Danas je nabavljen mjerač otpora baziran na Wheatstoneovom mostu, njemačkog proizvođača Siemens & Halske iz 1930-tih godina. U priručniku “Siemens Handbuch – Elektrische Messungen” iz 1936. godine ovaj mjerni instrument prezentiran je pod nazivom “Kleine Schleifdrahtbrücke Type Z – mali mjerni most sa kliznom žicom tipa Z” te se može zaključiti da su postojali modeli sa pet i sa šest mjernih opsega. U Siemensovom priručniku iz 1939. godine nalazimo ovaj instrument sa šest mjernih opsega (poput našeg) pod nazivom “Messbrücke Form Z in Wheatstoneschaltung – Wheatstoneov mjerni most verzija Z “. Instrument nalazimo također i u kasnijoj literaturi, časopisima i prospektima iz 1940-tih i 1950-tih godina pod nazivima “Wheatstonesche Messbrücke Ms.Ia.86” ili “Meßbrücke Form Z”. Instrument se zbog malih dimenzija i baterijskog napajanja posebno reklamirao kao lako prijenosan i pogodan za terenska mjerenja tako da bi često imao naziv “Kleine Meßbrücke – mali mjerni most).
Na našem instrumentu vidi se Siemensov logo kakav je bio aktualan na proizvodima od 1936-1973. godine te proizvodne oznake sa prefiksom Ms.Ia.86. Međutim, na nekim drugim primjercima ovog instrumenta nema nikakvog loga ili je otisnuta oznaka RFT, a također su moguće i oznake VEB, Karl-Marx-Stadt (Chemnitz). Ove oznake odnose se na uređaje proizvedene u bivšoj Istočnoj Njemačkoj (DDR) nakon 2. svjetskog rata kada je tvornički pogon Siemens & Halske u gradu Chemnitzu potpao pod upravljanje Sovjeta i preimenovan u VEB Gerätewerk Chemnitz. Grad Chemnitz je 1953. godine preimenovan u Karl-Marx-Stadt, a time i tvornica u VEB Gerätewerk Karl-Marx-Stadt.
Oznaka RFT (njem. Rundfunk und FernmeldeTechnik ili kasnije Repräsentant Fortschrittlicher Technik) nije naziv tvrtke već zaštitni znak (logotip) udruženja svih proizvođača različite radio, TV, telekomunikacijske, mjerne i slične elektroničke opreme u bivšoj DDR koje je osnovano 1946. godine. Isto tako državno poduzeće VEB (njem. Volkseigene Betrieb) bio je pravni oblik industrijskih i uslužnih poduzeća u sovjetskoj okupacijskoj zoni i kasnije u DDR-u sve do kraja postojanja te države. Stoga se na elektroničkim proizvodima porijeklom iz bivšeg DDR-a često nalaze i te općenite oznake nacionaliziranih grupa poduzeća RFT i VEB.
Kad se sve ovo uzme u obzir naš primjerak instrumenta sasvim sigurno nije proizveden u poslijeratnom DDR-u, ali opet može datirati iz bilo kojeg razdoblja od kraja 1930-tih pa čak do početka 1950-tih godina do kada se ovaj tip instrumenta još uvijek proizvodio.
Tvrtka Siemens & Halske (S&H) osnovana je 1847. godine u Njemačkoj (Berlin) pod prvotnim imenom “Telegraphen-Bauanstalt von Siemens & Halske” od strane njemačkog elektroinženjera, izumitelja i industrijalca Wernera von Siemensa i njemačkog mehaničara i konstruktora Johanna Georga Halskea. Početno težište poslovanja tvrtke bilo je vezano uz sustave električnog telegrafa. Tvrtka uskoro postavlja telegrafske linije u Evropi i Rusiji, te otvara vlastite pogone za izradu električnih kablova. Dvadesetak godina kasnije tvrtka postiže veliki uspjeh svojim patentom električnog generatora (dinama). Početkom 1880-tih godina tvrtka S&H gradi prve električne tramvajske linije na svijetu u Njemačkoj, Austriji i Mađarskoj. Rastuća popularnost telegrafa i električnih tramvaja, kao i generatora i elektromotora, osigurala je stalni rast tvrtke S&H. Najveća konkurentska tvrtka bila joj je njemački AEG (Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft). Werner von Siemens otišao je u mirovinu 1890. godine, dok je Johann Georg Halske napustio tvrtku još 1867. godine, tako da su razvoj tvrtke nastavili Wernerov brat Carlo i sinovi Arnold i Wilhelm. Godine 1903. tvrtka S&H dijelom se spaja sa tvrtkom Schuckert & Co. i nastaje nova podružnica Siemens-Schuckert, a 1919. spaja se sa još dvije tvrtke i osnova tvrtku Osram za proizvodnju žarulja. Tijekom 1920/30-ih godina S&H je počela proizvoditi radio i TV uređaje te elektronske mikroskope.
Tijekom 2. svjetskog rata tadašnja tvrtka Siemens-Schuckert iskorištavala je prisilni rad deportiranih ljudi u koncentracijskim logorima (imala je pogon u logoru Auschwitz), a proizvodnja je uvelike bila orijentirana na ratnu potporu tadašnjoj nacističkoj Njemačkoj. Krajem rata brojni pogoni i tvornice u Berlinu i drugim većim gradovima uništeni su savezničkim zračnim napadima. Kako bi se spriječili daljnji gubici, proizvodnja je premještena na mjesta i regije koje nisu bile zahvaćena zračnim bombardiranjima. Cilj je bio osigurati kontinuiranu proizvodnju važnih proizvoda za svakodnevne potrebe. Prema evidencijama, Siemens je krajem 1944. i početkom 1945. godine upravljao sa gotovo 400 alternativnih ili preseljenih proizvodnih pogona.
Od 1950-tih godina Siemens je razvio proizvodnju na širok spektar najrazličitijih proizvoda vezanih uz elektriku, elektroniku, informatiku, telekomunikacije i slične tehničke grane. Slijedila su mnoga poslovna prestrukturiranja vlastitih pogona i podružnica, te spajanja i udruživanja sa vanjskim tvrtkama kao i širenja na sva svjetska tržišta. Godine 2005. tvrtka Siemens je bila suočena sa tužbama više evropskih zemalja i Amerike vezano uz lošu poslovnu praksu širom svijeta (mito i korupcija). Istragama su dokazane mnoge afere vezane uz poslovna podmićivanja diljem svijeta što je bila česta praksa tvrtke još od kraja rata kada je Siemens svim sredstvima pokušao obnoviti svoje poslovanje natječući se u zemljama u razvoju, gdje je podmićivanje uobičajeno. U konačnici, Simens je platio najveće kazne za podmićivanje u povijesti, te je kazneno procesuirano više Siemensovih direktora i rukovodioca. Unatoč tome tvrtka Siemens je i do danas opstala kao vodeća svjetska korporacija koja i dalje po čitavom svijetu nudi široku paletu proizvoda i usluga povezanih s elektrotehnikom, elektronikom, energetikom, medicinom, industrijom, rasvjetom, prijevozom i logistikom.
U prostor za bateriju za napajanje mosta standardno se ugrađuje baterija od 4,5 V (današnja oznaka 3LR12), a za veću osjetljivost mjernog mosta moguće je spojiti i bateriju od 67,5 V (tzv. Radio “B” baterija). Ova baterija primarno se izrađivala za napajanje malih prijenosnih radio prijemnika sa elektronskim cijevima (anodni naponi) i bila je sličnih dimenzija kao i 3LR12.
Uočavaju se male sklopke spregnute sa utičnim gnijezdima u koja se spaja DC/AC pretvarač i slušalice prilikom mjerenja otpora ili vodljivosti elektrolitskih tekućina. Ovim sklopkama se prilikom spajanja pretvarača baterijsko napajanje sa napajanja mosta prebacuje na napajanje pretvarača, a prilikom spajanja slušalica isključuje se galvanometar iz mjernog kruga jer isti ne može mjeriti izmjeničnu struju.
Uočava se dvostruki kontakt klizača sa spiralno motanom mjernom žicom, a i sam klizač izveden je vrlo robusno što osigurava stabilan električni spoj ovih kritičnih kontaktnih mjesta.
Mosni mjerač otpora Siemens & Halske Form Z u osnovnom obliku napaja se preko jedne standardne baterije od 4,5 V (današnja oznaka 3LR12) i kao takav može mjeriti otpore u rasponu 0,05 Ω – 50 kΩ uz točnost od ± 1%. Znamo da veličina napona napajanja Wheatstoneovog mjernog mosta ne utječe na njegovu točnost ali utječe na njegovu osjetljivost. Tako se prema uputama proizvođača za veću osjetljivost na najvišem mjernom opsegu (x1000) umjesto baterije od 4,5 V može koristiti baterija od 60 V. Ovdje se misli na bateriju prvenstveno razvijenu za napajanje (osiguranje anodnih napona) kod prijenosnih baterijskih cijevnih uređaja (uglavnom radio aparata) te su izašle iz masovne upotrebe prelaskom na tranzistorsku tehniku. Te su baterije dimenzijama vrlo slične bateriji od 4,5 V a daju nominalni napon od 67,5 V (tzv. Radio “B” baterije).
Kao dodatnu opremu moguće je bilo kupiti slušalice te mali pretvarač istosmjernog baterijskog napona od 4,5 V u izmjenični napon za napajanje mosta (DC/AC pretvarač napona). Pretvarač se sastojao elektromagnetskog vibratora (zujalice) koja je vršila prekidanje istosmjernog baterijskog napona frekvencijom cca 1 kHz (čujno područje). Tim impulsnim naponom se zatim preko malog transformatora most mogao napajati izmjeničnim naponom. Wheatstoneovim mostom napajanim izmjeničnom strujom mogu se mjeriti otpori jednako kao i kad je napajan istosmjernom strujom, no u našem konkretnom slučaju pojaviti će se i dva problema. Prvi problem je taj što mjerni otpornici koji su napravljeni od otporne žice namotane na kalem (poput zavojnice) kod izmjenične struje pokazuju i svoj induktivni i kapacitivni otpor pa dakle treba računati s njihovom ukupnom impedancijom na određenoj frekvenciji. Znamo da točnost mjernog mosta ovisi isključivo o točnosti otpornika pa će u našem slučaju zbog pojave tih dodatnih (parazitskih) otpora, koje je teško uskladiti da u svakoj grani mosta budu u potpuno jednakom omjeru, mjerenje izmjenično napajanim mjernim mostom biti manje točno (± 2%). Drugi problem je taj što kroz galvanometar ne može teći izmjenična struja pa mu je potrebno ugraditi ispravljač ili kao što je to slučaj kod našeg instrumenta, kao indikator se ne koristi galvanometar nego slušalice. Ukoliko most nije u ravnoteži u slušalicama ćemo čuti jači ili slabiji ton frekvencije izmjeničnog napona koja prikladno pada u čujni audio opseg (1 kHz). Još jedno ograničenje kod konkretne upotrebe izmjeničnog pretvarača za naš mjerni most odnosi se na nemogućnost korištenja najnižeg mjernog opsega (x0,01) gdje je potrošnja mosta prevelika (unutarnji otpor premali) da bi mali pretvarač kojim se isti napaja mogao isporučiti dovoljnu struju.
Preostaje odgovoriti na pitanje čemu je onda uopće služio taj dodatak za napajanje izmjeničnom strujom sa slušalicama kao indikatorom. Bio je namijenjen prvenstveno mjerenju (specifičnog) otpora ili vodljivosti raznih elektrolitskih tekućina. Naime, za mjerenje otpora elektrolita istosmjerna struja ne dolazi u obzir jer vrlo lako može nastati pojava polarizacije elektroda preko kojih se mjeri otpor elektrolita, odnosno zbog elektrolize će se na mjernim elektrodama pojaviti napon i preko mjernog mosta će poteći struje koje će poremetiti njegovu ravnotežu i dovesti do pogrešnih mjernih rezultata. Izmjenična struja ne može izazvati elektrolizu i polarizaciju mjernih elektroda jer se smjer struje kroz elektrolit stalno mijenja, no frekvencija iste ipak ne smije biti premala, a ni prevelika da ne dođe do drugih neželjenih efekata koji bi utjecali na mjerenje. Više o mjerenju vodljivosti elektrolita možete pročitati u objavi KONDUKTOMETER IEV MA 5960.
Svih deset otpornika koji čine shemu mjernog mosta uredno su montirani pored kontaktnih čepišta za izbor mjernih opsega.
Čepišta i čepovi kao jednostavne funkcionalne sklopke osiguravaju vrlo dobar električni kontakt i praktično su neuništivi.
Wheatstoneov mjerni most je vrlo jednostavan i do sada smo ga već opisali u nekoliko objava (npr. Wheatstoneov mjerni most ISKRA NL 024 ili Wheatstoneov mjerni most ISKRA NL 0120) pa se ovdje nećemo ponavljati. Kao i u većini slučaja i ovdje se radi o izvedbi mjernog mosta sa mjernom žicom koja čini dvije kontinuirano promjenjive grane mosta. Druge dvije grane mosta čine fiksni otpornici kojima se mijenja mjerni opseg i nepoznati otpornik čiju vrijednost mjerimo.
Tipkalom sa dvostrukom sklopkom istovremeno se uključuje napajanje i indikacijski instrument (galvanometar ili slušalice) na mjerni most. U slučaju spajanja DC/AC pretvarača sklopkom mehanički vezanom sa pripadajućom utičnicom baterijsko napajanje se sa napajanja mosta prebacuje na napajanje pretvarača. Isto tako prilikom spajanja slušalica sklopka vezana uz pripadajuću utičnicu isključuje galvanometar iz mjernog kruga. Mjerni opsezi se mijenjaju pomoću čepa (kratkospojnika) koji se jednostavno utakne u čepište (gnijezdo) željenog mjernog opsega. Nakon toga se pritisne tipkalo i pomoću kotača mjerne žice nađemo ravnotežu mosta, odnosno nulu na galvanometru.
Uočavaju se dva vijka ispod spiralnih opruga kojima se na jednostavan način može podesiti njihova zategnutost i time ispravno centriranje kazaljke galvanometra.
Osim serijskog broja na instrumentu je tipizirana oznaka da je namijenjen samo za istosmjernu struju, zatim simbol da se radi o mjernom instrumentu sa permanentnim magnetom i pomičnim svitkom te crvena zvjezdica koja označava ispitni napon od 2000 V. Označavanje ispitnog napona zvjezdicama u boji je po starim njemačkim pravilima za mjerne instrumente (VDE 0410) iz 1923. godine, no one su se izmijenile međunarodnom standardizacijom IEC od 1935. godine. Otpor zakretnog svitka iznosi oko 600 Ω, a za otklon kazaljke za 1° dovoljna je struja jakosti 2 µA.
Mosni mjerač otpora Siemens & Halske Form Z proizvodio se najmanje 15 godina u više Siemensovih pogona. Kada god testiramo neki vintage mjerni most sa mjernom žicom i galvanometrom gotovo uvijek dobivamo vrlo precizne rezultate mjerenja, najčešće sa tolerancijom i manjom od ± 1% na koliko je bio deklariran novi proizvod. Tako nas ni ovaj gotovo već 90 godina stari instrument nije razočarao. Doduše, nabavljen je sa kazaljkom pomaknutom izvan središta koju mehanički pomoću vijka na kućištu nije bilo moguće dotjerati na nulu, no to je lako popravljeno nakon što smo instrument rastavili. Naime mehanizam instrumenta opremljen je sa dva podešavajuća vijka kojima se vrlo lako može podesiti zategnutost (protumoment, ravnoteža) obiju zavojnica za lijevi i desni otklon. Instrument je vrlo osjetljiv, kao uostalom i kod svih drugih Wheatstoneovih mjernih mostova, tako će da i najmanji pomak kotača mjerne žice utjecati i na pomak kazaljke galvanometra sa nultog položaja. Time je zajamčeno vrlo precizno mjerenje i očitanje mjerne skale. Bez obzira na sve pogodnosti suvremenih digitalnih mjerača otpora, preciznost ovih analognih mjernih mostova uvijek toliko oduševi da si poželimo takav instrument ostaviti u trajnoj upotrebi, ako ništa drugo, onda makar za kontrolu kakvog sumnjivog očitanja sa digitalnog multimetra 🙂