3 Міри електричного опору

Як міри електричного опору використовують зразкові котушки опору, які виконують на основі резисторів з манганінового дроту чи стрічки.

Манганін — це сплав міді, марганцю й нікелю з домішкою алюмінію та заліза. Він має досить високий питомий електричний опір (0,47...0,48 Оммм²/м), зовсім малий температурний коефіцієнт опору і малу термо-ЕРС у з'єднанні з міддю (1 мкВ/К).

Високий питомий опір дає можливість виконати котушку з малою довжиною намотаного проводу. Малий температурний коефіцієнт опору забезпечує незначну зміну опору при зміні температури в місці вимірювань і незначну залежність опору котушки від величини струму.

Незначна термо-ЕРС у поєднанні з міддю дає можливість вмикати котушку в які завгодно вимірювальні схеми, де з'єднання зроблено звичайним мідним дротом, без побоювання того, що у місцях з'єднання під дією чи то місцевої температури довкілля, чи то нагріву їх струмом з'являться неконтрольовані термо-ЕРС, які призведуть до появи похибки у вимірюваннях.

Для порівняння зауважимо, що питомий електричний опір манганіну у 25 разів більший за питомий опір міді, температурний коефіцієнт електричного опору манганіну майже у 140 разів менший, ніж у міді, термо-ЕРС у з'єднанні манганін−мідь десь у 40...50 разів менша, ніж у з'єднанні міді з константаном.

Рис. 3.2

Зразкова котушка опору

Будову зразкової котушки опору показано на рис. 3.2, Ізольований манганіновий провід чи стрічку 7 намотано на металевий чи керамічний каркас 7, жорстко закріплений на ізоляційній основі 3, до якої також прикріплено захисний металевий кожух 2, два контактні затискачі 4 для вмикання котушки в коло струму і два контактні затискачі 5 для приєднання котушки до кола виміру напруги. Наявність у котушки чотирьох затискачів необхідна для вилучення з ко­ла вимірювання напруги контактного опору затискачів, по якому протікає робочий струм котушки. Номінальним опо­ром котушки вважається той, що знаходиться між місцями приєднання затискачів 5 до проводу, який намотано на кар­кас 7.

У більшості зразкових котушок ізольований провід 1 на­мотано на каркас у дві паралельні гілки (біфілярно), причо­му початкові частини цих гілок приєднано до затискачів 4 і 5, а кінці 6 злютовано разом. Переносячи точки лютування кінцевої частини вказаних гілок, підганяють опір зразкової котушки до його номінального значення. Котушки номіна­льного опору від 0,001 до 100 000 Ом виробляють з класами точності 0,01 та 0,02.

Клас точності котушки опору відповідає допустимому відхиленню (у відсотках) дійсного значення опору котушки від номінального значення її опору, за винятком котушок з класами точності 0,0005...0,01, для яких клас точності пока­зує найбільшу величину зміни опору котушки за один рік, виражену у відсотках від номінального значення опору.

Всі зразкові котушки опору придатні до вмикання в ко­ла постійного струму, але не всі вони придатні до роботи в колах змінного струму, де повний опір буде відрізнятися від їхнього активного опору через вплив залишкових індуктив­ностей і ємностей. Досвід показує, що такі котушки за їхніх малих номінальних опорів усе ж таки мають деяку залиш­кову індуктивність, яка при вмиканні котушок у кола змінного струму робить їхній повний опір більшим за номінальний. Стосовно котушок з великими номінальними опорами, то за наявності біфілярних обмоток, завдяки міжвитковим ємностям, активний опір котушки дещо шун­тується цими ємностями, через що повний опір таких коту­шок дещо менший за їхній номінальний опір.

Одним із способів зменшення впливу міжвиткових ємностей на опір котушки є виконання її обмотки у два ша­ри, з різним напрямом намотування кожного з цих шарів та паралельним вмиканням провідників, якими намотано ці ' шари.

У наш час вже вироблено серію зразкових котушок опо­ру, здатних у своєму класі точності працювати у вимірних колах як постійного, так і змінного струму. Але найбільші граничні частоти, на яких можна використовувати ці ко­тушки, як правило, різні для різних номінальних опорів.

Зразкові котушки опору виробляють лише на обмежені величини номінальних опорів. Причому кожна наступна ве­личина номінального опору відрізняється від попередньої в 10 разів.

За практичного використання зразкових котушок слід мати на увазі, що їх не слід перевантажувати струмом понад допустимий, бо навіть при номінальному струмі котушки манганіновий провід, з якого виготовлено її струмопровідну частину, може нагрітися до температури, що перевищує 20 °С, в результаті чого величина опору, незважаючи на незначний температурний коефіцієнт опору манганінового дроту, може дещо змінитися й бути відмінною від тієї, яка була за малих струмів, близьких, наприклад, до 0,1 від номінального.

Для котушок, які розміщені у масляній ванні, зміна опо­ру завдяки нагріву манганінового проводу номінальним струмом значно менша, що пояснюється незначною темпе­ратурою нагріву цього проводу, зануреного в масло, де умо­ви охолодження кращі, ніж за повітряного охолодження.

На енергетичних підприємствах у схемах перевірки елек­тровимірювальних приладів потенціометрами найчастіше використовують зразкові котушки опору класів 0,02 чи 0,05.

У зв'язку з тим, що зразкові котушки опору виготовля­ють у обмеженій кількості типорозмірів за величиною опо­ру, а в процесі вимірювань треба мати можливість користу­ватися каліброваними опорами практично якої завгодно ве­личини (звичайно, все ж у якомусь обмеженому діапазоні величин опорів), користуються магазинами опорів. Такі ма­газини являють собою набір резисторів, зібраних у єдиному корпусі й підігнаних з необхідною точністю, і переми­кальних пристроїв (штепсельних, важільних або з багатьма затискачами).

Будову штепсельного магазина опорів показано на рис. 3.3. Величина опору такого магазина, що є між двома крайніми затискачами 2 і 5, залежить від того, які зі штеп­селів 4 витягнуто з гнізд створеними контактними колодка­ми 3, до яких прилютовані вихідні кінці кожного з резис­торів. Такий магазин, що складається всього з дванадцяти резисторів 6, дає можливість одержати між його затискача­ми 2 і 5 величини опорів від нуля (коли всі штепселі вста­новлено у гнізда між контактними колодками) до 1110 Ом (коли всі штепселі витягнуто з цих гнізд), через один Ом. При таких вийнятих штепселях, як показано на рисунку, величина опору магазина становить 457 Ом. Поряд із кон­тактними колодками на панелі 7 магазина є отвори, куди вставляють витягнуті штепселі. Ці отвори зроблено для збе­реження штепселів та запобігання 'у. втрати.

Крім магазина, показаного на рис. 3.3, можуть бути ма­газини іншої схеми, так звані декадні, де опорів дещо більше.

Рис. 3.3 Штепсельний магазин опорів

Більш зручними в користуванні є важільні магазини опорів. Приклад будови такого магазина показано на рис. 3.4. Цей магазин складається з трьох декад резисторів, однакових у кожній декаді (наприклад, 1; 10 та 100 Ом). Кількість декад може бути й більшою (чотири, шість). Всі опори кожної декади ввімкнуті послідовно, а величина опо­ру магазина залежить від положення важелів перемикачів, які лишають в електричному колі магазина ту чи іншу кількість ввімкнутих опорів. У більшості цих магазинів пе­ремикачі сховано під верхньою панеллю магазина, над якою містяться лише ручки, закріплені на осях важільних пере­микачів. Послаблення притискування ковзних рухомих контактів до нерухомих у таких магазинах може призвести до збільшення електричного опору між рухомим і нерухо­мим контактами, завдяки чому опір магазина збільшується порівняно з тим, що показують ручки важільних переми­качів. Це призведе до збільшення похибки магазина, особ­ливо в тих випадках, коли на ньому виставлено малий опір.

У магазинах опорів, де остання декада складається з опорів величиною 10 000, 100 000 Ом або більше, через на­явність малого проміжку між нерухомими контактами, роз­ташованими поряд, може недопустимо зменшуватися поверхневий опір діелектрика, з якого зроблено панель, де

Рис. 3.4 Будова важільного магазина опорів

змонтовано ці контакти. Це можливе, коли у проміжок між нерухомими контактами потрапляє металевий пил від зно­шування контактів при тривалій експлуатації магазина опо­ру. Цей поверхневий опір зменшує опір між контактами та може суттєво зменшити точність опору магазина.

Магазини опорів виробляють з класами точності 0,02, 0,05, 0,1, 0,2 і 0,5. Число, що позначає клас точності,— це найбільша допустима величина похибки опору магазина, виражена у відсотках. Цим же числом обмежуються величи­ни додаткових похибок, які можуть статися при відхиленні умов його експлуатації від номінальних.

§ 3.3