МИЛЛИАМПЕРВОЛЬТОММЕТР

Ты, конечно, обратил внимание на то, что в миллиамперметре, вольтметре и омметре, о принципе работы которых я рассказал, использовались однотипные стрелочные приборы. Невольно напрашивается вопрос: нельзя ли все это объединить в одном комбинированном измерительном приборе? Можно. Получится миллиампервольтомметр - прибор для измерения токов, напряжений и сопротивлений.

Принципиальная схема возможного варианта такого измерительного прибора изображена на рис. 116. Прибор объединяет в себе шестипре дельный миллиамперметр постоянного тока (0,1, 1, 3, 10, 30 и 100 мА), шестипредельный вольтметр постоянного тока (1, 3, 10, 30, 100 и 300 В), однопредельный омметр и пятипредельный вольтметр переменного тока (3, 10, 30, 100 и 300 В). Зажим «— Общ.», к которому подключают один из измерительных щупов, является общим для, всех видов измерений. Прибор переключают на разные виды и пределы измерений перестановкой вилки второго щупа: при измерении постоянного тока - в гнезда Х13-Х18, при измерении постоянных напряжений - в гнезда Х7-Х12, при измерении сопротивлений - в гнездо Х6, при измерении переменных напряжений - в гнезда Х1-Х5. Пользуясь прибором как миллиамперметром постоянного тока, надо на всех пределах, кроме 0,1 мА, замкнуть контакты выключателя S1, чтобы к шунту Rш подключить микроамперметр PA1.

Рис. 116. Схема миллиампервольтомметра

Сопротивления резисторов и пределы измерений, указанные на рис. 116, соответствуют микроамперметру на ток Iи = 100 мкА с сопротивлением рамки Rи = 720 Ом. Для микроамперметров с иными параметрами Iи и Rн сопротивления резисторов для тех же пределов измерений придется пересчитать.

Часть прибора, относящаяся только к миллиамперметру постоянного тока (mА_), состоит из микроамперметра РА1, выключателя S1, резисторов R14-R18, образующих шунт Rш, гнезд Х13-Х18 и зажима «-Общ». На любом пределе измерений через микроамперметр течет ток, не превышающий максимальный ток.

Применительно к микроамперметру, использованному в описываемым комбинированном измерительном приборе, я расскажу о расчете шунта Rш и составляющих его резисторов R14-R18. Для этого первый, наименьший предел измерений с шунтом (1 мА) обозначим Iш, второй (3 мА) - In2, третий (10мА) - In3, четвертый (30 мА) - In4, пятый, наибольший (100 мА) - In5.

Сначала надо определить общее сопротивление шунта первого предела, измерений 1Щ по такой формуле:

После этого можно приступить к расчету составляющих его резисторов, начиная с резистора R18 наибольшего предела измерений In5 (до 100 мА), в таком порядке:

Так можно рассчитать шунт и для микроамперметра с другими параметрами Iи и Rн, подставляя их значения в эти же формулы.

Теперь о вольтметре постоянного тока V_. В эту часть прибора входит тот же микроамперметр РА1, добавочные резисторы R8—R13, гнезда Х7—Х12 и зажим « - Общ.» (контакты выключателя S1 разомкнуты, чтобы микроамперметр отключить от шунта). Каждый предел имеет самостоятельный добавочный резистор: R8 - для предела «1 В», К9 - для предела «3 В», R10 - для предела «10 В», R11 - для предела «30 В» и т. д. С расчетом добавочных резисторов ты уже знаком.

Следующая часть прибора - однопредельный омметр . В него входят: микроамперметр РА1, резисторы R6 и R7, элемент G1, гнездо Х6 и зажим «-Общ». Соедини мысленно гнездо Х6 с зажимом «-Общ». Образуется замкнутая цепь (такая же, как на рис. 115), ток в которой зависит от напряжения источника питания G1 омметра, суммарного сопротивления резисторов R6, R7 и сопротивления рамки микроамперметра.

Перед измерением сопротивления резистора или участка цепи измерительные щупы замыкают и резистором R6 «Уст.О» стрелку прибора устанавливают точно на конечное деление шкалы, т. е. на нуль омметра. Если стрелка прибора не доходит до нуля омметра, значит, необходимо заменить его источник питания. Суммарное сопротивление резисторов R6 и R7 выбрано таким, чтобы при напряжении источника питания омметра 1,2-1,5 В в цепи можно было установить ток, равный току Iи микроамперметра.

Таким омметром можно измерять сопротивление примерно от 100-150 Ом до 60-80 кОм.

В вольтметр переменного тока входят: микроамперметр, диоды V1 и V2, добавочные резисторы R1-R5, гнезда X1-Х5 и зажим «-Общ». Рассмотрим для примера цепь предела измерений 3 В. При подключении измерительных щупов (гнездо X1, зажим «- Общ.») к источнику переменного тока напряжением до 3 В ток идет через добавочный резистор R1, выпрямляется диодом V1 и заставляет стрелку микроамперметра отклониться на угол, соответствующий значению выпрямленного тока. Так работает прибор и на других пределах измерений, разница лишь в сопротивлениях добавочных резисторов. Роль диода V2 вспомогательная: пропускать через себя отрицательную полуволну напряжения, минуя микроамперметр. Его, в принципе, может и не быть, но тогда при значительных измеряемых напряжениях отрицательная полуволна может пробить диод V1 и вольтметр переменного тока выйдет из строя.

Для микроамперметра с другими параметрами Iи и Rн добавочные резисторы рассчитывай так же, как резисторы для измерений напряжений постоянного тока, а затем полученные результаты раздели на коэффициент 2,5.

Коротко о выборе пределов измерений. Наибольшая погрешность измерений токов и напряжений получается при отсчете измеряемых величин на первой трети части шкалы. Поэтому, выбирая пределы измерений, всегда стремись к тому, чтобы первый (наименьший) из них захватывал первую треть шкалы второго предела, второй предел - первую треть шкалы третьего предела и т. д. В этом отношении удобными для измерений можно считать пределы: 0-1, 0-3, 0-10, 0-30, 1-100. Именно эти пределы измерений токов и напряжений выбраны для рекомендуемого тебе комбинированного прибора.

Но это не значит, что только такими должны быть пределы измерений. С учетом габаритов и разметки делений шкалы микроамперметра можно выбрать и другие пределы, например 0-1, 0-5, 0-25, 0-100. Но отчет измеряемых величин надо стараться вести за пределами первой трети шкалы.

Возможную конструкцию комбинированного измерительного прибора, в котором используется микроамперметр М24, ты видишь на рис. 117. Роль входных контактов выполняют гнезда трех семиштырьковых ламповых панелек и один зажим. Гнезда одной панельки относятся только к миллиамперметру, гнезда второй панельки - только к вольтметру постоянного тока, третьей - к омметру и вольтметру переменного тока. Зажим «-Общ.» является общим входным контактом для всех видов и пределов измерений.

Микроамперметр, ламповые панельки, переменный резистор R6 (типа СП-1) и выключатель S1 (тумблер ТВ2-1) укрепи на гетинаксовой панели размерами 200 х 140 мм, а элемент G1 (332) - на боковой фанерной (или дощатой) стенке прибора. Резисторы шунта и добавочные резисторы вольтметров монтируй непосредственно на выводных контактах ламповых панелек. Общими монтажными проводниками резисторов вольтметров могут быть отрезки голого медного провода толщиной 1-1,5 мм, припаянные к центральным контактам панелек.

В качестве добавочных резисторов используй резисторы МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0. Резисторы R14-R18 шунта должны быть проволочными. Используй для них высокоомный манганиновый или константановый провод диаметром 0,08-0,1 мм в шелковой или бумажной изоляции. Отрезки провода нужной длины наматывай на корпусы резисторов МЛТ-0,5 или МЛТ-1,0 с номиналами не менее 20-50 кОм и припаивай их концы к проволочным выводам резисторов. Длину отрезка провода необходимого сопротивления можно рассчитать, пользуясь справочной литературой, или измерить омметром.

Рис. 117. Конструкция миллиампервольтомметра

Отрезок константанового провода ПЭК, например, диаметром 0,1 мм и длиной 1 м обладает сопротивлением около 60 Ом. Следовательно, для всего шунта (80 Ом) потребуется около 1,5 м такого провода.

Сопротивления резисторов шунта, как бы точно они ни были рассчитаны, во время градуировки прибора обязательно придется несколько уменьшать или, наоборот, увеличивать, т. е., как говорят, подогнать под параметры микроамперметра. И чтобы не наращивать провод в случае его недостаточного сопротивления, отрезки провода для резисторов шунта делай на 5-10% длиннее расчетных.

Конструкция измерительного щупа может быть такой, как на рис. 118. Это медный или латунный стержень (проволока) диаметром 3-4 и длиной 120-150 мм, один конец которого заострен. К другому его концу припаян гибкий (многожильный) изолированный проводник, оканчивающийся однополюсным штепселем, вставляемым в гнезда ламповых панелек, или вилкообразным металлическим наконечником под зажим «— Общ». На стержень надета изолирующая (резиновая, поливинилхлоридная трубка. Она закрывает весь стержень щупа, включая место спайки его с гибким проводником. Из трубки выступает только заостренный кончик стержня, которым можно прикасаться к точкам измеряемых цепей. Если не окажется подходящей изоляционной трубки, то закатай стержень щупа в полоску бумаги, предварительно промазав ее клеем БФ-2 или каким-либо лаком, и хорошенько просуши. Толщина бумажного слоя должна составлять 0,5-0,8 мм. Сверху бумажную изоляцию покрой тем же клеем или лаком или покрась масляной краской.

Градуировка миллиамперметра и вольтметра постоянного тока сводится к подгонке секций универсального шунта и добавочных резисторов под максимальный ток пределов измерения, а вольтметра переменного тока и омметра, кроме того - к разметке их шкал.

Рис. 118. Устройство измерительного щупа

Для подгонки шунта миллиамперметра потребуются: образцовый многопредельный миллиамперметр, свежая батарея 3336Л и два переменных резистора - проволочный сопротивлением 200-500 Ом и мастичный (СП, СПО) сопротивлением 5-10 кОм. Первый из переменных резисторов будешь использовать для регулировки тока при подгонке резисторов R16-R18, второй - при подгонке резисторов R14 и R15 шунта.

Вначале подгоняй резистор R14. Для этого соедини последовательно (рис. 119, а) образцовый миллиамперметр РАо, батарею GB и регулировочный резистор Rp. Установи движок резистора Rp в положение максимального сопротивления. Подключи градуируемый прибор РАг, установленный на предел измерений до 1 мА (измерительные щупы подключены к зажиму «- Общ.» и гнезду Х14, контакты выключателя S1 замкнуты). Затем, постепенно уменьшая сопротивление регулировочного резистора, по образцовому миллиамперметру установи ток в измерительной цепи, равный точно 1 мА. Сравни показания обоих приборов. Поскольку сопротивление провода резистора R14 немного больше расчетного, стрелка градуируемого прибора заходит за конечное деление шкалы. Твоя задача, понемногу уменьшая длину провода резистора, добиться, чтобы стрелка градуируемого прибора установилась точно против конечной отметки шкалы.

После этого переходи к подгонке резистора R15 на предел измерения до 3 мА, затем резистора R16 на предел измерения до 10 мА и т.д. Подбирая сопротивление очередного резистора, уже подогнанные резисторы шунта не трогай - можешь сбить градуировку соответствующих им пределов измерений.

Шкалу вольтметра постоянных напряжений первых трех пределов измерения (1, 3 и 10 В) градуируй по схеме, показанной на рис. 119,б. Параллельно батарее GB, составленной в зависимости от диапазона из одной или трех батарей 3336Л (последовательное соединение), включи потенциометром переменный резистор Rp. сопротивлением 1,5-2,5 кОм, а между его нижним (по схеме) выводом и движком включи параллельно соединенные образцовый PUо и градуированный PUг вольтметры. Предварительно движок резистора поставь в крайнее нижнее (по схеме) положение, соответствующее нулевому напряжению, подаваемому от батареи GB к измерительным приборам, а градуируемый вольтметр включи на предел измерения до 1 В. Постепенно перемещая движок резистора вверх (по схеме) подай на вольтметр напряжение, равное точно 1 В. Сравни показания приборов. Если стрелка градуируемого вольтметра не доходит до конечной отметки шкалы, значит, сопротивление резистора R8 велико, если наоборот, уходит за нее, значит, его сопротивление мало. Надо подобрать резистор такого сопротивления, чтобы при напряжении 1 В, фиксируемом образцовым вольтметром, стрелка градуируемого прибора устанавливалась против конечной отметки шкалы. Так же, но при напряжениях 3 и 10 В, подгоняй добавочные резисторы R9 и R10 следующих двух пределов измерений.

По такой же схеме градуируй шкалы остальных трех пределов измерений, но с использованием соответствующих им источников постоянных напряжений. При этом вовсе не обязательно подавать на приборы наибольшие напряжения пределов измерения. Подгонять сопротивления резисторов можно при каких-то средних напряжениях (например, резистора R11 - при напряжении 15—20 В), а затем сверить показания вольтметров при более низких и более высоких напряжениях. Источником напряжения при градуировке шкалы предела до 300 В может быть выпрямитель лампового усилителя или приемника. При этом резистор Rp должен быть заменен другим резистором сопротивлением 470-510 кОм.

Среди постоянных резисторов, выпускаемых промышленностью, обычно нет точно таких, номинальные сопротивления которых соответствовали бы расчетным сопротивлениям добавочных резисторов. Поэтому резисторы требуемого сопротивления приходится подбирать из числа резисторов близкого ему номинала с допуском отклонения не больше ± 5%.

Рис. 119. Схемы градуировки прибора

Например, для предела измерений до 1 В нужен добавочный резистор R8 сопротивлением 9,3 кОм. По существующему ГОСТу ближайший номинал резисторов, выпускаемых промышленностью, 9,1 кОм. При допуске ± 5% фактическое сопротивление резисторов этого номинала может быть примерно от 8,6 до 9,6 кОм. Среди них, следовательно, можно подобрать резистор сопротивлением 9,3 кОм.

Добавочный резистор нужного сопротивления можно также составить из двух-трех резисторов. Или поступить так: включить в цепь вольтметра резистор большего, чем требуется, сопротивления, а затем подключать параллельно ему резисторы еще больших сопротивлений, добиваясь отклонения стрелки градуируемого прибора на всю шкалу.

Шкалы миллиамперметра и вольтметра постоянного тока равномерные. Поэтому наносить на шкалу микроамперметра какие-либо деления между нулевой и конечной отметками не следует. Оцифрованная шкала микроамперметра используется при измерении токов и напряжений всех пределов измерений. А вот шкала вольтметра переменного тока неравномерная. Поэтому кроме подгонки добавочного резистора под наибольшее напряжение каждого предела измерений приходится размечать все промежуточные деления шкалы.

Схема измерительной цепи во время градуировки вольтметра переменного тока остается такой же, как при градуировке вольтметра постоянного тока (рис. 119,б). Только на переменный резистор Rp надо подавать переменное напряжение и образцовый прибор должен быть вольтметром переменного тока. Источником переменного напряжения может быть вторичная обмотка трансформатора. Сначала, используя трансформатор, понижающий напряжение сети до 12-15 В, включи градуируемый вольтметр на предел измерений до 3 В и установи резистором Rp по шкале образцового прибора напряжение 3 В. Затем, подбирая сопротивление резистора Rp добейся отклонения стрелки микроамперметра на всю шкалу. После этого устанавливай регулировочным резистором напряжения 2,9; 2,8; 2,7 В и т.д. через каждые 0,1 В и записывай показания вольтметра. Позже по этим записям ты разметишь шкалу вольтметра переменного напряжения всех пределов измерения.

Для градуировки шкалы на остальных пределах измерений достаточно подобрать добавочные резисторы, которые бы соответствовали отклонению стрелки микроамперметра до конечного деления шкалы. Промежуточные значения измеряемых напряжений следует отсчитывать по шкале первого предела, но в других единицах.

Шкалу омметра можно проградуировать с помощью постоянных резисторов с допуском отклонения от номинала ±5%. Делай это так. Сначала, включив прибор на измерение сопротивлений, замкни накоротко щупы и переменным резистором R6 «Уст. О» установи стрелку микроамперметра на конечное деление шкалы, соответствующее нулю омметра. Затем, разомкнув щупы, подключай к омметру резисторы с номинальными сопротивлениями 50, 100, 200, 300, 400, 500 Ом, 1 кОм и т. д. примерно до 60-80 кОм, всякий раз замечая точку на шкале, до которой отклоняется стрелка прибора. И в этом случае резисторы нужных сопротивлений можно составлять из нескольких резисторов других номиналов. Так, например, резистор сопротивлением 400 Ом (такого номинала среди резисторов, выпускаемых нашей промышленностью, нет) можно составить из двух резисторов по 200 Ом, резистор на 50 кОм - из резисторов сопротивлением 20 и 30 кОм, соединив их последовательно. Чем больше сопротивление образцового резистора, тем на меньший угол отклоняется стрелка прибора. По точкам отклонений стрелки, соответствующим разным сопротивлениям резисторов, ты будешь строить шкалу омметра.

Образец шкал комбинированного измерительного прибора применительно к микроамперметру М24 показан на рис. 120. Верхняя шкала является шкалой омметра, средняя - шкалой миллиамперметра и вольтметра постоянного тока, нижняя - шкалой вольтметра переменного тока. Примерно так же должны выглядеть шкалы твоего прибора. Начерти их возможно точнее на листе ватмана и вырежи бумагу по форме шкалы микроамперметра.

Рис. 120. Шкала миллиампервольтомметра

Затем осторожно извлеки магнитоэлектрическую систему прибора из корпуса и наклей на его металлическую шкалу вычерченную многопредельную шкалу твоего миллиампервольтомметра.

Можно ли этот прибор упростить? Разумеется, можно. Если ты не собираешься конструировать ламповую аппаратуру, то из прибора можно исключить добавочные резисторы R4, R5 и R12, R13 пределов измерений переменных и постоянных напряжений до 100 и 300 В. Останутся пятипредельный миллиамперметр постоянного тока, трехнедельный вольтметр переменного тока, четырехпредельный вольтметр постоянного тока и однопредельный омметр. В дальнейшем ты можешь все, что сейчас исключишь для упрощения измерительного прибора, восстановить.

Наша промышленность выпускает для нужд лабораторий, учреждений, предприятий и радиолюбителей много типов комбинированных измерительных приборов - авометров. Любой из них может быть использован как амперметр, миллиамперметр постоянного и переменного напряжений со многими пределами измерений. Есть приборы, позволяющие, кроме того, проверять параметры транзисторов. Если представится возможность, купи такой прибор, он многие годы будет тебе верным помощником.