Стрелочный индикатор измерительного прибора

Электрические измерения были составной частью почти всех опытов, рекомендуемых в Практикумах. Однако специального разговора о сущности измерений, об устройстве и работе измерительных приборов, об их выборе для тех или иных радиотехнических измерений, о генераторах для испытаний и налаживания аппаратуры и многом другом, с чем радиолюбителю приходится сталкиваться, на Практикумах еще не было. Этим вопросам, которые интересуют многих начинающих радиолюбителей, будет посвящено несколько Практикумов.

Магнитоэлектрический прибор

Многие из вас пользуются ампер-вольтомметрами (сокращенно — авометрами) — комбинированными приборами для измерения токов, напряжений и сопротивлений. Некоторые авометры, например Ц4341, позволяют, кроме того, измерять основные параметры маломощных транзисторов. Виды измерений разные, а индикатор, то есть стрелочный прибор, по которому оценивают ту или иную электрическую величину один.

В качестве индикаторов в радиоизмерительной аппаратуре, в том числе и в авометрах, наиболее широко используются стрелочные приборы магнитно-электрической системы.

Условное обозначение прибора магнитоэлектрической системы начинается с буквы М, что означает магнитоэлектрический. Например, М24, М49, М592. Число после буквы обозначает номер типа прибора. Это, как правило, микроамперметры, рассчитанные на измерение постоянных токов до 50— 500 мкА (0,05 - 0,5 мА).

На одном из Практикумов уже говорилось о стрелочном измерительном приборе магнитоэлектрической системы. Поэтому сейчас мы лишь напомним, как он устроен и работает.

Внешний вид одного из магнитоэлектрических приборов (М24) и схематическое устройство его механизма показаны на рис. 1. Сам измерительный механизм прибора состоит из рамки — катушки, намотанной изолированным проводом на прямоугольном каркасе из тонкого картона, пропитанного клеем, или фольги. Рамка, удерживаясь на полуосях-кернах, может поворачиваться в зазоре между полюсами сильного постоянного магнита и цилиндрическим сердечником. В этом зазоре создается равномерное магнитное поле, что является непременным условием для получения равномерной шкалы прибора. На рамке закреплена легкая стрелка. Выводами обмотки рамки служат тонкие спиральные пружины, удерживающие ее в исходном положении, при котором стрелка устанавливается против нулевой отметки шкалы.

Когда в обмотке рамки появляется постоянный ток, вокруг нее возникает магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита. При этом рамка, преодолевая противодействие спиральных пружин, стремиться повернуться на полуосях так, чтобы полюсы ее магнитного поля оказались против полюсов постоянного магнита противоположной им полярности. Чем больше ток, текущий через рамку, тем сильнее ее магнитное поле, тем больше усилие, поворачивающее ее, а вместе с ней и стрелку, вокруг оси. Как только ток в рамке и ее магнитное поле исчезают, рамка со стрелкой тут же возвращаются в исходное нулевое положение. Таким образом, магнитоэлектрический прибор является не чем иным, как преобразователем постоянного тока в механическое усилие, поворачивающее рамку. О величине этого тока судят по углу, на который под его воздействием смогла повернуться рамка.

Прибор магнитоэлектрической системы, независимо от его типа, является измерителем только постоянного (или пульсирующего) тока, то есть может быть только микроамперметром, миллиамперметром или амперметром постоянного тока. Для того, чтобы им можно было измерять переменные токи и напряжения, их необходимо предварительно преобразовать в пропорциональные им постоянные или пульсирующие токи.

Для опытов и различных электрических измерений на этом и последующих Практикумах используйте микроамперметр на ток до 100—500 мкА, желательно с большой шкалой (М24, М94). Чем меньше ток, на который он рассчитан, и больше шкала, тем точнее будут конструируемые на его базе самодельные приборы. А имеющиеся у вас авометры или отдельные миллиамперметры и вольтметры используйте в качестве образцовых приборов.

Прежде всего внимательно рассмотрите шкалу прибора и изучите надписи и условные обозначения на ней. На шкале справа внизу вы увидите изображение подковообразного магнита с зачерненным прямоугольником между его полюсами (рис. 2, а). Это символическое обозначение прибора магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой. Рядом нанесена прямая горизонтальная черточка, говорящая о том, что прибор предназначен для измерения постоянного тока. Число внутри пятиконечной звезды (рис. 2, б) указывает максимально допустимое напряжение (в киловольтах), которое может быть приложено между корпусом и магнитоэлектрическим механизмом прибора. Еще одна группа цифр характеризует класс точности прибора. Класс точности — это численный показатель возможной погрешности прибора на всех отметках шкалы, выраженный в процентах от конечного (наибольшего) значения шкалы. Например, микроамперметр на 100 мкА класса точности 2 может дать ошибку 2 мкА (2% от 100 мкА). Для ваших целей подойдут приборы классов точности 1—2,5.

На шкале прибора может быть также знак в виде двух взаимно перпендикулярных линий (рис. 2, в) или П-образной скобы. Первый из них указывает, что рабочее положение шкалы прибора должно быть вертикальное, второй — горизонтальное. Если этих знаков нет, значит прибор может работать как при вертикальном, так и горизонтальном положении шкалы.

Основных электрических параметров, по которым можно судить о возможном применении прибора для тех или иных измерений, два: ток полного отклонения стрелки I_и, то есть наибольший ток, при котором стрелка отклоняется до конечной отметки шкалы, и сопротивление рамки R_и. О величине первого параметра говорит сама шкала. Так, например, если этот прибор микроамперметр (знак мА) и возле конечной отметки шкалы стоит число 100, значит ток полного отклонения стрелки равен 100 мкА. Величину второго параметра часто указывают в средней части шкалы.

В вашем распоряжении могут оказаться магнитоэлектрические приборы, использовавшиеся в вольтметрах или амперметрах переменного тока, в частотометрах или каких-то других измерительных приборах. Их также можно использовать в конструируемых вами приборах, важно лишь, чтобы их основные параметры (I_и и R_и) соответствовали заданным,

А можно ли самим измерить эти параметры неизвестного прибора? Конечно, можно. Именно это мы и предлагаем сделать сейчас, хотя бы для накопления опыта электрических измерений.

Для измерения параметров I_и и R_и неизвестного прибора потребуется гальванический элемент 332 или 343, образцовый миллиамперметр (авометр) с пределом измерений 1—2 мА, переменный резистор сопротивлением 5— 10 кОм и постоянный резистор, который будем называть добавочным. Роль добавочного резистора весьма ответственная: он должен ограничивать ток в цепи, в которую будет включаться неизвестный прибор, и тем самым защищать этот прибор от перегрузок. Если при включении источника питания ток в цепи окажется значительно больше тока /и проверяемого прибора, то его стрелка, резко отклоняясь за пределы шкалы, может погнуться, а если ток очень велик, то может даже сгореть обмотка рамки.

. Поначалу, в порядке страховки, полагайте, что /и прибора не превышает 50 мкА. Тогда при напряжении источника питания 1,5 В (один элемент) сопротивление добавочного резистора Должно быть около 30 кОм

Проверяемый измерительный прибор ИП_п, образцовый миллиамперметр ИП₀, переменный резистор R и добавочный резистор R_д соедините последовательно, как показано на рис. 3. Проверьте, нет ли ошибок в полярности соединения зажимов приборов, Движок переменного резистора поставьте в положение наибольшего сопротивления резистора (по схеме — в крайнее правое положение) и только после этого включите в цепь гальванический элемент. При этом стрелки обоих приборов должны отклониться из какой-то угол. А теперь уменьшайте постепенно введенное в цепь сопротивление переменного резистора — стрелки приборов будут удаляться от нулевых отметок их шкал. Заменяя добавочный резистор резисторами меньшего номинала и изменяя сопротивление переменного резистора, создайте в дали ток такой величины, при котором стрелка проверяемого прибора установится точно против конечной отметку шкалы. Величина этого тока, отсчитанная по шкале образцового миллиамперметтра, будет током I_и проверяемого прибора.

Не изменяя схемы соединений, измерьте сопротивление рамки R_и. Сна-чада, как и при измерении тока I_и переменным резистором установите стрелку проверяемого прибора на конечную отметку шкалы и запишите показание образцового миллиамперметра. После этого подключите параллельно проверяемому прибору переменный резистор R_ш (рис. 4) сопротивлением 1,5—3 кОм. Изменением его сопротивления добейтесь того, чтобы ток через прибор ИПП уменьшился вдвое. При этом общее сопротивление цепи несколько уменьшится, а ток увеличится. Затем с помощью переменного резистора R установите (по миллиамперметру) в цепи начальный ток и точнее подберите сопротивление резистора R_ш, добиваясь установки стрелки прибора точно против отметки половины шкалы. Всё! Параметр R_и проверяемого прибора равен сопротивлению введенной части резистора R_ш. Измерьте его омметром.

Пробник

Первым измерительным прибором со стрелочным индикатором может быть

пробник, схему которого вы видите на рис. 5. Он состоит из микроамперметра (или миллиамперметра) ИП, источника питания Э, добавочного резистора R_д и щупов — проводников длиной по 20—25 см с оголенными жилами на концах. Сопротивление резистора (рассчитанное по формуле закона Ома) должно быть таково, чтобы при соединении щупов стрелка прибора отклонялась на всю шкалу. Если пренебречь сопротивлением проводников щупов, то такое отклонение стрелки будет соответствовать сопротивлению внешней цепи, то есть цепи, к которой подключают щупы проводника, равному нулю (например, короткому замыканию в проверяемом участке цепи), а когда щупы разомкнуты и стрелка прибора стоит против нулевой отметки шкалы — бесконечно большому сопротивлению внешней цепи. Пользуясь пробником, вы можете проверить целость обмоток трансформаторов, дросселей, контурных катушек, качество конденсаторов, а по углу отклонения стрелки примерно оценить сопротивление резистора иди участка цепи.

Изготовление такого пробника и проверку его в работе считайте вашим практическим заданием.