книги из ГПНТБ / Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие]

тий поправочный член может иметь существенное значение только при значительных отклонениях температуры от + 20°С (на 4—5°).

Ненасыщенные нормальные элементы устроены почти так же, как и насыщенные, основное различие в их устройстве зак­ лючается лишь в том, что у ненасыщенных элементов (при тем­ пературах выше +4°С) ни в одном из «колен» нет кристаллов сернокислого кадмия и водный раствор сернокислого кадмия, заполняющий верхнюю часть оболочки элемента, не насы­ щен. Этим обусловливается название таких элементов.

Основным метрологическим отличием ненасыщенных эле­

данные (согласно ГОСТ 1954—64) ненасыщенных нормальных элементов приведены в последней строке табл. I I - 1 .

Как видно из табл. I I - 1 , стабильность во времени у нена­ сыщенных элементов значительно хуже, чем у насыщенных, но внутреннее сопротивление ненасыщенного элемента состав­ ляет только около 600 ом, а допустимый ток — до 10 мка. В «колена» ненасыщенного элемента («ад амальгамой ртути в отрицательном «колене» и над пастой-деполяризатором в положительном «колене») вставлены корковые пористые шай­ бы или же кольца, обтянутые шелковой .материей, не препятст­ вуя сколь-нибудь существенно протеканию электрохимическо­ го процесса внутри элемента. Это делает элемент менее чувст­ вительным к тряске, вибрациям, наклонам.

Указанные выше метрологические свойства нормальных элементов, насыщенных (классов 0,001, 0,002 и 0,005) и не­ насыщенных (класса 0,02), определяют области их приме­ нения.

Насыщенные элементы применяются, главным образом, при лабораторных измерениях с высоким уровнем точности; откло­ нения температуры от +20°С при этом бывают невелики, но тем не менее они учитываются путем подсчета соответствую­ щего значения э. д. с. Et для применяемого элемента.

Ненасыщенные элементы применяются в основном при промышленных измерениях, при возможных значительных ко­ лебаниях температуры и при невозможности введения какихлибо поправок, учитывающих эти колебания температуры; ча­ сто ненасыщенные элементы применяются в автоматических измерительных или регулирующих, а также в переносных при­ борах.

30

§ 2. МЕРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ. МАГАЗИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЙ

А. Измерительные катушки сопротивления

Точные меры электрического сопротивления согласно ГОСТ 6864—62 изготавливаются в виде измерительных кату­

странения такие катушки не получили; с другой стороны, ка­

обмотку от механических повреждений, а часто и от атмосфер­ ных влияний (герметизированные корпуса). На корпусе ук­ реплена изоляционная панель 4, на которой расположены вы­ водные зажимы 5 катушки.

Рис. II-2

Обмотка сопротивления. Обмотка сопротивления обычно изготавливается из манганинового провода (в случае весьма малых значений сопротивления — из манганиновой ленты). Манганин — сплав, состоящий из меди (80—84%), марганца

31

(10—13%), никеля (1,5—3%) и небольших примесей (доли процента) алюминия и железа. Этот сплав обладает целым рядом ценных метрологических свойств, делающих его весьма подходящим для изготовления точных измерительных сопро­ тивлений.

турная зависимость сопротивления измерительных катушек в температурной области их применения выражается следующей формулой:

имеет очень большое значение, так как, с одной стороны, сое­ динения в электрических измерительных схемах обычно дела­ ются медными проводниками и поэтому контактные соедине­

венно, которые искажали бы результаты при измерениях на по­ стоянном токе.

В-четвертых, может быть достигнута весьма высокая сте­ пень стабильности во времени значения сопротивления катуш­ ки, выполненной из манганинового провода. Правда, это до­ стигается только в результате применения специальной техно­ логии тепловой обработки («искусственного старения») как манганинового провода до намотки из него обмотки сопротив­ ления, так и уже выполненной из него обмотки,

32

Для изготовления измерительных катушек с очень больши­

(являющейся нашим отечественным изобретением и за рубе­ жом нигде еще не применяемой). По этой технологии провод получается как бы влитым в тонкую стеклянную оболочку, полностью изолирующую провод как электрически, так и от всех атмосферных влияний. Такой литой микропровод полу­ чается идеально отожженным и предельно мягким, а его стек­ лянная оболочка настолько прочнее и жестче самого проводника, что при намотке из него обмоток защищает его от появления в нем механических напряжений, в результате чего не требуется и последующая тепловая обработка обмотки.

К некоторым типам измерительных катушек, помимо высо­ ких требований, относящихся к применению катушек в схемах

пренебрежимо малы. Остаточные реактивные свойства обмот­ ки характеризуются величиной, называемой постоянной вре­ мени т, причем

т = — , сек,

где со—угловая частота протекающего по катушке переменно­

Это выражение является основным при создании конструк­ ций безреактивных сопротивлений.

Рис .11-3

При малых значениях сопротивления большую роль играет последовательное индуктивное сопротивление (индуктивность L), нежели шунтирующая емкостная проводимость (емкость С), при больших значениях сопротивления — наоборот.

Соответственно этому при изготовлении малоомных сопро­ тивлений применяют меры по снижению индуктивности, не об­ ращая большого внимания на значительную емкость. Чаще в'сего при этом применяют так называемую бифилярную об­ мотку, которая выполняется таким образом, что кусок прово­ да, необходимый для изготовления данного сопротивления, пе­ ред его намоткой на каркас складывается пополам, как это по­ казано на рис. ІІ-4. В этом случае ток в одной половине прово­

меняют другие типы обмоток, конструкции которых дают су­ щественное снижение емкостных эффектов внутри обмотки. Пример одной такой конструкции (по Айртон-Перри) показан на рис. П-5. При выполнении такой обмотки на каркас нама­ тывается два сплошных — виток к витку —слоя провода, сече­ ние которого выбирается так, чтобы в каждом слое получилось сопротивление в два раза больше требующегося. Верхний слой при этом наматывается в направлении, противоположном нижнему; оба этих слоя соединяются друг с другом параллель-

34

направлению протекания тока в расположенном над ним витке верхнего слоя. Вследствие этого индуктивность такой обмотки

ними была равна нулю).

Рис . 11-5

Безреактивная обмотка имеет постоянную времени поряд­ ка 1 -10—7—1 -10—8 сек, причем, например, наличие у катушки

Каркас обмотки представляет собой механическую основу, на которую наносится и укрепляется обмотка. Желательно, чтобы каркас был из материала с хорошей теплопроводно­ стью и имел температурный коэффициент теплового расшире­ ния, близкий к таковому у провода обмотки. Поэтому у малоомньгх и не безреактивных сопротивлений он чаще всего де­ лается металлическим—латунным. У многоомных безреактив­ ных сопротивлений каркасы делаются обычно керамические во избежание больших эффектов емкостного шунтирования обмотки, которые возникали бы при применении металличе­ ского (электропроводящего) каркаса.

35

Корпус катушки, .представляющий собой обычно металли­ ческий цилиндрический стакан, служит прежде всего для за­ щиты обмотки от механических повреждений. Кроме того, в его конструкции должна учитываться необходимость хорошей теплоотдачи от обмотки, в которой при прохождении по ней измерительного тока выделяется тепло, могущее вызвать зна­ чительное повышение температуры обмотки. Поэтому корпуса катушек делают либо перфорированными — для осуществле­ ния воздушного охлаждения или масляного (при погружении катушки в масляную ванну), либо глухими, с заполнением их трансформаторным или парафиновым маслом — для осущест­ вления охлаждения в результате конвекции масла внутри кор­ пуса. Более полная защита обмотки от атмосферных влияний получается в случае герметизированного корпуса, показанно­ го на рис. II-2, когда каркас припаивается изнутри к корпусу, как, например, это делается в современных конструкциях ка­ тушек Краснодарского завода ЗИП . Для получения хорошего охлаждения вся эта конструкция погружается в масло.

Панель зажимов, выполненная из изоляционного материа­ ла, служит для размещения на ней выводных зажимов катуш­ ки. Здесь следует отметить, что катушки почти всех значений сопротивления, кроме самых больших значений, выполняются по схеме четырехзажимного сопротивления и имеют, соответ­ ственно этому, по четыре выводных зажима.

Причиной является то, что при двухзажимной схеме вы­ полнения сопротивления (рис. II-6, а) его значение не может быть установлено точнее, чем до нескольких десятитысячных долей ома: переходное сопротивление контактов, ограничи­ вающих электрически это сопротивление, неустойчиво в этих пределах даже при наилучшем выполнении этих контактов; а это, например, означает, что только тысячеомные и еще более миогоомные катушки могли бы быть надежно подогнаны и применены с точностями порядка тысячной доли процента;

Рис. П-6

для катушек меньшего сопротивления это было бы неосущест­ вимо. При 'выполнении сопротивления по четырехзажимной схеме (рис. II-6, б) иод значением его сопротивления У? понима­ ют отношение разности потенциалов U, появляющейся между его двумя «потенциальными» зажимами U при протекании че­ рез его токовые зажимы / некоторого тока /, к значению этого тока:

ных зажимов оказываются уже не в цепи измеряемого сопро­ тивления (участок цепи между точками а и b), а в последова­ тельном соединении с прибором, которым измеряется разность потенциалов U, поэтому погрешность, вызываемая этими кон­ тактными сопротивлениями, будет пропорциональна их отно­ шению не к значению измеряемого сопротивления, а к значе­ нию сопротивления прибора, измеряющего разность потенциа­ лов U. Сопротивление же такого прибора, даже при примене­ нии простых показывающих вольтметров или милливольтмет­ ров, может составлять несколько десятков или даже сотен ом,

прибора практически бесконечно велико и влияние рассматри­ ваемых контактных сопротивлений потенциальных зажимов бесконечно мало.

Выпускаемые в СССР измерительные катушки сопротив­ ления должны удовлетворять требованиям ГОСТ 6864—62 «Катушки электрического сопротивления измерительные», ох­ ватывающим область номинальных значений сопротивления от 10-6 до Ю9 ом.

ГОСТ 6864—62 предусмотрено изготовление катушек трех основных типов: КСИ—негерметизированные, КСИГ—герме­ тизированные и КСИБ—безреактивные катушки.

По точности их действительных значений сопротивления

37

В табл. 11-2 приводятся данные о классах точности и ти­ пах конструкций катушек разных номинальных значений со­ противления, а также и о допустимых значениях изменений их сопротивления в течение года.

Б. Магазины сопротивлений

Магазин сопротивлений представляет собой набор сопро­ тивлений различных значений, конструктивно оформленный в одно целое и снабженный коммутационным устройством, поз­ воляющим включать во внутреннюю электрическую цепь ма­ газина то или иное сочетание отдельных сопротивлений (в по­ следовательном их соединении) из содержащегося в нем на­

бора.

Согласно ГОСТ 7003—64 «Магазины сопротивления изме­ рительные», магазины сопротивлений могут изготавливаться следующих типов в зависимости от примененного в них ком­

38

каком из неподвижных контактов находится подвижный кон­ такт переключателя, укрепленный на поворачивающейся во­ круг центральной оси траверсе-рычаге (отсюда и название типа конструкции магазина «рычажный»), в электрическую цепь магазина оказывается введенным то или иное число со­ противлений данного номинального значения. Так, например, положения рычагов переключателей двухдекадного магазина на рис. 11-7 соответствуют значению сопротивления магазина 38 ом.

значений устанавливаемых на них сопротивлений легко и бы­ стро считывается с переключателей. Однако достаточно малые и, главное, неизменные значения переходных сопротивлений у подвижных контактов таких переключателей могут быть полу­ чены и сохранены в .процессе эксплуатации магазина только при очень тщательно выполненной конструкции контактов и при тщательном уходе за ними, поэтому изготавливаются и ча­ сто применяются магазины также и других типов.

Электрическая и конструктивная схемы, а также деталь конструктивного выполнения контакта переключателя магази­

промежуточному соединению между двумя соседними сопро­ тивлениями подсоединена контактная колодка, отделенная от каждой из соседних с ней двух других лишь узкой щелью, как

39