Все об омметрах

Зачастую чтобы найти сгоревшую деталь в схеме или обрыв проводника, требуется как минимум «прозвонка» отдельных цепей и их элементов. Эта задача неразрешима без омметра. Наряду с вольтметром и амперметром (в составе мультиметра) он вносит свою посильную помощь в работу мастера.

До изобретения омметра делались небезуспешные попытки создать чувствительный к малым токам гальванометр. Основоположником теории, лёгшей в основу принципа действия современного омметра, стал Георг Ом. Он подключил стрелочный гальванометр к батарее последовательно через резистор, имеющий конечное сопротивление R, и выяснил, что сила тока линейно зависит не только от напряжения батареи, но и от величины сопротивления, которое этот ток преодолевает. Закон Ома, открытый учёным в 1826 году – основа электробезопасности и работы омметров.

Впоследствии работа омметра была доработана другим физиком-изобретателем – Чарльзом Уитстоном. Тот включил гальванометр в диагональ резисторного моста. Дополнительные резисторы равны по значениям Ra и Rb. Ток, проходящий по гальванометру – нулевой, если измеряемое (Rx) и «шаблонное» (Rs) сопротивления равны. В 1843 году Уитстон опубликовал свою статью об этих опытах. С тех пор омметр стал полноценным измерительным прибором.

Сегодня любой человек, хорошо знакомый с физикой и электрикой, строит аналоговый омметр на базе стрелочного миллиамперметра. Килоомметр строится на базе микроамперметра или милливольтметра, а мегаомметр – на базе вольтметра, гига- и тераомметр – на базе килоомметра. Недостаток омметров, измеряющих сопротивление от долей ома до одного килоома – существенное потребление тока батарейки в 1-3 ампера в час (время, в течение которого щупы замкнуты накоротко). Это вынуждает пользователя применять аккумулятор. Для правильной градуировки прибора по омической шкале в цепь включается калибровочный переменный резистор.

Омметр включает в себя:

• стрелочный гальванометр;
• источник стабилизированного питания (в простейшем случае – аккумулятор);
• магазин сопротивлений, переключаемый на нужное с помощью многопозиционного переключателя;
• шунт (для измерения сопротивления менее 1 Ом);
• переменный резистор, настраивающий «ноль» перед началом измерений;
• разъёмы для коннекторов, к которым присоединены провода с шупами на другом конце;
• выключатель питания батарейки во избежание случайного соприкасания щупов и утечки её заряда.

Калибровочных резисторов может быть два – один подстраивает ноль грубо (быстро), другой – в десятки раз более точно. Калибровка нужна, так как со временем аккумулятор разряжается, понижая своё напряжение на выходе под нагрузкой (замкнутые накоротко или измеряемые эквивалентным сопротивлением щупы). Она занимает 1-3 секунды. Вся сборка помещена в ударопрочный корпус. Для удобства снятия показаний гальванометр чаще всего монтируют в корпусе в «лежачем» или «полулежащем» положении.

Важнейшими характеристиками омметра считаются:

• точность (класс точности);
• напряжение (ЭДС) питания батарейки или аккумулятора;
• габариты и вес (носить с собой омметр, не помещающийся в кармане, неудобно);
• ударо- и виброзащищённость (предусмотрены амортизирующие вставки из резины).

Из последнего следует, что бросать и трясти прибор нельзя. Стрелочный гальваномер имеет измерительную головку, уязвимую к виброударным воздействиям. При сильном ударе у стрелки может сломаться противовес – балансир, без которого её конец задевал бы за шкалу. В ряде случаев повреждается и возвратная пружина – плоская упругая спираль, возвращающая стрелку на нулевое деление после размыкания замеряющей цепи.

Принцип действия прибора для измерения сопротивления заключается в следующем. В схему подключения цепи гальванометра включён переменный резистор и батарейка (или аккумулятор). По закону Ома малое сопротивление и большой ток уравновешены, и наоборот. Нулевое значение омметра находится не слева, как у вольтметра или амперметра, а справа. Шкала проградуирована «задом наперёд». Деления шкалы расположены таким образом, что визуальное расстояние на шкале для одного и того же интервала сопротивлений снижается. Например, делания располагаются справа налево в следующей последовательности: 0, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 500 Ом, 1 кОм, 5, 25, 200 кОм и «бесконечность». Последний символ – крайнее левое положение стрелки.

По диапазону сопротивлений омметры подразделяются на:

• микроомметры – измерение сопротивления до 1 мОм;

• Милли омметры – до 1 Ом – применяются для оценки шунтов;

• Омметры – до 1 кОм – применяют для позванивания линий, обмоток, электро спиралей, диодов, транзисторов и других элементов;

• Кило омметры – 1000 Ом – 1 МОм;

• Мегомметры – до 1 ГОм;

• Гигрометры – до 1 ТОм, используются для оценки исправности изоляции и других не теплопроводящих сред.

Не все омметры питаются от 1,5-9 вольт. Некоторые, к примеру, М-371, используют внешнее стабилизированное питание на 120 В. Существуют и иные особенности – например, вращающаяся шкала и неподвижный маркер-стрелка у омметра М-416. На все современные омметры действует ГОСТ 8.409-81, обновленный 1 июня 2019 года. По варианту исполнения это переносные и настольные (стационарные) устройства. Они отличаются габаритами. Например, профессиональный высокоточный омметр для электро испытательных лабораторий весь срок службы проработает в одном помещении. Примером здесь является щитовой прибор. А мобильный мультиметре можно носить с собой в кармане. Узкоспециализированные омметры классифицируют особо.

Это всем известный стрелочный мультиметр. Он обладает стрелочным интерфейсом. Может быть усложнён – при замерах прибор конвертирует полученное значение сопротивления в напряжение, по закону Ома прямо пропорциональное ему. Выполнение этой стадии возложено на специальный узел в схеме омметра – операционный усилитель. В итоге на шкале омметра указывается искомое значение сопротивления.

Цифровой омметр содержит специальный измеряющий мост, уравновешиваемый по сопротивлению с помощью управляющей автоматики. В роли последней выступает отдельный микроконтроллер. Резистор, подключаемый к щупам прибора, даёт сигнал контроллеру через мост, и тот выставляет нужные значения равновесия моста. Затем данные обрабатываются в микропроцессоре программой, считанной из микросхемы ПЗУ, поступают в оперативную память и отображаются на дисплее. Полученное значение может быть передано с помощью внешних интерфейсов – по беспроводной или проводной сети передачи данных, считано и сохранено специальной программой на ПК, смартфоне или планшете пользователя.

Такой омметр основан на магнитоэлектрической системе. Его основа – магнитоэлектрический измеритель. Он включается последовательно в цепь, сопротивление которой измеряется в данный момент. Интервал измеряемых значений – от 100 Ом до 10 МОм. В них измеряемое сопротивление и источник питания включены последовательно. Для запитывания всей цепи достаточно батарейки на 1,2-9 Вт. При использовании магнитоэлектрического измерителя в качестве мегаомметра может потребоваться напряжение до 120 В. Если же измеряемое сопротивление составляет всего до нескольких Ом, то резистор подключается параллельно, а не последовательно. Напряжение на омметре упадёт. Показанное значение и будет искомым сопротивлением. Недостаток – быстрый разряд батарейки.

Основа такого омметра – магнитоэлектрический логометр. Система построения – та же, что и у предыдущего типа. Диапазон измерений – 1-1000 МОм. Логометры работают на базе вычислений соотносящихся друг с другом сопротивлений. Результат такой работы – поиск оптимального (необязательно среднего) значения. Оно, в свою очередь, и указывается на шкале прибора. В качестве источника постоянного тока используется не батарейка, а ручной генератор.

Кроме наименований по измеряемому диапазону сопротивлений (от микро-до тера омметра), в общую классификацию также выделен измеритель сопротивления заземления. Также омметры маркируются по системе, на которой они основаны.

• Мхх – магнитоэлектрические омметры.

• Фхх, Щхх – чисто электронные измерители сопротивления. В первом случае примером служит прибор М4100, во втором – Ф4104-М1.

• Е6-хх омметры, промаркированные по ГОСТу №15094. Пример – измеритель Е6-13А.

Измерению сопротивления резистора предшествуют две причины.

• Вы не знаете цветомаркировку современных резисторов. У вас нет под рукой таблицы полосок, по которым считается сопротивление.
• Резистор старый – с него стёрлись, облупились какие-либо опознавательные знаки. Он много раз перепаивался либо хранился в условиях агрессивной к краске среды.

Разомкнутые щупы – это разрыв питания цепи прибора, в который включается резистор с измеряемым сопротивлением. Если речь идёт о сопротивлении от десятков кОм и выше – касаться руками выводов резистора (и контактов щупов) нельзя. Кожа человека хоть и имеет достаточно большое сопротивление, не изолирует внутренние органы и ткани человека, содержащие электролиты (соли, кислоты), в разной мере проводящие ток. Это вносит большую погрешность в измеряемое сопротивление. Если руки смочить, то сопротивление тела человека станет ещё меньше.

Напряжение батарейки (или аккумулятора), установленной в омметре, суммируется с напряжением, падающим на измеряемом резисторе работающего устройства – по закону сложения напряжений при последовательном соединении элементов. В результате прибор «шкалит» в ту или иную сторону, и вменяемого замера вы не получите. При напряжении в десятки вольт, гасимом на замеряемом сопротивлении, стрелка может быть с силой отброшена в любой из концов шкалы. Это может сломать как саму стрелку, так и её пружину с балансиром.

Если схема устройства сложна – в ней присутствуют электронные компоненты, содержащие диоды, транзисторы и микросхемы, то необходимо выпаять резистор, годность которого проверяется. Дело в том, что полупроводники, из которых выполнены все эти элементы, при пропускании тока в одну из сторон также имеют конечное сопротивление до десятков Ом. Руководствуйтесь принципиальной схемой ремонтируемого устройства. Здесь требуются хорошие знания по физике, электро- и схемотехнике, без которых вас не допустят к ремонту электроники.

В цифровых омметрах (мультиметрах) есть схема электронной защиты и предохранитель, защищающие прибор от воздействия опасного напряжения. Повредить такой омметр можно лишь с помощью напряжения в сотни и тысячи вольт, «пробивающего» микроконтроллер прибора. После такого воздействия мультиметра восстановлению не подлежит. Обязательно отключите питание устройства, на котором оценивается состояние резистора, катушки или обмотки двигателя.

О том, как правильно пользоваться омметром, смотрите в следующем видео.