Πρόλογος ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΙΣΜΟΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ... 15

Transcript

1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Πρόλογος ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΡΙΣΜΟΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗ (ΜΕΑSUREMENT) ΑΚΡΙΒΕΙΑ (PRECISION) ΟΡΘΟΤΗΤΑ (ACCURACY) ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑ (UNCERTAINTY) ΣΦΑΛΜΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ (MEASUREMENT ERROR) ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ (CALIBRATION) ΠΡΟΤΥΠΟ (STANDARD) ΕΥΑΙΣΘΗΣΙΑ (SENSITIVITY) ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΒΑΣΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ & ΟΡΙΣΜΟΙ ΤΟΥΣ Μέτρο (m) ΜΗΚΟΣ Χιλιόγραμμο (kg) MAZA ευτερόλεπτο (s) ΧΡΟΝΟΣ Αμπέρ (Α) ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ

2 8 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Κέλβιν (Κ) ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Καντέλα (Cd) ΕΝΤΑΣΗ ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΠΗΓΗΣ Γραμμομόριο (mol) ΠΟΣΟΤΗΤΑ ΟΥΣΙΑΣ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ Ακτίνιο (rad) ΕΠΙΠΕ ΕΣ ΓΩΝΙΕΣ Στερεό ακτίνιο (sr) ΣΤΕΡΕΕΣ ΓΩΝΙΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑ ΚΑΙ ΥΠΟΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑ ΜΟΝΑΔΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ΤΑΣΕΩΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ WESTON ΙΑΤΑΞΗ JOSEPHSON ΠΡΟΤΥΠΑ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΠΡΟΤΥΠΑ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΠΡΟΤΥΠΟ Q.H.E ΠΡΟΤΥΠΟ THOMAS ΠΡΟΤΥΠΟ REICHSANSTALT ΠΡΟΤΥΠΟ ROSA ΠΡΟΤΥΠΟ ESI SR ΠΡΟΤΥΠΑ ΕΠΑΓΩΓΗΣ ΠΡΟΤΥΠΑ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΑΝΑΛΟΓΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΒΟΛΑ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΣΥΜΒΟΛΑ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΟΡΓΑΝΑ ΚΙΝΗΤΟΥ ΠΗΝΙΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟ ΥΝΑΜΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟ ΥΝΑΜΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕ ΙΑΣΤΑΥΡΩΜΕΝΑ ΠΗΝΙΑ ΟΡΓΑΝΑ ΙΑΣΤΑΥΡΩΜΕΝΩΝ ΠΗΝΙΩΝ (Ή ΟΡΓΑΝΑ ΠΗΛΙΚΟΥ) ΟΡΓΑΝΑ ΚΙΝΗΤΟΥ ΣΙ ΗΡΟΥ ΟΡΓΑΝΑ ΚΙΝΗΤΟΥ ΜΑΓΝΗΤΗ ΕΠΑΓΩΓΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΟΡΓΑΝΑ ΟΝΟΥΜΕΝΩΝ ΓΛΩΣΣΙ ΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ...65

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΟΡΓΑΝΑ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΙΑΣΤΟΛΗΣ ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΧΗΜΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΙΑΤΑΞΕΙΣ ΑΠΟΣΒΕΣΗΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΕΩΝ ΚΛΑΣΕΙΣ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΩΝ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΒΑΘΜΟΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΟΡΓΑΝΩΝ ΒΑΘΜΟΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΛΟΓΩ ΤΡΙΒΩΝ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΛΟΓΩ ΚΛΙΣΗΣ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕ ΙΩΝ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΠΕ ΙΩΝ ΑΠΟΚΛΙΣΗ ΤΟΥ ΕΙΚΤΗ ΑΠΟ ΤΟ ΜΗ ΕΝ ΤΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΠΑΡΑΛΛΑΞΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΙΚΑ ΚΑΙ ΤΥΧΑΙΑ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ ΑΠΟΚΛΙΣΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΜΕΣΗ ΤΙΜΗ ΜΕΣΗ ΑΠΟΚΛΙΣΗ ΤΥΠΙΚΗ ΑΠΟΚΛΙΣΗ ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΩΝ ΤΥΧΑΙΩΝ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΒΑΣΙΚΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΣΗΣ ΤΙΜΗΣ (AVERAGE) ΟΡΓΑΝΑ ΑΛΗΘΟΥΣ ΜΕΣΗΣ ΤΕΤΡΑΓΩΝΙΚΗΣ ΤΙΜΗΣ (Τrue rms) ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ...106

4 10 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ, ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΠΕ ΙΩΝ & ΙΑΤΑΡΑΧΩΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΘΕΡΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΛΟΓΩ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΤΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΕΠΕΚΤΑΣΗ ΤΩΝ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΩΝ ΤΩΝ ΣΥΓΧΡΟΝΩΝ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΟΡΓΑΝΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΑΣΗΣ (DC & AC) ΜΕΤΡΗΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (DC & AC) ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΛΟΙΠΩΝ ΜΕΓΕΘΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΙ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΕΝΤΑΣΕΩΣ ΟΡΙΣΜΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ ΕΝΤΑΣΕΩΣ ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ ΕΝΤΑΣΕΩΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΕΣ ΤΑΣΕΩΣ ΟΡΙΣΜΟΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ ΤΑΣΕΩΣ ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΤΩΝ ΤΑΣΕΩΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΜΕΘΟΔΟΙ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗ Η.Ε.Δ. ΚΑΙ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΠΗΓΗΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΜΕ ΒΟΛΤΟΜΕΤΡΟ ΚΑΙ AΜΠΕΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΜΕ ΓΕΦΥΡΑ WHEATSTONE ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΜΕ ΔΙΠΛΗ ΓΕΦΥΡΑ KΕLVIN ή THOMSON ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΠΑΓΩΓΗΣ & ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΕ ΒΟΛΤΟΜΕΤΡΟ & ΑΜΠΕΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΕ ΓΕΦΥΡΕΣ ΕΝΑΛΛ. ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΕΠΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΓΕΦΥΡΑ MAXWELL ΜΕΤΡΗΣΗ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ & εφδ ΜΕ ΓΕΦΥΡΑ SCHERING ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ, ΕΠΑΓΩΓΗΣ, ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ, εφδ & ΣΥΝΤΕΛ. ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΙΣΧΥΟΣ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΣΕ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ...179

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΕΡΓΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΣΕ ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΙΣΧΥΟΣ ΣΕ ΠΟΛΥΦΑΣΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗ ΙΣΧΥΟΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΜΕ ΒΟΛΤΟΜΕΤΡΟ & ΑΜΠΕΡΟΜΕΤΡΟ ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΘΟ Ο EVERSHED & VIGNOLES ΜΕΤΡΗΣΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΓΕΙΩΣΕΩΝ ΜΕ ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΠΕΔΙΩΝ & ΣΤΟΙΧΕΙΑ HALL ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9: ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΥΓΧΡΟΝΙΣΜΟΥ ΣΤΟ Ε.Ρ Πίνακες μονάδων Άλλοι πίνακες Βιβλιογραφία

6 3 ΠΡΟΤΥΠΑ 3.1 ΠΡΟΤΥΠΑ ΤΑΣΕΩΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ WESTON Το πρότυπο αυτό χρησιμοποιείτο παλαιότερα ως πρότυπο τάσεως και παράγει ΗΕ =1,0183 V στους 20 o C. Είναι δύσκολο στην συντήρησή του και απαιτεί μεγάλη σταθερότητα στην θερμοκρασία. Η μορφή του απεικονίζεται στο σκαρίφημα που ακολουθεί. 25

7 26 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Η εσωτερική του αντίσταση είναι 300 Ω μεταξύ 4 o C και 40 o C. Στιγμιαία μπορεί να παράγει 100 μa, ενώ συνεχώς 10 μα. Η αβεβαιότητά του είναι ± 200 μv και η διάρκεια ζωής του περίπου τρία χρόνια ΔΙΑΤΑΞΗ JOSEPHSON Το φαινόμενο Josephson ανακαλύφθηκε το 1962 και απλουστευμένα έχει ως εξής: ύο λωρίδες ημιαγωγού ενώνονται μέσω μικρής λωρίδας οξειδίου μετάλλου (Junction). Η επαφή αυτή ακτινοβολείται με μικροκύματα (GHz) σταθερής συχνότητας, ενώ ταυτόχρονα πολώνεται με συνεχές ρεύμα. Στην έξοδο της επαφής τότε, παρουσιάζεται μια συνεχής τάση που είναι ανάλογη της συχνότητας των μικροκυμάτων. Η επαφή βρίσκεται μέσα σε δοχείο Dewar σε θερμοκρασία περίπου 4,2 Κ με περιβάλλον μέσο, υγρό λίθιο. Η σχέση που διέπει την διάταξη είναι: Vj = n. f Kj -90 όπου Vj= τάση επαφής f = συχνότητα σε GHz Kj -90 = ,9 GHz/V n = ένας θετικός ή αρνητικός συντελεστής

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΤΥΠΑ 27 Γενικά η διάταξη Josephson είναι ακριβή, τόσο στην κτήση της, όσο και στην συντήρησή της. Επειδή δε, η έξοδος μιας επαφής αυτού του τύπου είναι της τάξης των 10 mv, είναι προφανές ότι απαιτούνται πολλές επαφές σε μια διάταξη. Η αβεβαιότητα των σημερινών διατάξεων Josephson είναι της τάξης των 0,1 ppm έως 0,3 ppm. (ppm = parts per million = 0,0001%) Στο πιο κάτω σχήμα φαίνεται απλοποιημένα η διάταξη αυτή ΠΡΟΤΥΠΑ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Σήμερα χρησιμοποιούνται δύο είδη προτύπων στερεάς κατάστασης (DC Voltage Standards). Ο ένας τύπος χρησιμοποιεί έναν ενισχυτή αναφοράς (Reference Amplifier) με ενσωματωμένη μια δίοδο Zener. O άλλος τύπος χρησιμοποιεί μια ή περισσότερες διόδους Zener θερμοκρασιακά ισοσταθμισμένες.

9 28 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Στο πρότυπο με τον ενισχυτή αναφοράς, η Vref είναι το άθροισμα της Vz και της V B-E του τρανζίστορ. Ο τύπος αυτός παρουσιάζει δύο βασικά πλεονεκτήματα, έναντι του τύπου με διόδους Zener, θερμοκρασιακά ισοσταθμισμένες. Πρώτον, το ρεύμα στην Zener, Ι 2, μπορεί να ρυθμιστεί ανεξάρτητα του ρεύματος βάσης του τρανζίστορ. Ετσι το ρεύμα συλλέκτη Ic μπορεί να ρυθμιστεί και αυτό ανεξάρτητα και να δώσει έναν θερμοκρασιακό συντελεστή πολύ στενής περιοχής. εύτερον, το ενσωματωμένο τρανζίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ενισχυτής πρώτου σταδίου, υψηλού κέρδους, που σε συνδυασμό με έναν ενισχυτή αρνητικής ανάδρασης υψηλού κέρδους, μπορεί να παράγει στην έξοδο σταθεροποιημένη τάση με υψηλότερη τιμή. Συνήθεις τιμές Vref, σ αυτού του τύπου πρότυπα είναι 10V και 1,018V με τυπική αβεβαιότητα 2 ppm/έτος. Στο πρότυπο με θερμοκρασιακά ισοσταθμισμένες διόδους, ο θερμοκρασιακός συντελεστής της ορθά πολωμένης διόδου είναι ίσος και αντίθετος με αυτόν της Zener. Συνήθως, οι χρησιμοποιούμενες δίοδοι έχουν θερμοκρασιακό συντελεστή -2 mv/ o C, ενώ οι Zener 2 mv/ o C. Επίσης, η σταθερότητα της θερμοκρασίας τους εξασφαλίζεται από θερμοκρασιακά ελεγχόμενο κέλυφος. Οι συνήθεις τιμές Vref, σ αυτού του είδους τα πρότυπα, είναι 6,2 V και 6,3 V.

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ Με βάση τον νόμο του Ωμ, που διατυπώθηκε το 1827, μια Βρεττανική Επιτροπή καθόρισε την τιμή του ενός Ωμ, από ένα συγκεκριμένο κομμάτι χάλκινου αγωγού. Αργότερα, το 1884 στο Παρίσι, το ιεθνές Κογκρέσο Ηλεκτρολόγων, καθόρισε το ένα Ωμ ως την αντίσταση στήλης υδραργύρου με διατομή 1 mm², ύψος 106 cm, σε θερμοκρασία 0 o C. Και αυτός ο ορισμός όμως άλλαξε, για να γίνει "Η αντίσταση στήλης υδραργύρου ύψους 106,3 cm, σταθερής διατομής, μάζας 14,4521 gr, σε θερμοκρασία 0 o C". Το 1884 επίσης, ο Ed. Weston ανακάλυψε δύο πολύ σημαντικά κράματα. Το Κονσταντάν και την Μαγγανίνη. Και τα δύο παρουσιάζουν μεγάλη αντίσταση και χαμηλό θερμοκρασιακό συντελεστή. Το Κονσταντάν (55% Cu 45% Ni) παρουσιάζει μεγάλη θερμοηλεκτρική τάση, όταν συνδέεται με χαλκό και έτσι γίνεται προβληματικό στην χρήση του στις ηλεκτρικές μετρήσεις, εκτός της περίπτωσης που χρησιμοποιείται ως θερμοζεύγος με κάποιο άλλο μέταλλο. Αντίθετα, η Μαγγανίνη (84% Cu 12% Mg 4% Ni) παρουσιάζει πολύ χαμηλή θερμοηλεκτρική τάση, περίπου 2 μv/ o C, όταν συνδέεται με χαλκό και έτσι βρήκε μεγάλη εφαρμογή στις ηλεκτρικές μετρήσεις. Ένα μεταγενέστερο και καλύτερο της Μαγγανίνης κράμα είναι το Evanohm ΠΡΟΤΥΠΟ Q.H.E Το πρότυπο αυτό είναι το πιό σύγχρονο και ακριβές πρότυπο αντίστασης. Στηρίζεται στο φαινόμενο Quantum Hall Effect, που ανακαλύφθηκε το 1980 από τον Klaus Von Klitzing και απλουστευμένα έχει ως εξής:

11 30 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Ένα τρανζίστορ τύπου MOSFET planar λειτουργεί σε περιβάλλον κρυογενικό (2 Κ περίπου), ενώ κάθετα σ αυτό επενεργεί ένα μαγνητικό πεδίο αρκετών Τ (Tesla). Ταυτόχρονα, το διαρρέει ένα συνεχές ρεύμα κατά τον διαμήκη του άξονα, προκαλώντας την ανάπτυξη τάσης Hall κατά τον εγκάρσιο άξονα αυτού. Οι σχέσεις που διέπουν την διάταξη είναι: Vh= R k-90. I/i όπου Vh = τάση Hall R k-90 = τιμή προσδιοριζόμενη από την σταθερά Von Klitzing Rh = Vh/I = R k-90 /i I = το ρεύμα που διαρρέει το τρανζίστορ i = ένας ακέραιος αριθμός Rh = αντίσταση Q.H.E Η αβεβαιότητα του προτύπου αυτού είναι της τάξης των 0,2 ppm ΠΡΟΤΥΠΟ THOMAS Το πρότυπο Thomas έχει τιμή ενός Ωμ (1 Ω) και αποτελείται από μεταλλικές αντιστάσεις, τοποθετημένες μέσα σε ένα ερμητικά κλειστό δοχείο με διπλά τοιχώματα. Το δοχείο αυτό δε, βρίσκεται μέσα σε λουτρό με ελεγχόμενη θερμοκρασία. Η αβεβαιότητα αυτού του προτύπου είναι της τάξης των 0,05 ppm ΠΡΟΤΥΠΟ REICHSANSTALT Το πρότυπο Reichsanstalt αποτελείται από αντιστάσεις σύρματος περιελιγμένες σε μεταλλικό σωλήνα. Το σύνολο αυτό βρίσκεται μέσα σε διάτρητο δοχείο, που και αυτό βρίσκεται μέσα σε θερμοκρασιακά ελεγχόμενο λουτρό ελαίου. Η τυπική τιμή του κυμαίνεται μεταξύ 0,001 Ω και 0,1 Ω, ενώ επιτρέπει την διέλευση ισχυρών ρευμάτων.

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΡΟΤΥΠΟ ROSA Στην ίδια περίπου φιλοσοφία κατασκευής στηρίζεται και αυτό το πρότυπο, με την διαφορά, ότι η τυπική τιμή του είναι της τάξης των 10 Ω ΠΡΟΤΥΠΟ ESI SR 104 To πρότυπο ESI SR 104 αποτελείται από επιλεγμένες αντιστάσεις Evanohm που έχουν υποστεί γήρανση. Οι αντιστάσεις αυτές βρίσκονται μέσα σε στεγανό δοχείο, πλήρες σιλικονούχου ελαίου. Το δοχείο αυτό βρίσκεται μέσα σε ένα εξωτερικό δοχείο θερμικά μονωμένο, μέσω δε ενός ενσωματωμένου αισθητήρα, είναι δυνατή η συνεχής μέτρηση της θερμοκρασίας των αντιστάσεων, προκειμένου να γίνεται υπολογιστικά η διόρθωση της τιμής τους, με την βοήθεια καταλλήλων πινάκων. Η τυπική τιμή του προτύπου αυτού είναι 10 kω και η αβεβαιότητά του της τάξης του 1 ppm.

13 32 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Στο σημείο αυτό θα πρέπει να αναφερθούν και τα εξής: Ειδικά για τις αντιστάσεις σύρματος, η ίκλωνη περιέλιξη εφαρμόζεται για τιμές 0,1Ω εως 100 Ω, ενώ η περιέλιξη Chaperon για τιμές 10 3 Ω εως 10 5 Ω. Στα παρακάτω σχήματα φαίνονται οι δύο τύποι αυτών των περιελίξεων. Και οι δύο τύποι περιέλιξης στερούνται επαγωγής, ενώ η δεύτερη στερείται και παράσιτης χωρητικότητας. Ειδικά στις αντιστάσεις μικρής τιμής ( 1 Ω), εκτός από τους δύο κανονικούς ακροδέκτες, υπάρχουν και δύο επιπλέον. Σκοπός της ύπαρξης των δύο επιπλέον ακροδεκτών είναι να ελαχιστοποιήσουν το σφάλμα που προέρχεται από την πτώση τάσεως, που προκαλείται από την αντίσταση διαβάσεως στους κανονικούς ακροδέκτες. Στην πράξη, και για ακρίβεια της τάξης του ± 0,1%, χρησιμοποιούνται τα στροφαλοφόρα κιβώτια αντιστάσεων. Οι αντιστάσεις αυτών δεν είναι μικρότερες του 0,1 Ω (λόγω αντιστάσεων επαφής), ενώ χρησιμοποιούνται και στο ΕΡ για συχνότητες μέχρι και 10 kηz, χωρίς σημαντική μείωση της ακρίβειάς τους.

14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΤΥΠΑ ΠΡΟΤΥΠΑ ΕΠΑΓΩΓΗΣ Το Ανρύ [H], παράγωγος μονάδα, καθορίζεται ως 1 H = 1 Wb 1 A = 1 V. 1 s 1 A Αυτό σημαίνει, ότι μια επαγωγή με τιμή 1 H αντιδρά στην διέλευση ρεύματος σταθερά μεταβαλλόμενου, με ρυθμό 1 Α/1 s, παράγοντας σταθερά μια τάση ίση προς 1 V. Αν και αρχικά φαίνεται εύκολος ο υπολογισμός και η κατασκευή μιας «καθαρής» επαγωγής, στην πράξη αυτό αποδεικνύεται αδύνατον. Οι κυριότεροι παράγοντες που επιδρούν στην κατασκευή μιας «καθαρής» επαγωγής είναι, αφ' ενός μεν η ωμική αντίσταση του αγωγού από τον οποίο κατασκευάζεται, αφ ετέρου δε, οι παράσιτες χωρητικότητες μεταξύ των σπειρών, αλλά και των άκρων της. Επιπλέον, οι εξωτερικές ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις επιβάλλουν την σωστή θωράκισή της. Τα υπάρχοντα σήμερα πρότυπα επαγωγής, στην καλύτερη των περιπτώσεων έχουν αβεβαιότητα 200 ppm. Η επαγωγή ενός απλού πηνίου υπολογίζεται από την σχέση: L = π 2. n 2 D 2 S όπου: L = η επαγωγή του πηνίου σε Η n = ο αριθμός σπειρών D = η διάμετρος του πηνίου σε m S = το μήκος του πηνίου σε m (Σημ. Η σχέση ισχύει όταν S >> D).

15 34 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 3.4 ΠΡΟΤΥΠΑ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Το Φαράντ [F], παράγωγος μονάδα, καθορίζεται ως 1 F = 1 C 1 V = 1 A. 1 s 1 V Αυτό σημαίνει, ότι ένας πυκνωτής χωρητικότητας 1 F, αντιδρά σ ένα σταθερό ρεύμα 1 A, αυξάνοντας συνεχώς την τάση στα άκρα του με έναν σταθερό ρυθμό 1 V/1 s. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή με επίπεδες πλάκες υπολογίζεται από την σχέση: C = ε 0. ε r. A d [F] όπου: ε 0 = η διηλεκτρική σταθερά του κενού ε r = η διηλεκτρική σταθερά του μονωτικού μεταξύ των πλακών A = η επιφάνεια των πλακών d = η απόσταση μεταξύ των πλακών ή C = 8, εr. A d [pf] όπου: Α (mm²) και d (mm) Αν και η κατασκευή ενός πυκνωτή είναι σχετικά απλή, η χωρητικότητα του επηρεάζεται από δύο παράγοντες. Ο ένας είναι οι παράσιτες χωρητικότητες, επαγωγές και αντιστάσεις και ο άλλος, η παραμόρφωση του ηλεκτρικού πεδίου στα άκρα των επίπεδων πλακών του. Ο πρώτος παράγοντας μειώνεται εγκλωβίζοντας τον πυκνωτή σε μεταλλικό κέλυφος γειωμένο (κλωβός Faraday) και ακολουθώντας ειδική τεχνική για τους αγωγούς συνδέσεως πλακών-ακροδεκτών.

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΠΡΟΤΥΠΑ 35 Για τον δεύτερο παράγοντα ακολουθούνται αρκετές τεχνικές περιορισμού του. Η πρώτη και παλαιότερη είναι η κύρτωση των άκρων των επίπεδων πλακών. Μια άλλη σημαντική είναι η χρήση δακτυλίου προστασίας (Guard ring). Τα υπάρχοντα σήμερα πρότυπα χωρητικότητας έχουν αβεβαιότητα της τάξης των 0,5 ppm, για μια ονομαστική τιμή 1000 pf στο 1 khz.