Erstellen benutzerdefinierter Kalibrierwiderstände

Beim Entwurf und Bau von Stromzählerschaltungen sind häufig genaue Widerstände erforderlich, um den/die gewünschten Messbereich(e) zu erreichen. In den meisten Fällen sind die erforderlichen Widerstandswerte in keinem hergestellten Widerstandsgerät zu finden und müssen daher von Ihnen selbst gebaut werden.

Machen Sie Ihren eigenen Widerstand

Eine Lösung für dieses Dilemma besteht darin, einen eigenen Widerstand aus einem speziellen hochohmigen Draht zu fertigen. Als Form für die resultierende Drahtspule wird in der Regel ein kleiner „Spulenkörper“ verwendet und die Spule so gewickelt, dass keine elektromagnetischen Effekte auftreten:Die gewünschte Drahtlänge wird in zwei Hälften gefaltet und der Draht um den Draht geschlungen Spule so, dass der Strom durch den Draht die Hälfte der Drahtlänge im Uhrzeigersinn um die Spule wickelt, dann die andere Hälfte gegen den Uhrzeigersinn. Dies wird als bifilare Wicklung bezeichnet . Durch den Strom erzeugte Magnetfelder werden somit aufgehoben und externe Magnetfelder können keine Spannung in der Widerstandsdrahtspule induzieren:

Mehrere Festwiderstände verbinden

Wie Sie sich vorstellen können, kann dies ein arbeitsintensiver Prozess sein, insbesondere wenn mehr als ein Widerstand gebaut werden muss! Eine andere, einfachere Lösung für das Dilemma eines benutzerdefinierten Widerstands besteht darin, mehrere Festwertwiderstände seriell-parallel miteinander zu verbinden, um den gewünschten Widerstandswert zu erhalten. Diese Lösung, obwohl potenziell zeitintensiv bei der Auswahl der besten Widerstandswerte für die Herstellung des ersten Widerstands, kann viel schneller dupliziert werden, um mehrere benutzerdefinierte Widerstände mit demselben Wert zu erstellen:

Ein Nachteil beider Techniken ist jedoch die Tatsache, dass beide zu einem fixen Widerstandswert. In einer perfekten Welt, in der Zählerbewegungen niemals die magnetische Kraft ihrer Permanentmagnete verlieren, in der Temperatur und Zeit keinen Einfluss auf die Widerstandswerte der Komponenten haben und in der Drahtverbindungen für immer null Widerstand halten, eignen sich Festwertwiderstände recht gut, um die Reichweiten von Präzisionsinstrumenten festzulegen . In der realen Welt ist es jedoch von Vorteil, die Fähigkeit zur Kalibrierung zu haben , oder passen Sie das Instrument in Zukunft an.

Potentiometer als Rheostate angeschlossen

Es ist daher sinnvoll, Potentiometer (meist als Rheostate geschaltet) als variable Widerstände für Bereichswiderstände zu verwenden. Das Potentiometer kann im Instrumentengehäuse montiert werden, damit nur ein Servicetechniker seinen Wert ändern kann, und die Welle kann mit Gewindesicherungsmasse (normaler Nagellack eignet sich dafür gut!) bewegen, wenn es Vibrationen ausgesetzt ist.

Die meisten Potentiometer bieten jedoch über ihren mechanisch kurzen Bewegungsbereich eine zu große Widerstandsspanne, um eine präzise Einstellung zu ermöglichen. Angenommen, Sie möchten einen Widerstand von 8,335 kΩ +/- 1 und möchten ihn mit einem 10 kΩ-Potentiometer (Rheostat) erreichen. Eine Genauigkeit von 1 Ω aus einer Spanne von 10 kΩ ist 1 Teil von 10.000 oder 1/100 Prozent! Selbst mit einem 10-Gang-Potentiometer wird es sehr schwierig sein, es so fein auf einen Wert einzustellen. Ein solches Kunststück wäre mit einem Standard-Potentiometer mit 3/4 Umdrehungen fast unmöglich. Wie können wir also den Widerstandswert erhalten, den wir brauchen und trotzdem noch Anpassungsspielraum haben?

Die Lösung für dieses Problem besteht darin, ein Potentiometer als Teil eines größeren Widerstandsnetzwerks zu verwenden, das einen begrenzten Einstellbereich erzeugt. Beachten Sie das folgende Beispiel:

Hier liefert das als Rheostat geschaltete 1 kΩ-Potentiometer allein eine Spanne von 1 kΩ (ein Bereich von 0 Ω bis 1 kΩ). In Reihe mit einem 8-kΩ-Widerstand geschaltet, kompensiert dieser den Gesamtwiderstand um 8.000 , was einen einstellbaren Bereich von 8 kΩ bis 9 kΩ ergibt. Jetzt entspricht eine Genauigkeit von +/- 1 1 Teil in 1000 oder 1/10 Prozent der Potentiometerwellenbewegung. Dies ist in Bezug auf die Einstellempfindlichkeit zehnmal besser als das, was wir mit einem 10-kΩ-Potentiometer hatten.

Wenn wir unsere Einstellmöglichkeiten noch präziser gestalten wollen – um den Widerstand noch genauer auf 8,335 kΩ einzustellen – können wir die Spanne des Potentiometers durch Parallelschalten eines Festwertwiderstands verkleinern:

Jetzt beträgt die Kalibrierspanne des Widerstandsnetzwerks nur noch 500 Ω, von 8 kΩ bis 8,5 kΩ. Dies macht eine Genauigkeit von +/- 1 gleich 1 Teil in 500 oder 0,2 Prozent. Die Anpassung ist jetzt halb so empfindlich wie vor dem Hinzufügen des Parallelwiderstands, was die Kalibrierung auf den Sollwert erheblich erleichtert. Die Einstellung wird leider nicht linear sein (die halbe Position der Potentiometer-Welle wird nicht ergeben 8,25 kΩ Gesamtwiderstand, sondern 8,333 kΩ). Dennoch ist es eine Verbesserung in Bezug auf die Empfindlichkeit und eine praktische Lösung für unser Problem, einen einstellbaren Widerstand für ein Präzisionsinstrument zu bauen!

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Potentiometer-Arbeitsblatt