Danas je nabavljen instrument za mjerenje kapaciteta kondenzatora Normameter C (model 185C) proizvod austrijske tvrtke NORMA iz 1930-tih godina.
Tvrtka Norma osnovana je 1922. godine (NORMA Instrumenten-Gesellschaft) kao prva austrijska tvrtka za proizvodnju električnih mjernih instrumenata. Naziv Normameter odnosi se na seriju prijenosnih električnih mjernih instrumenata koje je tvrtka Norma razvila u razdoblju od 1934. do 1938. godine i nastavila proizvoditi do polovice 1940-tih godina. Ova serija instrumenata uključivala je devet modela svaki namijenjen za mjerenje jedne ili više električnih veličina. Tako je naš Normameter C razvijen kao prijenosni baterijski instrument za mjerenje malih vrijednosti kapaciteta.
Godine 1939. započinju prestrukturiranja tvrtke sukladno novim političkim promjenama koje nose nove zakone o vlasničkim odnosima pa tako tvrtka “NORMA Instrumenten-Gesellschaft” po svojim osnivačima mijenja naziv u “NORMA Fabrik elektrischer Messgeräte R. Kühnel & J. Schalkhammer” te potpada pod vlasništvo njemačke tvrtke “Voigt & Haeffner AG”, gdje se dalje razvija vođena potrebama njemačkog Trećeg rajha i Wehrmachta, odnosno proizvodnja tvrtke usmjerena je na potrebe njemačkog ratnog zrakoplovstva. Među najvećim kontingentima prisilne radne snage koja je deportirana u tvornice tvrtke NORMA na proizvodnju oružja i instrumenata za zrakoplove bili su i oni iz Hrvatske. Krajem rata pogoni tvrtke NORMA značajno su uništeni u savezničkim bombardiranjima te devastirani nakon prodora ruske vojske.
Sukladno skromnim mogućnostima u teškom poslijeratnom razdoblju tvrtka NORMA svim mogućim sredstvima obnavlja pogone te ubrzo ponovno pokreće osnovnu proizvodnju koja se u 1950-tim godinama već razvila u širok proizvodni program naprednih preciznih električnih mjernih instrumenata i uređaja baziranih na modernim materijalima i poluvodičkim komponentama. Proizvodni pogoni postali su moderno organizirani, tvrtka je ulagala u razvoj, istraživanja te posebice u edukaciju i školovanje kadrova. Proizvodi tvrtke NORMA bili su namijeni raznim granama industrije, a veliki dio proizvodnje bio je orijentiran i na izvoz. U 1960-tim godinama tvrtka NORMA već je široko poznato ime u području proizvodnje kvalitetnih, modernih i preciznih električnih instrumenata i uređaja sa mnogobrojnim priznanjima i nagradama na državnoj razini. Razvija novu seriju mjernih instrumenata koja sada nosi naziv Normatest. Osim četiri otvorene trgovine u zemlji ima razvijenu trgovačku mrežu po cijelom svijetu. Udio izvoza u 1960-tim i 1970-tim godinama iznosi 65%.
1965. godine tvrtka NORMA prelazi u većinsko vlasništvo tvrtke GOSSEN, mijenja naziv u “NORMA Messtechnik GmbH ” te dolazi do nove reorganizacije i prestrukturiranja pogona tvrtke. Tvrtka u 1970-tim godinama nastavlja slijediti moderne trendove u izradi mjernih uređaja, širi se na nove proizvodne grane u digitalnoj tehnologiji te razvija nove serije proizvoda koji i dalje zadržavaju odlike kvalitete i preciznosti.
1984. godine traži se rješenje za skupu obnovu starih zgrada u kojima su se nalazili pogoni tvrtke, dolazi do preseljenja pogona i novih reorganizacija, te se naziv tvrtke mijenja u “NORMA Messtechnik, Optik, Elektronik GmbH “. Krajem 1980-tih godina tvrtka se mora prilagoditi novim tržišnim trendovima i prodorima velikih korporacija pa se i sama spaja sa drugim tvrtkama te 1989. mijenja naziv u “NORMA GOERZ Instruments GmbH“, a zatim se utapa dalje u veliku korporacijsku grupu LEM pa 1995. godine postaje “LEM Norma Instruments GmbH“, a od 2005. godine Fluke (LEM NORMA GmbH).
Skala Normametra C ima podjele u opsegu 0 – 1100 sa razmakom 5 između dva susjedna polja skale pa bi teoretski puni mjerni opsezi imali slijedeće domete:
- x1 – 1 pF do 1,1 nF
- x10 – 10 pF do 11 nF
- x102 – 100 pF do 110 nF
- x103 – 1 nF do 1,1 µF
- x104 – 10 nF do 11 µF
Mjerenje kapaciteta kondenzatora vrši se izmjeničnim naponom pa je Normameter C opremljen malim elektromehaničkim vibracijskim pretvaračem koji istosmjerni napon baterija od ukupno 4,5 V pretvara u viši izmjenični napon otprilike pravokutnog oblika. Ovaj vibracijski pretvarač dolazi kao dodatni uređaj i na Normameter se priključuje preko tri bočne priključnice označene sa “Summer”. Konstrukcija vibratora je vrlo jednostavna i sastoji se od jednog elektromagneta sa kotvom i transformatora. Elektromagnet je spojen kao vibrator (zujalica) i ima zadaću neprekidno ukapčati i prekidati istosmjerni napon iz baterije kojim se napaja transformator. Transformator pak ima zadaću podići takav napon na višu vrijednost i u našem je slučaju u cilju bolje učinkovitosti spojen kao autotransformator. Brzina vibriranja elektromagneta podešava se vijkom izvedenim na kućištu, a kojim se zapravo mehanički podešava razmak između jezgre i kotve elektromagneta. Što je taj razmak manji vibriranje će biti brže i obrnuto. Testiranjem smo utvrdili da je pri ulaznom istosmjernom naponu od 4,5 V na izlazu iz vibratora moguće podesiti napone u rasponu 30 – 90 V i frekvencije 400 – 2000 Hz.
Naš primjerak instrumenta Normameter C (kao i vibratorski pretvarač) došao je u odlično očuvanom stanju i u originalnoj ambalaži. Vijci koje je potrebno ukloniti za otvaranje kućišta Normametra tvornički su zapečaćeni i u ovoj fazi bi bilo šteta forsirati rastavljanje savršeno očuvanog mjernog instrumenta starog 80 godina.
Iako nismo uspjeli pronaći nikakvu tehničku dokumentaciju za Normameter C, mjerni krug se sasvim sigurno bazira na nekoj od inačica kapacitivnog mjernog mosta, najvjerojatnije na Wienovom kapacitivnom mostu. S obzirom da se most napaja izmjeničnim naponom frekvencije u audio opsegu (vibrator je najvjerojatnije potrebno ugoditi na frekvenciju 1 kHz) kao detektor ravnoteže mosta koriste se slušalice (u pravilu visokoomske impedancije najmanje 1 kΩ ili niskoomske preko transformatora impedancije). Kada u slušalicama prilikom okretanja potenciometra više ne čujemo zvuk, most je u ravnoteži.
Uočava se kako je na prednjoj ploči Normametra ugrađen potenciometar sa oznakom faktora gubitaka kondenzatora ili tangesa kuta gubitaka – tgδ. Kod mjerenja pomoću Wienovog kapacitivnog mosta nepoznati kondenzator u jednoj grani zapravo se uspoređuje sa nekim poznatim kondenzatorom u drugoj grani. Da bi most bio u ravnoteži njihov odnos mora biti jednak odnosu otpora u suprotnim granama. Tu vrijedi jednostavna jednadžba:
Cx : C2 = R4 : R3
Međutim, ovdje treba uočiti da se most napaja izmjeničnom strujom i da se stvarni kondenzatori ne sastoje samo od čistog kapacitivnog otpora, tako da onda zapravo govorimo o ravnoteži odnosa impedancija u obje grane mosta. Impedancija otpornih grana sva otpada na omski otpor, no kod impedancije kapacitivnih grana moramo uračunati kapacitivne i omske komponente otpora, dakle moramo uračunati i omske gubitke kondenzatora:
Zx : Z2 = R4 : R3
Problem je što kondenzatori u praksi najčešće nisu istog tipa i nemaju iste gubitke. Gubici svakog kondenzatora su specifični i ovise o faktorima kao što su frekvencija, temperatura i napon. Samim time kondenzatori u granama mosta neće imati iste gubitke, što će poremetiti njihov odnos i most se neće moći dovesti u ravnotežu. Te gubitke kondenzatora možemo prikazati njihovim omskim otporom, što znači da kondenzatori u granama osim kapacitivnog moraju imati i međusobno jednak odnos omskih otpora, odnosno gubitaka. Ako razložimo dakle impedanciju kondenzatora na kapacitivnu i omsku komponentu, gornje jednadžbe za ravnotežu mosta možemo prikazati i slijedećim odnosoma:
Cx : C2 = R2 : R1 = R4 : R3
Kako bi se riješio problem izjednačavanja impedancija u kapacitivnim izmjeničnim mostovima, za mjerne kondenzatore biraju se kondenzatori bez gubitaka (ili sa minimalnim gubicima) te im se serijski veže promjenjivi otpornik. Ovim otpornikom se onda po želji mogu povećavati gubici tog mjernog kondenzatora tako da se izjednače na vrijednost koju ima mjereni kondenzator u trenutnim uvjetima mjerenja (frekvencija, napon, temperatura) i kako bi onda taj odnos bio u ravnoteži mosta.
U praksi postoji više modifikacija Wienovog izmjeničnog mosta kako bi izjednačavanje impedancija u granama mosta kao i samo mjerenje bilo što učinkovitije, te kako bi se kompenzirali drugi mogući problemi sa kondenzatorima u izmjeničnom strujnom krugu (struja curenja) no što se tiče našeg konkretnog slučaja zadržati ćemo se na ovom osnovnom spoju. Napomenuti ćemo samo kako smo mjerenjem na kontaktima za odabir mjernog opsega ustanovili kako se oni mijenjanju promjenom otpora u otpornim granama mosta.
Dosadašnjim proučavanjem mjernih instrumenata mogli smo uočiti kako različiti modeli instrumenata koji koriste isti osnovni princip mjerenja i rade u istim mjernim opsezima zapravo vrlo često znaju shematski više ili manje međusobno odstupati po nekim specifičnim rješenjima proizvođača gdje se uvijek nastoji postići što bolji omjer kvalitete i cijene. Upravo su te modifikacije i odstupanja zanimljive za razmatranje jer proširuju naše znanje i spoznaje o praktičnim rješenjima osnovnih elektroničkih sklopova koje susrećemo u teoriji uglavnom prikazane na pojednostavljenim modelima. Tako možemo imati na raspolaganju desetke instrumenata različitih proizvođača i modela koji će se svi bazirati na npr. Wienovom mostu, a ipak će nam svaki od njih otkriti nešto novo bilo u električnom, tehničkom ili mehaničkom rješenju. Doista sam u napasti otvoriti ovaj instrument s početka prošlog stoljeća i zaviriti u tehnologiju izrade komponenti tvrtke NORMA od prije čitavih osam desetljeća, no, bilo bi neodgovorno prema moguće zainteresiranim kolekcionarima uništiti besprijekorno “mint” stanje ovog sjajnog primjerka rane elektroničke mjerne industrije 🙂