Pomiary rezystancji – teoria i zastosowania (część 2.)

przetwarzanie oporności na proporcjonalną wartość napięcia

Pomiar napięcia następuje za pomocą woltomierza cyfrowego. Zasada przetwarzania rezystancji na napięcie (R/U) polega na bezpośrednim wykorzystaniu prawa Ohma. Oznacza to, że mierzony jest spadek napięcia na nieznanej rezystancji, wymuszony przepływem prądu o dokładnie znanej wartości (rys. 1.).

Użycie źródeł prądowych do pomiaru rezystancji wiąże się z kilkoma problemami. Przede wszystkim współpracujący z przetwornikiem R/U woltomierz musi, w celu zapewnienia dostatecznej dokładności, mieć rezystancję większą o kilka rzędów wielkości. Największą rezystancję wejściową woltomierze mają na podstawowym, najniższym zakresie pomiarowym. Wyznacza to jednoznacznie prąd źródła, który dla dużych rezystancji R_x musi być bardzo mały. Na przykład, dla R_x=10 MΩ i U_we=100 mV, I_x=10 nA. Uzyskanie tak małych, stabilnych prądów jest już poważnym problemem. Dlatego też stosowana jest także inna odmiana tej metody z zastosowaniem wzmacniacza operacyjnego.

Zobacz także: Pomiary rezystancji – wybrane zagadnienia >>

Metoda przetwarzania oporności na napięcie sprowadza się w wyniku końcowym do cyfrowego pomiaru napięcia, przy czym około 90 % całego układu zaangażowane jest właśnie przy pomiarze napięcia. Dlatego też tę metodę reprezentują przyrządy kombinowane przez zastosowanie dodatkowego dzielnika i elementów manipulacyjnych.

przetwarzanie oporności na proporcjonalną wartość czasu lub częstotliwości

Wielkości te są mierzone za pomocą miernika cyfrowego. Przetwarzanie oporności na czas odbywa się poprzez wykorzystanie stanów nieustalonych występujących w obwodzie RC przy ładowaniu lub rozładowywaniu kondensatora (rys. 2.). Zwykle w praktyce wykorzystuje się przebiegi zachodzące przy rozładowywaniu kondensatora C przez opornik R, które mają charakter wykładniczy. Kondensator naładowany do potencjału U_WE rozpoczyna rozładowywanie się w momencie t₁ i po upływie czasu τ=t₂ – t₁ potencjał na kondensatorze spadnie do wartości U_WY=0,368 U_WE, zgodnie z przebiegiem wykładniczym:

(1)

a więc dla:

(2)

otrzymuje przedział czasowy τ równy:

(3)

Przedział ten mierzy się za pomocą czasomierza cyfrowego.

Jeśli przyjmiemy za wzorcową wartość pojemności C, to przedział czasowy będzie proporcjonalny do mierzonej wartości R. W przypadku wykorzystania przebiegu ładowania mierzony jest czas, jaki upłynie od momentu rozpoczęcia ładowania do momentu osiągnięcia przez potencjał na kondensatorze wartości 0,632U_WE. Nie spotyka się rozwiązań przyrządów pracujących tą metodą, służących wyłącznie do pomiaru oporności. Wynika to zarówno z łatwości przystosowania takiego przyrządu do pomiaru innych wielkości (napięcie, czas, częstotliwość), jak również z ograniczonej niepewności u=(0,1÷0,5)% pomiaru, jaką można uzyskać.

Schemat blokowy miernika do pomiaru rezystancji metodą przetwarzania rezystancji na czas przedstawiono na rysunku 3. Po zwarciu klucza K następuje ładowanie kondensatora wzorcowego C_w ze źródła U₀ przez rezystor badany R_x. Równocześnie przerzutnik otwiera bramkę, która transmituje impulsy z generatora impulsów wzorcowych do licznika. Sytuacja ta trwa do chwili, kiedy napięcie na kondensatorze C_w osiągnie wartość równą 0,632 U₀. Wtedy komparator zmienia stan przerzutnika, który blokuje bramkę transmitującą impulsy do licznika. Liczba impulsów zliczonych przez licznik w czasie ładowania kondensatora jest proporcjonalna do wartości rezystancji rezystora badanego R_x.