Юный радиолюбитель

Борисов Виктор Гаврилович

К рамке катушки можно приклеить легкую стрелку, а к магниту полоску плотной бумаги с делениями. Получится простейший прибор, которым можно грубо измерять постоянный ток. А если в измерительную цепь включить диод, он будет реагировать и на переменный ток.

Устройство стрелочного прибора магнитоэлектрической системы приборов типа М24 и М49 — показано на рис. 107.

Рис. 107. Устройство измерительного механизма магнитоэлектрической системы и внешний вид приборов М24 и М49

Измерительный механизм прибора состоит из неподвижной

магнитной системы и подвижной части, связанной с отсчетным приспособлением. В магнитную систему входят постоянный магнит 2 с полюсными наконечниками 3 и цилиндрический сердечник 10. Полюсные наконечники и сердечник изготовлены из магнитомягкого материала («мягкими» называют сплавы железа, обладающие малым магнитным сопротивлением, но сами не намагничивающиеся). Воздушный зазор между полюсными наконечниками и сердечником везде одинаков, благодаря чему в зазоре устанавливается равномерное магнитное поле, что является обязательным условием для равномерности шкалы.

Подвижная часть механизма прибора состоит из рамки 11, двух кернов-полуосей 5 рамки, двух плоских спиральных пружин 8 и стрелки 1 отсчетного приспособления с противовесами 9. Рамка представляет собой катушку, намотанную изолированным медным или алюминиевым проводом на прямоугольном каркасе из тонкой бумаги или фольги (рамки приборов особо высокой чувствительности бескаркасные). Керны служат осью вращения рамки. Для уменьшения трения концы подпятников 4, на которые опираются керны, выполняют из полудрагоценных камней. Керны прикреплены к рамке с помощью буксов.

Спиральные пружины, изготовляемые обычно из ленты фосфористой бронзы, создают противодействующий момент, который стремится возвратить рамку в исходное положение при ее отклонении. Они, кроме того, используются и как токоотводы. Наружный конец одной из пружин скреплен с корректором. Корректор, состоящий из эксцентрика 6, укрепленного на корпусе прибора, и рычага 7, соединенного с пружиной, служит для установки стрелки прибора на нулевое деление шкалы. При повороте эксцентрика поворачивается и рычаг, вызывая дополнительное закручивание пружины. Подвижная часть механизма при этом поворачивается, и стрелка отклоняется на соответствующий угол.

Электроизмерительный прибор этой системы, как и его модель, которую, надеюсь, ты испытал, работает следующим образом. Когда через рамку течет ток, вокруг нее образуется магнитное поле. Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, в результате чего рамка вместе со стрелкой поворачивается, отклоняясь от первоначального положения. Отклонение стрелки от нулевой отметки будет тем большем, чем больше ток в катушке. При повороте рамки спиральные пружины закручиваются. Как только прекращается ток в рамке, пружины возвращают ее, а вместе с нею и стрелку прибора в нулевое положение.

Таким образом, прибор магнитоэлектрической системы является не чем иным, как преобразователем постоянного тока в механическое усилие, поворачивающее рамку. О значении этого тока судят по углу, на который под его воздействием смогла повернуться рамка.

Основных электрических параметров, по которым можно судить о возможном применении прибора для тех или иных измерений, два: ток полного отклонения стрелки I_и, т. е. наибольший (предельный) ток, при котором стрелка отклоняется до конечной отметки шкалы, и сопротивление рамки прибора R_и. О первом параметре прибора обычно говорит его шкала. Так, например, если на шкале написано μА (микроамперметр) и возле конечной отметки шкалы стоит число 100, значит, ток полного отклонения стрелки равен 100 мкА (0,1 мА). Такой прибор можно включать только в ту цепь, ток в которой не превышает 100 мкА. Больший ток может повредить прибор. Значение второго параметра R_и, необходимого при расчете конструируемых измерительных приборов, часто указывают на шкале. Для комбинированного измерительного прибора, о котором я буду рассказывать в этой беседе, потребуется микроамперметр на ток 100 мкА, желательно с большой шкалой, например такой, как нс разбирая его? Для этого

достаточно взглянуть на условный знак на шкале.

Если он изображает подковообразный магнит с прямоугольником между его полюсами, значит, прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой. Рядом с ним еще знак, указывающий положение прибора, в котором он должен находиться при измерениях. Если не придерживаться этого указания, то прибор будет давать неточные показания. Эти и некоторые другие условные обозначения на шкалах приборов изображены на рис. 108.

Рис. 108. Условные обозначения на шкалах измерительных приборов:

_{а — магнитоэлектрический прибор с подвижной рамкой; б — прибор для измерения постоянного тока; в — рабочее положение прибора горизонтальное; г — рабочее положение прибора вертикальное; д — между корпусом и магнитоэлектрической системой прибора напряжения не должно превышать 2 кВ; е — класс точности прибора, проценты}

Так, например, прибор М24, внешней вид которого показан на рис. 107 (вверху) является микроамперметром (обозначение μА) и рассчитан для измерения постоянных токов не более чем до 100 мкА, т. е. до 0,1 мА. Сопротивление его рамки, судя по надписи на шкале, 720 Ом. Именно такой микроамперметр я и буду рекомендовать для твоего комбинированного измерительного прибора. Если такой микроамперметр использовался ранее как миллиамперметр, то на его шкале может быть надпись mА, как амперметр — буква А, как вольтметр — буква V.

Еще раз подчеркиваю: независимо от внешнего вида и названия механизмы и принцип работы магнитоэлектрических приборов совершенно одинаковы и отличаются они один от другого в основном только токами, при которых их стрелки отклоняются на всю шкалу.

Если магнитоэлектрический прибор используют для измерения сравнительно больших токов, например в амперметре, параллельно рамке присоединяют резистор, называемый шунтом (рис. 109, а). Сопротивление шунта R_ш подбирают таким, чтобы через него шел основной ток, а через измерительный прибор РА — только часть измеряемого тока. Если из такого прибора удалить шунт, то предельный ток, который можно будет им измерять, уменьшится. В том случае, когда магнитоэлектрический прибор используют в вольтметре, последовательно с его катушкой включают добавочный резистор R_д (рис. 109, б). Этот резистор ограничивает ток, проходящий через прибор, повышая общее сопротивление прибора.

Рис. 109. Подключение шунта и добавочного резистора к электроизмерительному прибору РА

Шунты и добавочные резисторы могут находиться как внутри корпусов приборов (внутренние), так и снаружи (внешние). Чтобы амперметр, миллиамперметр или вольтметр превратить в микроамперметр, иногда достаточно изъять из него шунт или дополнительный резистор. Именно такой, бывший в употреблении прибор магнитоэлектрической системы может оказаться в твоем распоряжении. И если его основные параметры I_и и R_и неизвестны, то измерить их придется самому. Для этого потребуются: гальванический элемент 332 или 343, образцовый (т. е. как бы эталонный) миллиамперметр на ток 1–2 мА, переменный резистор сопротивлением 5-10 кОм и постоянный резистор, сопротивление которого надо рассчитать. Постоянный резистор (назовем его добавочным) нужен для ограничения тока в измерительной цепи, в которую будешь включать неизвестный прибор. Если такого резистора не будет, а ток в измерительной цепи окажется значительно больше тока I_и проверяемого прибора, то его стрелка, резко отклонившись за пределы шкалы, может погнуться. Если ток очень велик, то может даже сгореть обмотка рамки.