Вимірювання малих опорів, шунтів

У цій статті ми спробуємо навчитися вимірювати малі опори. У радіолюбителів іноді виникає потреба точно визначити опір шунта при виготовленні або ремонті амперметра, щоб він у свою чергу також точно показував свої одиниці вимірювання або в інших цілях. Але як це зробити, коли мультиметр не має шкали вимірювання мілі Ом, маркування або відсутнє, або зовсім не відоме і не зрозуміле? Більшість вимірювальних приладів мають мінімальну шкалу 200 Ом для вимірювання опору та 3,5 - 4 розрядів, при закорочуванні щупів там вже приблизно 0,7 Ом, при вимірюванні опору 0,1 Ом нічого не змінюється, біда. Зараз виправимо.

Пропоную використовувати для цієї мети містову схему вимірювання. Що таке міст повинні уявляти всі, на цьому зупинятися не будемо. Складемо міст з резисторів, подамо на нього яке-небудь напруження і будемо його ж вимірювати, хоча можна і струм вимірювати, різниці не буде, що більш точне у нас під рукою, те й вибираємо. Так а при чому тут вимірювання малого опору? Терпіння, все по порядку з далека. Є така чудова річ як баланс моста. Добуток опорів протилежних плеч моста, за умови його збалансованості, буде однаковим. А напруження і струми при збалансованості моста будуть взаємокомпенсувати один одного і в сумі дадуть 0.

(Нехай R0 це R3, а Rx це R4)

або

Отже, виходячи з вищезазначеного, якщо в міст поставити замість одного з резисторів наше мале опір довільного номіналу, а інший резистор зробити змінним або підстроювальним (за схемою використовуємо два змінних резистора для точності балансування моста, особливо в тому випадку, коли під рукою немає багатооборотистих змінних резисторів), щоб досягти балансу моста. Таку схему можна використовувати для вимірювання шунтів і малих опор:

Схему було збирати лінь, тим більше, що плату виготовити потрібно достатньо часу, тому навісним монтажем був виготовлений піддослідний зразок схеми. Тут резистори R1 і R2 не 1%, але підбиралися максимально близькі до опору заданого номіналу, похибка опору не перевищувала 0,5 % при кімнатних умовах.

Але потрібно знати як отримати точне значення вимірюваного опору. По-перше, головною особливістю такої схеми є те, що за допомогою неї "множиться" вимірюване опір. А це значить, що необхідність у шкалі на мілі Оми в мультиметрі відпадає. Опір в 0,1 Ом вже можна буде вимірювати на шкалі в кило Оми. Тільки вимірювання буде тепер не прямим, а непрямим, доведеться використовувати трохи математики і підраховувати кінцевий результат вимірювання.

Визначимося який діапазон номіналів будемо вимірювати (мається на увазі мале опір або опір шунтів). Для цього потрібно вибрати номінали змінних резисторів:

За схемою використовуємо два змінних резистора для більшої точності взаємодії, 1 кОм і 100 Ом. Таке опір змінних резисторів дозволить виміряти максимально велике опір в 1,1 Ом, мінімальне з збереженням точності вимірювання 0,01 Ом (при Rx=0,01 Ом R0 повинно бути 10 Ом, які також потрібно досить точно виміряти своїм мультиметром)

І номінали постійних резисторів, щоб міст легко балансувався і було зручно підрахувати номінал шунта або малого опору:

Кратність резисторів відносно один одного найкраще брати саме таку - 10, 100, 1000, щоб швидко підрахувати кінцевий результат, хоча ніхто не заважає брати не круглі числа, щоб потім рахувати ще й з калькулятором. За схемою це відношення 100.000 до 100, тобто множник на 1000.

Збираємо схему. Використовувати можна будь-які підстроювальні або змінні резистори, але для більшої точності рекомендую взяти багатооборотисті підстроювальні або змінні резистори, а постійні використовувати з допуском не більше 1%, а краще ще менше. В якості елемента живлення за схемою використовується "Крона" на 9 вольт, можна замінити на будь-який інший джерело. Конденсатори на випадок використання блоків живлення для фільтрації. Схема в нашій конфігурації опорів споживає 90 мА від батарейки 9 В, тому для частих вимірювань, звичайно, доцільніше використовувати блок живлення. Схема зібрана, тепер вивчаємо методику вимірювання. Після підключення вимірюваного опору, необхідно подати на схемку напруження, не важливо яке, але чим більше воно, тим більша точність, встановлюємо вимірювач на межу 200 mV і приступаємо до процесу балансування моста шляхом обертання підстроювального резистора до появи повного нуля на вольтметрі. Це значить, що міст збалансований і всі вирази тепер справедливі до нашої схеми. Далі вимірюємо опір підстроювального резистора і обчислюємо значення малого опору:

або більш красиво ось так

(219 Ом * 100 Ом)/100 кОм отримуємо 0,219 Ом опір шунта (дивіться відео).

Або простіше отриманий результат необхідно розділити на 1000 (так як 100кОм/100Ом буде 1000 - наш множник) в нашому випадку. І що ж ми бачимо? Так! Це і є опір, яке ми вимірювали 0,219 Ом (~0,22 Ом). В межах хорошої точності, а якщо враховувати похибки при вимірюванні і взаємодії зі схемкою - ідеально.

Тепер не потрібно буде ламати голову, коли виникне необхідність в подібних вимірюваннях. Схема проста, але не багато хто знає про неї.

До статті додається друкована плата для виготовлення міні приставки до мультиметру і проект Proteus для цікавих перевірити це диво, але ледачих, щоб зібрати схему.

Список радіоелементів