Файл: Быков М.А. Электрические измерения электрических величин [учеб. пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 130
Скачиваний: 2
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
ментов от насыщенных является |
то, что ненасыщенные |
эле |
||
менты обладают значительно меньшим температурным |
коэф |
|||
фициентом э. д. с , что делает |
их пригодными |
для применения |
||
в значительно более широком |
температурном |
диапазоне |
(от |
|
+ 5 до +55°С); во всем этом диапазоне значение э . д . с . |
нена |
|||
сыщенного элемента отличается от значения |
его э. д. с. |
при |
||
+ 20°С не более чем на 100 мкв. |
Основные |
'метрологические |
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
шек сопротивления |
с номинальными |
значениями |
сопротивле |
||
ния вида 1 • 10" ом, |
где п—целые числа |
от —5 до |
+ 9 |
(некото |
|
рые иностранные фирмы изготавливают |
измерительные ка |
||||
тушки со значениями |
2-10" и 5-10" |
ом, |
но широкого |
распро |
странения такие катушки не получили; с другой стороны, ка
тушки |
с сопротивлением |
выше |
1-105 олг |
изготавливаются |
|||
только |
в СССР). |
|
|
|
|
|
|
|
Измерительная катушка, как это схематически |
показано |
|||||
на |
рис. II-2, состоит из обмотки сопротивления |
1, |
намотанной |
||||
на |
каркасе 2, помещенном |
внутри |
корпуса |
3, |
защищающего |
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.
Во-первых, он обладает довольно большим |
удельным |
|||
электрическим сопротивлением |
|
|
||
р ^ ; 0,45-10 |
ом-м |
^0,45 — - |
, |
|
что позволяет изготавливать сопротивления больших |
значений |
|||
из не очень тонкого провода |
и при общем небольшом |
объеме |
||
такого сопротивления. |
|
|
|
|
Во-вторых, у манганина весьма малая зависимость сопро |
||||
тивления от температуры. Согласно ГОСТ 6864—62 |
темпера |
турная зависимость сопротивления измерительных катушек в температурной области их применения выражается следующей формулой:
|
= |
[ 1 + * ( * - 2 0 ) |
+ ß ( * - 20)"I, |
|
|
|
где |
Rt—значение |
сопротивления |
катушки при |
+20°С; |
|
|
|
и и ß—коэффициенты, определяемые для каждой катуш |
|||||
|
ки экспериментально, |
причем коэффициент а, в за |
||||
|
висимости от класса точности катушки |
(см. ниже), |
||||
|
не должен превосходить |
значений от |
1,5-10 Б |
до |
||
|
4,0-10~5 . |
|
|
|
|
|
|
B-третыих, у манганина очень |
малая термо-э. д. с. в |
па |
|||
ре с медью— порядка 2 мкв на 1°С разницы температур. |
Это |
имеет очень большое значение, так как, с одной стороны, сое динения в электрических измерительных схемах обычно дела ются медными проводниками и поэтому контактные соедине
ния манганинового провода катушки с медными |
проводниками |
|||||
неизбежны; с другой стороны, в обмотках измерительных |
ка |
|||||
тушек всегда выделяется |
некоторое |
тепло и их |
температура |
|||
превышает температуру |
окружающей среды |
и |
подсоедини- |
|||
тельных (медных) |
проводников, |
следовательно могли |
бы |
|||
возникать термо-э. д. с. в местах подсоединений |
медных |
про |
||||
водников к обмоткам |
катушек, трудно учитываемые количест |
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
ми значениями |
сопротивления (1 Мом |
и выше) |
применяют |
|
манганиновый |
сверхтонкий провод — диаметром порядка |
не |
||
скольких микрон, так называемый «микропровод», |
имеющий |
|||
очень высокое |
погонное сопротивление—до 100 кож на 1 ж |
и |
||
выше. Этот провод изготавливается |
по особой |
технологии |
(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
постоянного тока, предъявляются еще требования их безреак- |
||
тив н ости, т. е. чтобы |
катушка представляла собой чисто |
ак |
тивное сопротивление, |
а ее реактивные составляющие |
были |
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
го тока; |
|
|
|
|
|
|
Ф—угол сдвига фаз, возникающий |
при этом между током |
|||||
и напряжением |
в катушке, |
рад. |
|
|
||
Если заменить реальную |
обмотку |
с ее |
распределенными |
|||
остаточными индуктивностью |
и емкостью |
эквивалентной |
ей |
|||
схемой со сосредоточенными |
индуктивностью L и емкостью |
|||||
С (согласно рис. ІІ-З), то через параметры этой схемы R, |
ЬиС |
|||||
значение постоянной времени х будет |
выражаться |
|
||||
" = |
I — — CR |
, |
сек. |
|
|
Это выражение является основным при создании конструк ций безреактивных сопротивлений.
Рис .11-3
3 |
255 - М, А. Быков и д р . |
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
да течет в противоположном |
(пространственно) |
направлении |
|||||||||
|
|
току в другой, рядом с ней |
рас |
||||||||
|
|
положенной, его половине. В ре |
|||||||||
|
|
зультате |
магнитное |
поле |
этих |
||||||
|
|
двух токов в пространстве вне |
|||||||||
|
|
этих |
проводников |
|
практически |
||||||
|
|
отсутствует, оно |
остается толь |
||||||||
|
|
ко внутри |
каждого |
из |
провод |
||||||
|
|
ников и в изоляционном |
проме |
||||||||
|
|
жутке между |
ними. Индуктив |
||||||||
|
|
ность |
такой |
цепи |
|
получается |
|||||
|
|
весьма |
малой, |
соответственно |
|||||||
|
|
малой получается |
и постоянная |
||||||||
Рис. Н-4 |
времени |
такого |
сопротивления. |
||||||||
Что |
касается |
|
распределенной |
||||||||
емкости, то она у такого сопротивления |
может оказаться весь |
||||||||||
ма значительной; однако если сопротивление малоомное, |
то |
||||||||||
влияние этой емкости на значение его постоянной времени CR |
|||||||||||
будет невелико. Такая конструкция обмотки применяется |
от |
||||||||||
самых малых значений сопротивления (при |
|
сопротивлениях |
|||||||||
менее 1 ом обычно применяют ленточный проводник) |
до |
со |
|||||||||
противлений порядка 10—100 ом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При больших значениях сопротивления в случае примене |
|||||||||||
ния бифилярной обмотки начало бы сказываться |
влияние |
рас |
|||||||||
пределенной |
емкости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В случае |
многоомных безреактивных |
сопротивлений |
при |
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