background image

 

 

 

POLITECHNIKA  BIAŁOSTOCKA 

WYDZIAŁ  ELEKTRYCZNY 

___________________________________________________________ 

Laboratorium  Miernictwa  Elektrycznego 

 

 
 
 
 
 
 
 
 

Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 
 

 
 
 
 
 
 
 

 
 

ć

wiczenie nr 1

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Opracował dr in

ż

. Ryszard Piotrowski 

 

Białystok 1998 



background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

1

 

1. Wprowadzenie 

 

 

elem 

ć

wiczenia 

jest 

zapoznanie 

studentów 

wła

ś

ciwo

ś

ciami 

pomocniczego sprz

ę

tu pomiarowego, który b

ę

dzie u

ż

ywany przez nich w 

trakcie 

ć

wicze

ń

 laboratoryjnych z Metrologii. W instrukcji tej zawarte s

ą

 

opisy,  obja

ś

nienia,  wskazówki  i  pytania  kontrolne  dotycz

ą

ce  najwa

ż

niejszych 

urz

ą

dze

ń

  obj

ę

tych  wspólnym  okre

ś

leniem  „pomocniczy  sprz

ę

t  pomiarowy”. 

Pozwala  ono  słuchaczom  pozna

ć

  zasady  posługiwania  si

ę

  tymi  urz

ą

dzeniami  w 

sposób  wła

ś

ciwy  i  bezpieczny  w  trakcie  odbywania 

ć

wicze

ń

  laboratoryjnych  w 

semestrach III i IV.  

 

Cz

ęść

 I 

 

2. 

Ź

ródła zasilania stosowane w laboratorium 

 

 

W  laboratorium  Metrologii  stosowane  s

ą

  nast

ę

puj

ą

ce 

ź

ródła  zasilaj

ą

ce 

układy pomiarowe: 
 

• 

zasilacze stabilizowane 

• 

autotransformatory laboratoryjne 

• 

napi

ę

cia sieci przemysłowej 220V/ 380V 

• 

akumulatory 

 

2.1. Zasilacze stabilizowane 

 
 

S

ą

  to  najcz

ę ś

ciej  u

ż

ywane  w  Laboratorium 

ź

ródła  napi

ę

cia  stałego.  Ich 

zadaniem jest: 
 

dostarczanie napi

ę ć

 stałych o płynnie regulowanych warto

ś

ciach 

stabilizacja nastawionej przez u

ż

ytkownika warto

ś

ci napi

ę

cia 

samoczynne  ograniczanie  pr

ą

du  pobieranego  przez  układ 

pomiarowy 

stabilizacja  warto

ś

ci  pr

ą

du  wydawanego  przez  zasilacz  na 

poziomie nastawionym przez u

ż

ytkownika 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

2

 
 

W  Laboratorium  wyst

ę

puje  kilka  typów  zasilaczy  stabilizowanych 

ż

ni

ą

cych  si

ę

 wygl

ą

dem zewn

ę

trznym, parametrami elektrycznymi (napi

ę

ciem i 

pr

ą

dem  maksymalnym),    rozmieszczeniem  elementów  regulacyjnych,  itp.,  

wszystkie  one  jednak  maj

ą

  podstawowe  cechy  wspólne  i  wypełniaj

ą

  te  same, 

wymienione wy

ż

ej funkcje. 

 

Przebieg 

ć

wiczenia z zasilaczem stabilizowanym 

 

Identyfikacja elementów umieszczonych na płycie czołowej zasilacza 

stabilizowanego 

 

• 

Wska

ż

 regulator skokowej regulacji napi

ę

cia wyj

ś

ciowego 

• 

Wska

ż

 regulator płynnej regulacji napi

ę

cia wyj

ś

ciowego 

• 

Wska

ż

  lampk

ę

  sygnalizacyjn

ą

  i  towarzysz

ą

cy  jej  napis  „constant 

voltage”.  Jej 

ś

wiecenie  oznacza, 

ż

e  zasilacz  jest  w  stanie  stabilizacji 

napi

ę

cia. 

• 

Wska

ż

  lampk

ę

  sygnalizacyjn

ą

  i  towarzysz

ą

cy  jej  napis  „constant 

current”.  Jej 

ś

wiecenie  oznacza, 

ż

e  zasilacz  jest  w  stanie  stabilizacji 

pr

ą

du. 

• 

Wska

ż

 regulator skokowej regulacji pr

ą

du wyj

ś

ciowego 

• 

Wska

ż

 regulator płynnej regulacji pr

ą

du wyj

ś

ciowego 

• 

Wska

ż

 zaciski wyj

ś

ciowe zasilacza 

 
Uwaga:  

 

Zacisk  plusowy  tworz

ą

  dwa  umieszczone  blisko  siebie  zaciski 

laboratoryjne,  zwarte  w  stanie  normalnej  pracy  przy  pomocy  specjalnej  płytki 
zwieraj

ą

cej.  W  analogiczny  sposób  utworzony  jest  zacisk  minusowy  zasilacza. 

Te  podwójne  zaciski  poszczególnych  biegunów  zasilacza rozwierane s

ą

 tylko w 

czasie  serwisowych  pomiarów  kontrolnych.  Cz

ę

stym  problemem  wyst

ę

pu- 

j

ą

cym  w  trakcie 

ć

wicze

ń

  jest,  zgłaszana  przez  studentów  niestabilna  praca 

zasilacza.  Wynika  ona  z  niestarannego  dokr

ę

cenia  przez  nich  wspomnianych 

wy

ż

ej zacisków i braku pewnego poł

ą

czenia ich przez płytk

ę

.  

 

Pi

ą

tym  zaciskiem,  jaki  napotka

ć

  mo

ż

e  u

ż

ytkownik  jest  zacisk  poł

ą

czony  

z  metalow

ą

  obudow

ą

  zasilacza,  cz

ę

sto  mylony  z  zaciskiem  minusowym. 

Zwró

ć

my uwag

ą

 na to, 

ż

e jest on oznaczony znakiem uziemienia. W 

ć

wiczeniach 

wykonywanych w Laboratorium Metrologii nie jest on zwykle u

ż

ywany. 

 
 

Zapoznaj  si

ę

  z  funkcjami  wbudowanego  do  zasilacza  miernika 

wskazówkowego. W zasilaczu mo

ż

e wyst

ę

powa

ć

 miernik uniwersalny pełni

ą

cy 

 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

3

funkcj

ę

  woltomierza  albo  amperomierza,  zale

ż

nie  od  wyboru  dokonanego  przez 

u

ż

ytkownika. W tym przypadku dost

ę

pny jest przeł

ą

cznik, przy pomocy którego 

dokonuje  si

ę

  tego  wyboru.  W  pewnym  typie  zasilaczy  przeł

ą

czanie  funkcji 

miernika  dokonuje  si

ę

  samoczynnie  według  nast

ę

puj

ą

cej  zasady.  Gdy  zasilacz 

znajduje si

ę

 w stanie stabilizacji napi

ę

cia, przyrz

ą

d przeł

ą

cza si

ę

 na amperomierz 

mierz

ą

cy  pr

ą

d  pobierany  z  zasilacza,  gdy  za

ś

  zasilacz  pracuje  w  stanie 

stabilizacji  pr

ą

du  przyrz

ą

d  przeł

ą

cza  si

ę

  na  woltomierz  mierz

ą

cy  napi

ę

cie  na 

zaciskach  wyj

ś

ciowych.  W  tego  typu  zasilaczach  u

ż

ytkownik  nie  ma  swobody 

wyboru rodzaju pracy przyrz

ą

du pomiarowego. 

 

Regulatory napi

ę

cia

 

 
 

Regulatory  te  (istniej

ą

  dwa  regulatory:  do  regulacji  skokowej  i  płynnej) 

słu

ż ą

  do  nastawiania 

ż ą

danej  warto

ś

ci  napi

ę

cia  wyj

ś

ciowego  zasilacza,  która 

musi by

ć

 utrzymywana na niezmienionym poziomie w czasie trwania pomiarów. 

Przykładem  mo

ż

e  tu  by

ć

  stała  warto

ś ć

  napi

ę

cia,  podana  przez  wytwórc

ę

,  jakim 

powinien  by

ć

  zasilany  mostek  Wheatstone’a.  Nastawiona  warto

ś ć

  napi

ę

cia  jest 

utrzymywana niezale

ż

nie od zmian nat

ęż

enia pr

ą

du pobieranego z zasilacza (rys. 

2),  w  granicach  od  zera  do  warto

ś

ci  granicznej  I

ogr

  nastawionej  przez 

u

ż

ytkownika  przy  pomocy  regulatorów  pr

ą

du  (patrz  nast

ę

pny  punkt  „regulatory 

pr

ą

du”) 

 

Regulatory pr

ą

du

 

 

 

Słu

ż ą

  do  nastawiania  granicznej  warto

ś

ci  pr

ą

du  I

ogr

,  powy

ż

ej  której 

zasilacz  nie  pozwoli  si

ę

  obci

ą ż

y

ć

,  a  jednocze

ś

nie  nie  dopu

ś

ci  do  przeci

ą ż

enia 

pr

ą

dowego  zasilanego  przez  siebie  układu.  Przy  próbie  obci

ą ż

enia  go  pr

ą

dem 

wi

ę

kszym  ni

ż

  I

ogr

  (przez  zmniejszenie  rezystancji  obci

ą ż

aj

ą

cej  R

o

  poni

ż

ej 

warto

ś

ci  R

ogr

),  samoczynnie  obni

ż

a  swoje  napi

ę

cie  wyj

ś

ciowe,  w  skrajnym 

wypadku (przy zwarciu zacisków wyj

ś

ciowych) a

ż

 do zera (rys. 3). 

 

Charakterystyki zewn

ę

trzne zasilacza

 

 
 

Podstawow

ą

 charakterystyk

ą

 zewn

ę

trzn

ą

 zasilacza jest zale

ż

no

ś ć

 napi

ę

cia 

wyj

ś

ciowego U

wy

 od pr

ą

du wyj

ś

ciowego I

o

. Zale

ż

no

ś ć

 t

ę

 przedstawia rysunek 2. 

Jak  widzimy,  napi

ę

cie  wyj

ś

ciowe  U

wy

  nie  zmienia  swojej  warto

ś

ci  przy 

zwi

ę

kszaniu  si

ę

  pr

ą

du  I

o

  pobieranego  z  zasilacza,  a

ż

  do  chwili  gdy  osi

ą

gnie  on 

warto

ś ć

  graniczn

ą

    I

ogr

.  Przy  próbie  dalszego  zwi

ę

kszenia  tego  pr

ą

du  (przez 

zmniejszenie  rezystancji  obci

ą ż

aj

ą

cej),  zasilacz  samoczynnie  obni

ż

a  swoje 

napi

ę

cie do zera. W rzeczywisto

ś

ci napi

ę

cie U

wy

 nie opada tak gwałtownie jak 

 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

4

przedstawia  to  charakterystyka  teoretyczna,  na  co  maj

ą

  wpływ  wła

ś

ciwo

ś

ci 

układów elektronicznych  zasilacza. 
 

Zwró

ć

my  uwag

ę

ż

e  stabilizuj

ą

c  napi

ę

cie,  zasilacz  wykazuje  w  pewnym 

zakresie pr

ą

du I

o

 wła

ś

ciwo

ś ć

 idealnego 

ź

ródła napi

ę

ciowego

 

 

V

 

U

wy

 

R

o

 

I

o

 

ZS

 

A

 

 

 

Rys.1. Układ do zdejmowania charakterystyk zewn

ę

trznych zasilacza 

 
 

 

U

wy 

I

o

 

I

ogr

 

 

 

Rys. 2. Charakterystyka zewn

ę

trzna 

zasilacza U

wy

 = f(I

o

 

U

wy 

R

ogr

 

R

o

 

 

 

Rys. 3. Charakterystyka zewn

ę

trzna 

zasilacza U

wy

 = f(R

o

 

 

Na  rysunku  3.  przedstawiona  jest  jeszcze  inna  charakterystyka  zewn

ę

trzna  zasilacza:  U

wy

  =  f(R

o

),    gdzie  R

o

  oznacza  rezystancj

ę

  zast

ę

pcz

ą

  obwodu 

obci

ąż

aj

ą

cego zasilacz. Zmniejszaniu si

ę

 rezystancji R

o

 odpowiada wzrost pr

ą

du 

I

o

  na  rysunku  2.  Rezystancji  R

o

=  0  odpowiada  zwarcie  zacisków  wyj

ś

ciowych 

zasilacza, na co reaguje on samoczynnym obni

ż

eniem napi

ę

cia do zera. 

 

 W  miar

ę

  wzrostu  warto

ś

ci  rezystancji  R

o

  napi

ę

cie  U

wy

  liniowo  wzrasta, 

oznacza  to, 

ż

e  w  tym  zakresie  warto

ś ć

  pr

ą

du  utrzymywana  jest  na  stałym 

poziomie. 
 

Istotnie,  zauwa

ż

my, 

ż

e    U

wy

= I

o

R

o

,    pr

ą

d  I

o

  jest  wi

ę

c  współczynnikiem 

proporcjonalno

ś

ci  (ma  wi

ę

c  warto

ś ć

  stał

ą

)  liniowej  funkcji  U

wy

= f(R

o

).  

W rozpatrywanym zakresie pracy zasilacz wykazuje wi

ę

c wła

ś

ciwo

ś ć

 

idealnego 

ź

ródła pr

ą

dowego. 

 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

5

 

Gdy  rezystancja  R

o

  rosn

ą

c,  przekroczy  warto

ś ć

  graniczn

ą

  R

ogr

,  zasilacz 

wchodzi  w  zakres  stabilizacji  napi

ę

cia,  który  utrzymuje  si

ę

  a

ż

  do  warto

ś

ci 

R

o

→∞

.  Ta  skrajnie  du

ż

a  warto

ś ć

  R

o

  oznacza  oczywi

ś

cie  rozwarcie  zacisków 

zasilacza. 

 

Przykładem  wykorzystania  stabilizacji  pr

ą

du  wyj

ś

ciowego  s

ą

  pomiary 

rezystancji  du

ż

ej  liczby  rezystorów  o  zbli

ż

onych  rezystancjach  metod

ą

 

techniczn

ą

.  Wystarczy  w  tym  przypadku  przył

ą

cza

ć

  te  rezystory  do  zacisków 

wyj

ś

ciowych  zasilacza  i  mierzy

ć

  na  nich tylko spadki napi

ę ć

, bowiem nat

ę ż

enie 

pr

ą

du  ma  za  ka

ż

dym  razem  jednakow

ą

  warto

ś ć

  ustalon

ą

  i  zmierzon

ą

    na 

pocz

ą

tku pomiaru. 

Na koniec nale

ż

y zwróci

ć

 uwag

ę

 na fakt, i

ż

 zasilacz samoczynnie zmienia 

tryb swojej pracy zale

ż

nie od stanu obwodu przył

ą

czonego do jego zacisków. W 

trakcie 

ć

wiczenia  zdarza  si

ę

  niekiedy, 

ż

e  niezauwa

ż

alnie,  zasilacz przechodzi w  

stan  stabilizacji  pr

ą

du,  co  uniemo

ż

liwia  jego  regulacj

ę

 poprzez zmian

ę

 napi

ę

cia. 

W  takiej  sytuacji 

ć

wicz

ą

cy  w  celu  kontynuowania  pomiarów,  powinni  przy 

pomocy  regulatorów  pr

ą

du  zwi

ę

kszy

ć

  warto

ś ć

  pr

ą

du  granicznego  I

ogr

,

 

  o  ile  jest 

to  mo

ż

liwe  z  punktu  widzenia  dopuszczalnego  pr

ą

du  zasilanego  obwodu 

elektrycznego. 

 

Zdejmowanie charakterystyk zewn

ę

trznych 

zasilacza 

 

Nale

ż

y  zdj

ąć

  charakterystyki  zewn

ę

trzne;  U

wy

=f(I

o

)    oraz    U

wy

=(R

o

)  w 

układzie,  którego  schemat  przedstawiony  jest  na  rysunku  1.,  u

ż

ywaj

ą

nast

ę

puj

ą

cego sprz

ę

tu laboratoryjnego. 

• 

ZS -zasilacz stabilizowany typu ZT-980- 3 

• 

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

• 

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

• 

R

o

 - rezystor dekadowy typu DR6-16 (sze

ś

ciodekadowy) 

 

Kolejno

ść

 czynno

ś

ci 

1. 

Nastaw R

o

 = 100 k

2. 

Przy pomocy regulatorów napi

ę

cia nastaw U

wy

= 10V, gdyby nie mo

ż

na było 

osi

ą

gn

ąć

 tej warto

ś

ci, zwi

ę

ksz pr

ą

d graniczny przy pomocy regulatora pr

ą

du 

a

ż

 do zga

ś

ni

ę

cia czerwonej lampki sygnalizacyjnej 

3. 

Nastaw teraz R

o

= 0 

4. 

Przy pomocy regulatora pr

ą

du nastaw I

o

=30 mA, 

5. 

Zdejmij  charakterystyk

ę

  zewn

ę

trzn

ą

  zasilacza.  W  tym  celu  zwi

ę

kszaj 

stopniowo  rezystancj

ę

  R

o

  tak,  aby  otrzymywa

ć

  kolejno,  wskazane  w 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

6

Tablicy 1  warto

ś

ci  napi

ę ć

,  a  pó

ź

niej,  gdy  zasilacz  przejdzie  w  stan 

stabilizacji napi

ę

cia -  wskazane warto

ś

ci pr

ą

du  

6. 

Znajd

ź

  do

ś

wiadczalnie  najwi

ę

ksz

ą

  warto

ść

  rezystancji  R

o

,  dla  której 

zasilacz pracuje jeszcze w stanie stabilizacji pr

ą

du oraz najmniejsz

ą

 warto

ść

 

rezystancji R

o

, przy której zasilacz jeszcze stabilizuje napi

ę

cie. 

 

Tablica 1 

R

o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

wy

 

10 

 

 

 

 

 

 

I

o

 

mA  30 

 

 

 

 

 

25 

20 

15 

10 

 
 

W sprawozdaniu nale

ż

y

: Wykre

ś

li

ć

 charakterystyki: 

 

U

wy

 = f

1

(R

o

I

o

 = f

2

(R

o

 

2.2. Autotransformatory laboratoryjne 

 
 

Autotransformator  jest  urz

ą

dzeniem  elektrycznym  o  jednym  tylko 

uzwojeniu,  pełni

ą

cym  jednocze

ś

nie  rol

ę

  uzwojenia  pierwotnego  i  wtórnego 

(rys.4) 

 

W  autotransformatorze  laboratoryjnym  napi

ę

cie  wtórne  mo

ż

e  by

ć

 

stosunkowo płynnie regulowane w zakresie od zera do 125V albo 250V. 

 

 Na rysunku 4. pokazano trzy charakterystyczne poło

ż

enia suwaka, którym 

odpowiadaj

ą

 napi

ę

cia wyj

ś

ciowe U

wy

a) mniejsze od napi

ę

cia zasilaj

ą

cego U

1

,  

b) równe napi

ę

ciu U

1

,  c) wi

ę

ksze od napi

ę

cia U

1

 

Autotransformator  laboratoryjny  stosowany  jest  w  dwóch  nast

ę

puj

ą

cych 

przypadkach.  Po  pierwsze  wtedy,  gdy  zachodzi  potrzeba  płynnej  regulacji 
napi

ę

cia  w  celu  zdj

ę

cia  charakterystyki  pr

ą

dowo-napi

ę

ciowej  jakiego

ś

  obiektu 

(np. transformatora, dławika, termistora, itp.).  Po wtóre, gdy badany obiekt musi 
by

ć

  zasilany  swoim  napi

ę

ciem  znamionowym.  Przykładem  mo

ż

e  tu  by

ć

  pomiar 

sprawdzaj

ą

cy  rzeczywist

ą

  moc  znamionow

ą

 

ż

arówki,  podan

ą

  przez  wytwórc

ę

Poniewa

ż

  warto

ść

    napi

ę

cia  sieci  nie  jest  na  ogół  dokładnie  równa  220V, 

wspomniany  pomiar  nie  mo

ż

e  by

ć

  dokonany  przez  bezpo

ś

rednie  wł

ą

czenie  do 

niej badanej 

ż

arówki. Autotransformator umo

ż

liwia w tym wypadku zasilenie jej 

podczas 

pomiaru 

mocy 

napi

ę

ciem 

dokładnie 

równym 

jej 

napi

ę

ciu 

znamionowemu. 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

7

 

U

wy

>

220V

 

U

wy

=220V

 

U

wy

<

220V

 

U

1

=220V

 

 

 

Rys.4. Zasada regulacji napi

ę

cia wyj

ś

ciowego (wtórnego) autotransformatora 

 
 

Autotransformatory,  z  jakimi  studenci  spotkaj

ą

  si

ę

  w  Laboratorium,  maj

ą

 

cztery  pary  zacisków  wyj

ś

ciowych,  umo

ż

liwiaj

ą

cych  jednoczesne  przył

ą

czenie 

czterech ró

ż

nych odbiorników i niezale

ż

n

ą

 regulacj

ę

 napi

ę

cia dla ka

ż

dego z nich. 

Dwie  pary  zacisków  dostarczaj

ą

  maksymalnego  napi

ę

cia    125V,  dwie  inne 

napi

ę

cia  maksymalnego  250V.  Ł

ą

czna  warto

ś ć

  pr

ą

du  pobieranego  z  tych 

czterech  wyj

ś ć

  nie  mo

ż

e  przekroczy

ć

  warto

ś

ci  I

max

=10 A.  Maksymalna  moc 

pozorna  autotransformatora  jest  równa  iloczynowi  skutecznej  warto

ś

ci 

maksymalnego 

pr

ą

du 

maksymalnego 

napi

ę

cia, 

wynosi 

wi

ę

c: 

S

n

250V

10A=2500VA. St

ą

d oznaczenie tego urz

ą

dzenia: AL2500. 

 

2.3. Sie

ć

 przemysłowa 220V/380V 

 

Jedynie  w  nielicznych  przypadkach  w  Laboratorium  Metrologii  układ 

pomiarowy  jest  zasilany  bezpo

ś

rednio  z  sieci  przemysłowej,  to  znaczy  bez 

po

ś

rednictwa  urz

ą

dze

ń

  regulacyjnych,  prostowniczych  czy  stabilizacyjnych.  W 

tych  przypadkach  stosuje  si

ę

  trójbiegunowe  odł

ą

czniki  no

ż

owe  o  osłoni

ę

tych 

cz

ęś

ciach  przewodz

ą

cych,  oddzielaj

ą

ce  układ  badany  od  laboratoryjnej    tablicy 

rozdzielczej.  

2.4. Akumulatory 

 

Akumulator  jest 

ź

ródłem,  dostarczaj

ą

cym  napi

ę

cia  doskonale  stałego,  to 

znaczy całkowicie pozbawionego pulsacji pochodz

ą

cych na przykład od układów 

prostownikowych.  Jest  jednak 

ź

ródłem  nieregulowanym,  co  ogranicza  jego 

zastosowanie w pomiarach laboratoryjnych. 
 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

8

 

Akumulatory  stosowane  s

ą

  przede  wszystkim  w  tych  przypadkach,  gdy 

konieczne  jest  u

ż

ycie 

ź

ródeł  o  du

ż

ym  pr

ą

dzie  znamionowym,  przekraczaj

ą

cym 

mo

ż

liwo

ś

ci zasilaczy stabilizowanych. 

 

Typowym  przykładem  zastosowania  akumulatora  w  Laboratorium  jest 

u

ż

ycie  go  do  zasilania  układu  mostka  Thomsona,  wymagaj

ą

cego  pr

ą

du  o 

nat

ę ż

eniu ok. 20A. 

 

Cz

ęść

 II 

 

3. Wzorce wielko

ś

ci elektrycznych 

3.1. Wzorce ró

ż

nicy potencjałów

 

 

Wzorce  te  obok  wzorców  rezystancji  nale

ż ą

  do  najwa

ż

niejszych  wzorów 

wielko

ś

ci elektrycznych stosowanych w metrologii elektrycznej. 

Współcze

ś

nie u

ż

ywane s

ą

 nast

ę

puj

ą

ce 

ź

ródła wzorcowych napi

ę ć

 stałych: 

• 

ogniwa chemiczne Westona 

• 

ź

ródła elektroniczne z diodami Zenera 

• 

ź

ródła wykorzystuj

ą

ce zjawisko Josephsona 

 

Szczegółowe  opisy  ogniw  Westona  znale

ź ć

  mo

ż

na  w  podr

ę

cznikach  [1], 

[2], za

ś

  zjawisko Josephsona opisane jest np. w podr

ę

czniku [3]. 

 

Spo

ś

ród  wymienionych  wy

ż

ej 

ź

ródeł  wzorcowych  w  Laboratorium 

Metrologii  stosowane  jest  tylko  ogniwo  Westona. 

Ź

ródło  z  diodami  Zenera 

u

ż

ywane  jest  do  niektórych  pomiarów  nie  wymagaj

ą

cych  du

ż

ych  dokładno

ś

ci. 

Realizacja  najdokładniejszych 

ź

ródeł  napi

ę ć

  wzorcowych  opartych  na  zjawisku 

Josephsona  wymaga  skomplikowanej  aparatury  i  ma  miejsce  tylko  w  nielicz- 
nych laboratoriach metrologicznych. 
 

Najwa

ż

niejszym 

parametrem 

ogniwa 

Westona 

jest 

jego 

siła 

elektromotoryczna  (SEM)  okre

ś

lona  z  du

ż ą

  dokładno

ś

ci

ą

  na  drodze  oblicze

ń

 

elektrochemicznych  (a  nie  na  drodze  pomiarowej).  Próby  pomiaru  SEM  przy 
pomocy  woltomierzy  nie  maj

ą

  sensu,  gdy

ż

  nie  pozwalaj

ą

  okre

ś

li

ć

  jej  warto

ś

ci 

dokładniej ni

ż

 zrobił to wytwórca, a ponadto mog

ą

 prowadzi

ć

 do przeci

ąż

enia, a 

nawet  trwałego  uszkodzenia  tego  wzorcowego 

ź

ródła.    Ogniwo  wzorcowe 

podczas  pomiaru  nie  mo

ż

e  by

ć

  obci

ąż

one  jakimkolwiek  pr

ą

dem,  je

ś

li  mierz

ą

cy 

ma  polega

ć

  na  podanej  przez  wytwórc

ę

  warto

ś

ci  SEM.  Przyjmuje  si

ę

ż

dopuszczalne  jest  obci

ąż

enie  ogniwa  pr

ą

dem  o  nat

ę ż

eniu  1

µ

A    tylko  przez 

kilkadziesi

ą

t sekund. 

 

Siła  elektromotoryczna  ogniwa  Westona  u

ż

ywanego  w  Laboratorium 

wynosi 1,01875 V w temperaturze 20

0

 C. Do ogniwa doł

ą

czona jest tabela 

 
 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

9

poprawek, pozwalaj

ą

ca okre

ś

li

ć

 jego SEM w innych temperaturach z przedziału 

[17,5

0

C , 25

0

C]. Rezystancja wewn

ę

trzna ogniwa wynosi 850

 

Przykładem wykorzystania ogniwa Westona jest u

ż

ycie go do dokładnego 

nastawiania    wymaganej  warto

ś

ci  pr

ą

du pomocniczego I

p

 kompensatora. U

ż

ycie 

do  tego  celu  amperomierza  nie  gwarantuje  dostatecznej  dokładno

ś

ci  pomiaru 

tego  pr

ą

du.  Na  rysunku  5.  przedstawiony  jest  fragment  układu  kompensatora 

słu

ż ą

cy do nastawiania  pr

ą

du pomocniczego I

p

.  

 

Dokładn

ą

  warto

ś ć

  pr

ą

du  I

p

=100 

µ

A,  która  jest  parametrem  kompensatora 

u

ż

ywanego w Laboratorium Metrologii nastawia si

ę

, kontroluj

ą

c spadek napi

ę

cia 

na  rezystancji  wzorcowej  R

w

  wbudowanej  do  kompensatora,  o  tak  dobranej 

warto

ś

ci, 

ż

e  pr

ą

d  o  nat

ę ż

eniu  100 

µ

A  wywołuje  na  niej  spadek  napi

ę

cia  U

w

 

równy  dokładnie  SEM  ogniwa  wzorcowego.  Wtedy  oba  przeciwnie  skierowane 
napi

ę

cia  równowa

ż ą

  si

ę

  i  zanika  pr

ą

d  I

G

  galwanometru  G,  pełni

ą

cego  funkcj

ę

 

czułego detektora stanu kompensacji obu napi

ę ć

. Układ regulacji pr

ą

du I

p

 nie jest 

pokazany na rysunku 5. 
 

G

E

w

=1,01875V

R

w

=10187,5

I

G

=0

U

W

I

p

=100

µ

A

 

 

Rys. 5. Zasada wykorzystania ogniwa wzorcowego do nastawiania pr

ą

du 

pomocniczego kompensatora 

 
 

Zwró

ć

my  jeszcze  uwag

ę

  na  zagadnienie  natury  bardziej  ogólnej. 

Przedstawiony  na  rysunku  5.  układ  jest  przykładem  zastosowania  wzorców  
dwóch  wielko

ś

ci  elektrycznych,  napi

ę

cia  i  rezystancji  do  dokładnego  pomiaru 

trzeciej wielko

ś

ci - nat

ę ż

enia pr

ą

du elektrycznego. 

 

3.2. Wzorce rezystancji

∗∗∗∗

)

 

 

Wzorce  te  wyst

ę

puj

ą

  w  postaci  szczególnie  starannie  wykonanych 

rezystorów  odtwarzaj

ą

cych  jedn

ą

  tylko  warto

ś ć

  rezystancji.  Rezystory  te 

wykonane  s

ą

  technik

ą

  nawijania  na  korpusie  izolacyjnym  drutu  oporowym 

wykonanego  ze  specjalnego  stopu  oporowego  zwanego  manganinem.  Stop  ten 
zawiera 86% Cu, 12% Mn 2% Ni. Jego rezystywno

ś ć

 wynosi 0,43 

mm

2

/m i jest 

24 razy wi

ę

ksza od rezystywno

ś

ci miedzi. Współczynnik temperaturowy 

 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

10

rezystancji  manganinu  ma  warto

ść

  10

-5

/1

0

C,  to  znaczy  jest  400  razy  mniejszy 

ni

ż

 taki sam współczynnik miedzi. Gdy wi

ę

c przy zmianach temperatury nale

ż

uwzgl

ę

dnia

ć

 w dokładnych układach pomiarowych zmiany rezystancji elementów 

miedzianych,  to  na  ich  tle  zmiany  rezystancji  rezystorów  mangani-  nowych 
mo

ż

na zwykle pomin

ą ć

 

Drut  lub  ta

ś

m

ę

  manganinow

ą

  nawija  si

ę

  na  sztywnym  korpusie 

izolacyjnym, 

zapewniaj

ą

cym 

stało

ść

 

wymiarów, 

mo

ż

liwie 

małym 

współczynniku  rozszerzalno

ś

ci  cieplnej,  najcz

ę ś

ciej  ceramicznym.  Nast

ę

pnie 

rezystor  poddaje  si

ę

  wygrzewaniu  przez  kilkadziesi

ą

t  godzin  w  temperaturze 

140

0

  -  400

0

C.  Ma  to  na  celu  uwolnienie    materiału  oporowego  od  napr

ę ż

e

ń

 

mechanicznych  powstałych  przy  nawijaniu.  Ponadto  uzyskuje  si

ę

  w  ten  sposób 

ujednolicenie  struktury  materiału.  Nast

ę

pnie  składuje  si

ę

  rezystory  przez  kilka 

miesi

ę

cy. Dopiero po takim przygotowaniu wyrównuje si

ę

 rezystancj

ę

 na 

ż ą

dana 

warto

ść

.  Je

ż

eli  drut  oporowy  ma  wi

ę

ksz

ą

  długo

ść

,  nawija  si

ę

  go  w  specjalny 

sposób (bifilarnie) dla zminimalizowania indukcyjno

ś

ci własnej rezystora, a tak

ż

pojemno

ś

ci elektrycznej (patrz [1]). 

 

Rezystory  wzorcowe  maj

ą

  rezystancje  z  przedziału  10

-3

  -  10

.  Bł

ę

dy,  

z jakimi okre

ś

lone s

ą

 warto

ś

ci tych rezystancji wynosz

ą

 od 0,002%  do  0,05%. 

 

Wszystkie  rezystory  wzorcowe  wykonuje  si

ę

  jednolicie  jako  elementy 

cztero-  zaciskowe,  mimo 

ż

e  stosowanie czterech zacisków ma istotne znaczenie 

tylko  dla  bardzo  małych  rezystancji,  cz

ę

sto  mniejszych  od  rezystancji 

przewodów  ł

ą

cz

ą

cych  materiał  oporowy  z  zaciskami  wej

ś

ciowymi  rezystora 

wzorcowego. 
 

Istot

ę

  rezystora  czterozaciskowego  (rezystora  Thomsona)  przedstawia 

rysunek 6.  
 

 

V

 

I

A

 

U

CD

 

R

m

 

R

1

 

R

2

 

R

3

 

R

4

 

b

 

a

 

C

 

D

 

B

 

A

 

 

 

A, B - zaciski pr

ą

dowe 

C, D - zaciski napi

ę

ciowe 

Rys. 6. Schemat ideowy rezystora czterozaciskowego 

 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

11

 

Gdyby  rezystor  wzorcowy  miał  tylko  zaciski  A,  B  (rys.  6),  jego 

rezystancja zawierałaby trzy składniki, 

R

w

 = R

1

+ R

m

+ R

2

gdzie: 

R

1

, R

2

 - rezystancje przewodów miedzianych 

R

m

 - rezystancja materiału oporowego (manganinu) 

 

Dla okre

ś

lenia rezystancji znamionowej takiego rezystora konieczny byłby 

kłopotliwy  pomiar  niewielkich  rezystancji  R

1

,  R

2

.  Ponadto  rezystancje  te,  jako 

miedziane,  zmieniałyby  w  odczuwalnym  stopniu  swoje  warto

ś

ci  przy  zmianach 

temperatury.  Wprowadzaj

ą

c  dodatkowe  zaciski  C,  D  (tzw.  zaciski  napi

ę

ciowe), 

mo

ż

na  „wydoby

ć

”  z  rezystora  rezystancj

ę

  wył

ą

cznie  materiału  oporowego  R

m

stabiln

ą

 w czasie i praktycznie niezale

ż

n

ą

 od temperatury. Dokonuje si

ę

 to przez 

pomiar  spadku    napi

ę

cia  U

CD

  przy  u

ż

yciu  woltomierza  o  praktycznie  zerowym 

poborze  pr

ą

du  (np.  woltomierza  cyfrowego,  w  przeszło

ś

ci  -  kompensatora). 

Bezpr

ą

dowy pomiar napi

ę

cia U

CD

 sprawia, 

ż

e potencjał punktu a jest bez zmiany 

przenoszony  do  punktu  C,  za

ś

  potencjał  punktu  b  przenoszony  do punktu D. W 

tym  stanie  rzeczy  nieistotne  s

ą

  warto

ś

ci  rezystancji  R

3

,  R

  ani  ich  zmiany 

temperaturowe, ani te

ż

 zmienne rezystancje styków w punktach C, D, do których 

przył

ą

czany jest woltomierz.  

 

W  układach  pomiarowych,  czterozaciskowy  rezystor  wzorcowy  u

ż

ywany 

jest  przede  wszystkim  jako  przetwornik  pr

ą

du  na  napi

ę

cie.  Funkcja 

przetwarzania ma posta

ć

U

CD

 = R

m

 I

A

 

Wa

ż

n

ą

  zalet

ą

  tego  przetwornika  jest  du

ż

a  dokładno

ść

,  z  jak

ą

  okre

ś

lona  jest  w 

nim  warto

ść

  współczynnika  przetwarzania  R

m

  oraz  jego  stabilno

ść

  w  czasie. 

Warto

ść

  tego  współczynnika  nie  zale

ż

y  od  zmian  rezystancji  R

1

,  R

2

,  zmian 

rezystancji  przej

ś

cia  w  punktach  A,  B,  a  tak

ż

e  C,  D,  od  zmian  temperatury 

materiału  oporowego  wywołanego  przepływem  pr

ą

du  oraz  zmian  temperatury 

otoczenia. 
 

Zapoznaj

ą

c  si

ę

  z  rezystorami  wzorcowymi  w  czasie 

ć

wiczenia,  nale

ż

zwróci

ć

  uwag

ę

  na  dane  zawarte  na  tabliczce  znamionowej,  a  tak

ż

e  nauczy

ć

  si

ę

 

rozpoznawa

ć

  zaciski  pr

ą

dowe  i  napi

ę

ciowe.  Niekiedy  zaciski  pr

ą

dowe 

wyró

ż

niaj

ą

  ich  wi

ę

ksze  wymiary,  zwykle  jednak  zaciski  napi

ę

ciowe  oznaczone 

s

ą

 literami P za

ś

 pr

ą

dowe literami I. 

 

3.3. Rezystory dekadowe 

 

Rezystor  dekadowy  jest  zestawem  pi

ę

ciu  lub  sze

ś

ciu  dekad  (10 

jednakowych  rezystorów  w  ka

ż

dej  dekadzie),  wyposa

ż

onym  w  odpowiedni

ą

 

liczb

ę

 przeł

ą

czników korbkowych, umo

ż

liwiaj

ą

cych ł

ą

czenie szeregowe 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

12

 
potrzebnej liczby rezystorów pochodz

ą

cych z ró

ż

nych dekad. Najwi

ę

ksza dekada 

rezystora  sze

ś

ciodekadowego  zawiera  rezystory  o  warto

ś

ci  10 000 

najmniejsza  za

ś

  rezystory  0,1 

.  St

ą

d  regulacja  rezystancji  takiego  rezystora 

mo

ż

e odbywa

ć

 si

ę

 skokowo z minimalnym skokiem 0,1 

 

Wykazuje  si

ę

ż

e  bł

ą

d,  z  jakim  okre

ś

lona  jest  rezystancja  zast

ę

pcza 

dowolnej  liczby  rezystorów  takiego  zestawu  jest  równy  bł

ę

dowi  pojedynczego 

rezystora. Bł

ą

d ten w laboratoryjnych rezystorach dekadowych wynosi 0,05%. 

 

Wył

ą

czenie  danej  dekady  odbywa  si

ę

  przez  ustawienie  jej  przeł

ą

cznika 

korbkowego w pozycji zerowej. 

 

Nale

ż

y  zwróci

ć

  uwag

ę

ż

e  ka

ż

da  dekada  ma  inny  pr

ą

d  dopuszczalny

tym  mniejszy im wi

ę

ksz

ą

 warto

ś ć

 maj

ą

 jej rezystory. Nale

ż

y bra

ć

 to pod uwag

ę

 

przy projektowaniu układu pomiarowego. Pr

ą

d płyn

ą

cy przez rezystor dekadowy 

mo

ż

e  by

ć

  co  najwy

ż

ej  równy  pr

ą

dowi  dopuszczalnemu  „najsłabszej”  pod 

wzgl

ę

dem pr

ą

dowym dekady, to znaczy dekady najwi

ę

kszej.  

 

Zdarza si

ę

ż

e konieczne jest nastawienie rezystancji o danej warto

ś

ci, np. 

200 

,  po  któr

ą

 

ć

wicz

ą

cy  si

ę

gaj

ą

  odruchowo  do  dekady  10 x  100 

.  Okazuje 

si

ę

  jednak  niekiedy, 

ż

e  ma  ona  zbyt  mały  pr

ą

d  dopuszczalny  i  trzeba  z  niej 

zrezygnowa

ć

. Wyj

ś

ciem z sytuacji mo

ż

e by

ć

 wtedy szeregowe poł

ą

czenie dwóch 

rezystorów  dekadowych  i  wykorzystanie  w  nich  dekad  mniejszych,  np. 
10 x 10 

, o wi

ę

kszym pr

ą

dzie dopuszczalnym. Nale

ż

y wtedy na ka

ż

dym z nich 

nastawi

ć

 10 x 10 

, uzyskuj

ą

c w efekcie przykładow

ą

 warto

ś ć

 200 

 

 
 

R

r

5

4

3

2

1

 

 
 

Rys.7. Schemat ideowy rezystora dekadowego 

typu DR6-16,  ilustruj

ą

cy role pi

ę

ciu zacisków 

 

0

MAX

zacisk
oznaczony
kolorem
czerwonym

U

1

U

2

 

 

Rys.8. Schemat ideowy 

rezystora typu OK

 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

13

 
Rezystory dekadowe maj

ą

 pi

ę ć

 zacisków laboratoryjnych, co ilustruje rysunek 7. 

Rezystor  dekadowy  jest  w  swej  istocie  dwójnikiem,  tote

ż

  nale

ż

y  wł

ą

cza

ć

  do 

obwodu tylko dwa jego zaciski. Mo

ż

liwe jest przy tym u

ż

ycie nast

ę

puj

ą

cych par 

zacisków:  a) zaciski 1,2;  b) zaciski 3,4;  c) zaciski 1,4;  d) zaciski 2,3. Takie 
rozwi

ą

zanie  zastosowano  z  uwagi  na  znaczn

ą

  „rozległo

ś ć

”  przestrzenn

ą

 

rezystora.  W  warunkach  laboratoryjnych,  gdzie  cz

ę ś ć

  elementów  układu 

pomiarowego  mo

ż

e  znale

ź ć

  si

ę

  z  lewej  strony  rezystora,  druga  za

ś

  ze  strony 

prawej,  dogodnie  jest  „wej

ś ć

”  do  jednego  zacisku  poło

ż

onego  np.  na  lewym 

skraju rezystora, „wyj

ś ć

” natomiast z zacisku drugiej pary poło

ż

onej na prawym 

skraju.  Pi

ą

ty  zacisk  rezystora  dekadowego  poł

ą

czony  jest  z  metalow

ą

  obudow

ą

 

rezystora i u

ż

ywany jest zwykle w układach pomiarowych pr

ą

du zmiennego. 

 

W  laboratorium  u

ż

ywane  s

ą

  tak

ż

e  rezystory  jednodekadowe  typu  OK, 

zawieraj

ą

ce  10  rezystorów  o  jednakowych  warto

ś

ciach.  Ich  rezystancje 

okre

ś

lone s

ą

 z bł

ę

dem 0,1%, a wi

ę

c wi

ę

kszym ni

ż

 rezystorów wielodekadowych. 

Schemat ideowy rezystora dekadowego typu OK  przedstawiony jest na rysunku 
8.  Przypomina  on  rezystor  suwakowy,  jednak  regulacja    rezystancji  mo

ż

odbywa

ć

 si

ę

 w nim oczywi

ś

cie tylko skokowo. Warto

ś ć

 rezystancji pokazywana 

przez wska

ź

nik jest rezystancj

ą

 wyst

ę

puj

ą

c

ą

 mi

ę

dzy zaciskiem „0”, a zaciskiem 

czerwonym.  Mo

ż

na  u

ż

ywa

ć

  ten  rezystor  jako  rezystancj

ę

  regulowan

ą

,  a  wtedy 

wykorzystywane  s

ą

  tylko  zacisk  „0”  i  czerwony  albo  jako  dzielnik  napi

ę

cia, 

wtedy  napi

ę

cie  wej

ś

ciowe  U

1

  przył

ą

cza  si

ę

  do  zacisków  „0”  i    „MAX”,    za

ś

  

napi

ę

cie    wyj

ś

ciowe  U

2

  odbiera  si

ę

  spomi

ę

dzy  zacisków  „0”  i  czerwonego,  jak 

pokazuje to rysunek 8. 

 

Na  koniec  nale

ż

y  przypomnie

ć

ż

e  jak  ka

ż

dy  rezystor,  tak  i  ten  cechuje 

dopuszczalny  pr

ą

d  roboczy,  tym  mniejszy  im  wi

ę

ksz

ą

  warto

ś ć

  ma  jego 

rezystancja znamionowa. 

 

3.4. Wzorce indukcyjno

ś

ci własnej i wzajemnej

∗∗∗∗

)

 

 
 

Wzorcami  indukcyjno

ś

ci  s

ą

  cewki  powietrzne  o  szczególnie  starannym 

wykonaniu.  Wzorce  podstawowe  nawini

ę

te  s

ą

  jednowarstwowo  na  korpusach 

marmurowych  o  kształcie  walca.  Korpusy  s

ą

  bardzo  starannie  obrobione. 

Odchylenie  od  zadanych  wymiarów  nie  przekraczaj

ą

  10

-4

 %.  Wzorce 

indukcyjno

ś

ci  s

ą

  tak  zwanymi  wzorcami  liczalnymi,  co  oznacza, 

ż

e  warto

ś

ci 

indukcyjno

ś

ci  s

ą

  obliczane  (a  nie  mierzone)  na  podstawie  wymiarów 

geometrycznych cewki, liczby zwojów, itp. 
 

Wzorce  indukcyjno

ś

ci  nale

ż ą

  do  najdokładniejszych  wzorców  wielko

ś

ci 

elektrycznych.  Cechuje  je  ponadto  bardzo  du

ż

a  stało

ś ć

  w  czasie  mierzona 

dziesi

ą

tkami lat. 

 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

14

 

Wzorce  podstawowe  indukcyjno

ś

ci  wzajemnej  maj

ą

  dwa  uzwojenia  nawini

ę

te 

w jednej warstwie. Oba uzwojenia nawijane s

ą

 jednocze

ś

nie zwój przy zwoju. 

 

Wzorce  u

ż

ytkowe  indukcyjno

ś

ci  własnej  nawini

ę

te  s

ą

  wielowarstwowo  na 

korpusach  z  marmuru  lub  porcelany  przewodem  skr

ę

canym  z  wielu  cienkich  drutów 

miedzianych izolowanych emali

ą

 lub jedwabiem. Tego rodzaju przewód jest korzystny 

ze  wzgl

ę

du  na  zjawisko  naskórkowo

ś

ci.  Gotow

ą

  cewk

ę

  impregnuje  si

ę

  w  pró

ż

ni 

lakierem izolacyjnym. 
 

Wzorce  u

ż

ytkowe  indukcyjno

ś

ci  wzajemnej  nawija  si

ę

  podobnie  jak  wzorce 

indukcyjno

ś

ci własnej, ale dwoma przewodami jednocze

ś

nie. 

 

Wzorce u

ż

ytkowe indukcyjno

ś

ci własnej budowane s

ą

 o warto

ś

ciach od 100

µ

do  10 H,  a  wzorce  indukcyjno

ś

ci  wzajemnej  o  warto

ś

ciach  od  1 mH  do  1 H. 

Odchylenie indukcyjno

ś

ci od warto

ś

ci znamionowej wynosi ok. 0,1% w temperaturze 

20

o

C.  Bł

ą

d  temperaturowy  wzorców  jest  niewielki.  W  dobrze  wykonanych  wzorcach 

zmiana indukcyjno

ś

ci przy wzro

ś

cie temperatury o 10

o

C jest rz

ę

du 0,03% - 0,05%. 

 

Budowane  s

ą

  równie

ż

  nastawne  (regulowane)  wzorce  indukcyjno

ś

ci  zwane 

wariometrami. 
 

Zapoznaj

ą

c si

ę

 z wzorcami indukcyjno

ś

ci w trakcie 

ć

wiczenia, nale

ż

y odczyta

ć

 

wszystkie parametry podane na tabliczkach znamionowych. 
 

3.5. Wzorce pojemno

ś

ci

∗∗∗∗

)

 

 

Wzorcami  pojemno

ś

ci  s

ą

  kondensatory  powietrzne  o  prostych  geometrycznie 

kształtach.  Pojemno

ś

ci  takich  kondensatorów  oblicz  si

ę

  z  du

ż ą

  dokładno

ś

ci

ą

.  S

ą

  to 

wi

ę

c, podobnie jak wzorce indukcyjno

ś

ci, wzorce liczalne. Stało

ść

 w czasie wzorców 

pojemno

ś

ci jest mniejsza ni

ż

 wzorców innych wielko

ś

ci elektrycznych. Przyczyn

ą

 jest 

w tym wypadku odkształcanie si

ę

 cz

ę ś

ci metalowych. 

 

U

ż

ytkowe wzorce pojemno

ś

ci budowane s

ą

 b

ą

d

ź

 jako kondensatory powietrzne, 

b

ą

d

ź

 te

ż

 jako kondensatory mikowe lub polistyrenowe. 

 

Elektrodami  kondensatora  wzorcowego  powietrznego  s

ą

  metalowe  kr

ą ż

ki 

umieszczone  jeden  nad  drugim  i  na  przemian  przył

ą

czane  do  jednego  z  dwóch 

zacisków.  Podkładki  utrzymuj

ą

ce  kr

ą ż

ki  we  wła

ś

ciwym  poło

ż

eniu  wykonane  s

ą

  z 

bursztynu,  kwarcu  lub  polistyrenu,  materiałów  o  du

ż

ej  rezystywno

ś

ci.  Kr

ą ż

ki 

wykonane s

ą

 ze stopu aluminium lub inwaru. 

 

Kondensator  osłania  metalowa  obudowa,  pełni

ą

ca  rol

ę

  ekranu,  chroni

ą

cego 

wzorzec przed obcymi polami elektrycznymi. 
 

Wzorce  powietrzne  nienastawne  buduje  si

ę

  o  pojemno

ś

ci  do  10 000  pF, 

a wzorce nastawne do 1000 pF. Pojemno

ść

 znamionow

ą

 podaje si

ę

 dla cz

ę

stotliwo

ś

ci 

50 Hz lub 100 Hz w temperaturze 20

o

C. 

 
 

ę

dy,  z  jakimi  okre

ś

lane  s

ą

  pojemno

ś

ci  znamionowe  wzorców  wynosz

ą

  od 

0,02% do 0,1%. Zmiana pojemno

ś

ci wzorca powietrznego ze zmian

ą

 temperatury jest 

rz

ę

du 0,001% do 0,002%. Napi

ę

cie pracy wynosi od 250V do 1000V. 

 

 Kondensatory  wzorcowe  o  du

ż

ej  pojemno

ś

ci  buduje  si

ę

  z  dielektrykiem 

mikowym. Dzi

ę

ki du

ż

ej stałej dielektrycznej oraz du

ż

ej wytrzymało

ś

ci na przebicie, 

 

background image

 

Ć

wicz. nr 1 Pomocniczy sprz

ę

t pomiarowy 

 

15

wymiary i ci

ęż

ar wzorców mikowych s

ą

 mniejsze ni

ż

 wzorców powietrznych. Stało

ść

 

pojemno

ś

ci wzorców mikowych w czasie jest bardzo du

ż

a. Pojemno

ść

 kondensatorów 

mikowych  maleje  wraz  ze  wzrostem  cz

ę

stotliwo

ś

ci.  Budowane  s

ą

  tak

ż

e  wzorce 

polistyrenowe,  których  pojemno

ść

  nie  zale

ż

y  od  cz

ę

stotliwo

ś

ci,  s

ą

  one  jednak 

wra

ż

liwe na wilgo

ć

 

Zapoznaj

ą

c  si

ę

  z  wzorcami  pojemno

ś

ci  w  trakcie 

ć

wiczenia,  nale

ż

y  odczyta

ć

 

ich parametry znamionowe i oznaczenia zacisków wej

ś

ciowych oraz przedyskutowa

ć

 z 

prowadz

ą

cym 

ć

wiczenie  sposoby  wł

ą

czania  kondensatorów  wzorcowych  do  układów 

elektrycznych. 

Uwaga:  Partie  materiału  oznaczone 

)

 

zaczerpni

ę

te  zostały  praktycznie  bez 

zmian z [1] 

 

4. Pytania kontrolne 

1. Jak

ą

 rol

ę

 w badaniach laboratoryjnych pełni zasilacz stabilizowany? 

2. W  jakiej  sytuacji  zasilacz  przechodzi  samoczynnie  ze  stabilizacji  napi

ę

cia  na 

stabilizacj

ę

 pr

ą

du? 

3. W jakich przypadkach wykorzystuje si

ę

 stabilizacj

ę

 pr

ą

du? 

4. Kiedy i dlaczego  zasilacz wykazuje cechy idealnego 

ź

ródła napi

ę

cia? 

5. Kiedy i dlaczego zasilacz wykazuje cechy idealnego 

ź

ródła pr

ą

dowego? 

6. Narysuj i obja

ś

nij charakterystyki zewn

ę

trzne zasilacza 

7. W  jakich  przypadkach  wykorzystywany  jest  w  badaniach  laboratoryjnych 

autotransformator? 

8. Jakie zastosowanie znajduje w laboratorium metrologii akumulator? 
9. Opisz  do

ś

wiadczenie  zilustrowane  rysunkiem  5.  Kiedy  w  tym  do

ś

wiadczeniu  nie 

jest pobierany pr

ą

d z ogniwa Westona? 

10.  Co nale

ż

y zmieni

ć

 w układzie z rysunku 5. aby mo

ż

na w nim było zmierzy

ć

 pr

ą

o nat

ęż

eniu 10

µ

A? 

11. Porównaj parametry charakterystyczne miedzi i manganinu 
12. Wyja

ś

nij rol

ę

 czterech zacisków w rezystorze wzorcowym 

13. Opisz budow

ę

 wzorca rezystancji, indukcyjno

ś

ci własnej i wzajemnej oraz wzorca 

pojemno

ś

ci 

14. Co oznacza okre

ś

lenie - wzorzec liczalny? 

15. Co to jest uzwojenie bifilarne i czemu słu

ż

y? 

 

5. Literatura 

 
1. Lebson S. Podstawy miernictwa elektrycznego, WNT, Warszawa 1970 
2. Jellonek  A.  i  inni  Podstawy  metrologii  elektrycznej  i  elektronicznej,  PWN 

Warszawa 1980 

3. Marcyniuk A. inni Podstawy metrologii elektrycznej WNT, Warszawa 1984