Электроника:Постоянный ток/Измерения в электрических цепях постоянного тока/Как самостоятельно сделать ручной калибратор

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Эксперименты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak)

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Как самостоятельно сделать ручной калибратор

Часто в процессе проектирования и изготовления схем электрических счётчиков необходимо иметь точные резисторы, чтобы получить желаемый рабочий диапазон (или даже несколько диапазонов). Чаще всего резисторы с определёнными нужными значениями сопротивления невозможно найти (ввиду того, что в основном выпускаются резисторы со стандартными значениями), и поэтому их приходится изготавливать самостоятельно.

Изготовление резистора своими руками

Одно из решений – сделать собственный резистор из отрезка специального провода с высоким сопротивлением. Обычно небольшая «бобина» используется в качестве внешней формы для получения катушки с проволокой. Катушка наматывается таким образом, чтобы исключить любые электромагнитные эффекты: проволока нужной длины складывается пополам, а проволочная петля наматывается на шпульку таким образом, чтобы ток по проволоке шёл по часовой стрелке на половину её длины, а затем против часовой стрелки на другую половину. Это называется бифилярной обмоткой. Таким образом, любые магнитные поля, создаваемые током, подавляются, и внешние магнитные поля не могут индуцировать какое-либо напряжение в катушке с проводом, обеспечивающим необходимое сопротивление:

Рис. 1. Бифилярная обмотка.

Использование нескольких стандартных резисторов

Как вы уже поняли, это будет трудоёмкий процесс, особенно если необходимо сделать не один, а несколько резисторов! Другое, более простое решение для создания нестандартного сопротивления состоит в том, чтобы несколько резисторов с фиксированным номиналом соединить вместе последовательно-параллельно, в результате чего можно получить желаемое значение сопротивления. Это решение потенциально может потребовать больших затрат времени на создание первого резистора с оптимальным сопротивлением. Но если прототип создан, то уже можно быстро сделать сколько угодно его дубликатов:

Рис. 2. Последовательно-параллельное подключение нескольких стандартных резисторов позволяет получить резистор с нестандартным сопротивлением.

Однако недостатком что этого метода, что предыдущего, является тот факт, что в обоих случаях получаем резистор с фиксированным значением сопротивления. В идеальном мире магниты в измерительных механизмах никогда не ослабевают, температура и время не влияют на сопротивление элементов, проводные соединения постоянно поддерживают нулевое сопротивление, а резисторы с фиксированным значением всегда исправно работают для создания рабочего диапазонов высокоточных инструментов. Однако мы живём в реальном мире и потому лучше иметь возможность в любой момент откалибровать и настроить прибор.

Потенциометры, подключённые как реостаты

Следовательно, имеет смысл использовать потенциометры (обычно подключенные как реостаты) в качестве переменных резисторов с неким рабочим диапазоном. Потенциометр может быть установлен внутри корпуса прибора, чтобы только технический специалист мог изменить его значение, а чтобы не крутился вал (например от вибрации при движении прибора), его можно зафиксировать с помощью резьбового соединения (для этого хорошо подойдет обычный лак для ногтей!).

Однако большинство потенциометров обеспечивают чересчур большой диапазон сопротивления, выходящий за пределы механически коротких диапазонов их движителей, чтобы обеспечить точную настройку. Предположим, нужно сопротивление 8,335 кОм ± 1 Ом и для этого используем потенциометр 10 кОм (в качестве реостата). Точность 1 Ом из диапазона 10 кОм составляет 1 часть из 10 000, или 1/100 процента! Даже с 10-оборотным потенциометром будет очень трудно отрегулировать его на любое значение с такой точностью. Такой подвиг был бы почти невозможен при использовании стандартного потенциометра на ¾ оборота. Итак, как мы можем получить необходимое значение сопротивления и при этом оставить возможность точной настройки?

Решением этой проблемы является использование потенциометра как части схемы последовательных резисторов, что создаст ограниченный диапазон регулировки. Обратите внимание на следующий пример:

Рис. 3. Пример диапазона регулировки, возможной за счёт последовательных сопротивлений.

Здесь потенциометр 1 кОм, подключенный как реостат, сам по себе обеспечивает диапазон 1 кОм (диапазон от 0 Ом до 1 кОм). Подключенный последовательно с резистором 8 кОм, он смещает общее сопротивление на 8000 Ом, обеспечивая регулируемый диапазон от 8 кОм до 9 кОм. Теперь точность ± 1 Ом соответствует 1 части на 1000 или 1/10 процента движения вала потенциометра. Это в десять раз лучше с точки зрения чувствительности настройки, чем то, что у нас было с потенциометром с сопротивлением в 10 кОм.

Если мы хотим обеспечить ещё более точную настройку – например, хотим установить сопротивление на 8,335 кОм (т.е. с точностью до тысячных) – можно уменьшить диапазон потенциометра, подключив параллельно ему резистор с фиксированным значением:

Рис. 4. Для ещё большей точности к резистору-регулятору параллельно подключаем параллельный резистор.

Теперь диапазон калибровки цепи резисторов составляет всего 500 Ом, от 8 кОм до 8,5 кОм. Это делает точность ± 1 Ом равной 1 части на 500 частей или 0,2 процента. Регулировка теперь вдвое менее чувствительна, чем была до добавления параллельного резистора, что значительно упрощает калибровку до целевого значения. К сожалению, регулировка не будет линейной (половина положения вала потенциометра приведет не к общему сопротивлению 8,25 кОм, а к 8,333 кОм). Тем не менее, это явный прогресс с точки зрения чувствительности, и это практическое решение нашей проблемы создания регулируемого резистора для высокоточного прибора!