2.2. Міри опору

Найбільш точними мірами електричного опору є вимірювальні котушки опору. На рис. 2.1 показана схема пристрою котушки. На металічний каркас 1, який ізольований лакованим полотном, намотується манганіновий дріт 2. В котушках, які призначені для роботи на постійному струмі, намотка проводиться біфілярно, тобто відрізок дроту необхідної довжини складається вдвоє і тоді намотується на каркас. При такому способі, намотки котушка практично не створює магнітного поля, тобто її індуктивність рівна нулю. Поряд з тим котушка буде мати помітну ємність. У вимі­рювальних котушках з номінальним значенням менше 1 Ом обмот­ка виконується з манганінової стрічки, складеної вдвоє; металічний каркас 1 в цьому випадку не потрібний. Кінці дроту і стрічки припаюються до стержнів 3, що вмонтовані в масивні мідні пластини 4 і закріплені на ебонітові кришці 5 металічного футляру 6. Трубка 7 з глухим дном, закріплена в кришці, служить для вкладання термометра, який необхідний при особливо точних роботах і повірці котушки. Футляр 6 заповнюється трансформаторним маслом через отвір в кришці, що закривається ебонітовою чи металевою кришкою.

Деколи котушки опору роблять з повітряним охолодженням; в Цьому випадку футляр не заповнюють маслом і виготовляють з перфорованої жесті для покращення циркуляції повітря. Для запобігання похибок вимірювання всі вимірювальні котушки з номінальним опором 1000 Ом і менше виготовляють з чотирма затискачами: крайні затискачі 8 служать для підведення струму, середні 9 для вимірювання (потенціальні). Це зменшує похибки через наявність перехідного опору між затискачами і провід­никами, які підводять струм. Матеріалом для обмотки котушки опору служить манганін (сплав: мідь — 83%, марганець — 13%, нікель — 4 %, залізо — 0,8%). Цей слав має питомий опір — 0,5 Ом · мм^г / м при температурному коефіцієнті, що не перевищує 0,004 % на 1 °С.

Цінною властивістю манганіну є незначущість термо-ЕРС в контакті манганіну з міддю, що складає тільки 1,5 мкВ на 1 °С.

Застосування манганіну для зразкових котушок опору дозво­ляє працювати з ним в більшості випадків без врахування зміни опору від температури (якщо температура котушки буде в межах від +10 до +35 °С). При особливо точних вимірюваннях вводять поправки на температуру, згідно формули.

R_t = Я₂₀[1 + а(t - 20) + β(t - 20)²], (2.2)

де R_t - опір котушки при 1 °С; R₂₀ — опір котушки при 20 °С; (β і α — температурні коефіцієнти.

Вимірювальні котушки опору поділяють на класи точності: 0,002; 0,005; 0,01; 0,02 і 0,05 (найбільше допустиме відхилення дійсно­го значення опору котушки від номінального при t = 20 ± 2 °С).

2.2.1. Безреактивні вимірювальні котушки опору

Обмотка будь-якої вимірювальної котушки, опір якої при постійному струмові рівний L, володіє залишковою індуктивністю R. Затискачі і витки обмотки по відношенню один до одного і до корпусу котушки утворюють малі, часткові ємності (в сумі = С).

З еквівалентної схеми (рис. 2.3) можна показати, що повний опір котушки буде:

Розкриваючи дужки в чисельнику і групуючи дійсні і уявні члени і далі нехтуючи дуже малими L і С членами, що мають другий степінь, чи їх добуток, отримаємо:

Рис. 2.3. Еквівалентна схема вимірювальної котушки опору

звідси (2.3)

де ω(L-R²C) – реактивний опір котушки; L-R²C – можна розглядати як залишкову реактивність.

У вимірювальній техніці часто потрібно знати невеликий кут ф — зсуву фаз між струмом і напругою, який отримується у вимі­рювальній котушці. З формули (2.3)

де L-R²C / R = τ - відношення залишкової реактивності котушки до її активного опору — стала часу котушки (якщо переважає ємність, то τ буде від'ємне) виражається в сек. Знаючи τ , легко підрахувати tgφ = ωτ. При частотах до 10000 Гц кут φ не перевищує 3—4°, тому можна вважати tgφ = φ і вважати φ = ωτ (де φ в рад).

При виконанні вимірювальної котушки з простою біфілярною обмоткою (як це на рис. 2.2) стала часу отримується досить малою тільки у котушок з номінальними значенням 10 Ом. Ця обставина, а також вимоги до точності вимірювань призвели до роз­робки безреактивиих вимі­рювальних котушок, в яких застосовують особливі способи намотування. Найбільш часті­ше застосовується намотуван­ня стрічки чи провідника на тонку пластину з ізоляційного матеріалу (слюда, гетинакс).

На рис. 2.4 показаний ще один із способів безреактивного намотування на пластину двома паралельно включеними провід­никами, що намотані в протилежних напрямках.

Рис.2.4. Схема без реактивного намотування обмотки на пластині

При правильному розрахунку і виконанні безреактивних обмоток постійна часу їх отримується дуже незначною: не перевищує 50 • 10^-7 сек. у котушок з номінальним значенням 10 і 100 Ом. Стала часу має від'ємне значення у багатоомних опорах і додатне в опорів в 1 Ом і менше.