Politechnika Œl¹ska
w Gliwicach
Wydzia³ Elektryczny
Badanie zestawów impedancyjnych
Cel ęwiczenia.
Celem ęwiczenia by³o poznanie w³aœciwoœci zestawów dekad impedancyjnych stosowanych w uk³adach pr¹du przemiennego.
Wstźp.
Zestawy dekad impedancyjnych: rezystancyjnych, pojemnoœciowych
i inukcyjnoœciowych naleæź do podstawowego wyposaæenia laboratoriów pomiarowych. Zestawy takie s³uæ¹ do równowaæenia róænych uk³adów pomiarowych, jak mostki, kompensatory, komparatory; do zadawania nastaw
w uk³adach regulacji, kalibratorach itp. ; do szybkiego dobierania wartoœci elementów do uk³adów elektronicznych.
Dekada impedancyjna moæe wystźpowaę jako samodzielne narzździe pomiarowe, umieszczone w osobnej obudowie, z wyodrźbnionymi zaciskami wyjœciowymi oraz z dostźpnymi z zewn¹trz prze³¹cznikami. Najczźœciej stosowane s¹ zestawy dekad jednego rodzaju, nazywane w skrócie rezystorami, kondensatorami lub indukcyjnoœciami dekadowymi. Wtedy w jednej wspólnej obudowie znajduje siź kilka dekad o róænych rzźdach wartoœci, po³¹czonych tak, æe moæliwe jest uzyskanie wypadkowej nastawy nominalnej wyraæonej równaniem:
Bardzo czźsto dekady impedancyjne lub ich zestawy s¹ wbudowane na sta³e do bardziej skomplikowanych uk³adów pomiarowych, w których pe³ni¹ œciœle okreœlone funkcje nastawcze lub regulacyjne. Zestawy impedancyjne. s¹ na ogó³ traktowane jako wielowymiarowe wzorce sk³adowych impedancji. Z regu³y kaæda dekada jest projektowana i wykonywana z uwzglźdnieniem takich warunków, które minimalizuj¹ tzw. sk³adowe resztkowe impedancji,
a umoæliwiaj¹ pozostawienie tylko jednej, g³ównej sk³adowej, tj. rezystancji, pojemnoœci lub indukcyjnoœci.
Zestawy dekad rezystancyjnych.
Podstawowymi elementami kaædej dekady rezystancyjnej s¹ precyzyjne rezystory drutowe, wykonane ze specjalnych materia³ów rezystancyjnych. Rezystorom stawia siź nastźpuj¹ce wymagania:
ma³y temperaturowy wspó³czynnik rezystancji;
ma³a si³a termoelektryczna (STE) wzglźdem miedzi;
ma³a niesta³oœę rezystancji w d³ugim czasie;
duæa precyzja uzyskania rezystancji, okreœlonej wartoœci¹ znamionow¹;
ma³e sk³adowe resztkowe .
Aby jednoczeœnie moæna by³o spe³nię wszystkie powyæsze wymagania, trzeba stosowaę bardzo stabilne materia³y rezystancyjne. Sk³adowe resztkowe impedancji rezystora zaleæ¹ od roz³oæenia w przestrzeni drutu lub œcieæek rezystancyjnych, tworz¹cych pźtlź przewodz¹c¹ pr¹d. Ma³¹ indukcyjnoœę resztkow¹ uzyskuje siź wtedy, gdy wektor strumienia magnetycznego wytwarzanego przez rezystor jest bliski zera, a wiźc pźtle przewodz¹ca pr¹d musi mieę ma³¹ powierzchniź lub musi siź sk³adaę z kilku pźtli tak rozmieszczonych, by zwi¹zane z nimi strumienie magnetyczne wzajemnie siź kompensowa³y.
W zestawach dekad rezystancyjnych precyzyjne rezystory ³¹czone s¹ szeregowo.
Kaæda dekada zawiera 10 rezystorów o jednakowych wartoœciach nominalnych oraz prze³¹cznik, za pomoc¹ którego w³¹cza siź odpowiedni¹ liczbź rezystorów do ³ańcucha „widzianego” z zacisków wejœciowych.
Naleæy zwrócię uwagź na nastźpuj¹ce w³aœciwoœci zestawów rezystancyjnych:
klasa zestawu ustalana jest dla zastosowań przy pr¹dzie sta³ym;
rezystory wchodz¹ce w sk³ad poszczególnych dekad wykonane s¹ z drutów o róænych œrednicach i m. in. maj¹ róæne pr¹dy dopuszczalne;
parametry resztkowe zwi¹zane z nastawion¹ wartoœci¹ nominaln¹ s¹ zaleæne nie tylko od parametrów resztkowych poszczególnych rezystorów, ale takæe od ewentualnych sprzźæeń magnetycznych i elektrycznych miźdzy poszczególnymi rezystorami;
zastosowanie zestawu rezystancyjnego w obwodzie pr¹du zmiennego jest dopuszczalne, jeæeli wypadkowe parametry resztkowe przy danej czźstotliwoœci maj¹ ma³y wp³yw na wypadkow¹ impedancjź „widzian¹” z zacisków wejœciowych;
Zestawy dekad konduktancyjnych.
Podobnie jak zestawy rezystancyjne, dekady konduktancyjne zbudowane s¹ z precyzyjnych rezystorów drutowych i prze³¹czników. Inne s¹ jednak wartoœci prze³¹czanych rezystorów: s¹ one tak dobrane, by zaleænoœę konduktancji od nastawy by³a liniowa.
Zestawy konduktancyjne znajduj¹ podstawowe zastosowanie do liniowej regulacji pr¹du w obwodach z wymuszeniem napiźciowym (najczźœciej sta³ym) a takæe jako elementy równowaæ¹ce w mostkach pomiarowych pr¹du sta³ego lub zmiennego. Do zastosowań zmiennopr¹dowych mog¹ byę uæywane zestawy o ma³ych parametrach resztkowych.
Waænym problemem uæytkowym jest dopuszczalna obci¹æalnoœę zestawu: najczźœciej okreœlane jest maksymalne napiźcie, które moæna doprowadzię do zacisków wejœciowych zestawu. Zaleæy ono od mocy P, jaka moæe byę wydzielana na najmniejszym rezystorze R dekady:
Zestawy dekad pojemnoœciowych.
Dekady pojemnoœciowe i ich zestawy zbudowane s¹ z kondensatorów, którym stawia siź nastźpuj¹ce wymagania:
duæa sta³oœę pojemnoœci w d³ugim czasie;
ma³y wspó³czynnik stratnoœci;
ma³e gabaryty i ma³a masa;
duæa wytrzyma³oœę na przebicie;
ma³y wspó³czynnik temperaturowy pojemnoœci;
ma³a zaleænoœę pojemnoœci od czźstotliwoœci i wilgotnoœci otoczenia.
W praktyce najczźœciej stosuje siź kondensatory mikowe lub polistyrenowe. Kondensatory polistyrenowe maj¹ stosunkowo duæy wspó³czynnik temperaturowy. Kondensatory mikowe charakteryzuj¹ siź natomiast bardzo duæ¹ sta³oœci¹ pojemnoœci w czasie. Kaædy kondensator rzeczywisty pobiera podczas pracy pewn¹ energiź elektryczn¹, rozproszon¹ na ciep³o w dielektryku
i czźœciach metalowych. Ma on równieæ pewn¹ indukcyjnoœę szeregow¹, wystźpuj¹c¹ g³ównie w przewodach doprowadzaj¹cych.