Миллиампервольтомметр

Ты, конечно, обратил внимание на то, что в миллиамперметре, вольтметре и омметре, о принципе работы которых я рассказал, можно использовать 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. 235. Прибор объединяет в себе шестипредельный 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 пяти предельный 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. Переключение прибора на те или иные виды и пределы измерений производят перестановкой вилки второго щупа: при измерении постоянного тока — в гнезда Гнп — Гн18, при измерении постоянных напряжений — в гнезда Гн7 —Гн12, при измерении сопротивлений — в гнездо Гн6, при измерении переменных напряжений — в гнезда Гн1 — Гн5. Пользуясь прибором как миллиамперметром постоянного тока, надо на всех пределах, кроме 0,1 мА, замкнуть контакты выключателя Вj, чтобы к шунту Rm подключить микро­амперметр ИП1.

Рис. 235. Миллиампервольтомметр.

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

Как работает прибор?

Часть прибора, относящаяся только к миллиамперметру постоянного тока (тА_)9 слагается из микроамперметра ИПЬ выключателя В1 резисторов R14—R18 образующих шунт гнезд Гн13 —Гн18 и зажима —Общ. На любом пределе измерений через микроамперметр течет ток, не превышающий макси­мальный ток Iи.

Попутно расскажу о расчете шунта и составляющих его резисторов R14—R18 применительно к тому микроамперметру, который использован в ком­бинированном измерительном приборе. Для этого первый, наименьший предел измерений с шунтом (1 мА) обозначим Iп1 второй (3 мА) —Iп2 третий (10 мА) — Iп3, четвертый (30 мА) — Iп4, пятый, наибольший (100 мА) — Iп5.

Сначала надо определить общее сопротивление шунта первого предела измерений Ini по такой формуле:

После этого можно приступить к расчету составляющих его резисторов, начиная с резистора R18 наибольшего предела измерений Iп5 (до 100 мА), в таком порядке:

В таком порядке можно рассчитать шунт и для микроамперметра е другими параметрами Iи и Rи и подставляя их значения в. эти же формулы.

Теперь о вольтметре постоянного тока В эту часть прибора входит то* же микроамперметр ИПЬ добавочные резисторы R8—R13, гнезда Гн7—Гн12 и зажим —Общ (контакты выключателя Вх разомкнуты, чтобы микроамперметр отключить от шунта). Каждый предел имеет самостоятельный добавочный резистор; — для предела «1 В», R9— для предела «3 В», R10 — для предела «10 В», R11— для предела «30 В» и т. д. С расчетом добавочных резисторов ты уже знаком (с. 266).

Следующая часть прибора — однопредельный омметр Q. В него входят: микроамперметр ИП1, резисторы R6 и R7 элемент Э1, гнездо Гн6 и зажим — Общ, Соедини мысленно гнездо Гн6 с зажимом —Общ. Образуется замкнутая цепь (такая же, как по схеме на рис. 234), ток в которой зависит от напряжения источника питания Э1 омметра, суммарного сопротивления резисторов R6, jR7 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 в пределах 1,2—1,5 В в цепи можно было установить ток, равный току Iи микроамперметра.

Таким омметром можно измерять сопротивление примерно от Ш) —150 Ом до 60-80 кОм.

В вольтметр переменного тока входят: микроамперметр, диоды Дх и Д2, добавочные резисторы R1 — R5, гнезда Гн1—Гн5 и зажим —Общ. Рассмот­рим для примера цепь предела измерений 3 В. При подключении измеритель­ных щупов (гнездо Гн1, зажим —Общ.) к источнику переменного тока напря­жением до 3 В ток идет через добавочный резистор R1, выпрямляется диодом Дх 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 Д2 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 Д1 и вольтметр переменного тока выйдет из строя.

Для микроамперметра с другими параметрами Iи и Rи добавочные резисторы рассчитывай так же, как резисторы пределов 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 такие пределы: 0 — 1, 0 — 3, 0—10, 0 — 30, 0 — 100. Именно эти пределы измерений токов и напряжений и 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 отсчет измеряемых величин надо стараться вести за пределами первой трети шкалы.

Возможную конструкцию комбинированного измерительного прибора, в ко­тором используется микроамперметр М24, ты видишь на рис. 236. 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 В1 (тумблер ТВ2-1) укрепи на гетинаксовой панели размерами 200x 140 мм, элемент Э1 (332) — на боковой фанерной (пли дощатой) стенке прибора. Резисторы шунга и добавочные резисторы вольтметров смонтируй 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.

Рис. 236. Конструкция миллиампервольтомметра.

Длину отрезка провода необходимого сопротивления можно рассчитать, пользуясь справочной литературой, или измерить омметром. Отрезок констан- танового 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 не 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. 237. 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, или вилкообразным металличе­ским наконечником под зажим —Общ. На стержень надета изолирующая (резиновая, поливинилхлоридная, эбонитовая) 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 быть 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.

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 регулирования тока при подгонке резисторов R16—второй — при подгонке резисторов R17 и R15 шунта.

Вначале подгоняй резистор R14.    Для этого соедини последовательно (рис. 238, а) образцовый миллиамперметр ИП0, батарею Б и регулировочный резистор Rp. Установи движок резистора Rp в положение максимального сопротивления. Подключи градуируемый прибор ИП1Г, установленный на предел измерений до 1 мА (измерительные щупы подключены к зажиму — Общ. и гнезду /н13, контакты выключателя В1 замкнуты). Затем, постепенно уменьшая сопротивление регулировочного резистора, по образцовому миллиамперметру установи ток в измерительной цепи, равный точно 1 мА. Сличи показания обоих приборов. Поскольку сопротивление провода резистора Rl4 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 во схеме, показанной на рис. 238, 6. Параллельно батарее Б, составленной в зависимости от диапазона из одной или трех батарей 3336JI (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 ИП0 и градуируемый ИПг вольтметры. Предварительно движок резистора поставь в крайнее нижнее (по схеме) положение, соответствующее нулевому напряжению, подаваемому от батареи Б к измерительным приборам, а градуи­руемый вольтметр включи на предел измерения до 1 В. Постепенно перемещая движок резистора вверх, подай на вольтметры напряжение, равное точно 1 В. Сличи показания приборов. Если стрелка градуируемого вольтметра не доходит до конечной отметки шкалы, значит, сопротивление резистора Rs 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 Rl0 следующих двух пределов из­мерений.

По такой же схеме градуируй шкалы и 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 напряжениях 15 — 20 В), а затем сверить показания вольтметров при более низких и более высоких напряжениях. Источником напряжений при градуировке шкалы предела до 300 В может быть выпрямитель лампового усилителя или приемника. При этом резистор Rp должен быть замечен 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%. Например, для предела изме­рений до 1 В нужен добавочный резистор Rs сопротивлением 9,3 кОм. По существующему ГОСТ ближайший номинал резисторов, выпускаемых про­мышленностью, 9,1 кОм. При допуске ±5% фактическое сопротивление ре­зисторов этого.номинала может быть примерно в пределах 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 микроампер- метра 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.

Электрическая схема измерительной цепи во время градуировки вольтметра переменного тока остается такой же, как при градуировке вольтметра посто­янного тока (рис. 238, б). Только на переменный резистор R6 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 Rlt добейся откло­нения стрелки микроамперметра на всю шкалу. После этого устанавливай регулировочным резистором напряжения 2,9; 2,8; 2,7 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. 0 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. 239. 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. Затем осторожно извлеки магнитоэлектрическую систему прибора из корпуса и наклей на его металлическую шкалу вычерченную многопредельную шкалу твоего милли- ампервольтомметра.

Можно ли этот прибор упростить? Разумеется, можно. Если ты не собираешься конструировать ламповую аппаратуру, то из прибора можно исклю­чить детали пределов измерений постоянных напряжений до 100 и 300 В (резисторы R12 и R13) и все детали вольтметра переменного тока (резисторы R1 — R5, диоды Д1 и Д2). Останутся пятипредельный миллиамперметр постоян­ного тока, четырехпредельный вольтметр постоянного тока и однопредельный омметр. В дальнейшем ты можешь все, что сейчас исключишь с целью упрощения измерительного прибора, восстановить.

Рис. 239. Шкала миллиампервольтомметра.

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.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель