Лекция 11. Меры активного сопротивления

В практике измерений, а также при поверке и градуировке измерительных приборов пользуются образцовыми сопротивлениями. Образцовые сопротивления выполняются в виде катушек на одно значение сопротивления 10 ^{± n} Ом, где п — целое число.

Образцовые катушки снабжают­ся двумя парами зажимов, два из которых называются токовыми и предназначены для включения об­разцовой катушки в цепи тока, два других называются потенциальными. Сопротивление между потен­циальными зажимами равно сопротивле­нию образцовой катушки. К потенциа­льным зажимам присоединяются провода, идущие к измерительной схеме.

К материалу, из которого изготовляются обмотки, предъявляются следующие требования:

1) возможно большее удельное сопротивление;

2) наименьший температурный коэффициент и термо-э.д.с. в паре с другими металлами (в особенности - с медью);

3) устойчивость металла провода против окисления.

Этим требованиям лучше всего удовлетворяет манга­нин.

Образцовые катушки сопротивления от 0,01 до 0,0001 Ом изготовляются из манганиновой ленты или из пластин, а 0,0001 Ом — из широких и сравнительно тонких лент (для лучшего охлаждения); сопротивления выше 0,01 Ом делаются из проволоки.

На рис. 12 показано устройство образцовой катушки сопротивле­ния. На металлическом или фарфоровом каркасе 4 наматывается об­мотка 3 из мангани­новой проволоки, концы которой припаиваются к зажимам 1 и 2. Каркас катуш­ки крепится к корпусу с отверстиями для лучшего охлаждения обмотки. В не­которых конструкциях корпус заполняется трансформаторным маслом, что повышает влагостойкость изоляции и термостабильность катушки.

Высокоомные манганиновые образцовые сопротивления делаются на значения до 10⁷ Ом с погрешностью ± 0,0003% (10⁶ Ом) и ±0,001% (10⁷ Ом). На большие сопротивления (10⁷ — 10¹⁰ Ом) меры сопротивления делаются на основе манганинового микропровода в стеклянной изоляции (погрешности от ±0,02 до ±0,05%). В зависимости от погрешности образцовых сопротив­лений и других характеристик (изменение сопротивления с течением вре­мени, допустимой мощности и др.), образцовые сопротивления делятся на классы точности, для которых по­грешности и другие характеристики устанавливаются соответствующими стандартами.

Если катушки сопротивления предназначены для применения в качестве об­разцовых мер сопротивления в измерительных схемах переменного тока, и осо­бенно при повышенной частоте, то для того, чтобы значение сопротивления ка­тушек не изменялось с изменением частоты тока, собственная емкость и само­индукция их должны быть ничтожно малыми. В первом приближении эквива­лентную схему катушек сопротивления можно представить в виде схемы рис.13. Полное сопротивление катушки с учетом индуктивности L₀ и распределенной емкости С₀ для схемы рис. 13.

Z=

Обычно величины L ₀ и С₀ очень малы, так что даже при звуковых частотах члены, содержащие L ₀ С ₀и С ²₀,остаются малыми по сравнению с единицей. По­этому приближенно полное сопротивление Z может быть выражено формулой

Z» r + jw (L ₀- r ² C ₀).

Степень безреактивности катушки обычно характеризуется так называемой постоянной времени, под которой понимается величина

(27)

Чем меньше постоянная времени t, тем лучше катушка. Для уменьшения постоянной времени катушек используются различные виды их намотки. Для катушек малого сопротивления (до 1 Ом) иногда применяется проволока в виде плоской ленты, которая наматывается на тонкие слюдяные пластинки. Намотка бифилярная. Для катушек, имеющих сопротивления от 1 до 100 Ом, иногда применяется однослойная бифилярная намотка.

При бифилярной намотке проводник складывается петлей и в таком виде наматывается. При этих условиях токи, протекающие по двум соседним провод­никам, имеют встречное направление. Однако бифилярная обмотка, состоящая из значительного числа витков, обладает заметной собственной распределённой емкостью. Снизить емкость бифилярной обмотки можно путем секционирования ее. Благодаря последовательному соединению емкостей отдельных секций об­щая емкость обмотки снижается.

Существуют и другие виды специальных намоток для уменьшения постоян­ной времени катушек сопротивления. Наименьшей постоянной времени (при­мерно +0,5×10^-8 с) обладают образцовые катушки сопротивления на номиналь­ные значения до 10 Ом. У образцовых катушек сопротивления на номинальное зна­чение 100000 Ом постоянная времени составляет примерно —2,5×10^-6 с.

В лабораторных условиях получили большое распространение так называ­емые магазины сопротивлений, которые при помощи пере­ключающих уст­ройств позволяют получить сопротивления различной величины. В зависи­мости от конструкции переключающего устройства магазины сопротивлений делятся на штепсельные, и рычажные.

Штепсельные магазины сопротивлений состоят из набора отдельных, точно выверенных по значению сопротивлений катушек, соединенных в нужном ко­личестве последовательно друг с другом. Катушки приключаются обычно к латунным пластинам, которые можно соединять друг с другом штепселями, закорачивая при этом катушки. На рис. 14 приведена принципиальная схема штепсельного магазина, позволяющего получить сопротивления от 0,1 до 111111 Ом через 0,1 Ом. Начальное сопротивление магазина, т. е. сопротивле­ние при всех вставленных штепселях, обычно не превышает не­скольких сотых долей Ома.

Магазин имеет внутрен­ний электростатический экран с зажимом Э_ВНТ, при необходимости соединяемый одним из зажимов токоведущей цепи, обозначен­ными 0, и внешний электростатический экран, соединенный с зажимом Э_ВНТ. При соединении внутреннего экрана с за­жимом токоведущей цепи обеспе­чивается стекание зарядов с экра­на, которые могут образоваться под дейст­вием внешних электриче­ских полей. Внешний экран может заземляться, что улучшает за­щиту магазина от действия внешних электрических полей (элек­тростатическое экранирование).

Некоторый недостаток рассмотренной схемы и ей подобных за­ключается в том, что требуемое сопротивление получается набором различного числа катушек, так как число вставленных штепселей не является постоянным. Общее переходное сопротивление, образуе­мое контактами пластин со вставленными между ними штепселями, непостоянно по величине, поско­льку оно зависит от числа штепсе­лей, от плотности соприкосновения штеп­
селей с поверхностями пла­стин и, наконец, от чистоты соприкасающихся пластин.

Рычажные магазины состоят, так же как и штепсельные, из на­бора катушек, приключенных к контактам, по которым скользят щетки, жестко скрепленные с рычагами. Величина введенного сум­марного сопротивления отсчитывается непосредственно по положению рычагов. Рычажные магазины выполняются обычно как декадные. В паспортах магазинов сопротивлений обычно указываются до­пустимые погрешности магазина, допустимый ток, нагрузка в ват­тах на катушку (обычно 1 Вт) и частотный диапазон.