POLITECHNIKA ÅšWI
TOKRZYSKA
Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej
Materiałoznawstwo Elektryczne
ĆWICZENIE 1
BADANIE MATERIAA
ÓW OPOROWYCH
I. WIADOMOÅšCI TEORETYCZNE
1. Wstęp
Materiały oporowe stanowią podstawę do konstruowania urządzeń elektrycznych, w których reali-
zowana jest przemiana energii elektrycznej na cieplną. Zapotrzebowanie na ciepło wytwarzane na
rezystorze wzrasta, zarówno w przemyśle jak i gospodarstwie domowym, stąd rola i znaczenie mate-
riałów oporowych jest ogromna zważywszy, że ze wszystkich przemian energetycznych ok. 67% sta-
nowi przemiana energii elektrycznej w ciepło.
Podstawowy sprzęt gospodarstwa domowego w którym znajdują zastosowanie materiały oporowe
to: żelazko, kawiarka, kuchenka elektryczna, suszarka, czajnik, pralka, podgrzewacz wody itp.
Rezystor jest budowany z materiałów, od których wymaga się:
- dużej rezystywności,
- dużej temperatury topnienia,
- odporności na korozję.
Pod nazwą rezystor należy rozumieć przewód oporowy, który jest ukształtowany z reguły w posta-
ci tzw. skrętki grzejnej.
Jedną z ważnych wielkości fizycznych opisujących właściwości elektryczne materiałów stosowa-
nych do budowy rezystorów jest rezystywność (Á). Jej znaczenie uwidacznia siÄ™, gdy dokonamy po-
równania dwóch materiałów przewodzących: np. miedzi i stopu metalowego (materiału oporowego).
Niech dwa odcinki przewodów zbudowanych z w/w materiałów mają jednakowe wartości rezy-
stancji
RCu = R opor . (1.1)
Równość powyższa oznacza, że doprowadzono do nich jednakową moc grzejną (P = U2/R). Za-
łóżmy, że przekrój przewodów jest jednakowy i wynosi S. Równanie powyższe przyjmuje postać
Á Cu Å" l1 = Á opor Å" l2 , (1.2)
gdzie: rezystywność miedzi: ÁCu = 0,01724 &! Å" mm2/m, rezystywność materiaÅ‚u oporowego: Áopor =
1,40000 &! Å" mm2/m.
Długość przewodu miedzianego wynosi
I1 = 81,2 Å" l2 . (1.3)
Załóżmy, że długość przewodu oporowego (l2) wynosi 1m, wówczas przewód miedziany (o takiej
energii rozpraszanej jak w przewodzie oporowym) musiałby posiadać długość około 81 m. Skonstru-
owanie urządzeń elektrycznych grzewczych (żelazko, kuchenka itp.) w takich warunkach byłoby pro-
blematyczne (gabaryty). Duża rezystywność materiałów oporowych umożliwiła budowanie urządzeń
elektrycznych grzejnych, a szczególnie urządzeń powszechnego użytku.
Ćwiczenie 1
2
2. Przegląd materiałów oporowych stosowanych w elektrotechnice
Materiały oporowe ze względu na zastosowanie dzieli się na następujące grupy:
- stopy oporowe na rezystory techniczne, regulacyjne, rozruchowe, obciążeniowe itp.,
- stopy oporowe na rezystory pomiarowe, wykazujące mały współczynnik temperaturowy re-
zystancji,
- metale, stopy oporowe i materiały oporowe niemetalowe na elementy grzejne,
- metale na oporowe czujniki termometryczne, wyróżniające się dużym współczynnikiem tem-
peraturowym rezystancji,
- materiały na rezystory specjalne bezindukcyjne, głównie węglowe, oraz o nieliniowej cha-
rakterystyce napięciowo-prądowej (warystory).
Właściwości fizyczne oraz zakres zastosowań metali wykorzystywanych jako materiały oporowe
przedstawia tabela 1.1.
Tab. 1.1. Właściwości fizyczne niektórych stopów i metali oporowych
Oznaczenia: Á20 - rezystywność w temperaturze 20°C, Ä…20 - współczynnik temperaturowy rezystancji w tempe-
raturze 20°C, Ńp - najwyższa dopuszczalna temperatura pracy ciÄ…gÅ‚ej materiaÅ‚u, Ńt - temperatura topnienia
Á20 |Ä…20| Ńp Ńt
Nazwa i skład
Zastosowanie
chemiczny w %
&!mm2/m 1/°C °C °C
Platyna 0,100 0,003100 1400 1773
grzejniki
Molibden 0,477 0,004800 2000 2620
laboratoryjne
Wolfram 0,055 0,005200 3000 3390
Konstantan  Cu (60), Ni (40)
0,480 0,000034 300 1250
Rezystory
Manganin  Cu (84), Mn (12), Ni (4) 0,420 0,000030 300 900
pomiarowe
Nikielina 1  Cu (62), Ni (18), Zn (20) 0,400 0,000300 400÷ 500 1000
i regulacyjne
Nikielina 2  Cu (67), Ni (30), Mn (2), Zn (1) 0,400 0,000300 400÷ 500 1000
Nikrothal 80  Ni (80), Cr (20) 1,090 0,000018 1200 1400
Elementy
Nikrothal 60  Ni (60), Fe (25), Cr (15) 1,110 0,000017 1125 1390
oporowe
KNS 12  Fe (54,15), Cr (25), Ni (18), Si (2), Mn grzejne
0,900 0,000390 1000 1350
(0,7), C (0,15)
Baidonal 8  Fe (83), Cr (13), Al (4) 1,260 0,000016 1050 1500
Baidonal 10  Fe (77,5), Cr (18), Al (4,5) 1,340 0,000015 1200 1500
Elementy
Baidonal 12  Fe (70), Cr (25), Al (5) 1,400 0,000015 1280 1500
oporowe
Kanthal D  Fe (73), Cr (21), Al (4), Co (2) 1,350 0,000053 1150 1400
grzejne
Kanthal A  Fe (70), Crb (23), Al (5), Co (2) 1,390 0,000060 1330 1500
Kanthal A1  Fe (68), Cr (24), Al (5,5), Co (2,5) 1,450 0,000085 1375 1600
3. Materiały oporowe stosowane w grzejnictwie elektrycznym
3.1. Chromonikieliny
Chromonikieliny, to stopy na bazie niklu i chromu mające dużą trwałość pracy w atmosferze
obojętnej, są natomiast wrażliwe na działanie atmosfery utleniającej oraz zawierającej siarkę lub jej
związki. Chromonikieliny dają się łatwo obrabiać i spawać, wykazują dobrą odporność korozyjną (na
Badanie materiałów oporowych
3
powierzchni przewodu powstaje tlenek chromu). Dostępna w kraju grupa chromonikielin obejmuje
wyroby importowane typu: nikrothal (Szwecja), cronix, cronifer (Niemcy) oraz Ch15N60, Ch20N80
(Rosja) oraz krajowe. SÄ… to np.:
- nichrom (chromonikielina bezżelazowa)  stop składający się z 80% niklu i 20% chromu
wykazujący bardzo dobre własności elektryczne i mechaniczne w zakresie temperatur do
1100°C. Ponadto posiada on dużą rezystywność wÅ‚aÅ›ciwÄ… w niewielkim stopniu zależnÄ… od
temperatury oraz dobrą plastyczność nawet po dłuższym okresie eksploatacji w wysokiej
temperaturze,
- ferronichrom (chromonikielina żelazowa)  stopy niklu z chromem z dodatkiem żelaza o
własnościach pogarszających się ze wzrostem procentowej zawartości żelaza. Pogorszenie
własności to przede wszystkim zmniejszenie odporności na wysokie temperatury i zmniej-
szenie się rezystancji właściwej.
3.2. Ferrochromale
Ferrochromale to stopy zawierające oprócz żelaza, chromu i aluminium nieznaczne ilości domie-
szek uszlachetniajÄ…cych (np. kobalt). W zależnoÅ›ci od gatunku mogÄ… być stosowane do 1375°C. WadÄ…
tych stopów jest ich kruchość, występująca zwłaszcza po kilkakrotnym nagrzaniu do wysokiej tempe-
ratury, spowodowana nadmiernym rozrostem kryształów oraz mała wytrzymałość mechaniczna
w wysokich temperaturach. Zwijanie grubych drutów powinno się odbywać w stanie podgrzanym
(400 ÷ 7000C). Przewody ferrochromalowe powinny być odciążane od wszelkich naprężeÅ„ mecha-
nicznych, nawet od własnego ciężaru. Stopy te, od nazwy producenta (Szwecja) są znane jako kan-
thale, produkowane w Polsce noszÄ… nazwÄ™ baildonali.
Kanthale mają dużą rezystancję właściwą i niewielki przyrost oporności właściwej ze wzrostem
temperatury. Wykazują dużą odporność na atmosferę utleniającą, są nieodporne natomiast na działa-
nie związków chloru, metali alkalicznych i cyjanków.
3.3. Metale wysokotopliwe
Metale wysokotopliwe stosowane jako materiały oporowe to molibden, platyna, wolfram. Mogą
one pracować w sposób trwaÅ‚y w temperaturach 1500 ÷ 3000°C, lecz ze wzglÄ™du na proces utleniania
wymagajÄ… stosowania atmosfer ochronnych (nie dotyczy platyny). Ponadto ich znaczenie techniczne
ze względu na wysokie koszty jest małe. Stosowane są one tylko w specjalnych piecach laboratoryj-
nych o małych gabarytach.
3.4. Niemetaliczne materiały oporowe
Niemetaliczne materiały oporowe są wykonywane z materiałów węglowych i grafitowych oraz z
węglika krzemu (SiC  karborund) lub krzemku molibdenu (MoSi2  molibdenosylit).
Elementy wÄ™glowe i grafitowe mogÄ… pracować w temperaturach 3300°C, odznaczajÄ… siÄ™ dużą od-
pornością cieplną lecz małą odpornością na utlenianie. Podczas pracy należy je chronić przed dostę-
pem powietrza.
Elementy grzejne z karborundu wykonuje się w postaci prętów, które w zależności od kształtu
końcówek noszą nazwę sylitów lub globarów. W zależności od rodzaju wyrobu rezystywność karbo-
rundu w temperaturze 20°C może wynosić 1500 ÷ 6000 &!mm2/m.
Elementy grzejne z krzemku molibdenu, produkowane w postaci formowanych prętów przez firmę
Kanthal, noszą nazwę superkanthali. Są one odporne na atmosfery utleniające i mogą pracować w
temperaturze do 1700°C.
- karborund (SiC, sylit), dopuszczalna temperatura pracy 1400°C. Po pewnym czasie pracy w
tej temperaturze karborund wykazuje objawy starzenia  tworzy siÄ™ tlenek krzemu (SiO2),
następuje wzrost rezystancji elementu grzejnego. Aby zapobiec zmniejszaniu się mocy prze-
wodu grzejnego, stosuje się transformatory zaopatrzone w zaczepy umożliwiające podnosze-
nie napiÄ™cia zasilajÄ…cego. Rezystywność w temperaturze 20°C przekracza 1500 &!mm2/m,
Ćwiczenie 1
4
- wÄ™giel (bezpostaciowy), dopuszczalna temperatura pracy 2000°C. Od 500°C wymagana jest
atmosfera ochronna. rezystywność w temperaturze 20°C wynosi okoÅ‚o 40 &!mm2/m,
- grafit (wÄ™giel krystaliczny), dopuszczalna temperatura 2500°C. Od 700°C rozpoczyna siÄ™
utlenianie, może pracować w piecach z ograniczonym dostępem powietrza. Rezystywność w
temperaturze 20°C okoÅ‚o 10 &!mm2/m,
- kryptol, sypki materiaÅ‚ oporowy (ziarna o Å›rednicy " = 0,5 ÷ 5 mm) z przewodów wÄ™glo-
wych i grafitowych o dopuszczalnej temperaturze pracy 1700°C,
- superkanthal (krzemek molibdenu) może pracować w atmosferze utleniajÄ…cej do 1600°C.
4. Nowe materiały, nowe technologie
Wprowadzanie nowych materiałów i nowych technologii do grzejnictwa elektrycznego zaowoco-
wało również nowymi zastosowaniami tych materiałów takimi jak: ogrzewanie podłogowe w budow-
nictwie, grzejniki o dowolnych kształtach, podgrzewanie wiaduktów i skrzyżowań itp. Np.:
a. Taśmy grzejne o nazwie  prototherm (Simens) składające się z dwóch ułożonych obok siebie
przewodów miedzianych między którymi znajduje się warstwa tworzywa. Rezystancja tworzywa
zmienia się samoczynnie, dostosowując intensywność grzania do warunków otoczenia  moc
grzejna maleje na nasłonecznionym odcinku taśmy. Taśmy grzejne można stosować do zabezpie-
czania rur i rynien przed mrozem. Do ogrzewania rur przeznaczone są taśmy o mocach znamiono-
wych 13 W/m i 26 W/m, do ogrzewania rynien  36 W/m.
b. Kompozycja żywica poliestrowa - sadza wykazująca interesujące własności. Przy zawartości
0,4 g sadzy w 100 g żywicy poliestrowej występuje znaczna zmiana konduktywności tej kom-
pozycji.
S/m Å‚
10-11
10-1
zawartość sadzy
0,1 1 10
%
Rys. 1.1. Zależność konduktywności polimeru od koncentracji sadzy
Materiał ten (patent) można wykorzystać w grzejnictwie elektrycznym. Technologia wykonania
polimerowych elementów grzejnych (PEG) pozwala na formowanie grzejników w różnych po-
staciach  od płaskich płyt, prętów i rur do cienkościennych elementów o dowolnych kształ-
tach. Główne zalety to:
- elementy grzejne nie sÄ… punktowymi z
ródłami ciepła,
- brak korozji,
- duża trwałość,
Zaletą jest również, ze względu na zastosowanie, niska temperatura pracy tych elementów (do
120°C) likwidujÄ…ca niebezpieczeÅ„stwo pożaru. Polimerowe elementy grzejne mogÄ… być stoso-
wane: w budownictwie (ogrzewanie szalunków przyśpieszające wiązanie betonu), do ogrzewa-
nia pomieszczeń (np. magazynów materiałów łatwopalnych), w komunikacji (podgrzewanie
wiaduktów, skrzyżowań). Ponadto stosuje się je do deelektryzacji zbiorników z paliwem oraz
deelektryzacji wentylatorów górniczych.
c. Kabel grzewczy  deviflex (Dania) to ekranowany przewód grzejny w powłoce polwinitowej
wyglÄ…dajÄ…cy z zewnÄ…trz jak kabel koncentryczny. Zamiast przewodu przewodzÄ…cego prÄ…d elek-
tryczny zawiera on drut oporowy, który jest tak dobrany, że kabel grzewczy nagrzewa się rów-
Badanie materiałów oporowych
5
nomiernie na całej swej długości ( moc na każdym metr bieżącym wynosi około 15 W). Rów-
nomierne nagrzewanie się kabla na całej swej długości powoduje równomierne ogrzewanie po-
sadzki w pomieszczeniu do okoÅ‚o 20 ÷ 30°C, co daje przyjemny efekt ciepÅ‚ej podÅ‚ogi (szcze-
gólnie ważne w łazience). Ponadto taki rozkład temperatury jest  zdrowy , ponieważ w po-
mieszczeniu nie ma silnego z
ródła ciepła i niedogrzanych stref. Zużycie energii elektrycznej
przy podłogowym ogrzewaniu jest zmniejszone o około 25% w porównaniu z ogrzewaniem ra-
diacyjnym. Zastosowanie automatycznych termoregulatorów pozwala dodatkowo zaoszczędzić
nawet do 50% energii. Zastosowanie kabli grzewczych:
- wewnątrz budynków (domy, biura, sklepy, łazienki itp.),
- w celach przeciwoblodzeniowych (schody, podjazdy, chodniki, parkingi itp.),
- w celu zabezpieczenia przed zamarzaniem rur z wodÄ… i rur kanalizacyjnych,
- w szklarniach, chlewniach itp.
5. Metoda badania trwałości metalowych materiałów oporowych
Laboratoryjne badania trwałości drutów oporowych reguluje norma PN-72/E-04481. Przedmiotem
normy jest metoda polegająca na żarzeniu próbek drutu oporowego prądem elektrycznym przerywa-
nym cyklicznie, przy utrzymaniu określonej temperatury próbki.
5.1. Podstawowe określenia związane z badaniem trwałości
1. TrwaÅ‚ość probiercza (Ä)  okreÅ›lony czas trwania próby do chwili przepalenia siÄ™ próbki drutu
oporowego
2. Cykl pracy  składa się z powtarzających się cyklicznie i następujących po sobie 2-minutowych
okresów żarzenia i 2-minutowych okresów przerwy w żarzeniu
3. Temperatura próbki  temperatura ustalona po okresie rozgrzewu próbki
4. Temperatura probiercza (Ń)  temperatura próbki przy której powinna być wykonana próba
5.2. Materiał, wymiary i kształt próbek
Próbki powinny być wykonane z materiału oporowego w postaci drutu o średnicy 0,7 mm. Długość
pomiarowa próbki powinna wynosić 250 ą 5 mm.
Powierzchnia próbki powinna reprezentować przeciętną jakość powierzchni produkowanych
asortymentów materiałów. Próbki powinny być wolne od miejscowych skręceń i załamań.
Kształt próbki powinien być podobny do litery U. Próbki formuje się ręcznie zachowując wymiary
podane na rysunku 1.2.
50
25
Rys. 1.2. Kształt próbek do badania trwałości
Uchwyty mocujące próbkę powinny zapewniać próbce trwałe połączenie elektryczne i mechanicz-
ne.
Ćwiczenie 1
6
Próbka powinna być osłonięta ochronną osłoną z blachy otwartą od góry. Górny wylot osłony po-
winien znajdować się co najmniej 60 mm powyżej osi uchwytów próbki. W przedniej ściance powin-
no się znajdować okienko szklane służące do obserwacji próbki podczas grzania. Tylna ściana stano-
wiąca tło dla próbki powinna być pokryta czarną farbą.
Odległości między próbką a ściankami osłony powinny wynosić co najmniej 55 mm. Ramiona
próbki powinny być równoległe do siebie i leżeć w płaszczyz
nie równoległej do ścian osłony.
5.3. Układ pomiarowy
Rysunek 1.3 przedstawia schemat funkcjonalny urządzenia do badania trwałości metalowych ma-
teriałów oporowych.
Przełącznik
Pomiar
programowy czasu
Układ zasilania Badana
Pomiar
Sieć 220 V
próbka
próbki temperatury
Układ
wyłączający
Rys. 1.3. Schemat blokowy urządzenia do badania trwałości drutów oporowych
Przełącznik programowy umożliwia cykliczne (co 2 minuty) załączanie i wyłączanie przepływu
prądu przez próbkę. Układ wyłączający ma za zadanie wyłączyć układ po przepaleniu się próbki. W
tym momencie powinien zatrzymać się zegar mierzący czas próby. Pomiar temperatury pozwala na
ustawienie odpowiedniego prądu żarzenia zapewniającego występowanie temperatury probierczej w
czasie badań.
6. Pytania kontrolne
1. Wymagania dotyczące materiałów oporowych
2. Podział materiałów oporowych ze względu na zastosowanie
3. Charakterystyka metalowych materiałów oporowych
4. Niemetaliczne materiały oporowe
5. Sposób badania trwałości materiałów oporowych
Literatura
1. Kolbiński K., Słowikowski J.: Materiałoznawstwo elektrotechniczne. WNT, Warszawa 1988
2. PN-72/E-04481 Metalowe materiały oporowe stosowane w grzejnictwie elektrycznym. Metoda
badania trwałości
3. Stryszowski S.: Materiałoznawstwo elektryczne. Skrypt Politechniki Świętokrzyskiej, Kielce
1999
Badanie materiałów oporowych
7
II. BADANIA
1. Schemat układu pomiarowego
Schemat zasadniczy urządzenia probierczego do badania drutów oporowych przedstawia rysunek
1.4.
St2
St1
L1
St1
T2
Ls2
60V
A
T1
W
P2 P1
Pz
30V
Ls1
St1
Pw
St2
N
Rb
C
L
St2
Tr
Przełącznik Układ
programowy
wyłączający
przek az
nik P 1 przek az
nik P 2 Pr
Rys. 1.4. Schemat zasadniczy urządzenia do badania drutów oporowych: Pz, Pw - przyciski załączający i wyłączający, St1,
St2 - styczniki, Ls1, Ls2 - lampki sygnalizacyjne, W - wyłącznik (zamknięty przy pracy ręcznej), T1, T2, Tr -
transformatory, L - licznik impulsów, Rb - bocznik, Pr - próbka
Przy sterowaniu ręcznym wyłącznik W jest zamknięty umożliwiając podtrzymanie zasilania ce-
wek styczników po załączeniu układu przyciskiem Pz. Przy pracy ręcznej możemy ustalić temperaturę
probierczą badanej próbki za pomocą autotransformatora T1.
Przy pracy automatycznej (W otwarty) układem steruje przełącznik programowy. Po załączeniu
układu przyciskiem Pz zwierane zostają zestyki przekaz
ników P1 (sterowany przez przełącznik pro-
gramowy) i P2 (otwierany przez układ wyłączający po przepaleniu się próbki). Przełącznik progra-
mowy sterujÄ…c zestykami przekaz
nika P1 powoduje załączanie i wyłączanie żarzenia próbki w cy-
klach dwuminutowych.
Kolejność czynności przy obsłudze urządzenia probierczego:
a) włączyć autotransformator (typu TAR-2,5) do gniazda znajdującego się na ścianie bocznej
urzÄ…dzenia,
b) przyłączyć zaciski autotransformatora (napięcie ustawione w położeniu zerowym) do opisa-
nych zacisków znajdujących się na płycie czołowej urządzenia,
c) badaną próbkę uformować ręcznie i zamocować w sposób trwały w uchwytach mocujących
oraz zasunąć szybkę osłony ochronnej,
d) ustawić wyłącznik W w pozycję  sterowanie ręczne i wykasować licznik,
e) włączyć urządzenie przyciskiem  sieć ,
f) za pomocą autotransformatora zwiększać obciążenie próbki aż do uzyskania wymaganej
temperatury probierczej,
g) przełączyć wyłącznik W w pozycję  sterowanie automatyczne ,
Przy badaniach trwałości, przebieg próby nie wymaga ciągłego nadzoru  po przepaleniu się prób-
ki nastąpi samoczynne wyłączenie urządzenia. Po zakończonej próbie należy odczytać stan licznika i
opracować wyniki pomiarów.
Ćwiczenie 1
8
2. Pirometr optyczny
W czasie badań, pomiaru temperatury należy dokonywać za pomocą pirometru optycznego. Piro-
metr służy do bezkontaktowego pomiaru temperatury polegającego na porównaniu barwy żarzącego
się drutu oporowego z barwą wzorca i odczytaniu temperatury. Należy tak wyregulować barwę wzor-
ca, aby odpowiadała barwie żarzonej próbki.
Ponieważ barwa żarzącego się drutu zależy od rodzaju materiału, należy uwzględnić poprawki zamiesz-
czone na rysunkach 1.5 i 1.6 w postaci wykresów. W tabeli 1.2 zamieszczone zostały widmowe zdolno-
ści promieniowania niektórych materiałów.
Tab. 1.2. Widmowa zdolność promieniowania µ niektórych materiałów w stanie staÅ‚ym
Materiał Materiał
µ µ
Żelazo 0,39 (1300 K) Chrom 0,34
Żeliwo 0,37 Konstantan 0,35
Stal węglowa 0,44 Chromonikielina 0,35
Miedz
0,11 Kanthal 0,37
0,40 (1300 K) Ferronichrom 0,36
Molibden
0,36 (2300 K)
0,90 (1300 K)
Nikiel 0,36 Grafit 0,85 (3200 K)
0,81 (3300 K)
Srebro 0,07
ZÅ‚oto 0,14 Porcelana
0,25 ÷ 0,50
Platyna 0,30 (1750 K) Karborund 0,80
Rys. 1.5. WartoÅ›ci poprawek (w °C), które należy dodać do pomierzonej temperatury aby
otrzymać rzeczywistÄ… temperaturÄ™ badanego obiektu dla zakresu pomiarowego 800 ÷ 1400°C
Badanie materiałów oporowych
9
Rys. 1.6. WartoÅ›ci poprawek (w °C), które należy dodać do pomierzonej temperatury aby otrzymać
rzeczywistÄ… temperaturÄ™ badanego obiektu dla zakresu pomiarowego 1200 ÷ 5000°C
3. Badanie wybranych parametrów materiałów oporowych
Badania materiałów oporowych należy przeprowadzić za pomocą urządzenia z rysunku 1.4, które-
go schemat funkcjonalny przedstawia rysunek 1.7.
Z
Atr
Tpr
US
Pr
Obudowa
A
V
Rys. 1.7. Schemat funkcjonalny urządzenia elektrycznego służącego do badania materiałów oporowych
(UMO): Z - zasilanie (220V), Atr - autotransformator, US - układ sterujący (załączanie, wyłą-
czanie, sygnalizacja), Tpr - transformator prądowy, Pr - badana próbka, A - amperomierz,
V - woltomierz
3.1. Wyznaczenie rezystywności materiałów oporowych
Badania przeprowadzić na 3 próbkach o oznaczeniach A, B, C przy prądzie mniejszym od 0,5A.
Do pomiaru rezystancji próbek zastosować metodę techniczną, a przy obliczeniach wykorzystać
podane niżej zależności
Up
Rot Å"S
R = , Á = , (1.4)
ot
l
Ip
gdzie: Á - rezystywność materiaÅ‚u oporowego w temperaturze otoczenia (za temperaturÄ™ otoczenia przyj-
muje siÄ™ wartość temperatury 20 Ä…5°C), Rot - wartość rezystancji badanej próbki, Up - wartość napiÄ™-
cia, Ip - wartość prÄ…du, S = Ä„Å"d2/4 - pole przekroju próbki, l - dÅ‚ugość próbki; l = 250mm.
Ćwiczenie 1
10
Tab. 1.3. Wyniki pomiarów i obliczeń
Rodzaj d (średnica) S Up Ip Rot
Á
próbki mm mm2
&!Å"mm2/m
V A
&!
A
B
C
3.2. Wyznaczenie temperaturowego współczynnika rezystancji
Badania przeprowadzić na 3 próbkach o oznaczeniach A, B, C. Do pomiaru rezystancji próbek za-
stosować metodę techniczną, a przy obliczeniach wykorzystać podane niżej zależności
Up1
Rw - Rot
R = ; TWR = ; (1.5)
w
Rot Å" "T
Ip1
gdzie: Rw - wartość rezystancji w wysokiej temperaturze pomierzonej za pomocą pirometru optyczne-
go, Rot - wartość rezystancji badanej próbki w temperaturze otoczenia, "T = (Tw - Tot) - przyrost
temperatury; Tw - zaleca siÄ™, aby temperatura wysoka wynosiÅ‚a ok. 800°C, Tot - temperatura otocze-
nia, Up1 - wartość napięcia w wysokiej temperaturze, Ip2 - wartość prądu w wysokiej temperatu-
rze
Tab. 1.4. Wyniki pomiarów i obliczeń
Rodzaj Tw Up1 Ip1 Rw TWR
"T
próbki V A
°C °C &! 1/°C
A
B
C
3.3. Pomiary temperatury topnienia materiałów oporowych
Badania przeprowadzić na 3 próbkach o oznaczeniach A, B, C. Stopniowo zwiększając napięcie na
próbce mierzyć jej temperaturę za pomocą pirometru optycznego oraz prąd do chwili przepalenia się
próbki. Obliczyć gęstość prądu w próbce korzystając z następujących zależności
I
p2
j = , (1.6)
S
gdzie: j - gęstość prądu, Ip2 - wartość prądu w chwili przepalenia się próbki, S - jak wyżej.
Tab. 1.5. Wyniki pomiarów i obliczeń
Rodzaj Ip2 j Ttop
materiału
A A/mm2
°C
A
B
C
Badanie materiałów oporowych
11
3. 4. Badania trwałości probierczej materiałów oporowych
Należy przeprowadzić badania trwałościowe wskazanych drutów oporowych zgodnie z PN oraz
opisem obsługi urządzenia pomiarowego i pirometru zamieszczonych w punktach 1 i 2.
4. Wnioski
Wnioski powinny zawierać własne spostrzeżenia i uwagi dotyczące przebiegu ćwiczenia i otrzy-
manych wyników pomiarów.
Ponadto należy:
- dokonać identyfikacji rodzaju materiału oporowego (wykorzystać wyniki pomiarów i obliczeń
dotyczących rezystywności i temperatury topnienia),
- porównać wyznaczoną gęstość prądu w materiale oporowym przeznaczonym na element grzej-
ny (w chwili przepalenia się próbki) z gęstością prądu stosowaną w materiałach przewodzących
(np. miedzi) przeznaczonych na przewody elektryczne,
- porównać wyznaczony współczynnik temperaturowy rezystancji (TWR) materiałów oporowych
ze współczynnikiem temperaturowym rezystancji czystych metali (np. platyna).