Precizni laboratorijski voltmetar Norma 500 029


Danas je nabavljen precizni laboratorijski voltmetar oznake 500 029, proizvod austrijske tvrtke Norma iz 1965. godine.

 

 

Tvrtka Norma osnovana je 1922. godine (NORMA Instrumenten-Gesellschaft) kao prva austrijska tvrtka za proizvodnju električnih mjernih instrumenata. 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. 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. Tako 1989. godine mijenja naziv u “NORMA GOERZ Instruments GmbH“, a 1995. godine se pripaja u veliku korporacijsku grupu LEM pa postaje “LEM Norma Instruments GmbH“, a od 2005. godine Fluke (LEM NORMA GmbH).

 

Metalni lonac služi za zaštitu mjernog instrumenta od utjecaja stranih magnetskih polja, a ujedno služi i kao kućište instrumenta te djeluje kao komora za bolju temperaturnu stabilnost (kompenzacija naglih promjena temperature okoline). 

 

Kod mjernih otpornika otporna žica (manganin) na poseban je način namotana na tanke pločice od tinjca. Jedan otpornik čine dvije serijski spojene pločice a sve u cilju smanjenja parazitskog induktiviteta otpornika.

 

Kompenzacijska RC mreža za dobivanje jednakog otklona mjernog instrumenta kod mjerenja istosmjernog i izmjeničnog napona u određenom frekvencijskom opsegu.

 

Sve komponente voltmetra Norma 500 029 izrađene su od materijala i tehnologijom kakva je prisutna od 1930-tih godina. Jedine komponente koje upućuju na nešto noviju izradu su tiskane veze na pločici sa mjernim otpornicima i okrugli komad od plastike koji štiti metalni lonac instrumenta za spriječavanje utjecaja stranih magnetskih polja.

 

Voltmetar Norma 500 029 bazira se na instrumentu sa pomičnim željezom (feromagnetski instrument), te se istim može mjeriti istosmjerni i izmjenični električni napon do 650 V u pet mjerna područja koja se odabiru pomoću sklopke: 65, 130, 260, 520 i 650 V.

Instrumenti sa pomičnim željezom konstrukcijski su vrlo jednostavni otklonski (analogni) mjerni instrumenti i do sada smo ih opisali u nekoliko naših objava (Voltmetar FL0125 i Ampermetar FL0120 Iskra Ganz). Izrađuju se kao pogonski ali i kao vrlo precizni laboratorijski instrumenti sa klasama točnosti do 0,1. Dobra strana instrumenata sa pomičnim željezom je jednostavnost izrade, mogućnost izravnog mjerenja istosmjernih i izmjeničnih struja i napona, te otpornost na preopterećenje jer praktički mogu podnijeti struju koju može podnijeti sama nepomična zavojnica. No za razliku od instrumenata sa zakretnim svitkom imaju puno veću potrošnju i teže je postići potpuno linearnu skalu. Na potrošnju instrumenta ne može se utjecati (bez dodatka elektroničkih mjernih pojačala), a približna linearnost otklona postiže se pogodnim izborom oblika, krivulje zasićenja (permeabilnosti) i rasporeda željeznih listića unutar zavojnice instrumenta. U instrumentu Norma 500 029 koriste se dva radijalno postavljena listića željeza gdje je jedan fiksno pričvršćen na nosač unutar zavojnice, a drugi se može zakretati na osovini i spregnut je sa kazaljkom. Magnetsko polje koje stvara struja kroz svitak magnetizira listiće željeza pa se oni međusobno odbijaju silom koja opada (približno) s kvadratom njihove udaljenosti. S druge strane, zakretni moment raste s kvadratom mjerene struje pa se time u konačnici dobije približno linearna skala.

 

Termistori (temperaturno ovisni otpornici) termički su spregnuti sa zavojnicom i služe za kompenzaciju promjene temperature okoline koja utječe na otpor bakrene zavojnice instrumenta.

 

Kod ove konstrukcije instrumenta sa pomičnim željezom vrlo lijepo se mogu vidjeti dva metalna listića od posebne legure sa uskom krivuljom histereze (jedan pomični i jedan nepomični) unutar zavojnice instrumenta.

 

Voltmetar Norma 500 029 predviđen je za precizno mjerenje istosmjernih i izmjeničnih napona iste efektivne vrijednosti, pri čemu se za sva mjerenja se koristi ista skala. Međutim, kod instrumentima sa pomičnim željezom javljaju se određene pojave koje uzrokuju pogreške prilikom mjerenja istosmjernih i izmjeničnih napona iste efektivne vrijednosti, pa čak i prilikom mjerenja izmjeničnih napona istih efektivnih vrijednosti ali različitih valnih oblika ili frekvencija.

Ove pogreške u najvećem dijelu uzrokuje pojava histereze, pojava vrtložnih struja, nelinearnost krivulje magnetiziranja željeza i induktivitet zavojnice. Zbog pojava histereze ostat će na željeznim listićima remanentni (zaostali) magnetizam nastao u prethodnom mjerenju pa instrument u idućem mjerenju za istu mjernu struju može dati različit otklon. Gubici zbog vrtložnih struja ovise o frekvenciji mjernog napona, pa će instrument za iste istosmjerne i izmjenične efektivne napone različitih frekvencija dati različite otklone. Pojava histereze i vrtložnih struja umanjuje se upotrebom materijala sa vrlo uskom krivuljom histereze, a to su najčešće legure željeza i nikla. Zbog zakrivljenosti krivulje magnetiziranja istosmjerna struja će dati veći otklon nego izmjenična struja iste efektivne vrijednosti, a i same izmjenične struje istih efektivnih vrijednosti ali različitih valnih oblika mogu dati različite otklone. Ovaj problem se rješava tako da se instrument ne koristi na krajnjim granicama opsega zakretanja već samo na dijelu gdje je krivulja magnetiziranja linearna.

Kad se sve uzme u obzir precizni laboratorijski instrumenti moraju imati određena ograničenja glede opsega preciznosti, a ona se najviše odnose na ograničenje frekvencije izmjenične struje i ograničenje dijela skale na kojem je instrument najprecizniji. Stoga je na voltmetru Norma 500 029 naznačeno kako je precizan za mjerenje izmjeničnih struja u rasponu 15-90 Hz, a sa smanjenom točnošću upotrebljiv je sve do 500 Hz. Također, na skali instrumenta iznad vrijednosti 20 uočavamo malu crnu točkicu koja označava područje nakon kojeg je instrument najprecizniji za izmjenične i istosmjerne napone.

Temperaturna kompenzacija također je bitan element kod preciznih laboratorijskih instrumenata. Promjena temperature utječe na promjenu otpora bakrene zavojnice instrumenta, mjernih predotpornika, a može utjecati i na promjenu protumomenta spiralnih opruga. Kod voltmetra Norma 500 029 za temperaturnu kompenzaciju koriste se termistori termički spregnuti sa zavojnicom te materijali za otpornike i opruge sa niskim temperaturnim koeficijentima.

Instrumenti sa mekim željezom osjetljivi su na utjecaj stranih magnetskih polja jer je dovoljna mala jačina polja za stvaranje odbojnih sila između željeznih listića. Stoga je kod našeg voltmetra čitav instrument sa mekim željezom oklopljen metalnim (magnetski vodljivim) cilindrom, a taj oklop ujedno i pospješuje temperaturnu stabilizaciju (sprječava nagle promjene temperature zavojnice instrumenta na koje termistori ne bi dovoljno brzo reagirali).

 

Spiralna opruga za stvaranje protumomenta kod preciznih mjernih instrumenata karakteristiku svoje elastičnosti mora zadržavati unutar temperaturnog opsega upotrebe mjernog instrumenta.

 

Osim specijalne izvedbe preciznih otpornika sa niskim temperaturnim koeficijentom otpora, ulazni djelitelj napona (atenuator) nije izveden samo sa otpornicima, već sa kombinacijom otpornika i kondenzatora. Time je dobiven kompenzacijski ulazni djelitelj koji se u principu sastoji od djelitelja otporničkog djelitelja napona i kondenzatorskog djelitelja napona kojim se poboljšava frekvencijski odziv atenuatora, odnosno njime se kompenzira različiti induktivni otpor zavojnice instrumenta na različitim frekvencijama napona.

Voltmetrom Norma 500 029 moguće je precizno mjeriti istosmjerne i izmjenične napone u rasponu 10-650 V i u frekvencijskom opsegu 15-90 Hz. Gotovo linearna skala raspona 14 cm, izuzetno tanki vrh kazaljke instrumenta i zrcalo za poništavanje paralakse oka osiguravaju precizno očitanje izmjerene vrijednosti. Dimenzije voltmetra su 210x290x120 mm, a težina ravnih 4 kg, što su pozamašni gabariti za jedan voltmetar u usporedbi s današnjim instrumentima, a istima najviše doprinosi težak metalni oklop instrumenta za zaštitu od stranih magnetskih polja, izuzetno robusno i izdržljivo kućište, te specijalna izvedba preciznih mjernih otpornika koji su nekad mogli izraditi jedino motanjem specijalne otporne žice na neki izolator, a čija se točna dužina prethodno odredila preciznim mjerenjem otpora.

Za takve mjerne otpornike potrebna je žica od materijala dovoljno visokog specifičnog otpora, zanemarivog temperaturnog koeficijenta otpora, zanemarivog termoelektričnog napona prema bakru (prema bakrenim vodovima sa kojima se spajaju), da ne mijenjaju otpor uslijed mehaničkih naprezanja (trešnja, udarci) i da zadržavanje sve te karakteristike kroz dugo razdoblje trajanja (desetke godina). Takva svojstva u velikoj mjeri objedinjuje manganin, legura bakra i mangana sa malim dodatkom nikla, koji je uveden u upotrebu još 1880-tih godina. Osim manganina koriste se i druge legure kao što su izabelin, novokonstantin, te legure kroma i zlata ili kroma i nikla (izaom, karma) koje imaju tri puta veći specifični otpor od manganina. U voltmetru Norma 500 029 koriste se žičani otpornici sa žicom motanom na tanko plosnato tijelo, a to je iz razloga jer takav otpornik ima puno manji vlastiti induktivitet (oko 10 puta manji) nego da je žica motana na tijelo sa okruglim presjekom. Smanjenje vlastitog induktivnog i kapacitivnog otpora na zanemarivu mjeru izuzetno je važno kod motanih žičanih otpornika, a to se osim oblikom tijela postiže i posebnim načinima motanja otporne žice ili dijeljenjem namota na više malih sekcija ili slojeva koji su povezani tako da kroz njih struja teče u suprotnim smjerovima. Kod voltmetra Norma 500 029 dvije po dvije pločice vezane su serijski i čine jedan mjerni otpornik. Unatoč tome, žičanim otpornicima velikog otpora koji zahtijevaju puno namota žice teško je kompenzirati unutarnje kapacitete i induktivitete na višim frekvencijama, pa su i sami takvi mjerni otpornici ograničavajući faktor glede najveće frekvencije struje koja se može precizno mjeriti. Danas se umjesto žičanih otpornika koriste slojni otpornici kod kojih je na pločicu od izolatora nanesen sloj otpornog materijala, te kod njih nema nikakvih namotaja koji bi mogli uzrokovati induktivne otpore.

U RC elementima za frekvencijsku kompenzaciju atenuatora žica je motana standardno na valjkasta tijela, a tu unutarnji kapacitet i induktivitet otpornika nije toliko bitan jer se ionako pribraja induktivitetu zavojnice instrumenta i kompenzira dodanim kondenzatorima.

 

Skala instrumenta najvećim dijelom je linearna. Simboli označavaju da se radi o instrumentu sa pomičnim željezom, predviđenim za mjerenje istosmjernog i izmjeničnog napona. Klasa točnosti je 0,2 što ga svrstava u precizne laboratorijske mjerne instrumente, za mjerenje se koristi u horizontalnom položaju, ispitni napon je 2 kV. Najveća točnost mjerenja izmjeničnog napona je u rasponu 15-90 Hz, a upotrebljiv je za mjerenje do 500 Hz.

Na dnu su ispisani unutarnji otpori instrumenta na pojedinom mjernom opsegu. Vidimo da je potrošnja instrumenata za pomičnim željezom relativno velika (20-40 mA) tako da nisu pogodni za mjerenje izvora koji mogu dati male struje.

 

Sa zadnje strane skale instrumenta otisnut je datum proizvodnje. Iako je teško čitljiv uspjeli smo odgonentnuti da se radi o 20.05.1965. godine.

Mala crna točka iznad vrijednosti 20 označava područje od kojeg je skala linearna i očitanje vrijednosti najtočnije.

 

Naučeni na moderne elektronske voltmetre (multimetre) koji redom koriste aktivna mjerna pojačala sa FET-ovima ili operacijskim pojačalima visoke ulazne impedancije i velike osjetljivosti sa preciznim slojnim otpornicima i jednostavnim dodatnim izvedbama kalibracije, voltmetar Norma 500 029 može se danas činiti preglomaznim i nespretnim mjernim instrumentom kompliciranim za upotrebu jer moramo ručno izabrati mjerni opseg, a zatim ispravno očitati i preračunati očitanu vrijednost. Naravno da nemamo previše argumenta kojima bi tvrdili da je analogni voltmetar iz 1960-tih godina po nečemu bolji od nekog današnjeg suvremenog voltmetra iste klase točnosti, ali svakako nas može na vrlo praktičan način podsjetiti na još jednu tehnologiju iz područja dobre stare elektronike 🙂

 

Leave a comment

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena.