Wheatstoneov mjerni most ISKRA NL 024

Danas je nabavljen instrument za mjerenje električnog otpora ISKRA NL 024 iz 1980-tih godina. Instrument mjeri otpor u rasponu 0,1 Ω do 250 kΩ i to metodom Wheatstoneovog mjernog mosta.

Upute za korištenje instrumenta vrlo su jasno i precizno otisnute na zadnjoj strani kućišta instrumenta.

Instrument se napaja preko tri baterije napona 1,5 V (ukupno 4,5 V), odnosno preko nekog vanjskog izvora istosmjernog napona 4,5 V koji se dovodi preko posebnih priključnica na bočnoj strani kućišta.

Kao što je i za očekivati, u unutrašnjosti instrumenta nalazimo samo otpornike koji čine grane Wheatstoneovog mjernog mosta.

S obzirom da je shema instrumenta jednostavna dali smo si truda i nacrtati istu. Lijevo na slici je shema instrumenta NL 024, a desno je pojednostavljena principijelna shema Wheatstoneovog mjernog mosta izvedena prema shemi.

Vidimo da se Wheatstoneov most sastoji od dvije grane sa po dva otpornika, gdje je jedan otpornik nepoznate otpornosti (Rx), odnosno onaj kojem želimo izmjeriti otpor. Princip mjerenja temelji se na traženju ravnoteže mosta, pri čemu otpornici u obje grane trebaju imati isti međusobni omjer. U tom slučaju između točki na koje je spojen galvanometar nema napona te on pokazuje nulu.

Kod instrumenta NL 024 lijevu granu čine dvije grupe otpornika kalibrirane na vrijednost od 50 Ω, kojima se pridodaje otpor po jedne grane potenciometra za dovođenje mosta u ravnotežu. Lako je uočiti kako se tim potenciometrom izravno mijenja omjer ukupnog otpora u gornjoj i donjoj grupi. Drugu, desnu granu čine otpornici za mjerne opsege i nepoznati otpor kojem trebamo utvrditi otpornost.

Uzmimo najjednostavniji primjer mjerenja instrumentom NL 024, npr. da nepoznati otpor ima vrijednost 50 Ω. Skala instrumenta ima raspon od 1 – 25, dakle u ravnoteži mosta pokazivanje bi trebalo biti 5. Odabrani mjerni opseg u tom slučaju treba biti x10, dakle u desnu granu uključujemo otpornik od 50 Ω. Sada u desnoj grani imamo dva otpornika od 50 Ω, dakle omjer je 1:1. U lijevoj grani također moramo imati taj omjer, što znači da potenciometar mora biti točno na sredini kako bi vrijednosti obje grupe otpora u lijevoj grani bile iste. S obzirom da je potenciometar ukupne vrijednosti 250 Ω time će u lijevoj grani svaka strana imati ukupni otpor 175 Ω (125+50), dakle omjer 1:1. Ako na donoj slici bolje pogledamo skalu potenciometra vidimo da se vrijednost 5 i nalazi točno na sredini skale. Skala dakle nije linearna nego je najviše razvučenja na početku, a zatim postaje sve zbijenija prema kraju. Stoga su i mjerenja najpreciznija na prvoj polovici skale.

Pogled na potenciometar za dovođenje mosta u ravnotežu, sklopku za mjerne opsege, i kontakte za dovođenje vanjskog napajanja…

Instrument sa zakretnim svitkom – galvanometar…

Na shemi se još uočava tipkalo za uključivanje mjerenja. Tipkalom se prilikom mjerenja uključuje napajanje i oslobađa kratkospojnik preko galvanometra tako da je spreman za mjerenje. Baterijsko napajanje 4,5 V se uvodi preko diode koja štiti od pogrešnog polariteta. Vidimo da su baterijski kontakti jednaki s obje strane i unatoč tome što je sve jasno otisnuto u brzopletosti bi moglo doći do pogrešnog umetanja baterijskih članaka. Zanimljivo je da vanjsko napajanje ne ide preko te zaštitne diode ali u oba slučaja naponi se uvode preko otpornika za ograničenje struje.

Kod mjerenja električnog otpora pomoću Wheatstoneovog mjernog mosta postavljanje kazaljke galvanometra na nulu prilikom uravnoteženje mosta može se izvesti vrlo precizno, odnosno kazaljka će se otkloniti od nule već pri najmanjem narušavanju ravnoteže mosta. Stoga, ukoliko su otpornici za mjerne opsege izvedeni sa dovoljno niskom tolerancijom dobili smo vrlo osjetljiv i precizan mjerač električnog otpora. Instrument NL 024, iako polako zalazi u vintage kategoriju, još uvijek može dobro poslužiti kao kontrolni precizni analogni ommetar ukoliko smo, tijekom nekog mjerenja, iz nekog razloga možda posumnjali u digitalne rezultate našeg omiljenog modernog multimetra, i sada, unatoč tome što smo uvijek imali puno povjerenje u istog, ipak smo za sumnjivi otpor odlučili potražiti i drugo mišljenje 🙂