Danas je nabavljen instrument za mjerenje malih vrijednosti električnog otpora – miliommetar oznake OMEGA 3, proizvod češke tvrtke Metra Blansko iz 1930/1950-tih godina.
Tvrtka Metra Blansko vuče korijene iz 1911. godine kada je inženjer Erich Roučky (Erich Roucka) stigao u češki grad Blansko i osnovao prvi specijalizirani pogon za proizvodnju električnih mjernih instrumenata. Tako su se prvi voltmetri i ampermetri počeli isporučivani industrijskim tvrtkama diljem Austrougarskog carstva, a uskoro je proizvodni program proširen i na laboratorijske instrumente, ispitivače izolacije te transformatore koji su se prodavali na tržištima zapadne Europe, Rusije, Azije, pa čak i Australije. Vojni ugovori tijekom 1. svjetskog rata također su doprinijeli razvoju i širenju proizvodnje, no nakon rata nastaje kriza pa je tvrtka da bi opstala jedno razdoblje proizvodila i kuhinjske vage. Od 1920-tih godina tvrtka se ponovno oporavlja i širi proizvodnju na zahtjevne i složenije mjerne instrumente, a poseban uspjeh postignut je na mjernim instrumentima i automatskim sustavima upravljanja parnim kotlovima te na mjernim instrumentima koji su se koristili u tvornicama, elektranama, laboratorijima, na brodovima i u sustavima distribucije električne energije. Erich Roučky je tijekom svog života registrirao oko 850 patenata, a neki mjerni instrumenti iz tog razdoblja nose njegove inicijale “ER”. Godine 1934. Roucka je prodao firmu u Blanskom, a novi vlasnik Robert Sochor nastavio je s proizvodnjom mjernih instrumenata koji su se koristili u područjima energetike, industrije, strojarstva, istraživanja i obrazovanja. Nakon 2. svjetskog rata i nacionalizacije 1948. godine osnovano je poduzeće METRA BLANSKO, a uslijedio je vrlo dinamičan tehnički razvoj proizvodnje mjernih instrumenata i opreme, posebno na polju laboratorijskih instrumenata, etalona i instrumenata za mjerenje otpora. Tvrtka Metra Blansko danas posluje u sklopu investicijske grupe Blue Elephant – BEC Investment te i dalje proizvodi različite električne mjerene instrumente i uređaje.
Kao što se vidi sa slika imamo dva instrumenta OMEGA III koji sasvim sigurno nisu iz istog razdoblja proizvodnje te se donekle razlikuju po upotrijebljenim materijalima, dizajnu i ugrađenim elementima. Noviji instrument ima oznaku produzeća Metra Blansko i sasvim sisgurno datira nakon 1948. godine. Na starijem instrumentu na žalost ne nalazimo nikakve oznake no zbog niskog serijskog broja i same tehnologije izrade moguće je da datira iz razdoblja prvobitnog vlasnika tvrtke Ericha Roucke (1911- 1934). Instrumenti serije OMEGA (OMEGA I, OMEGA II i OMEGA III) sa nekim modernizacijama u tehnologiji izrade proizvodili su se vjerojatno od 1920-tih godina od sve do 1970-tih godina.
Stariji tip instrumenta Omega III ima tamno smeđe bakelitno kućište dok je kod novijeg tipa bakelit crne boje. Najveća razlika u dizajnu odnosi se na izgled gumbia sklopke za odabir mjernog opsega i skalu mjerne žice. Kod starijeg tipa skala mjerne žice je metalna, a kod novijeg tipa je od bakelita.
Miliommetar služi za mjerenje otpora vodiča, zavojnica, prekidača, releja, shuntova, raznih električnih spojeva i slično. Za miliommetar Omega III nismo pronašli nikakve podatke no iz skala se može zaključiti da omogućuje mjerenje električnog otpora u opsegu od 0,0001 Ω (0,001×0,1) do 21 Ω (10×2,1) u pet mjernih opsega. Instrument se gotovo sigurno bazira na Thomsonovom mjernom mostu pa možemo pretpostaviti da mu je točnost 1-2 %.
Mjerni most Thomson razvio je engleski fizičar William Thomson poznat i kao Lord Kelvin pa se ovaj most negdje naziva i Kelvinov most ili Kelvinov dvostruki most. Struktura Thomsonovog mosta usko je povezana s Wheatstoneovim mostom.
Na prvoj shemi vidimo osnovni spoj Wheatstoneovog mosta kojeg čine četiri otpornika, istosmjerni strujni izvor (baterija) i galvanometar. U takvom krugu kroz otpornike i galvanometar teku struje koje ovise o otporima pojedinih grana mosta. U slučaju da je zadovoljena jednakost omjera otpora između dviju grana mosta na koje je vezan galvanometar (R1:R2 = Rk:Rx) onda kroz galvanometar ne teče nikakva struja te kažemo da je most u ravnoteži. U praktičnoj izvedbi mjerača otpora Rk je kombinacija promjenjivog otpornika sa baždarenom skalom i mjernih otpornika za pojedine opsege sa točno određenom konstantnom vrijednosti otpora, a Rx je nepoznata vrijednost otpora sa kojim se pomoću promjenjivih elemenata Rk most dovodi u ravnotežu. Ravnoteža mosta ne ovisi o naponu napajanja mosta niti o osjetljivosti galvanometra, no što je napon viši i što je osjetljivost galvanometra veća to će i osjetljivost mjernog mosta biti veća. Naravno, sa veličinom napona se ne može pretjerivati i mora biti ograničen na onaj koji otpornici u mjernom mostu mogu podnijeti. Točnost mosta ovisi o točnosti upotrijebljenih otpornika. Slaba strana Wheatstoneovog mosta dolazi u praksi do izražaja kod mjerenja vrlo malih otpora (ispod 1 Ω) jer će se tu nepoznatom otporu male vrijednosti pribrajati i također mali otpori mjernih žica i spojeva preko kojih se vrši spajanje nepoznatog otpornika na mjerni most, pa će u konačnici taj ukupan otpor biti bitno različit (veći) od otpora samog otpornika, a time će onda i mjerenje biti netočno. Za mjerenje malih otpora je dakle potrebno na neki način kompenzirati utjecaj otpora koji unose sami mjerni kablovi. To se postiže primjenom Thomsonovog mjernog mosta.
Na drugoj shemi vidimo osnovni spoj Thomsonovog mosta. Ovdje su otpornici kombinirani tako da najveći dio struje teče samo kroz granu koju čine nepoznati otpornik Rx, otpornik za postizanje ravnoteže omjera sa Rx i koji možemo zvati poredbeni ili mjerni otpornik sa poznatom konstantom otpora Rk i naravno spojni vodovi između ta dva otpornika Rs. Čitav ovaj strujni krug se dakle ukupno gledano sastoji od otpornika vrlo malih vrijednosti pa će preko njega teći glavnina ukupne jakosti struje (na shemi je ovaj krug prikazan crvenom bojom). Kroz ostale otpornike teći će preostala vrlo mala struja i preko njih se zapravo mjeri (uspoređuje) pad napona koji nastaje na otpornicima Rx i Rk. S obzirom da je otpor otpornika Rx i Rk vrlo mali, struja kroz njih mora biti dovoljno velika da se dobije dovoljno veliki pad napona za mjerenje. U praksi se te struje kreću u rasponu 2-3 A (što se mjeri manji otpor to mjerna struja treba biti veća). Ono što ovdje treba svakako uočiti je to da otpor poveznih žica Rs uopće nije uključen u mjerenje, jer se mjeri samo pad napona isključivo na spojnim točkama otpornika Rx i Rk. Time je utjecaj ovog para mjernih kablova isključen iz mjerenja.
S obzirom da imamo dva kruga, potreban nam je i dvostruki par poveznih kablova prema nepoznatom otporniku kao što je to pregledno prikazano na trećoj shemi. Preko jednog para kablova dovodi se i odvodi struja na nepoznati otpornik, a preko drugog para kablova se odvodi mjerni napon na mjernu granu Thomsonovog mosta. To je tzv. četverožilno spajanje nepoznatog otpornika malog otpora na mjerni instrument ili kako se još negdje naziva spajanje preko Kelvinovih mjernih kablova. Ovi kablovi obično završavaju krokodil-stezaljkama koje se spajaju na sam početak izvoda nepoznatog otpornika.
Postoji više praktičnih izvedbi Thomsonovog mosta za dobivanje više mjernih opsega gdje se pojedinačno ili paralelno preklapaju fiksni ili promjenjivi otpornici (mjerne žice) u jednoj ili više mjernih grana. Na trećoj shemi napravljen je spoj gdje su mjerni otpornici (Rk) i mjerna žica (Rž) ugrađeni u vanjsku strujnu granu. Uočavamo da je spoj izveden tako da struja uvijek teče kroz sve otpornike bez obzira na odabrani mjerni opseg pa je ona ovdje uvijek konstantna. Ovo je najjednostavniji način proširenja mjernih opsega no mjerni otpornici moraju imati vrlo male precizne vrijednosti, a zbog njihove opterećenosti relativno jakom strujom postoji mogućnost promjena otpora uslijed zagrijavanja. Stoga se u strujnu granu obično stavlja samo promjenjivi otpornik u obliku mjerne žice duljine nekoliko centimetara (Rk), a proširenje mjernih opsega pomoću fiksnih otpora vrši se na unutarnjoj, mjernoj grani. Ovdje moramo paralelno preklapati sve mjerne grane mosta kako bi se zadržao potreban omjer pa je nužna upotreba nešto složenijih dvostrukih sklopi.
Sa donje strane nalazi se žičani otpornik za ograničenje struje u strujnoj grani (Ro). Jasno se uočava dvostruki preklopnik za mjerne opsege kojim se paraleno preklapaju obje mjerene grane Thomsonovog mosta.
Otpornici novijeg tipa instrumenta Omega III (desno) nisu reducirani nego su ponegdje na jedan (dvostruki, zajednički) kalem namotana dva otpornika.
Konstrukcija instrumenta Omega III je takva da bi za detaljnu elektroničku shemu bilo potrebno odlemiti i izmjeriti sve pojedinačne otpornike, a to bi onda prilično narušilo originalnost samog instrumenta. Stoga smo nacrtali samo njegovu osnovnu shemu iz koje se lijepo može razlučiti strujna grana (crveno) te mjerna grana (bijelo), odnosno kako se sa nepoznatog otpornika (Rx) i mjerene žice (Rk) uzimaju uzorci pada napona koji se zatim uspoređuju na galvanometru.
Slijedi nekoliko detalja na stariji tip instrumenta Omega III.
Kotač skale mjerne žice sa donje strane također je graviran nekim podjelama skale. Ovo je vjerojatno zrcalni otisak nastao u procesu proizvodnje, gdje jedna preša ima dvije šablone (s gornje i donje strane) za izradu otisaka za dva različita instrumenta.
Slijedi nekoliko detalja na noviji tip instrumenta Omega III.
Intrument Omega III (stariji tip) kod prvog testiranja nije radio. Kvar je pronađen u sklopki kojom se uključuje mjerni krug instrumenta, a nakon čišćenja kontakata sklopka je proradila. Također je prelemljeni kontakt klizača sa vodičem jer je uslijed upotrebe već prilično licni ovog spoja bilo pokidano.
Za testiranje je uzet otpornik vrijednosti 0,05 ohma i niske tolerancije od 1%. Mjerni kablovi za 4-žično spajanje napravljeni su improvizirano ali za ovo testiranje biti će dovoljno dobri. Instrument je spojen na 2V istosmjernog napona, te prilikom mjerenja kroz strujnu granu teče struja od 1,5A. Simboli konektora (zvijezdice i točkice) označavaju parove mjernih kablova za ispravno spajanje. Za potrebe ovog mjerenja otpornik je stezaljkama spojen na gornje strujne kontakte, a zatim su banana utikačima ovi kontakti ispravno premošteni sa bočnim kontaktima naponske mjerne grane (zvjezdica sa zvjezdicom, točkica sa točkicom).
Prvo je kazaljka galvanometra podešena na nulu, a zatim je odabran ispravan mjerni opseg: u našem slučaju to je 0,1 što bi pomnoženo sa vrijednosti skale 0,5 iznosilo 0,05 ohma. Pritiskom na dugme počinje mjerenje. Točnost mjerenja je izuzetno dobra. Kazaljka instrumenta je u sredini točno na vrijednosti 0,05 (na slici izgleda malo pomaknuta desno zbog paralakse nastale prilikom slikanja). Pomaci skale od pola podjele već pomiču kazaljku instrumenta sa središnje pozicije. Jednom će se zasigurno pronaći vremena testirati sve opsege ovog instrumenta kao i onog novije proizvodnje, a do tada ga vraćamo na policu gdje već nestrpljivo čeka svoj red na desetke drugih vintage mjernih instrumenata koje ćemo, nadam se što prije, ovjekovječiti u našim idućim objavama 🙂