Измеритель сопротивления
RESISTANCE METER

Измеритель сопротивления относится к электроизмерительной технике, а именно к области измерения электрического сопротивления обмоток постоянному току, и может быть использован, для измерения методом амперметра-вольтметра сопротивления цепей постоянному току, в том числе цепей, имеющих значительную индуктивность (например, обмоток трансформаторов, двигателей).
Известно устройство для измерения сопротивления постоянному току обмоток трехфазного силового трансформатора с выведенной на корпус нейтралью по патенту RU 2281523, опубликованному 10.08.2006, содержащее источник постоянного напряжения и измеритель активного сопротивления, вход которого соединен с источником постоянного напряжения, а выход с одной из фаз измеряемой обмотки силового трансформатора с помощью соединительных проводов, в схеме устройства дополнительно введены два четырехпроводных кабеля, причем источник постоянного напряжения выполнен трехканальным с объединенными отрицательными полюсами общим зажимом, измеритель активного сопротивления дополнительно снабжен датчиками напряжения с гальванической развязкой, защитными цепями от коммутационных перенапряжений, датчиками тока с гальванической развязкой в трех каналах тока, аналого-цифровым преобразователем, вычислительным блоком, энергонезависимой памятью, жидкокристаллическим дисплеем и портом сопряжения с персональным компьютером, а также имеет три идентичные канала напряжения и общий вывод, образующие четыре входных зажима, которые присоединяются первым четырехпроводным кабелем (напряжения) соответственно к зажимам фаз измеряемой обмотки силового трансформатора и его нейтрали, кроме того, измеритель активного сопротивления имеет три канала тока с шестью входными зажимами, из которых три верхних соединяются тремя проводами второго четырехпроводного кабеля (тока) с зажимами трех фаз обмотки силового трансформатора, а три нижних зажима соединительными проводами - соответственно с положительными зажимами каналов напряжения источника постоянного напряжения, общий вывод отрицательного полюса источника постоянного напряжения подключен к нейтрали трансформатора через четвертый провод второго четырехпроводного кабеля (тока).
Недостатками устройства являются: устройство предназначено только для измерения обмоток силового трансформатора по четырёх проводной схеме; в устройстве отсутствует питание от источника переменного напряжения.
Известен измеритель малых сопротивлений по патенту RU 178894, содержащий стабилизированный источник измерительного тока, аналого-цифровой преобразователь, микроЭВМ и индикатор, а также два токовых и два потенциальных зажима для подключения измеряемого сопротивления, причем токовые зажимы соединены с выходами стабилизированного источника измерительного тока, а потенциальные зажимы соединены со входами аналого-цифрового преобразователя, в него введены два резистора и два пороговых устройства, причем первые выводы первого и второго резисторов соединены соответственно с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя, а вторые выводы резисторов соединены с общей точкой схемы, входы первого и второго порогового устройств соединены с первым и вторым входами аналого-цифрового преобразователя, а их выходы с цифровыми входами микроЭВМ.
Недостатками измерителя являются: измеряет только малые сопротивления; не имеет питания от внешнего источника переменного напряжения, не позволяет получить высокую точность измерений в широком диапазоне, в приборе отсутствует возможность подстройки, калибровки нуля.
Наиболее близким аналогом к изобретению является измеритель малых сопротивлений по патенту RU 178894.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание измерителя сопротивления, позволяющего измерять сопротивление переходных контактов цепи, сопротивление главной цепи для высоковольтного оборудования, высоковольтных выключателей, разъединителей и разрядников, сопротивление обмоток силовых трансформаторов, сопротивление обмоток измерительных трансформаторов с получением высокой точности измерений в широком диапазоне и возможностью подстройки, калибровки нуля.
Технический результат: повышение точности измерений в широком диапазоне, возможность подстройки и калибровки нуля при измерении сопротивления переходных контактов цепи, главной цепи для высоковольтного оборудования, высоковольтных выключателей, разъединителей и разрядников, обмоток силовых трансформаторов, обмоток измерительных трансформаторов.
Для достижения технического результата в измерителе сопротивления, содержащем два токовых и два потенциальных зажима для подключения измеряемого сопротивления, согласно изобретению также содержится
- стабилизатор тока, задающий точный измерительный ток на резисторе, подключаемом с помощью реле электромагнитной системы на пределе тока,
- блок измерений, содержащий шесть резисторов и измерительный орган, состоящий из операционного усилителя по измеряемому сопротивлению и микросхемы типа ТС7117, выполненной с возможностью сравнения величин падения напряжения на резисторе и на объекте измерений,
- потенциометр для осуществления подстройки нуля,
- цифровой четырехрегистровый дисплей-индикатор,
при этом питание измерителя производится от внешнего блока питания через защитный диод.
За счёт использования шести подключаемых резисторов получается высокая точность измерений.
Благодаря наличию в приборе потенциометра, осуществляется тонкая настройка прибора, калибруется нулевое значение.
Использование микросхемы ТС7117 позволяет кроме измерения обмоток силового трансформатора измерять сопротивления схем и других электротехнических устройств: сопротивления переходных контактов цепи, главной цепи для высоковольтного оборудования, высоковольтных выключателей, разъединителей и разрядников, обмоток измерительных трансформаторов.
За счёт наличия внешнего блока питания и стабилизатора напряжения измеритель может использовать как внешнее питание от сети переменного напряжения 220 В, так и от источника постоянного тока 12В.
Сущность технического решения поясняется чертежами:
Фиг. Структурная схема измерителя сопротивления.
На структурной схеме указаны следующие элементы:
1 - стабилизатор тока
2 - ограничитель индуктивного выброса
3 - блок измерений на микросхеме ТС7117 и цифровой индикатор
4 - защитные диоды
5 - операционный усилитель по базовому сопротивлению
6 - сопротивление R0
7 - измерительные клеммы
8 - реле электромагнитной системы
9 - внешний источник питания
10 - операционный усилитель по измеряемому сопротивлению
Измеритель сопротивления (мультиом) предназначен для получения данных о состоянии объектов измерений при проведении комплексов электроизмерительных работ в объеме приемосдаточных и эксплуатационных испытаний электроустановок до и выше 1000В в соответствии с требованиями нормативной документации.
Измеритель сопротивления обмоток является переносным прибором, предназначенным для измерения методом амперметра-вольтметра сопротивления цепей постоянному току, в том числе цепей, имеющих значительную индуктивность (например, обмоток трансформаторов, двигателей).
Измеритель сопротивления содержит два токовых I1, I2 и два потенциальных U1, U2 зажима для подключения измеряемого сопротивления, измерение сопротивления производится с помощью микросхемы ТС7117, измеритель также содержит шесть резисторов, потенциометр, питание измерителя производится от внешнего блока питания.
Прибор подключается к измеряемой цепи по четырехпроводной схеме. Объект измерения подключается к токовым клеммам прибора I1, I2 7. Измерение падения напряжения на объекте измерения осуществляется через клеммы U1, U2 7 на приборе.
Результатом измерений по 4-х проводной схеме является получение с точностью не более 2% значений сопротивлений постоянному току переходных контактов, обмоток электрических машин, резисторов.
В процессе работы данного прибора происходит измерение напряжения нагрузки и тока измерения. Отношение деления напряжения на ток отображается в реальном времени на четырех регистровом цифровом индикаторном экране 3 прибора. Точность измерений не превышает 2%. Измерение сопротивлений постоянному току производится по четырехпроводной схеме.
Средний потребляемый ток (при напряжении питания 15В):
- 3А на пределах 2, 20, 200мОм;
- 1.5А на пределе 2.Ом;
- менее 500 мА на пределах 20 и 200.Ом;
- менее 500 мА на пределах 200 и 700.Ом;
- менее 300 мА при включенном термостате.
Режим ограничения индуктивного выброса - снятие тока в измеряемой цепи из-за большой индуктивности объекта измерения, после отключения кнопки измерения. По завершении рекуперации перестанет гореть зеленый индикатор "снятие заряда" и перестанет работать звуковая сигнализация «снятие заряда».
Подогрев прибора. При температуре окружающей среды ниже 0°С рекомендуется дать прибору поработать примерно 10 минут перед началом измерения для того, чтобы успели прогреться термостат и индикатор прибора. Окончание режима подтверждается отсутствием свечения светового индикатора «подогрев».
Прибор выполнен в металлическом корпусе. На передней панели расположены: цифровой индикатор, разъем питания, клеммы подключения измеряемого объекта, переключатели диапазонов измерений и параметров режимов работы, световая индикация разных режимов,. Питание осуществляется от источника постоянного напряжения 12В или сети переменного напряжения 220В при встроенном в прибор стабилизаторе напряжения. Провода от прибора до объекта должны иметь сопротивление не более 1 Ом и быть одинаковыми по сечению и длине.
Технические характеристики.
Прибор имеет пределы измерений - 2мОм, 20мОм, 200мОм, 2.Ом, 20.Ом, 200.Ом, 700.Ом (Таблица)
Таблица. Технические характеристики прибора
Предел измерения
Разрешающая способность
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности, %
Измерительный ток
2мОм
1мкОм
± 0.2
5А
20мОм
10мкОм
± 0.2
5А
200мОм
100мкОм
± 0.2
5А
2.Ом
1мОм
± 0.2
2.5А
20.Ом
10мОм
± 0.2
250мА
200.Ом
100мОм
± 0.2
25мА
700.Ом
100мОм
± 0.2
25мА
Номинальный измерительный ток равен 5А на пределах измерения 2, 20 и 200 мОм, 2.5А на пределе 2Ом, 250мA на пределе 20 Ом и 25мA на пределах 200 Ом, 700 Ом. Предусмотрена возможность регулировки измерительного тока в диапазоне от 20 до 100% номинального значения (для работы с аккумуляторами малой емкости).
Средний потребляемый ток (при напряжении питания 15 V):
- 3 А на пределах 2, 20, 200 mΩ;
- 1.5 А на пределе 2 Ω;
- менее 500 mА на пределах 20 и 200 Ω;
- менее 500 mА на пределах 200 и 700 Ω;
- менее 300 mА при включенном термостате.
Нормальные условия применения:
- температура окружающего воздуха (20 ± 5)°С;
- относительная влажность воздуха 30-80 %;
- атмосферное давление 84 - 106,7кПа (630-800 мм рт.ст.)
Пределы допускаемой основной приведенной погрешности на каждом из пределов измерения составляют ± 0,2%.
Рабочие условия применения:
- температура окружающего воздуха от -10°С до +40°С;
- относительная влажность воздуха не более 98% при 25°С;
- атмосферное давление 84 - 106,7 кПа (630-800 мм рт.ст.).
Дополнительная погрешность прибора, вызванная отклонением температуры окружающего воздуха от нормальной до любой в пределах рабочих температур, не должна превышать на каждые 10°С изменения температуры половины предела допускаемой основной погрешности.
Шкала прибора - цифровая, 3 1/2 цифры, с подсветкой, подогревом (термостат) и возможностью фиксирования на цифровом табло последнего измеренного значения.
Время установки показаний при измерении для объекта небольшой индуктивности (емкости) - не превышает 5с. При измерении сопротивлений объектов, имеющих значительную индуктивность (емкость), время установки показаний возрастает до нескольких минут.
В приборе используются режимы форсированной установки тока и компенсации индуктивного выброса тока 2, накопленной в индуктивности. На время компенсации индуктивного выброса, включается звуковая и световая индикация, работающая вплоть до прекращения тока в цепи.
Питание прибора производится от внешнего блока питания, например, гальванического элемента или аккумулятора с напряжением 12В или от внешнего источника питания с тем же напряжением, средним током 3А и величиной пульсаций по напряжению не более 1В при токе 3А.
Длина измерительного шлейфа - до 25 м с суммарным сопротивлением пар токовых и потенциальных проводов не более 1.Ом.
Кратковременный потребляемый ток - не более 6 А.
Габаритные размеры прибора - 250х180х90 мм.
Масса прибора - не более 1.6 кг.
Продолжительность непрерывной работы - до 12 часов в сутки
Измеритель сопротивления работает следующим образом.
Измерение сопротивления объекта осуществляется по четырехпроводной схеме.
Значение измерительного тока объекта измерения точно задается стабилизатором тока 1, контролирующим измерительный ток по падению напряжения на резисторе R0 6, подключаемом с помощью реле электромагнитной системы 8 на пределе 5А (2.мОм, 20.мОм, 200.мОм). На пределе 2,5А (2.Ом) параллельно резистору R0 c помощью реле подключается параллельно сопротивление R01. На пределе 250мА (20.Ом) параллельно R0 и R01 без помощи реле подключается сопротивление R02. На пределе 25мА (200.Ом) измерения производятся на сопротивлении R03, остальные сопротивления в контроле измерительного тока на этом пределе - не участвуют. Микросхема - орган измерения. Сравнение величин падения напряжения на резисторе R0 и на объекте измерений осуществляется микросхемой типа ТС 7117, находящейся в блок измерений 3. Измеренное значение отображается на цифровом четырехрегистровом дисплее-индикаторе 3, с возможностью запоминания последнего измеренного значения нажатием кнопки «фиксировать значение».
Прибор питается от внешнего блока питания (источника тока напряжением 12В) через защитный диод. Входные цепи прибора также защищены восемью диодами 4, переключающими индуктивный ток, возникающий при выключении измерительного тока, в цепь питания прибора. Клемма « - » питания 9, соединена с корпусом. Параллельно цепи питания подключен ограничитель индуктивного выброса 2, ограничивающий напряжение питания на допустимом уровне при штатных значениях тока индуктивного выброса (до 5 А). Для включения и выключения измерительного тока используются контакты реле 8,. На время гашения индуктивного выброса 2, включается звуковая и цифровая индикация.
Предусматривается возможность контроля напряжения питания сети «Uсети», напряжения на выходе «Uвых», тока через измеряемый объект «Iнагр», контроля нуля «Контроль нуля». При температуре окружающей среды ниже 0°С прибор необходимо включить перед началом измерений для прогрева термостата и измерительной микросхемы до погасания светодиода «подогрев» ( симв.). Есть возможность подстройки ноля при установке переключателя в положение «контроль ноля». Подстройка осуществляется потенциометром «калибровка».
В процессе работы прибора происходит измерение напряжения нагрузки и тока измерения. Отношение деления напряжения на ток отображается в реальном времени на четырех индикаторном экране прибора. Точность измерений не превышает 2%.
.
При плохом контакте измерительных проводов и при обрыве загорается световой индикатор «ошибка» Индикатор «защита» включается при срабатывании самовосстанавливающегося предохранителя в цепи сети прибора.
Подготовка к работе.
Прибор готов к работе сразу по включении питания.
Не рекомендуется изменять полярность включения измерительных входов U1 и U2. При измерении в условиях наличия термо-ЭДС необходимо переключать все четыре измерительных провода.
Подстройка нуля -потенциометр "калибровка" практически не требуется.
Порядок работы прибора.
1. Подключить провода питания и измерительные провода, соблюдая полярность и порядок подключения измерительных проводов к объекту в соответствии с указаниями на передней панели. При подсоединении к Rx первыми подключаются провода I1 и I2, последними U1 и U2. При отключении - первыми отключаются провода U1 и U2, затем I1 и I2.
2. Включить питание прибора. Убедиться, что индикатор питания горит, что сигнализирует достаточность напряжения питания. При необходимости в любое время можно проконтролировать питание прибора, включив режим работы "Uсети". При этом светодиод «V» и на цифровом табло отобразится значение напряжения питания (после защитного диода).
3. Убедиться, что кнопка "фиксировать значение" отжата и светодиод "фиксировать значение" не горит.
4. Установить необходимый предел измерения Rx. Предел измерения можно также переключать в процессе измерения, однако нельзя оставлять переключатель предела измерения в промежуточном положении, т.к. при этом резистор измерения тока может оказаться не подключенным и выходной ток может достигать более 8 А, что может привести к порче прибора.
5. Нажать кнопку "измерение". При этом замкнется реле разрыва цепи, включится источник тока и загорится светодиод "Измерение Вкл".
6. Включить режим работы "Rx" и дождаться установления показаний прибора. При измерениях объектов с большой индуктивностью (емкостью), время установки тока может достигать нескольких минут (особенно при работе с мощными трансформаторами, имеющими компенсационные обмотки). При этом на некоторое время может включаться светодиод «защита» (и символ ":" на индикаторе прибора), сигнализирующие перегрузку усилителя. В процессе установки тока можно контролировать ток (режим работы "Iнагрузки") и напряжение на выходе прибора (режим работы "Uвых"). Переключение режима работы прибора не оказывает влияния на цепи задания тока и может производиться в любое время.
7. При необходимости произвести контроль нуля прибора следует установить режим работы "Контроль нуля". При этом вход U1 отключается от клеммы U1 и соединяется с входом U2. Индикатор в этом режиме дает отсчет выходного напряжения с повышенной чувствительностью. Подстройка нуля производится потенциометром "калибровка" на передней панели прибора. Подстройку нуля имеет смысл проводить только на диапазоне 2 mΩ.
8. Запись результата произвести после установки показаний прибора на цифровом дисплее. При необходимости, можно зафиксировать показания прибора, нажав кнопку с фиксацией " фиксировать значение ". Показания цифрового дисплея будут зафиксированы вплоть до отключения кнопки " фиксировать значение " (или до снятия питания с прибора). После этого начать отключение тока или новое измерение. Включение режима "фиксировать значение" индицируется зажиганием красного светодиода "фиксировать значение" рядом с кнопкой "фиксировать значение".
9. Горение светодиода "ошибка" при установившемся токе может быть вызвано неправильной полярностью подключения входных проводов U1 и U2 или слишком большим сопротивлением измерительных проводов (более 1 Ω). При горении этого светодиода прибор может давать правильные показания, однако нормированная точность прибора не гарантируется.
10. Появление знака "-" на индикаторе при установившемся токе сигнализирует о неправильном подключении проводов U1 и U2.
11. Для выключения измерений повторно нажать кнопку «измерение» «Вкл/Откл». При этом выключится реле разрыва цепи, и прибор перейдет в режим ограничения индуктивного выброса, который будет продолжаться вплоть до ограничения тока в измеряемой цепи. При этом будет работать звуковая сигнализация «снятие заряда» и светодиод "снятие заряда" будет гореть. По завершении рекуперации зажжется зеленый светодиод "измерение откл". После этого нужно отключить измерительные провода.
При измерении переходных сопротивлений контактных соединений и сопротивлений обмоток электрических машин обслуживающий персонал должен соблюдать общие требования «Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок».
В целях безопасности необходимо до начала измерений всегда заземлять клемму «-» питания (корпус) прибора.
При измерении сопротивления, имеющего большое значение индуктивности (емкости), запрещается отключать измерительные провода вплоть до полного прекращения тока (до прекращения работы светового и звукового сигнализатора «снятие заряда» и зажигания зеленого индикатор "Откл").
Производятся измерения прибором на нескольких диапазонах сопротивлений: Прибор имеет семь пределов измерений - 2 mΩ, 20 mΩ, 200 mΩ, 2 Ω, 20 Ω, 200 Ω, 700 Ω за счет подключаемых сопротивлений (таблица 1). Это дает возможность проводить одним прибором сразу несколько видов измерений: измерение сопротивлений переходных контактов цепи: на пределах 2 mΩ, 20 mΩ, измерение сопротивления главной цепи на пределе 200 mΩ для высоковольного оборудования высоковольтных выключателей, разъединителей и разрядников, измерение сопротивления обмоток силовых трансформаторов на пределах 2 Ω, 20 Ω, 200 Ω, измерение сопротивлений обмоток измерительных трансформаторов на пределах 200 Ω, 700 Ω с высокой точностью. Особенности схемы прибора позволяют выполнять калибровку и подстройку прибора с высокой точностью. Время работы прибора с заявленной точностью больше заявленного в руководстве по эксплуатации межповерочного интервала (1 год).