расчета сопротивлений, связанных друг с другом.

Результатом такой работы является поиск оптимального (не обязательно среднего) значения. Оно, в свою очередь, указано на шкале агрегата. Источником постоянного тока является не батарея, а ручной генератор.

Наименования и обозначения

Помимо наименований по диапазону измеряемых сопротивлений (от микро- до тераомметра), в общую классификацию включен также измеритель сопротивления заземления. Омметры также маркируются в соответствии с системой, на которой они основаны.

• Мхх — магнитоэлектрические омметры.

• Фхх, Шхх — чисто электронные измерители сопротивления. В первом случае примером служит устройство М4100, во втором — Ф4104-М1.

• Омметры Е6-хх, маркированные по ГОСТ № 15094. Примером может служить счетчик Е6-13А.

Измерительные мосты постоянного тока

Недостатком омметров является серьезный недостаток. В обычных условиях допускается, но в ряде случаев требуется более точное определение сопротивления.

Для измерения мостовая схема составлена ​​из 4-х резисторов, один из которых испытуемый (Rx), а остальные три образцовые регулируемые (R1, R2, R3).

Одна диагональ моста подключается к полюсам источника тока, а к другой через переключатель и ограничительный резистор подключается высокочувствительный амперметр (милли- или микроамперметр). Подстройкой резисторов R1, R2 и R3 тестер уравновешивает мост — он добивается, чтобы на амперметре появился «0».

Такая ситуация будет иметь место при равенстве произведений сопротивлений на противоположных плечах моста, откуда определяется сопротивление Rx испытуемого элемента по формуле: Rx = (R1*R3)/R2.

Читайте также: Осциллятор своими руками для разных видов сварки

Приборы измерения сопротивления

Контура заземления

Залогом правильной работы защитного заземления является его низкое сопротивление.

Необходимо регулярно проверять сопротивление контура заземления, так как оно может увеличиваться по следующим причинам:

• окисление (коррозия) поверхности заземлителей;
• увеличение удельного сопротивления грунта;
• нарушение контакта между токопроводящей шиной и заземлителем из-за коррозии или механического повреждения.

Измерение сопротивления заземляющего электрода также рассчитывается по закону Ома для участка цепи.

Для этого на определенном расстоянии от проверяемого заземлителя в землю вбивают основной и вспомогательный измерительные электроды, затем их соединяют проводами с заземлителем.

Полученную схему подключают к калиброванному источнику тока и измеряют две величины:

1. ток I, текущий в цепи;
2. падение напряжения U на участке между испытуемым заземлителем и вспомогательным электродом.

Искомое сопротивление определяют делением: R = U/I.

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

Очень практичные устройства с силовыми зажимами, обладающие следующими преимуществами:

• не используется дополнительное оборудование и электроды (требуется два силовых зажима);
• нет необходимости разрывать цепь заземления.

Удельного сопротивления грунта

Некоторые из приборов для измерения сопротивления контура заземления дополнительно оснащены функцией определения удельного сопротивления земли. Для этого электроды соединяются по другой схеме. Например, часто используется 4-электродный метод.

Важно не располагать электроды ближе 20 м от коллекторов, металлических опор и других сооружений с хорошей проводимостью, так как они сильно искажают результаты измерений.

В цепях переменного тока

В цепях переменного тока кроме активного сопротивления есть реактивное сопротивление. Для измерения используются другие инструменты.

Петли фаза-ноль

Нормируется сопротивление участка электрической сети от трансформатора на подстанции до розетки. Если оно окажется слишком высоким из-за ошибок монтажа или неправильного подбора сечения провода, то это приведет к небалансному режиму работы и даже к аварии.

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

Порядок расчета сопротивления:

1. вольтметр измеряет напряжение U1 между фазой и нулем в розетке. В идеале ЭДС следует измерять на клеммах обмотки трансформатора, но обычно это невозможно;
2. к розетке подключается нагрузка и последовательно с ней включается амперметр. Нагрузку выбирают так, чтобы ток I в цепи был стабильным и составлял 10 — 20 А. При меньших значениях повышенное сопротивление контура не может проявляться;
3. вольтметр определяет падение напряжения U2 на нагрузке.

Расчет производится следующим образом:

1. рассчитать импеданс цепи: R1 = U1/I;
2. рассчитать сопротивление нагрузки: R2 = U2/I;
3. определить сопротивление петли фаза-ноль, вычитая из общего сопротивления цепи сопротивление нагрузки: Rп = R1 — R2.

Провести измерения обычным мультиметром невозможно — он дает большую погрешность. Требуются приборы с повышенной точностью — класс 0,2. Это лабораторные счетчики: они часто проходят поверку и требуют от оператора высокой квалификации.

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

Иногда их называют «измерителями тока короткого замыкания», но это не совсем так: прибор не определяет напрямую токи короткого замыкания, он только вычисляет значение по результатам измерения (по обычному закону Ома).

Устройство содержит:

• амперметр высокой точности;
• вольтметр высокой точности;
• сопротивление нагрузки;
• батареи для работы блока цифровой обработки данных.

Пользователю нужно только вставить щупы в гнездо и нажать кнопку «старт». Прибор выполнит процедуру, описанную выше, и отобразит результат на экране.

Методы проведения измерений

пользоваться омметром не сложно. Они бывают двух типов — с параллельным и последовательным подключением к измеряемой цепи. Есть и универсальные версии устройств, тип подключения задается селектором.

Для запуска измерений ручками или клавишами управления установите глубину изучаемых величин, в том числе микро, милли, кило, мега или омы. В магнитоэлектрических устройствах устанавливается показатель «0», для остальных этап пропускается.

Омметр подключают к исследуемой цепи в зависимости от типа — последовательно или параллельно. Окончательные значения сопротивления будут отображаться на шкале или экране устройства.

Все вышесказанное относится к обычным счетчикам. Но есть подкласс омметров, предназначенных для проведения исследований диэлектрических материалов. Например, оболочки кабелей или изоляция проводов.

Работа с ними немного отличается хотя бы тем, что проверка проводится не на замкнутом контуре, а на двух разных проводниках, разделенных слоем материала, свойства которого необходимо уточнить. Хорошим примером здесь могут быть изолированные жилы классического кабеля.

Стойкость к пробою между которыми проверяется как изготовителем, так и конечным потребителем высоковольтных линий электропередач.

Омметры, предназначенные для измерения мегаом, часто имеют третий контакт, к которому подключается экран изолированного провода.

Сама процедура, для высоковольтных устройств, занимает определенное время, указанное в эксплуатационных характеристиках испытуемого материала. В течение всего периода испытаний значение сопротивления изоляции не должно изменяться.

Собственно генерация тока, необходимого для измерений, может осуществляться вращением ручки, извлекаемой силой человека, сторонним источником питания или преобразованием внутренней энергии прибора в повышенную форму. Часто мегаомметры снабжены таймером, который показывает, сколько времени прошло испытание.

Выбирая омметр

Сначала нужно определить область. Устройства, предназначенные для диэлектриков или предназначенные для проверки конечного сопротивления электрических деталей, различаются по напряжению. И они не заменяют друг друга. Речь идет о тысячах вольт в первом случае и нескольких единицах во втором.

Второй по важности характеристикой является глубина измерения, то есть предел чувствительности прибора, при котором он способен определить сопротивление. Обычно указывается в эксплуатационных документах устройства. Но и без последнего можно узнать примерную широту, исходя из делений аналоговой шкалы, или разрешенных положений диска выбора режимов.

Третьим, но не менее важным параметром счетчика, влияющим на выбор, является точность прибора. Здесь, конечно, необходимо изучить документацию модели. Кроме того, необходимо помнить, что определение показаний аналоговой шкалы изначально осложняется стрелочным типом индикатора.

Следовательно, будут небольшие отличия от реального состояния. Цифровые приборы, с числовыми показаниями, ненамного лучше — принцип их работы допускает некоторую погрешность в отображаемых данных.

Топ лучших на рынке

Омметр — это прибор, измеряющий сопротивление части цепи или определенного элемента в ней. Он может быть как отдельным блоком, так и частью многофункционального измерительного оборудования. В представленном ТОПе будут рассмотрены все варианты исходя из востребованности моделей на рынке, по информации профильных СМИ и личных отзывов покупателей.

Специализированные омметры

УНИ-Т UT522	Цифровой	0,004 МОм	5 %	Результаты теста фиксации (удержания), измерение напряжения	13190
РГК РТ-25	-//-	20 000 МОм	3 %	Нет	9900
ЦЕМ ДТ-5500	-//-	2000 МОм	3,5 %	Фиксация (Hold) результатов испытаний, измерение переменного напряжения до 750 В и постоянного напряжения до 1000 В	12100
ЭВЕ 1800 дюймов	Аналоговый	200 МОм	5 %	Измерение переменного напряжения до 600 В	12150
HR390	Цифровой	120 Ом — 1 МОм	<1 %	Доступно измерение емкости конденсатора, подсветка дисплея	3600

Некоторые модели из списка способны брать на себя функции мегомметров (метров диэлектрического сопротивления). Лучшим, именно по возможностям, для измерения сопротивления участков цепи, здесь будет ГЭУ ДТ-5500.

Как пользоваться?

Есть две причины для измерения сопротивления резистора.

• Вы не знаете цветовой код современных оппонентов. У вас нет под рукой таблицы полосок, по которой рассчитывается сопротивление.
• Резистор старый — все опознавательные знаки с него стерты, отклеились. Много раз паивался или хранился в агрессивной к покраске среде.

обрыв щупов – это обрыв цепи питания прибора, в состав которой входит резистор с измеряемым сопротивлением. Если речь идет о сопротивлении от десятков кОм и выше, провода сопротивления (и контакты щупа) руками трогать нельзя.

Кожа человека, хотя и обладает достаточно большим сопротивлением, не изолирует внутренние органы и ткани человека, содержащие электролиты (соли, кислоты), в той или иной степени проводящие электричество. Это вносит большую погрешность в измеряемое сопротивление. Если намочить руки, сопротивление человеческого тела будет еще меньше.

Омметр должен быть включен и откалиброван. Возьмите сопротивление в корпусе и присоедините провода к щупам, не касаясь их. Если вы измеряете сопротивление в уже подготовленной цепи, отключите питание этого прибора.

Напряжение батареи (или аккумулятора), установленной в омметре, прибавляется к напряжению, падающему на измеряемое сопротивление рабочего блока, — по закону сложения напряжений при последовательном соединении элементов. В результате прибор «масштабируется» в ту или иную сторону, и толкового измерения вы не получите. П

ри напряжении в десятки вольт, гасимом измеряемым сопротивлением, стрелку можно с силой отбросить в любой конец шкалы. Это может сломать как саму стрелу, так и ее перо с балансиром.

Если схема устройства сложная — содержит электронные компоненты, содержащие диоды, транзисторы и микросхемы, необходимо впаять резистор, пригодность которого проверяется. Дело в том, что полупроводники, из которых сделаны все эти элементы, также имеют ограниченное сопротивление до десятков Ом при прохождении тока в одну из сторон.

Следуйте принципиальной схеме ремонтируемого устройства. Требует хороших знаний физики, электричества и схем, без которых к ремонту электроники не допустят.

Цифровые омметры (мультиметры) имеют электронную схему защиты и предохранитель для защиты прибора от опасного напряжения. Повредить такой омметр можно только с помощью напряжения в сотни и тысячи вольт, которое «пробивает» микроконтроллер прибора.

После такого воздействия мультиметр восстановлению не подлежит. Обязательно отключите питание устройства, где оценивается состояние резистора, катушки или обмотки двигателя.