Politechnika

஻

Bia ostocka

!

Wydzia Elektryczny

!

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Metrologii

Instrukcja do zaj laboratoryjnych z przedmiotu

"#

METROLOGIA 1

Kod przedmiotu:

F02021

$wiczenie pt.

POMOCNICZY SPRZ T POMIAROW

%

Y

Numer wiczenia

#

01

Autor

Dr in . & Ryszard Piotrowski

Bia ystok 2006

!

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

1

1. Wprowadzenie

elem wiczenia jest zapoznanie studentów z w a ciwo ciami

#

! '

'

pomocniczego sprz tu pomiarowego, który b dzie u ywany przez nich

"

"

&

w trakcie wicze labora

#

(

toryjnych z Metrologii. W instrukcji tej

zawarte s opisy, obja nienia, wskazówki i pytania kontrolne dotycz ce

)

'

)

najwa niejszych urz dze obj tych wspólnym okre leniem pomocniczy sprz t

&

) (

"

'

*

"

pomiarowy . Pozwala ono s uchaczom pozna zasady pos ugiwania si tym

+

!

#

!

"

i

urz dzeniami w sposób w a ciwy i bezpieczny w trakcie odbywania wicze

)

! '

#

(

laboratoryjnych.

C z"' # I

1. Zasilacz

stabilizowany

Zasilacz stabilizowany jest cennym urz dzeniem niezb dnym w wielu

)

"

#wiczeniach przeprowadzanych w Laboratorium Miernictwa Elektrycznego.

Dostarcza ono napi i pr dów sta ych regulowanych p ynnie i stabilizowanych

"#

)

!

!

na poziomie nastawionym przez u ytkownika.

&

Stabilizacja oznacza utrzymywanie sta ej warto ci napi cia na

!

'

"

zaciskach wyj ciowych zasilacza (

'

stabilizacja napi cia

" ), albo sta ej warto ci

!

'

pr du wydawanego na zewn trz przez to urz dzenie (

)

)

)

stabilizacja pr du

) ),

mimo zmian dokonywanych przez u ytkownika w badanym przez niego i

&

zasilanym przez to urz dzenie

)

- uk adzie pomiarowym

!

.

Oba stany pracy zasilacza sygnalizowane s wieceni

) '

em si odpowied

"

-

dnich lampek u atwiaj cych orientowanie si , w jakim trybie pracuje w danej

!

)

"

chwili urz dzenie.

)

Stabilizacja pozwala uniezale ni wyniki bada

& #

( laboratoryjnych od

warto ci napi cia czy pr du i skupi si na innych zale no ciach wyst puj cych

'

"

)

# "

& '

" )

w badanym problemie. Na przyk ad badaj c w a ciwo ci mostka Wheatstone a,

!

) ! '

'

,

zak ada si sta o napi cia zasilaj cego i ustala zale no jego czu o ci od

!

"

! '#

"

)

& '#

! '

stosunku rezystancji wyst puj cych w odpowiednich ramionach.

" )

C

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

2

Niezale nie od tego, w innej cz ci bad

&

"'

a ustala si zale no

(

"

& '#

wspomnianej czu o od warto ci napi cia zasilaj cego.

! '#

'

"

)

W Laboratorium wyst puje kilka typów zasilaczy stabilizowanych

"

ró ni cych si wygl dem zewn trznym, parametrami elektrycznymi (napi ciem

& )

"

)

"

"

i pr dem maksymalnym), rozmieszczeniem e

)

lementów regulacyjnych, itp.,

wszystkie one jednak maj podstawowe cechy wspólne i wype niaj te same,

)

!

)

wymienione wy ej funkcje.

&

Wst pne zapoznanie si studentów z zasilaczem

"

"

stabilizowanym

Studenci powinni w tym punkcie wiczenia zapozna si (przy wspó

#

# "

!udziale

pracownika prowadz cego wiczenie) z elementami umieszczonymi na p ycie

)

#

!

czo owej zasilacza.

!

ˆ

Wska regulator skokowej regulacji napi cia wyj ciowego

&

"

'

ˆ

Wska regulator p ynnej regulacji napi cia wyj ciowego

&

!

"

'

ˆ

Wska lampk sygnalizacyjn i towarzysz cy

&

"

)

) jej napis constant voltage .

*

+

Jej wiecenie oznacza, e zasilacz jest w stanie stabilizacji

'

&

napi cia.

"

ˆ

Wska lampk sygnalizacyjn i towarzysz cy jej napis constant current .

&

"

)

)

*

+

Jej wiecenie oznacza, e zasilacz jest w stanie stabilizacji pr du.

'

&

)

ˆ

Wska regula

&

tor skokowej regulacji pr du wyj ciowego

)

'

ˆ

Wska regulator p ynnej regulacji pr du wyj ciowego

&

!

)

'

ˆ

Wska zaciski wyj ciowe zasilacza

&

'

Uwaga:

Zacisk plusowy tworz dwa umieszczone blisko siebie zaciski

)

laboratoryjne, zwarte w stanie normalnej pracy przy pomocy specjalnej p ytki

!

zwieraj cej. W analogiczny sposób utworzony jest zacisk minusowy zasilacza.

)

Te podwójne zaciski poszczególnych biegunów zasilacza rozwierane s tylko w

)

czasie serwisowych pomiarów kontrolnych. Cz stym problemem

"

wyst puj cym

" )

w trakcie wic

#

ze jest, zg aszana przez studentów niestabilna praca zasilacza.

(

!

Wynika ona z niestarannego dokr cenia przez nich wspomnianych wy ej

"

&

zacisków i braku pewnego po czenia ich przez p ytk .

!)

! "

Pi tym zaciskiem

)

, jaki napotka mo e u ytkownik jest zacisk po czo

#

& &

!) ny

z metalow obudow zasilacza, cz sto mylony z zaciskiem minusowym.

)

)

"

Zwró my uwag na to, e jest on oznaczony znakiem uziemienia. W wicze

#

)

&

#

-

niach wykonywanych w Laboratorium Miernictwa Elektrycznego nie jest on

zwykle u ywany.

&

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

3

Zapoznaj si z funkcjami

"

wbudowanego do zasilacza miernika

wskazówkowego. W zasilaczu mo e wyst powa miernik uniwersalny pe ni cy

&

"

#

! )

funkcj woltomierza albo amperomierza, zale nie od wyboru dokonanego przez

"

&

u ytkownika. W tym przypadku dost pny jest prze cznik, przy pomocy którego

&

"

!)

dokonuje si tego wyboru.

"

W pewnym typie zasilaczy prze czanie funkcji miernika dokonuje si

!)

"

samoczynnie wed ug nast puj cej zasady. Gdy zasilacz znajduje si w stanie

!

" )

"

stabilizacji napi cia, przyrz d prze cza si na amperomierz mierz cy pr d

"

)

!)

"

)

)

pobierany z zasilacza, gdy za zasilacz pracuje w stanie stabilizacji pr du

'

)

przyrz d prze cza si na woltomierz mierz cy napi cie na zaciskach

)

!)

"

)

"

wyj ciowych. W tego typu zasilaczach u ytkownik nie ma swobody wyboru

'

&

rodzaju pracy przyrz du pomiarowego.

)

Regulatory napi"cia

Regulatory te (istniej dwa regulatory: do regulacji skokowej i p ynnej)

)

!

s u do nastawiania danej warto ci napi cia wyj ciowego zasilacza, która

! &)

&)

'

"

'

musi by utrzymywana na niezmienionym poziomie w czasie trwania

#

pomiarów. Nastawiona warto napi cia j

'#

"

est utrzymywana niezale nie od zmian

&

nat enia pr du pobieranego z zasilacza (rys. 2),

"&

)

w granicach od zera do

warto ci granicznej

'

I

*5

nastawionej przez u ytkownika przy pomocy

&

regulatorów pr du (patrz nast pny punkt regulatory pr du )

)

"

*

) +

Regulatory pr du

)

S u

! &)

'

)

do nastawiania granicznej warto ci pr du I

2*5

, powy ej której

&

zasilacz nie pozwoli si obci y , a jednocze nie nie dopu ci do przeci enia

"

)& #

'

'

)&

pr dowego zasilanego przez siebie uk adu. Przy próbie obci enia go pr dem

)

!

)&

)

wi kszym ni

"

& I

2*5

(przez zmniejszenie rezystancji obci aj cej Ro poni ej

)& )

&

warto ci

' R

*5

), samoczynnie obni a swoje napi cie wyj ciowe, w skrajnym

&

"

'

wypadku (przy zwarciu zacisków wyj ciowych) a do zera (rys. 3).

'

&

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

4

Charakterystyki zewn trzne zasilacza

"

Na rysunku 1. przedstawiono schemat uk adu do zdejmowania charakte

!

-

rystyk zewn trznych zasilacza. Istotn rol odgrywa tu rezystor R

"

) "

2

o regulowa-

nej rezystancji. Pozwala on obci a zasilacz wymaganym podczas bada

)& #

(

pr dem I

)

2

. Rezystor ten reprezentuje rezystancj zast pcz

)

" ) obwodu, który

zazwyczaj przy cza si do zasilacza.

!)

"

I

O

V

U

wy

R

O

ZS

A

Rys.1. Uk ad do zdejmowania charakterystyk zewn trznych zasilacza

!

"

Podstawow charakterystyk zewn trzn zasilacza jest zale no

)

)

"

)

& '#

napi cia wyj ciowego

"

'

Uwy (napi cia panuj cego na jego zaciska

"

)

ch) od pr du

)

wyj ciowego

'

Io. Zale no t przedstawia rysunek 2. Jak widzimy, napi cie

& '# "

"

wyj ciowe Uwy nie zmienia swojej warto ci przy zwi kszaniu si pr du Io

'

'

"

" )

pobieranego z zasilacza, a do chwili gdy osi gnie on warto graniczn

&

)

'#

) I

2*5

.

Przy próbie dalszego zwi kszenia tego pr du (przez zmniejszenie rezystancji

"

)

obci aj cej R

)& )

2

), zasilacz samoczynnie obni a swoje napi cie do zera. W

&

"

rzeczywisto ci napi cie Uwy nie opada tak gwa townie jak przedstawia to

'

"

!

charakterystyka teoretyczna, na co maj wp yw w a ciwo

)

!

! '

'ci uk adów

!

elektronicznych zasilacza.

Zwró my uwag

#

", e stabilizuj c napi cie, zasilacz wykazuje w pewnym

&

)

"

zakresie pr du Io w a ciwo

)

! '

'# idealnego ród a napi ciowego

-

!

"

.

Na rysunku 3. przedstawiona jest jeszcze inna charakterystyka zew-

n trzna zasilacza: U

"

Z\

= f ( R

R

), Zmniejszaniu si rezystancji R

"

R

odpowiada

wzrost pr du I

)

R

na rysunku 2. Rezystancji R

R

= 0 odpowiada zwarcie zacisków

wyj ciowych zasilacza, na co reaguje on

'

samoczynnym obni eniem napi cia do

&

"

zera.

Dzi ki tej w a ciwo ci zasilacz jest odporny

"

! '

'

na niefrasobliwe

niekiedy poczynania studentów.

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

5

S TABILIZACJA

NAPI %CIA

U

Z\

I

2*5

I

2

0

STABILIZACJA

PR.DU

Rys. 2. Charakterystyka zewn trzna zasilacza Uwy = f ( Io)

"

STABILIZACJA

NAPI %CIA

U

Z\

R

2*5

R

2

0

STABILIZACJA

PR.DU

Rys. 3. Charakterystyka zewn trzna zasilacza U

"

Z\

= f (R

R

)

W miar wzrostu warto ci

"

' rezystancji R

R

napi cie U

"

Z\

liniowo wzrasta,

oznacza to, e w tym zakresie warto pr du utrzymywana jest na sta ym

&

'# )

!

poziomie.

Istotnie, zauwa my, e U

&

&

Z\

= I

R

R

R

, pr d I

)

R

jest wi c wspó czynnikiem

"

!

proporcjonalno ci (ma wi c warto sta ) liniowej funkcji U

'

"

'#

!)

Z\

= f(R

R

). W

rozpatrywanym zakresie pracy zasilacz wykazuje wi c w a ciwo

"

! '

'# idealnego

-

!

)

ród a pr dowego.

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

6

Gdy rezystancja R

R

rosn c, przekroczy warto graniczn R

)

'#

)

RJU

, zasilacz

wchodzi w zakres stabilizacji napi cia, który utrzymuje si a do warto ci

"

" &

'

R

R

o

f. Ta skrajnie du a warto R

&

'#

R

oznacza oczywi cie rozwarcie zacisków

'

zasilacza.

Przyk adem wykorzystania stabilizacji pr du

!

) wyj ciowego

'

s )

pomiary metod techniczn rezystancji du ej liczby rezystorów o bardzo

)

)

&

bliskich sobie warto ciach. Wystarczy w tym

'

przypadku przy cza je do

!) #

zacisków wyj ciowych zasilacza i mierzy na nich tylko spadki napi , bowiem

'

#

"#

nat enie pr du ma za ka dym razem jednakow warto ustalon i zmierzon

"&

)

&

)

'#

)

)

na pocz tku pomiaru. Skraca to znacznie czas trwania pomiarów.

)

Na koniec nale&

#

"

&

y zwróci uwag na fakt, i zasilacz samoczynnie

zmienia tryb swojej pracy zale nie od stanu obwodu przy czonego do jego

&

!)

zacisków.

W trakcie wiczenia zdarza si niekiedy, e niezauwa alnie, zasilacz

#

"

&

&

przechodzi w stan stabilizacji pr du, co uniemo liwia

)

&

jego regulacj poprzez

"

zmian napi cia. W takiej sytuacji wicz cy w celu kontynuowania pomiarów,

"

"

#

)

powinni przy pomocy regulatorów pr du zwi kszy warto pr du granicznego

)

"

#

'# )

I

RJU

,

o ile jest to mo liwe z punktu widzenia dopuszczalnego pr du zasilanego

&

)

obwodu elektrycznego.

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

7

Cz

do wiadczalna wiczenia

"'#

'

#

Zdejmowanie charakterystyk zewn trznych zasilacza

"

W uk adzie przedstawionym na rysunku 4. nale y zdj charakterystyki

!

&

)#

zewn trzne; U

"

Z\

= f ( I

R

) oraz U

Z\

= ( R

R

) w uk adzie, którego sc

!

hemat

przedstawiony jest na rysunku 4., u ywaj c wymienionego ni ej sprz tu

&

)

&

"

laboratoryjnego:

㋋

I

O

㚳

V

U

wy

㚳

R

O

㚳

ZS

㋋

A

Rys. 4. Schemat uk adu pomiarowego

!

x

ZS -zasilacz stabilizowany typu ZT-980- 3

x

V - woltomierz magnetoelektryczny typu LM-3 o zakresie 15 V

x

A - miliamperomierz magnetoelektryczny typu LM-3 o zakresie 30 mA

x

R

R

- rezystor dekadowy typu DR6-16 (sze ciodekadowy

'

)

Kolejno czynno ci

'#

'

1. Nastaw R

R

= 100 k:

2. Przy pomocy regulatorów napi cia (skokowego i p ynnego)

"

!

nastaw

dok adnie

!

U

Z\

= 10V (kieruj)c si wskazaniami woltomierza zewn trznego !)

"

"

3. Nastaw teraz R

R

= 0 :, napi cie wyj ciowe U

"

'

Z\

zasilacza spadnie do zera.

4. Przy pomocy regulatorów pr du (skokowego i p ynnego)

)

!

nastaw dok adnie

!

I

R

=30 mA (kieruj c si wskazaniami miliamperomierza zewn trznego !)

) "

"

5. Zdejmij charakterystyk zewn trzn zasilacza. W tym celu

"

"

)

zwi kszaj

"

stopniowo rezystancj R

"

R

tak, aby otrzymywa kolejno, wskazane w

#

Tablicy 1 warto ci napi cia U

'

"

Z\

, a pó niej gdy zasilacz przejdzie w stan

-

stabilizacji napi cia, wskazane warto ci pr du

"

'

)

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

8

Tablica 1

R

o

: 0

U

wy

V 0 2 4 6 8 10

I

o

mA 30

25 20 15 10 5 0

7. Po zdj ciu powy szej charakterystyki zewn trznej dodatkowo znajd

"

&

"

-

do wiadczalnie

'

najwi ksz warto rezystancji R

" )

'#

R

, dla której zasilacz

pracuje jeszcze w stanie stabilizacji pr du oraz

)

najmniejsz warto

)

'#

rezystancji R

R

, przy której zasilacz ju stabilizuje napi cie.

&

"

W tym celu zwi kszaj delikatnie rezystancj R

"

"

R

, pos uguj c si najmniejsz

!

) "

)

dekad rezystora dekadowego (dekada 0,1

)

:

) do momentu, a zga nie

&

'

lampka sygnalizuj ca stabilizacj napi cia (jest to na ogó lampka zielona) i

)

"

"

!

zapali si lampka sygnalizuj ca stabilizacj pr du (jest to na ogó lampka

"

)

" )

!

czerwona). Warto tak uchwyconej rezystancji granicznej zapisz osobno

'#

poza Tablic 1.

)

W sprawozdaniu nale y

& :

1.Wykre li charakterystyki:

' #

U

:<

= f

( R

)

I

= f

( R

)

2. Porówna przebieg tych charakterystyk z charakterystykami

#

idealnymi.

3. Wyja ni , któr z wielko ci elektrycznych lepiej stabilizuje zasilacz

' #

)

'

/

napi cie , czy pr d?

"

)

Pytania kontrolne

(dotycz ce Cz ci

)

"' I )

1. Jak rol w badaniach laboratoryjnych pe ni zasilacz stabilizowany?

) "

!

2. Co nazywamy charakterystyk zewn trzn zasilacza?

)

"

)

3. Narysuj i obja nij charakterystyki zewn trzne zasilacza

'

"

4. W jakiej sytuacji zasilacz przechodzi samoczynnie ze stabilizacji napi cia n

"

a

stabilizacj pr du?

" )

5. W jakich przypadkach wykorzystuje si stabilizacj pr du?

"

" )

6. Kiedy i dlaczego zasilacz wykazuje cechy idealnego ród a napi cia?

- !

"

7. Kiedy i dlaczego zasilacz wykazuje cechy idealnego ród a pr dowego?

- !

)

8. Czy mo na bezkarnie zewrze przewodem

&

#

zaciski wyj ciowe zasilacza?

'

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

9

C z"' # II

2.Autotransformator laboratoryjny

Autotransformator jest urz dzeniem elektrycznym o jednym tylko

)

uzwojeniu, pe ni cym jednocze nie rol uzwojenia pierwotnego i wtórnego

! )

'

"

(rys.5). Specjalny suwak autotransformatora umo liwia stosunkowo p ynn

&

!

)

regulacj napi cia wyj ciowego U

"

"

'

Z\

w zakresie od zera do 125 V albo 250 V.

Na rysunku 4. pokazano, tytu em przyk adu, trzy po o enia suwaka,

!

!

! &

którym odpowiadaj trzy charakterystyczne napi cia wyj ciowe U

)

"

'

Z\

:

a) mniejsze od napi cia zasilaj cego

"

)

U

,

b) równe napi ciu

" U

,

c) wi ksze od napi cia U

"

"

.

U

Z\

!

220V

U

Z\

=220V

U

Z\

220V

a

U

=220V

Rys. 5. Zasada regulacji napi cia wyj ciowego (wtórnego) autotransformatora

"

'

Autotransformator laboratoryjny stosowany jest w dwóch nast puj cych

" )

przypadkach.

Po pierwsze wtedy, gdy zachodzi potrzeba p ynnej regulacji napi cia w

!

"

celu zdj cia charakterystyki pr dowo

"

)

-napi ciowej jakiego obiektu (np.

"

'

transformatora, d awika, termistora, itp.).

!

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

10

Po wtóre, gdy badany obiekt musi by zasilany swoim napi ciem

#

"

znamionowym. Przyk adem mo e tu by pomiar sprawdzaj cy rzeczywist moc

!

&

#

)

)

znamionow arówki, podan przez wytwórc . Poniewa warto napi cia sieci

) &

)

"

&

'#

"

nie jest na ogó dok adnie równa 230V, wspomniany pomiar nie mo e by

!

!

&

#

dokonany przez bezpo rednie w czenie

'

!)

badanej arówki do gniazdka

&

sieciowego. Autotransformator umo liwia w tym wypadku zasilenie jej podczas

&

pomiaru mocy napi ciem dok adnie równym jej napi ciu znamionowemu.

"

!

"

Autotransformatory, z jakimi studenci spotkaj si w Laboratorium,

) "

maj cztery pary

)

zacisków wyj ciowych, umo liwiaj cych jednoczesne

'

&

)

przy czenie czterech ró nych odbiorników i niezale n regulacj napi cia dla

!)

&

& )

"

"

ka dego z nich. Dwie pary zacisków dostarczaj maksymalnego napi cia 125V,

&

)

"

dwie inne napi cia maksymalnego 250V. czna warto

"

0)

'# )

pr du pobieranego z

tych czterech wyj nie mo e przekroczy warto ci I

'#

&

#

'

PD[

=10 A. Maksymalna

moc pozorna autotransformatora jest równa iloczynowi skutecznej warto ci

'

maksymalnego

pr du

i

maksymalnego

napi cia,

wynosi

wi c:

)

"

"

S

Q

= 250V 10A = 2500VA. St d ozn

)

aczenie tego urz dzenia: AL2500.

)

Cz

do wiadczalna wiczenia

"'#

'

#

Zdejmowanie charakterystyki pr dowo

)

/ napi ciowej

"

&

&

arówki przy u yciu autotransformatora

W punkcie tym studenci wykorzystaj praktycznie w a ciwo auto

)

! '

'#

-

transformatora, a przy okazji zbadaj) pewne w a ciwo ci arówki o wietle

! '

' &

'

-

niowej.

Schemat uk adu pomiarowego przedstawiono na rysunku

!

6.

丣

I

a

230V

A

丣

V

丣

1

U

W0

AT

Rys. 6. Schemat uk adu pomiarowego

!

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

11

AT / autotransformator laboratoryjny

W 0 / wy cznik dwubiegunowy

!)

V / woltomierz elektromagnetyczny o zakresie pomiarowym 300 V

A / amperomierz elektromagnetyczny o zakresie pomiarowym 0,6 A

Kolejno czynno ci

'#

'

1. Ustawi suwak autotransformatora w pozycji wyj ciowej (zerowej)

#

'

2. Zamkn wy cznik W

)#

!)

0

3. Przy pomocy suwaka zwi ksza stopniowo napi cie zas

"

#

"

ilaj ce

)

&

"

)

'

"

arówk , nastawiaj c warto ci napi cia wskazane w Tablicy 2

4. Po nastawieniu ka dej kolejnej warto ci napi cia odczeka ok. 15

&

'

"

#

sekund (chodzi o ustabilizowanie si rezystancji rozgrzewaj cej si

"

)

"

&

"

#

#

arówki), nast pnie odczyta i zapisa wskazanie amperomierza.

5. Obliczy rezystancj arówki wg wzoru:

#

" &

I

U

R

2

Tablica 2

U V

40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

I A

R

1

:

W sprawozdaniu nale y

& :

1. Wykre li charakterystyki:

' #

I = f (U)

R

2

= (U)

2. Skomentowa obydwie charaktery

#

styki

3. Wyja ni , czy spirala arówka jest rezystancj liniow .

' #

&

)

)

4. Co to jest rezystancja liniowa?

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

12

3. Rezystory dekadowe

Rezystory dekadowe stanowi wa ne narz dzie pomocnicze w bada

)

&

"

-

niach laboratoryjnych. Ich rezystancje okre lone s z wysoka dok ad

'

)

! no ci , s

' ) )

stabilne w czasie i mog by regulowane w szerokim zakresie skokowo co

) #

0,1 : (np. od 0 : do 100 000 :).

Rezystor dekadowy jest zestawem pi ciu lub sze ciu dekad (10 jedna

"

'

-

kowych rezystorów w ka dej dekadzie), wyposa onym w odpowiedni liczb

&

&

)

"

prze czników korbkowych, umo liwiaj cych czenie szeregowe potrzebnej

!)

&

)

!)

liczby rezystorów pochodz cych z ró nych dekad. Szkic takiego rezystora

)

&

przedstawiono na rysunku 7.

姛

2

1

3

4

A

B

C

D

E

F

5

Rys.7. Szkic rezystora dekadowego

Szkic na rysunku 7. pokazuje pi zacisków wej ciowych rezystora,

"#

'

których ilo wywo uj u studentów konsternacj , jako e rezystor s usznie

'#

! )

"

&

!

kojarzy si im z dwójnikiem, czyli elementem o dwóch zaciskach.

"

Wyja niamy wi c, e rezystor dekadowy jest istotnie dwójnikiem, tyle

'

" &

&e o zdwojonych dla wygody zaciskach wej ciowych. Mianowicie zaciski 1 i 3

'

s za sob zwarte (po czone wewn trz obudowy), podobnie jak zaciski 2 i 4.

)

)

!)

)

Pi ty zacisk jest po czony z metalow obudow rezystora. Wspomniana

)

!)

)

)

wygoda polega na tym, e w pewnych wy

&

padkach wygodnie jest

u ytkownikowi w czy rezystor do obwodu zaciskami 1 i 4 (albo 2 i 3 ), gdy

&

!) #

cz realizowanego obwodu znajduje si po lewej stronie rezystora, za druga

"'#

"

'

cz po prawej. Sytuacja taka zdarza si cz sto podczas wicze

"'#

"

"

#

(

laboratoryjnych.
*

+

'

)

'

Podstawowymi zaciskami wej ciowymi s oczywi cie pary: 1,2 oraz 3,4.

Schemat ideowy rezystora dekadowego przedstawiono na rysunku 8.

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

13

Na rysunku 7. pokazano tak e sze prze czników

&

'#

!)

A do F (tzw.

prze czników korbkowych), które s u do w czania

!)

! &)

!)

poszczególnych

rezystorów danej dekady. W przedstawionym przyk adzie pokazano rezystor

!

sze ciodekadowy (u ywane te pi ciodekadowe), o nast puj cym zestawie

'

&

& "

" )

dekad:

Tablica 3

Oznaczenie

dekady

Zawarto'#

dekady

Maksymalny pr d

)

dekady (I

P D[

)

A

10 X 10 000 :

B

10 X 1000 :

C

10 X 100 :

D

10 X 10 :

E

10 X 1 :

F

10 X 0,1 :

Studenci wpisz odczytane pr dy maksymalne poszczególnych dekad w

)

)

trzeciej kolumnie Tablicy 3.

Z powy szego opisu wynika, u ytkownik w razie potrzeby w czy

&

&

!) #

mo e maksymalnie 60

&

rezystorów. Wykazuje si , e b d , z jakim okre lona

" & !)

'

jest rezystancja zast pcza dowolnej liczby

"

rezystorów takiego zestawu jest

równy b dowi pojedynczego rezystora. B d ten w laboratoryjnych rezystorach

!"

!)

dekadowych wynosi 0,05%.

Wy czenie z uk adu dan

!)

!

ej dekady odbywa si przez ustawienie jej

"

prze cznika korbkowego w pozycji zerowej

!)

.

Nale y zwróci uwag , e ka da dekada ma inny pr d dopuszczalny,

&

#

" &

&

)

tym mniejszy im wi ksz warto maj jej rezystory. Nale y bra to pod uwag

" )

'#

)

&

#

"

przy projektowaniu uk adu p

!

omiarowego.

Pr d p yn cy przez rezystor dekadowy mo e by co najwy ej równy

) ! )

&

#

&

pr dowi dopuszczalnemu najs abszej pod wzgl dem pr dowym dekady,

)

*

!

+

"

)

to znaczy dekady najwi kszej.

"

Zdarza si , e konieczne jest nastawienie rezystancji o danej warto ci,

" &

'

np. 200 :, po któr wicz cy si gaj odruchowo do dekady

) #

)

" )

10 x 100 :.

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

14

Okazuje si jednak niekiedy, e ma ona zbyt ma y pr d dopuszczalny i trzeba z

"

&

!

)

niej zrezygnowa . Wyj ciem z sytuacji mo e by wtedy szeregowe po czenie

#

'

&

#

!)

dwóch rezystorów dekadowych i wykorzystanie w nich dekad mniejszych, np.

10 x 10 :, o wi kszym pr dzie dopuszczalnym. Nale y wtedy na ka dym z nich

"

)

&

&

nastawi 10

# x 10 :, uzyskuj c w efekcie przyk adow warto 200

)

!

)

'#

:.

R

U

5

4

3

2

1

Rys. 8. Schemat ideowy rezystora dekadowego

typu DR6-16, ilustruj cy role pi ciu zacisków

)

"

0

MAX

]DFL VN

R]Q DF]RQ \

NRO RUHP

F]HUZRQ \P

U

U

Rys. 9. Schemat ideowy

rezystora typu OK

.

W laboratorium u ywane s tak e rezystory jednodekadowe typu OK,

&

)

&

zawieraj ce 10 rezystorów o jednakowych warto ciach. Ich rezystancje

)

'

okre'lone s z b dem 0,1%, a wi c wi kszym ni rezystorów

)

!"

"

"

&

wielodekadowych. Schemat ideowy rezystora dekadowego typu OK

przedstawiony jest na rysunku 9. Przypomina on rezystor suwakowy, jednak

regulacja rezystancji mo e odbywa si w nim oczywi cie tylko skoko

&

# "

'

wo.

Warto rezystancji pokazywana przez wska nik jest rezystancj wyst puj c

'#

-

)

" ) )

mi dzy zaciskiem 0 , a zaciskiem czerwonym. Mo na u ywa ten rezystor

"

* +

&

&

#

jako rezystancj regulowan , a wtedy wykorzystywane s tylko zacisk 0 i

"

)

)

* +

czerwony albo jako dzielnik napi"cia, wtedy napi cie wej ciowe U

"

'

przy cza

!)

si do zacisków 0 i MAX , za napi cie wyj ciowe U

"

* +

*

+

'

"

'

odbiera si "

spomi dzy zacisków 0 i czerwonego, jak pokazuje to rysunek 8.

"

* +

Na koniec nale y przypomnie , e jak ka dy rezystor, tak i ten cechuje

&

# &

&

dopuszczalny pr d roboczy, tym mniejszy im wi ksz warto ma jego

)

" )

'#

rezystancja znamionowa.

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

15

4. Rezystory wzorcowe

Rezystory wzorcowe przedstawiaj sob szczególnie starannie

)

)

wykonane rezystory odtwarzaj ce jedn tylko warto rezystancji. Rezystory te

)

)

'#

wykonane s technik nawijania na korpusie izolacyjnym drutu oporowego

)

)

wykonanego ze specjalnego stopu oporowego zwanego manganinem.

Stop ten zawiera 86% Cu, 12% Mn 2% Ni. Jego rezystywno wynosi

'#

0,43 :mm

/m i jest 24 razy wi ksza od rezystywno ci miedzi. Wspó

"

'

!czynnik

temperaturowy rezystancji manganinu ma warto 10

'#

/1

C, to znaczy jest 400

razy mniejszy ni taki sam wspó czynnik miedzi.

&

!

Oznacza to w praktyce, e przy zmianach temperatury nale y

&

&

uwzgl dnia w dok adnych uk adach pomiarowych zmiany rezystancj

"

#

!

!

i

elementów wykonanych z miedzi natomiast zmiany rezystancji rezystorów

manganinowych mo na zwykle pomin .

&

)#

Drut lub ta m manganinow nawija si na sztywnym korpusie

' "

)

"

izolacyjnym, zapewniaj cym sta o wymiarów, o mo liwie ma ym wspó czyn

)

! '#

&

!

!

-

niku rozszerzalno ci cieplnej, najcz ciej ceramicznym. Nast pnie rezystor

'

"'

"

poddaje si wygrzewaniu przez kilkadziesi t godzin w temperaturze 140

"

)

-

400

C. Ma to na celu uwolnienie materia u oporowego od napr e

!

"& (

mechanicznych powsta ych przy nawijaniu. Ponadto uzyskuje

!

si w ten sposób

"

ujednolicenie struktury materia u. Nast pnie sk aduje si rezystory przez kilka

!

"

!

"

miesi cy. Dopiero po takim przygotowaniu wyrównuje si rezystancj na

"

"

"

&)

'#

&

" ) !

'#

"

dana warto . Je eli drut oporowy ma wi ksz d ugo , nawija si go w

specjalny sposób (bifilarnie) dla zminimalizowania indukcyjno ci w asnej

'

!

rezystora, a tak e pojemno ci elektrycznej.

&

'

Rezystory wzorcowe maj rezystancje z przedzia u 10

)

!

10

:

. B dy,

!"

z jakimi okre lone s warto ci tych rezystancji wynosz od 0,002% do 0,05%.

'

)

'

)

Wszystkie rezystory wzorcowe wykonuje si jednolicie jako elementy

"

czterozaciskowe, mimo e stosowanie czterech zacisków ma istotne znaczenie

&

tylko dla bardzo ma ych rezystancji, cz sto mniejszych od rezystancji

!

"

przewodów cz cych materia oporowy z zaciskami w

!) )

!

ej ciowymi rezystora

'

wzorcowego.

Istota rezystora czterozaciskowego

(rezystora Thomsona)

Pocz tkuj cy metrolog (mamy tu na my li przede wszystkim studenta)

)

)

'

mo e zastanawia si , dlaczego typowy dwójnik jakim jest rezystor,

&

#

"

zaopatrzony zosta w cztery zac

!

iski w przypadku rezystora wzorcowego.

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

16

Schemat takiego czterozaciskowego rezystora (tzw. rezystora Thomsona)

przedstawia rysunek 6. Ma on dwa zaciski tzw. pr dowe (A, B) oraz dwa

)

zaciski napi ciowe (C, D)

"

b

a

V

I

$

U

&'

R

P

R

R

R

R

C

D

B

A

A

A, B - zaciski pr do

) we

C, D - zaciski napi ciowe

"

Rys. 6. Schemat ideowy rezystora czterozaciskowego

Gdyby rezystor wzorcowy mia tylko zaciski A,

!

B (rys. 6), jego

rezystancja zawiera aby trzy sk adniki,

!

!

R

Z

= R

+ R

P

+ R

,

gdzie :

R

, R

- rezystancje miedzianych przewodów cz

!) )cych

R

P

- rezystancja materia u oporowego (manganinu)

!

Nale y w tym przypadku zwróci uwag na nast puj ce fakty:

&

#

"

"

)

1. Rezystancje R

, R

maj warto ci porównywalne z manganinowym

)

'

rezystorem R

P

przedstawiaj cym w a ciwy rezystor wzorcowy, nie mog

)

! '

)

wi c by ni

"

#

e brane pod uwag (pomini te) przy okre laniu warto ci

"

"

'

'

rezystancji rezystora wzorcowego (mamy tu na my li rezystory o bardzo

'

ma ych warto ciach, np. 0,01

!

'

3

3

3

, 0,001 , 0,001 ).

2. Miedziane rezystancje R

, R

s stosunkowo wra liwe na zmiany tempe

)

&

-

ratury i jest to dodatkowy powód, dla którego nie mog bra udzia u w

)

#

!

*

+

stanowieniu rezystora wzorcowego.

W zwi zku z tym powstaje zagadnienie wydobycia spomi dzy zacisków

)

*

+

"

A, B (rys. 6) rezystancji manganinowego rdzenia opornika wzorcowego.

*

+

Rozwi zanie tego probl

)

emu zaproponowa W. Thomson, wprowadzaj c do

!

)

rezystora Rm dodatkow par zacisków C, D, tzw. zacisków napi ciowych.

)

"

"

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

17

Rezystancja R

P

jest teraz okre lona jako iloraz napi cia U

'

"

&'

zmierzonego

mi dzy zaciskami C, D i nat enia pr du I

"

"&

)

$

wskazywanego przez amperomierz,

z zastrze eniem,

&

&

"

"

)

e pomiar napi cia b dzie dokonany bez poboru pr du,

wobec czego rezystancje R

, R

miedzianych przewodów biegn cych do

)

woltomierza, jako powierzchnie jednakowego potencja u

! , nie b d mia y

" )

!

&

!

adnego wp ywu na rezultat pomiaru napi cia, poniewa przenios bez zmian

"

& *

)+

potencja y punktów a, b do zacisków C, D woltomierza.

!

Rezystancj R

"

P

oblicza si ze znanego wzoru (prawa Ohma):

"

$

&'

P

I

U

R

,

co wymaga, jak wida znajomo ci nat enia pr du I

#

'

"&

)

$

. Ewentualne zmiany tego

pr)

!

' )

du wywo ane zmienno ci miedzianych rezystancji przewodów R

, R

,

zmian rezystancji styków, itp. wp ywaj oczywi cie na warto napi cia U

)

!

)

'

'#

"

&'

,

jednak ze wzgl du na stabilno manganinowego rezystora R

"

'#

P

, napi cie to

"

zmienia si proporcjonalnie do zmian pr

"

)du I

$

(patrz powy szy wzór).

&

W uk adach pomiarowych, czterozaciskowy rezystor wzorcowy

!

u ywany jest przede wszystkim jako

&

przetwornik pr du na napi cie

)

" . Funkcja

przetwarzania ma posta ,#

U

&'

= R

P

I

$

Wa n zalet tego przetwornika jest du a dok adno , z ja

& )

)

&

!

'#

k okre lona jest w

)

'

nim warto wspó czynnika przetwarzania R

'#

!

P

oraz jego stabilno w czasie.

'#

Warto tego wspó czynnika nie zale y od zmian rezystancji R

'#

!

&

, R

, zmian

rezystancji przej cia w punktach A, B, a tak e C, D, od zmian temperatury

'

&

materia u oporo

!

wego wywo anego przep ywem pr du oraz zmian temperatury

!

!

)

otoczenia.

Zapoznaj c si z rezystorami wzorcowymi w czasie wiczenia, nale y

) "

#

&

zwróci uwag na dane zawarte na tabliczce znamionowej, a tak e nauczy si

#

"

&

# "

rozpoznawa zaciski pr dowe i napi ciowe. Nie

#

)

"

kiedy zaciski pr dowe

)

wyró niaj ich wi ksze wymiary, zwykle jednak zaciski napi ciowe oznaczone

&

)

"

"

s literami P za pr dowe literami I.

)

' )

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

18

4. Pytania kontrolne

1. W jakich dwóch charakterystycznych przypadkach wykorzystywany jest w

badaniach laboratoryjnych autotransformator?

2. Wyja nij dlaczego w autotransformatorze mo na uzyska napi cie wyj cio

'

&

#

"

' -

we wy sze od wej ciowego, mimo e istnieje w nim tylko jedno uzwojenie?

&

'

&

3. Jakie zalety wykazuje stop oporowy / manganin?

4. Dlaczego drut oporowy rezystorów wzorcowych nawijany jest bifilarnie?

(szczegó ów szukaj w podr czniku (1))

!

"

5. Wyja nij rol czterech zacisków w rezystorze wzorcowym

'

"

6. Dlaczego przewody R

, R

(rys. 6) nie maj wp ywu na warto rezystancji

)

!

'#

rezystora wzorcowego?

5. Literatura

1. Lebson S. Podstawy miernictwa elektrycznego, WNT, Warszawa 1972

2. Chwaleba A. i inni Metrologia elektryczna, PWN Warszawa 2003

$

"

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz t pomiarowy

19

Wymagania BHP

Warunkiem przyst pienia do praktycznej realizacji wiczenia jest

)

#

zapoznanie si z instrukcj BHP i instrukcj przeciw po arow oraz

"

)

)

&

)

przestrzeganie zasad w nich zawartych. Wybrane urz dzenia dost pne na

)

"

stanowisku laboratoryjnym mog posiada instrukcje stanowiskowe. Przed

)

#

rozpocz ciem pracy nale y zapozna si z instrukcjami stanowiskowymi

"

&

# "

wskazanymi przez prowadz cego.

)

W trakcie zaj"#

&

#

" )

laboratoryjnych nale y przestrzega nast puj cych zasad.

i

Sprawdzi , czy urz dzenia dost pne na stanowisku laboratoryjnym s w

#

)

"

)

stanie kompletnym, nie wskazuj cym na fizyczne uszkodzenie.

)

i

Sprawdzi prawid owo po cze urz dze .

#

!

'# !) (

) (

i

Za czenie napi cia do uk

!)

"

!adu pomiarowego mo e si odbywa po

&

"

#

wyra eniu zgody przez prowadz cego.

&

)

i

Przyrz dy pomiarowe nale y ustawi w sposób zapewniaj cy sta

)

&

#

)

!)

obserwacj , bez konieczno ci nachylania si nad innymi elementami

"

'

"

uk adu znajduj cymi si pod napi ciem.

!

)

"

"

i

Zabronione jest dokonywanie jakichkolwiek prze cze oraz wymiana

!) (

elementów sk adowych stanowiska pod napi ciem.

!

"

i

Zmiana konfiguracji stanowiska i po cze w badanym uk adzie mo e si

!) (

!

& "

odbywa wy cznie w porozumieniu z prowadz cym zaj cia.

#

!)

)

"

i

W przypadku zaniku napi cia zasi

"

laj cego nale y niezw ocznie wy czy

)

&

!

!) #

wszystkie urz dzenia.

)

i

Stwierdzone wszelkie braki w wyposa eniu stanowiska oraz

&

nieprawid owo ci w funkcjonowaniu sprz tu nale y przekazywa

!

'

"

&

#

prowadz cemu zaj cia.

)

"

i

Zabrania si samodzielnego w czania, manipulowania i k

"

!)

orzystania z

urz dze nie nale cych do danego wiczenia.

) (

&)

#

i

W przypadku wyst pienia pora enia pr dem elektrycznym nale y

)

&

)

&

niezw ocznie wy czy zasilanie stanowisk laboratoryjnych za pomoc

!

!) #

)

wy cznika bezpiecze stwa, dost pnego na ka dej tablicy rozdzielczej

!)

(

"

&

w

laboratorium. Przed od czeniem napi cia nie dotyka pora onego.

!)

"

#

&