Добавочные резисторы. Назначение и расчет.

откуда

R_д = R_и(п – 1)

Добавочные резисторы изготовляются обычно из изолированной манганиновой проволоки, намотанной на пластины или каркасы из изоляционного материала.

Они применяются в цепях постоянного и переменного тока. Добавочные резисторы, предназначенные для работы на переменном токе, имеют бифилярную обмотку для уменьшения собственной индуктивности.

Милливольтметр М24-155 имеет предел измерения 100 мВ и ток полного отклонения I_по = 6 мА, что соответствует R_вт=16, 7 Ом. Если необходимо расширить предел измерения этого прибора до 1000 мВ (m=10), то последовательно к прибору необходимо присоединить резистор с сопротивлением: R_Д = R_BT (m— 1) = 16, 7 х (10— 1) = 150, 3 0м.

В результате присоединения резистора Rд цена деления шкалы прибора увеличится с 1 до 10 мВ/дел (прибор имеет 100 делений), что следует учитывать при отсчете показаний по прибору, а входное сопротивление прибора увеличится до значения:

R_BX = R_BT + Rд. = 16, 7 + 150, 3 = 167 Ом.

Несмотря на значительное увеличение, входное сопротивление остается низким и такой вольтметр непригоден для измерения режимов в радиоэлектронной аппаратуре, где обычно применяют вольтметры, выполненные на базе высокочувствительных микроамперметров с током полного отклонения 50—100 мкА. Для подобных приборов в паспорте часто указывается ток полного отклонения и внутреннее сопротивление. По этим данным можно определить падение напряжения на приборе U_n = I_по R_BT, соответствующее полному отклонению указателя. Для высокочувствительных микроамперметров это значение составляет десятки и сотни милливольт.

Для такого вольтметра сопротивление добавочного резистора Rд = U_n /I_по - Rbt, где U_п — предельное напряжение, измеряемое прибором при данном значении Rд. Так, например, если на базе микроамперметра М94 (I_по = 100 мкА, R_вт = 850 Ом, U_n = 85 мВ) выполнить вольтметр с пределами измерения 1, 10 и 20 В, то сопротивления добавочных резисторов для этих пределов соответственно равны:

для 1В

R_д1 = U_n/ I_по - R_BT= 1/100x10^-6 – 850 = 9150 Ом;

для 10В

R_д2 = 10/100x10^-6 - 850 = 99 150 Ом;

для 20В

R_д3 = 20/100x10^-6 - 850 = 199 150 Ом.

При этом входное сопротивление вольтметра:

для 1В

R_ВХ1 = Rвт + Rд₁ - 850 + 9150=10 кОм;

для 10В

R_ВХ2 = Rвт + Rд₂ - 850 + 99150=100 кОм;

для 20 В

R_ВХ3 = Rвт + Rд₃ - 850 + 99150=200 кОм.

Результаты расчета показывают, что на разных пределах измерения цепь вольтметра имеет разные входные сопротивления. Для удобства сравнения многопредельных вольтметров и оценки их влияния на режим измеряемой цепи пользуются значением не входного, а так называемого относительного входного сопротивления R_вхо, которое численно равно сопротивлению, приходящемуся на 1 В предельного значения. Это сопротивление можно определить как R_BX0 = 1/I_по. В рассмотренном примере R_BX0⁼ 10кОм.

Многопредельный вольтметр можно выполнить в двух основных вариантах: (а) с отдельными добавочными резисторами для каждого предела; и (б), что в состав добавочного резистора каждого предела входят добавочные резисторы более низковольтных пределов; сопротивление каждого резистора находится как разность сопротивлений добавочных резисторов двух смежных пределов.

(а) (б)

Схема многопредельных вольтметров постоянного тока.

Рассчитаем вольтметр по схеме рис. (б) на три предела измерений: 1, 5 и 10В. В качестве измерителя используется микроамперметр, у которого I_по = 100 мкА; R_вт = 1000 Ом.

Для 1 В

R_д1 = U_n1/ I_по - R_BT= 1/100x10^-6 – 1000 = 9000 Ом;

для 5 В

R_д1 + R_д2 = U_n2/ I_по - R_BT= 5/100x10^-6 – 1000 = 49 кОм;

R_д2 = R_д1 + R_д2 - R_д1 = 49 – 9 = 40 кОм;

для 10 В

R_д1 + R_д2 + R_д3 = U_n3/ I_по - R_BT= 10/100x10^-6 – 1000 = 99 кОм;

R_д3 = 99—49-= 50 кОм.

Температурный коэффициент всего вольтметра при наличии добавочного резистора

где β — температурный коэффициент всего вольтметра; β мд — температурный коэффициент меди, используемой для намотки рамки прибора; β мд = 0, 004 град^-1; β _МН — температурный коэффициент манганина, используемого для изготовления добавочного резистора. Взяв, например, R_дв 19 раз больше сопротивления обмотки рамки, получим температурный коэффициент вольтметра в 20 раз меньше; следовательно, во столько же раз будет меньше и температурная погрешность вольтметра.

Калиброванные добавочные резисторы делят на классы точности 0, 02; 0, 05; 0, 1; 0, 2; 0, 5 и 1, 0 и изготовляют их на номинальные токи 0, 5; 1; 3; 5; 7, 5; 15 и 30 мА Калиброванный резистор может применяться с любым прибором, номинальный ток которого равен номинальному току добавочного резистора. Индивидуальный резистор применяют только с тем прибором, который градуировался с ним.

Для измерения постоянного напряжения до 6 кВ чаще всего применяют магнитоэлектрические вольтметры с добавочными резисторами.

При больших напряжениях использование добавочных резисторов сопряжено с большими трудностями, вызванными их громоздкостью и значительной потребляемой ими мощностью. В этих случаях применяют электростатические вольтметры, позволяющие измерять напряжение до 300 кВ (вольтметр типа С101).