Традиційні міри електричного опору

Мірами електричного опору є: однозначні міри опору (вимірювальні котушки опору), багатозначні міри опору (вимірювальні магазини опорів), перехідні міри, кодокеровані міри. Діапазон номінальних значень опорів серійних мір опору знаходиться у межах від 10^-4 до 10¹⁶ Ом.

Міри опору повинні мати добру відтворюваність значення опору, високі часову та температурну стабільності, мінімальні значення залишкових (паразитних) параметрів (початкове значення опору за рахунок з’єднувальних дротів, малу залишкову індуктивність та ємність), незначні контактні термо-ЕРС в парі з міддю. Ці вимоги задовольняються у першу чергу властивостями матеріалів їх резистивних елементів.

Серед відомих сплавів найповніше до вказаних вимог відповідає манганін (сплав міді Cu-84 %, марганцю Mn-12 %, нікелю Ni-3 %, домішки алюмінію Al та заліза Fe), який характеризується високим питомим опором r =(0,42...0,48)×10^-6 Ом×м, малою термо-ЕРС в парі з міддю (матеріалом з’єднувальних проводів) - (1,5...3) мкВ/К [2].

Найрозповсюдженіша конструкція вимірювальної котушки показана на рис. 11.1, де резистивний елемент у вигляді обмотки 1 намотаний на каркас 2 з ізоляційного матеріалу (якщо опір великий), пластини, спіралі або петлі (якщо опір малий). Високоомні котушки (опір понад 10⁶ Ом) виготовляються з мікродроту (манганіновий дріт діаметром від декількох до декількох десятків мікрон вкритий скляною ізоляцією), а низькоомні - переважно на базі

Рис. 11.1. Конструкція вимірювальної котушки опору

традиційних друкованих резисторів. Виводи резистивного елементу 1 під’єднано до струмовідводів 3, змонтованих на ізоляційній панелі 4, на якій розміщено струмові 5 та потенціальні 6 затискачі. Вся конструкція закріплюється у металевому циліндричному корпусі, який виконує роль тепловирівнювача. В панелі 4 є отвір, у якому може розміщатись термометр для вимірювання температури [2].

При створенні мір активного електричного опору, призначених для роботи у колах змінного струму, застосовують різноманітні способи мінімізації залишкових ємностей та індуктивностей (біфілярна намотка, секціонування намотки із спеціальним увімкненням секцій, використання тонких пластин, друковані резистивні елементи, тощо).

Основні параметри вимірювальних котушок електричного опору (ВКО) нормуються стандартом ГОСТ 23737-90 “Меры электрического сопротивления”. Згідно з цим стандартом номінальні значення опорів для ВКО встановлюються рівними 1×10ⁿ, де n – ціле число від –4 до +16, а також клас точності від 0,0002 до 0,2.

Допустиме відхилення дійсного значення опору ВКО від його номінального значення для мір високого класу точності (від 0,0002 до 0,01) не повинно перевищувати 0,01 %, а для мір класів точності від 0,02 до 0,2 – числового значення класу точності. Дійсне значення опору ВКО вказується в її паспорті або свідоцтві про повірку.

Попри високу температурну стабільність опорів ВКО для мір високого класу точності відхилення температури від номінального значення може призвести до появи додаткової (температурної) похибки. Тому стандарт нормує як номінальні, так і робочі температурні умови (робочий діапазон температур). Додаткова температурна похибка в межах робочого діапазону температур (поза межами нормального діапазону температур) не повинна перевищувати числового значення класу точності в %.

Значення опору R_t для ВКО високого класу точності при температурі в межах робочого діапазону температур визначаємо за формулою

, (11.1)

де R₂₀ – дійсне значення опору при температурі 20 ⁰С; R_ном – номінальне значення опору, Ом; a = (3…40)×10^-6 1/Кіb = -(3…8)×10^-7 1/К² – температурні коефіцієнти (вказуються в експлуатаційній документації на ВКО).

Допустима зміна опору ВКО за 1 рік (річна нестабільність) не повинна перевищувати числового значення класу точності в %.

Прикладом ВКО високого класу точності можуть бути міри електричного опору типу Р324 з R_ном=1 Ом, класу точності 0,0002, на базі яких побудований груповий еталон електричного опору.

Допустиме навантаження для ВКО характеризується значеннями номінальної та максимальної потужностей. Для мір з опором до 10⁵ Ом включно нормується номінальна потужність, значення якої здебільшого не перевищує 0,1 Вт, а для мір з опором понад 10⁶ Ом - номінальна напруга (100...1000) В. В межах номінальної потужності похибка міри не виходить за межі допустимого значення для даного класу точності. При відхиленні значень потужності від номінального до максимального допускається поява додаткової похибки, значення якої не повинно перевищувати класу точності.

Повний опір Z міри на змінному струмі можна записати у вигляді:

Z=R_ном(1+jwt), (11.2)

де - стала часу, значення якої для сучасних однозначних мір опору становить (5×10^-8...5×10^-5) с.

Стала часу t ВКО як і, відповідно, верхня межа частотного діапазону (звичайно від 50 Гцдо 100 кГц) вказується в технічній документації на ВКО.

У метрологічній практиці окрім однозначних використовуються багатозначні міри опору МО (магазини опору). Їх основними технічними та метрологічними характеристиками є максимальне значення опору, кількість декад, мінімальний опір однієї ступені наймолодшої декади (дискретність DR), клас точності. Допустима річна нестабільність опорів в процентах від номінального значення для МО класів точності 0,0005…0,01 (стала с двочленної формули) визначається

, (11.3)

а межа допустимого відхилення дійсного значення опору в процентах від номінального як

, (11.4)

де R_max - максимальне значення опору магазину; R - номінальне значення увімкненого опору; b=0,01 для МО класів точності 0,0005…0,01 і b=c для решти класів точності.

Одним з технічних параметрів магазина є початковий опір R_n - опір між затискачами магазину при встановленні всіх перемикачів на нульові покази.

Для магазинів опору з номінальним значенням опору резистора не більшим за 10⁵ Ом вказується номінальна потужність однієї ступені (здебільшого це 0,1 Вт), а для магазинів з опором резисторів понад 10⁵ Ом нормується номінальна напруга ступені, яка, звичайно, не перевищує 3 кВ.

В магазинах, призначених для використання на змінному струмі встановлюється верхнє граничне значення частоти або нормується значення сталої часу t в залежності від увімкненого опору та номінальної потужності однієї ступені.

Як приклади можна навести такі багатодекадні магазини опорів: семидекадний магазин опору типу Р3026/1 класу точності 0,002; R_max=111111.11 Ом, DR=0,01 Ом; семидекадний магазин опору типу Р4831 класу точності 0,02, R_max=111111,1 Ом, DR=0,1 Ом.

Перехідні міри використовують при точних вимірюваннях опорів резисторів, номінальні значення яких не є кратними 10ⁿ Ом (n – ціле число). Вони містять секції по 11 резисторів із значеннями опору R_м=10ⁿ Ом. Конструктивно забезпечена можливість вимірювань опору кожного з резисторів методом заміщення із однозначною мірою опору 10ⁿ Ом, а потім, вмикаючи різну кількість резисторів, отримують будь-який опір в межах (1...11)×10ⁿ Ом і використовують його як зразковий. Існують також міри, в яких окремі секції можуть вмикатися послідовно-паралельно. Це дає можливість отримати опори, значення яких будуть в межах (0,1...11)×10ⁿ Ом.

Поиск по сайту: