Politechnika Œl¹ska
w Gliwicach
Wydzia³ Elektryczny

Badanie zestawów impedancyjnych

Cel æwiczenia.

Celem æwiczenia by³o poznanie w³aœciwoœci zestawów dekad impedancyjnych stosowanych w uk³adach pr¹du przemiennego.

Wstêp.

Zestawy dekad impedancyjnych: rezystancyjnych, pojemnoœciowych
i inukcyjnoœciowych nale¿ê do podstawowego wyposa¿enia laboratoriów pomiarowych. Zestawy takie s³u¿¹ do równowa¿enia ró¿nych uk³adów pomiarowych, jak mostki, kompensatory, komparatory; do zadawania nastaw
w uk³adach regulacji, kalibratorach itp. ; do szybkiego dobierania wartoœci elementów do uk³adów elektronicznych.

Dekada impedancyjna mo¿e wystêpowaæ jako samodzielne narzêdzie pomiarowe, umieszczone w osobnej obudowie, z wyodrêbnionymi zaciskami wyjœciowymi oraz z dostêpnymi z zewn¹trz prze³¹cznikami. Najczêœciej stosowane s¹ zestawy dekad jednego rodzaju, nazywane w skrócie rezystorami, kondensatorami lub indukcyjnoœciami dekadowymi. Wtedy w jednej wspólnej obudowie znajduje siê kilka dekad o ró¿nych rzêdach wartoœci, po³¹czonych tak, ¿e mo¿liwe jest uzyskanie wypadkowej nastawy nominalnej wyra¿onej równaniem:

Bardzo czêsto 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 ka¿da dekada jest projektowana i wykonywana z uwzglêdnieniem takich warunków, które minimalizuj¹ tzw. sk³adowe resztkowe impedancji,
a umo¿liwiaj¹ pozostawienie tylko jednej, g³ównej sk³adowej, tj. rezystancji, pojemnoœci lub indukcyjnoœci.

Zestawy dekad rezystancyjnych.

Podstawowymi elementami ka¿dej dekady rezystancyjnej s¹ precyzyjne rezystory drutowe, wykonane ze specjalnych materia³ów rezystancyjnych. Rezystorom stawia siê nastêpuj¹ce wymagania:

• ma³y temperaturowy wspó³czynnik rezystancji;

• ma³a si³a termoelektryczna (STE) wzglêdem miedzi;

• ma³a niesta³oœæ rezystancji w d³ugim czasie;

• du¿a precyzja uzyskania rezystancji, okreœlonej wartoœci¹ znamionow¹;

• ma³e sk³adowe resztkowe .

Aby jednoczeœnie mo¿na by³o spe³niæ wszystkie powy¿sze wymagania, trzeba stosowaæ bardzo stabilne materia³y rezystancyjne. Sk³adowe resztkowe impedancji rezystora zale¿¹ od roz³o¿enia w przestrzeni drutu lub œcie¿ek rezystancyjnych, tworz¹cych pêtlê przewodz¹c¹ pr¹d. Ma³¹ indukcyjnoœæ resztkow¹ uzyskuje siê wtedy, gdy wektor strumienia magnetycznego wytwarzanego przez rezystor jest bliski zera, a wiêc pêtle przewodz¹ca pr¹d musi mieæ ma³¹ powierzchniê lub musi siê sk³adaæ z kilku pêtli tak rozmieszczonych, by zwi¹zane z nimi strumienie magnetyczne wzajemnie siê kompensowa³y.

W zestawach dekad rezystancyjnych precyzyjne rezystory ³¹czone s¹ szeregowo.

Ka¿da dekada zawiera 10 rezystorów o jednakowych wartoœciach nominalnych oraz prze³¹cznik, za pomoc¹ którego w³¹cza siê odpowiedni¹ liczbê rezystorów do ³añcucha „widzianego” z zacisków wejœciowych.

Nale¿y zwróciæ uwagê na nastêpuj¹ce w³aœciwoœci zestawów rezystancyjnych:

• klasa zestawu ustalana jest dla zastosowañ przy pr¹dzie sta³ym;

• rezystory wchodz¹ce w sk³ad poszczególnych dekad wykonane s¹ z drutów o ró¿nych œrednicach i m. in. maj¹ ró¿ne pr¹dy dopuszczalne;

• parametry resztkowe zwi¹zane z nastawion¹ wartoœci¹ nominaln¹ s¹ zale¿ne nie tylko od parametrów resztkowych poszczególnych rezystorów, ale tak¿e od ewentualnych sprzê¿eñ magnetycznych i elektrycznych miêdzy poszczególnymi rezystorami;

• zastosowanie zestawu rezystancyjnego w obwodzie pr¹du zmiennego jest dopuszczalne, je¿eli wypadkowe parametry resztkowe przy danej czêstotliwoœci maj¹ ma³y wp³yw na wypadkow¹ impedancjê „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 zale¿noœæ konduktancji od nastawy by³a liniowa.

Zestawy konduktancyjne znajduj¹ podstawowe zastosowanie do liniowej regulacji pr¹du w obwodach z wymuszeniem napiêciowym (najczêœciej sta³ym) a tak¿e jako elementy równowa¿¹ce w mostkach pomiarowych pr¹du sta³ego lub zmiennego. Do zastosowañ zmiennopr¹dowych mog¹ byæ u¿ywane zestawy o ma³ych parametrach resztkowych.

Wa¿nym problemem u¿ytkowym jest dopuszczalna obci¹¿alnoœæ zestawu: najczêœciej okreœlane jest maksymalne napiêcie, które mo¿na doprowadziæ do zacisków wejœciowych zestawu. Zale¿y ono od mocy P, jaka mo¿e byæ wydzielana na najmniejszym rezystorze R dekady:

Zestawy dekad pojemnoœciowych.

Dekady pojemnoœciowe i ich zestawy zbudowane s¹ z kondensatorów, którym stawia siê nastêpuj¹ce wymagania:

• du¿a sta³oœæ pojemnoœci w d³ugim czasie;

• ma³y wspó³czynnik stratnoœci;

• ma³e gabaryty i ma³a masa;

• du¿a wytrzyma³oœæ na przebicie;

• ma³y wspó³czynnik temperaturowy pojemnoœci;

• ma³a zale¿noœæ pojemnoœci od czêstotliwoœci i wilgotnoœci otoczenia.

W praktyce najczêœciej stosuje siê kondensatory mikowe lub polistyrenowe. Kondensatory polistyrenowe maj¹ stosunkowo du¿y wspó³czynnik temperaturowy. Kondensatory mikowe charakteryzuj¹ siê natomiast bardzo du¿¹ sta³oœci¹ pojemnoœci w czasie. Ka¿dy kondensator rzeczywisty pobiera podczas pracy pewn¹ energiê elektryczn¹, rozproszon¹ na ciep³o w dielektryku
i czêœciach metalowych. Ma on równie¿ pewn¹ indukcyjnoœæ szeregow¹, wystêpuj¹c¹ g³ównie w przewodach doprowadzaj¹cych.

---