Описываемым здесь авометром, входящим в лабораторию радиолюбителя, можно измерять постоянный ток до 500 ма (пределы измерений: 1, 10, 100 и 500 ма), постоянные напряжения до 500 в (1, 10, 100 и 500 в),переменные напряжения до 500 в (1, 10, 100 и 500 в) и сопротивления от 1 ом до 5 Мом (пределы измерений: 1 ом — 5 ком, 10 ом — 50 ком, 100 ом — 500 ком и 1 ком — 5 Мом). Входное сопротивление вольтметра постоянного тока около 10 ком/в.
Принципиальная схема авометра показана на рис. 1. Чтобы легче разобраться в работе авометра, на том же рисунке показаны схемы составляющих его приборов для измерения постоянного тока (mА_), постоянных напряжений (V—), переменных напряжений (V~) и сопротивлений (Ω).
Измерительным прибором авометра служит микроамперметр μА типа М24 на ток 100 мка с сопротивлением рамки 645 ом.
При измерении постоянного тока параллельно микроамперметру подключен универсальный шунт, состоящий из резисторов R2— R9 с общим сопротивлением 4355 ом. Отводы от точек соединения резисторов R2 и R3, R4 и R5, R6 и R7 не используются (они нужны при измерении сопротивлений), поэтому на схеме «тА—» указанные резисторы заменены резисторами R2+Rз, R4+R5 и R6+R7. В таком виде схема измерителя тока вам уже знакома по статье «Простейшие электрические измерения», опубликованной в предыдущем номере журнала.
При измерении постоянных и переменных напряжений универсальный шунт отключен, что сделано для сохранения высокого входного сопротивления вольтметра. В зависимости от рода и величины измеряемого напряжения последовательно с микроамперметром включается один из добавочных резисторов R14—R17 или R10- R13 (V~).
Вольтметр переменного тока отличается от вольтметра постоянного тока наличием в нем диодов Д1 и Д2 и меньшими сопротивлениями добавочных резисторов: Диод Д1 пропускает через микроамперметр одну полуволну измеряемого переменного тока, а для другой полуволны его сопротивление очень велико. Через микроамперметр, следовательно, течет пульсирующий ток одного направления. Поскольку выпрямление одпополупериодное, то постоянная составляющая выпрямленного тока (именно ее измеряет микроамперметр) примерно вдвое меньше эффективного значения измеряемого тока.
Диод Д2 шунтирует диод Д1 при обратной полуволне переменного тока (когда сопротивление Д1 велико) и предотвращает его пробой.
При измерении сопротивлений параллельно микроамперметру подключается переменный резистор R1 установки «нуля» и универсальный шунт R2—R9. Но теперь не используются отводы от точек соединения резисторов R3 и R4, R5 и R6, R8 и R9. На первых трех пределах («X1», «Х10», «X100») к универсальному шунту подключены цепочки, каждая из которых состоит из одного элемента 332 (Б1 Б2 или Б3) и резистора (R19, R20 или R21). Для измерений на четвертом пределе («Х1000») к омметру через гнезда Гн1 и Гн2 подключают источник напряжением 9 в. Им могут быть две батареи 3336Л, соединенные последовательно, или стабилизированный выпрямитель (будет описан в следующем номере «Радио»).
Вернемся к авометру. Вся коммутация в нем (подключение и отключение универсального шунта, резистора R1) осуществляется с помощью переключателя П1. В положении «Ω» к микроамперметру подключаются универсальный шунт и резистор R1, а в положении «mA» — только универсальный шунт. Диоды Д1 и Д2 постоянно подключены к микроамперметру. Поскольку их обратное сопротивление составляет сотни килоом, то они практически не оказывают шунтирующего действия на микроамперметр.
Батареи омметра при измерении токов и напряжений не отключаются от универсального шунта, что сделано исключительно с целью упрощения коммутации прибора.
Описываемый авометр — прибор универсальный. И не только потому, что с его помощью можно измерять токи, напряжения и сопротивления, но еще и потому, что его микроамперметр может быть использован в некоторых других измерительных приборах лаборатории радиолюбителя. С этой целью на переднюю панель прибора выведены гнезда Гн3 и Гн4 («100 мка»), соединенные непосредственно с зажимами микроамперметра. Надо только помнить, что при таком использовании прибора переключатель П1 должен находиться в положении «V».
Конструкция и детали. Общий вид авометра, конструкция его корпуса и размещение в нем деталей показаны на 3-й странице вкладки. Несущим элементом конструкции является корпус 2. На его передней стенке с внутренней стороны закреплен микроамперметр 5. Поскольку корпус микроамперметра имеет в нижней части выпуклость высотой около 3 мм, то к корпусу он крепится не непосредственно, а через прокладку 4. На передней же стенке корпуса закреплены две колодки 15 с гнездами Гн5— Гн20, колодка 12 с гнездами Гн3, Гн4 и Гн21, переменный резистор R1«Уст. О» и переключатель рода работ П1. Для крепления колодок с гнездами используются винты МЗХ8 с потайной головкой. Уголки 7 и 13 для крепления крышки 6 соединены с корпусом заклепками 5, а ножки 10 — заклепками 9.
Монтажная плата 16 с резисторами R2—R21 и элементами Б1—Б3 удерживается на винтах МЗХ28 с потайными головками, пропущенных через пустотелые стойки 11 и ввинченных в средние резьбовые отверстия колодок.
Надписи, поясняющие назначение ручек управления и гнезд, сделаны на полосах цветной бумаги и прикрыты накладкой 1 из прозрачного органического стекла. Для крепления накладки к корпусу использованы гайки переменного резистора и переключателя, один из винтов крепления колодки 12 и два винта 3 (M2Х5), ввинченые в резьбовые отверстия в накладке с внутренней стороны корпуса. Колодка 14 с гнездами Гн1, и Гн2 укреплена на уголке 13 одним винтом МЗX6.
Корпус, крышка и уголки изготовлены из листового алюминиевого сплава АМцА-П. Пригоден также мягкий дюралюминий. Для облегчения гибки и получения малых радиусов изгиба заготовки предварительно надрезают по линии изгиба примерно на одну треть толщины материала. Делать это удобно резаком, применяемым обычно для резки листовых пластмасс.
После гибки переднюю стенку корпуса размечают в соответствии с рис. 2. Предварительно разметку делают на листе плотной бумаги, приклеивают несколькими каплями резинового клея к стенке корпуса и с помощью кернера или острого шила переносят на металл центры круглых отверстий и контуры прямоугольного. Удалив чертеж, в центрах круглых отверстий сверлят технологические отверстия диаметром1,5 мм. После этого с отверстий удаляют заусенцы и с внутренней стороны к передней стенке крепят (с помощью струбцинок) предварительно обработанную накладку. Затем, используя отверстия в корпусе для направления сверла, в накладке сверлят отверстия (кроме отверстий под заклепки 8 и винты крепления колодок 12, 15 и микроамперметра). Чтобы накладку не поцарапать, под нее следует подложить несколько листов бумаги.
Дальнейшую обработку накладки и корпуса ведут раздельно.
Прямоугольное отверстие в заготовке корпуса сначала высверливают, затем вырубают острым зубилом и обрабатывают напильником. Окончательную опиловку отверстия целесообразно вести совместно с прокладкой 4.
Изготавливая крышку корпуса, надо добиться сопряжения ее с корпусом, то есть так подогнать размеры, чтобы она не выступала за габариты корпуса.
Наиболее ответственными деталями авометра являются гнезда. От тщательности изготовления гнезд во многом зависит надежность работы прибора. Конструктивно все гнезда выполнены одинаково. Для удобства изготовления они объединены в четыре группы, каждая из которых смонтирована на отдельной колодке. Устройство одной из таких групп гнезд показано на рис. 3, а. Каждое гнездо образуется отверстием в колодке под вилку и контактом 20, закрепленным на колодке винтом 21. Форма контакта такова, что его нижняя изогнутая часть наполовину закрывает отверстие под вилку, поэтому при вставленни ее эта часть контакта поднимается (рис. 3,б) и давит на вилку, благодаря чему между вилкой и контактом создается надежный электрический контакт.
Колодки 12, 14 и 15 (рис. 3, в) можно изготовить из листового гетинакса, текстолита, эбонита или органического стекла. Всего для авометра нужны две колодки 15 и по одной — колодки 12 и 14.
Для контактов (их потребуется 21 шт.) надо использовать твердую латунь (например, ЛС59-1) или бронзу толщиной 0,5 мм. Чтобы все контакты получились одинаковыми, можно использовать приспособлении, показанные на рис. 3, г.
Штепсельные вилки 23 и щупы 26 (рис. 4) вытачивают из латунного прутка диаметром 4 мм, а их корпуса 24 и 25 — из текстолита, органического стекла или другого изоляционного материала.
Все резисторы (кроме R1), диоды Д2 Д2 и гальванические элементы Б2— Б3 смонтированы на плате из листового гетинакса толщиной 2,5— 3 мм. Разметка платы показана на рис. 5. Монтажными стойками (17) служат отрезки медной луженой проволоки диаметром 1,5 мм, запрессованные в отверстия в плате. Чтобы стойки держались прочно, отверстия под них должны быть на 0,05—0,1 мм меньше.
Соединения на плате (см. вкладку) выполнены голым медным проводом диаметром 0,6—0,8 мм. В местах пересечения на проводники надеты линоксиновые или полихлорвиниловые трубки. Соединения платы с другими деталями авометра выполнены многожильным проводом сечением 0,35 мм2 в полихлорвиниловой изоляции (МГШВ).
Контакты-держатели 18 (рис. 3) элементов Б1—Б3, изготовленные из того же материала, что и контакты гнезд, закреплены на плате пустотелыми заклепками 19. Стойки 11, создающие необходимый зазор между монтажной платой и колодками 15, изготовлены из органического стекла (можно из гетинакса, текстолита). Их наружный диаметр равен 6, а длина 20 мм.
Резисторы R6—R9 и R21 выполнены из манганинового провода в эмалевой и шелковой изоляции (ПЭШОММ, ПЭШОМТ). Для резисторов R6, R7 и R21 надо использовать провод диаметром 0,08—0,1 мм, а для остальных — 0,15—0,2 мм. Пригодны, разумеется, другие высокоомные провода, например, константан. Каркасами служат резисторы МЛТ-0,5 сопротивлением не менее 200 ком.
Длину провода необходимого сопротивления можно определить с помощью моста для измерения сопротивлений или образцового омметра. Чтобы при градуировке шкалы прибора сопротивления резисторов можно было подобрать более точно, длину их проводов увеличивают на 5— 10%.
Резистор R1 может быть как проволочным, так и ненроволочным (например СП, СПО и т. п.). Важно лишь, чтобы его сопротивление было 2—3 ком, а габариты не превышали размеров резисторов СП.
Остальные резисторы, примененные в авометре, типа МЛТ-0,5. Для упрощения налаживания авометра их следует взять с несколько большим (примерно на 10—15%) сопротивлением, чем указано на принципиальной схеме. Тогда при градуировке прибора легко подобрать нужное сопротивление, подключая параллельно им резисторы с сопротивлением в 7—10 раз большим. Можно поступить и по-другому. Каждый из резисторов составить из двух-трех, соединив последовательно, и при градуировке подбирать резисторы с меньшим сопротивлением. Так, например, резистор R2 можно составить из двух резисторов на 1,5 ком и 240 ом, резистор R3 — из резисторов 2 ком и 110 ом, R14—из резисторов сопротивлением 9,1 ком и 270 ом и т. д.
Переключатель П1 — тумблер на три положения и два направления (третье, среднее положение, нейтральное). Можно использовать любой другой переключатель, обеспечивающий необходимую коммутацию, например, галетный, но в этом случае придется несколько увеличить размеры авометра.
Градуировка. Полностью смонтировав авометр, проверяют правильность всех соединений и только после этого приступают к градуировке его шкал.
Градуировку начинают со шкалы постоянных токов по схеме измерительной цепи, показанной на рис. 6. Здесь Б — батарея, составленная из трех элементов 373, mA — налаживаемый прибор, mАэ — образцовый прибор, например, промышленный миллиамперметр класса 0,2—0,5, или авометр в режиме измерения токов, Ra — проволочный переменный резистор сопротивлением 50—100 ом, Rб — резистор СП сопротивлением 5—10 ком, Вк — выключатель любого типа. Резистор Rа полностью вводят (движок в верхнем, по схеме, положении), а Rб — выводят. Переключатель П1 авометра устанавливают в положение «тА», вилки соединительных проводников вставляют в гнезда «—Общ.» и «500 ма». Затем, плавно изменяя сопротивление резистора Rа, устанавливают по шкале образцового прибора ток 500 ма и сравнивают его с показанием самодельного миллиамперметра. Если сопротивления резисторов универсального шунта больше расчетных, то стрелка налаживаемого прибора не дойдет до последнего деления шкалы. Отматывая провод с резистора R9, и следя за показаниями образцового прибора, стрелку устанавливают на это деление.
После этого питание выключают, снова полностью вводят резистор Rа, вилку соединительного проводника переставляют в гнездо «100 ма» налаживаемого прибора и вновь включают питание. Далее, изменяя сопротивление резистора Rа, устанавливают стрелку образцового прибора на отметку 100 ма и, подбирая сопротивление резистора R8, добиваются отклонения стрелки налаживаемого прибора до последнего деления шкалы.
Аналогичным путем прибор градуируют и на остальных пределах измерения постоянных токов (10 и 1 ма). При этом подбирают сопротивления резисторов R6 и R4 прибора, а ток в измерительной цепи регулируют резистором Rб.
Градуировку прибора надо повторить в таком же порядке, чтобы внести в шунт поправки, компенсирующие изменение сопротивлений резисторов R9, R8, R6 и R4. При необходимости сопротивления резисторов снова дополнительно подгоняют, чтобы на всех пределах измерений показания налаживаемого и образцового миллиамперметров были одинаковыми.
Шкалу вольтметра постоянных напряжений градуируют по схеме, показанной на рис. 7. Здесь Б — батарея, составленная из трех последовательно соединенных батарей ЗЗЗ6Л, R — переменный резистор сопротивлением 2—3 ком, V — налаживаемый прибор, Vэ образцовый вольтметр.
Переключатель П1 авометра переводят в положение «V», а соединительные проводники включают в гнезда «—Общ» и «1в». Образцовый вольтметр переключают на такой же или ближайший больший предел, а резистор R устанавливают в нижнее (по рис. 7) положение. После этого включают питание и, плавно изменяя сопротивление резистора R, устанавливают стрелку образцового вольтметра на отметку 1 в. Сопротивление резистора R14 налаживаемого вольтметра подбирают таким, чтобы стрелка микроамиерметра установилась на последнее деление шкалы.
Точно так же градуируют вольтметр и на остальных пределах измерений, подбирая резисторы R15 (10 в), R16 (100 в) и R17 (500 в). На пределах 100 и 500 в вместо батареи включают выпрямитель с соответствующим выходным напряжением, а в измерительную цепь включают переменный резистор на 510—680 ком (вместо 2—3 ком).
Шкалы постоянного тока и напряжения практически линейны, поэтому наносить на шкалу метки между нулем и последним делением нет необходимости. Шкала микроамперметра, имеющая оцифрованные отметки 0, 10, 20, 30... 100 мка, верна и при измерении любых постоянных токов и напряжений, изменяется только цена делений. Так на пределах 1 и 10 ма (в) показания микроамиерметра надо делить соответственно на 100 и 10, а на пределе 500 ма (в) — умножать на 5.
Шкалы переменных напряжений нелинейны. Поэтому кроме градуировки последнего деления на каждом пределе измерений приходится дополнительно градуировать и все оцифрованные (обычно не более 9 делений).
Измерительная цепь для градуировки шкал переменных напряжений макая же, как на рис. 7, только вместо батареи или выпрямителя используют автотрансформатор или силовой трансформатор с обмотками на 5—10 в и 250—500 в, а в качестве образцового прибора — вольтметр переменного тока. Установив вилку соединительного проводника налаживаемого вольтметра в гнездо «1в», резистором R устанавливают по шкале образцового вольтметра напряжение 1в. Затем, подбирая резистор R10, устанавливают стрелку налаживаемого прибора на последнее деление шкалы. Точно так же градуируют шкалу вольтметра при напряжениях 0,9, 0,8, 0,7 и т. д. через 0,1 в. Если деления шкалы очень неравномерны (по сравнению со шкалой постоянных напряжений), то следует заменить диоды Д1 и Д2, после чего градуировку повторить.
Далее образцовый и налаживаемый вольтметры переключают на предел 10 в и, подбирая резистор R9, градуируют шкалу вольтметра через 1 в. Аналогично градуируют
шкалу предела 100 в, подбирая резистор R12.
Если автотрансформатор или обмотка силового трансформатора не обеспечивает напряжения 500в, то градуировать последний предел можно по средней отметке (50 в) шкалы предела «100в». Установив по образцовому вольтметру напряжение 250 в и переставив вилку щупа в гнездо «500 в» градуируемого прибора, сопротивление резистора R13 подбирают таким, чтобы стрелка отклонилась до отметки «50в».
Поскольку шкалы переменных напряжений практически совпадают и отличаются только ценой делений, то при измерениях можно пользоваться одной шкалой, умножая (или деля) показания прибора на определенное число. Так, если на шкалу нанесены цифры от 0 до 10, то при работе на первом пределе (1 в) показания прибора надо делить на 10, а на третьем и четвертом пределах — умножать на 10 и на 50.
Для градуировки шкалы омметра, это делают в последнюю очередь, потребуется контрольный омметр или промышленный авометр и несколько переменных резисторов номиналов 15—20 ом, 120—150 ом, 1,2—1,5 ком и 10 ком. Переключатель П1 самодельного авометра переводят в положение «Ω» вилки соединительных проводников вставляют в гнезда «—Общ» и «X1» и, замкнув щупы между собой, резистором R1 устанавливают стрелку прибора на «нуль». Затем переменный резистор на 120—150 ом присоединяют к образцовому омметру и устанавливают по его шкале сопротивление 50 ом. Далее, не изменяя положения ползунка переменного резистора, подключают его к градуируемому авометру, подбором резистора R21 устанавливают стрелку микроамперметра точно на среднее деление шкалы постоянного тока и делают там отметку. Эта отметка на шкале омметра будет соответствовать сопротивлению 50 ом. После этого, используя переменные резисторы других номиналов, на шкалу наносят отметки сопротивлений от 1 ом до 5 ком, но сопротивление резистора R21 уже не изменяют.
Градуировку шкалы остальных пределов измерений сопротивлений производят только в ее средней части. Для предела «X10» сопротивление образцового резистора, подключаемого к прибору, должно быть равно 500 ом, для предела «Х100» — 5 ком, для предела «X1000» — 50 ком. При этом подбирают только резисторы R20, R19 и R18. На пределе «X1000» к омметру подключают батарею или выпрямитель с выходным стабилизированным напряжением 9в.
Закончив градуировку авометра, шкалу микроамперметра осторожно снимают и вычерчивают на ней дополнительные шкалы переменных напряжений и сопротивлений, пользуясь отметками, нанесенными при градуировке. Деления между оцифрованными точками шкалы переменных напряжений получают путем деления отрезков дуги на равные части с помощью измерительного циркуля. Шкала описанного здесь авометра показана на рис. 8.
Шкалу авометра можно начертить на листе ватмана в увеличенном масштабе, затем фотографическим способом уменьшить ее до необходимых размеров и наклеить на металлическую шкалу микроамперметра.
А если в распоряжении радиолюбителя будет микроамперметр с другими данными, чем использованный в описанном авометре? В этом случае придется сделать перерасчет всех резисторов авометра, пользуясь формулами, приведенными в статьях «Простейшие электрические измерения» и «Комбинированный электроизмерительный прибор», опубликованных в предыдущем и этом номерах журнала.
В. ФРОЛОВ Журнал Радио 10 номер 1971 год.
