Ниже мы помещаем описание измерительного прибора лабораторного типа. Подобные приборы, несмотря на свою простоту, очень чувствительны (даже при изготовлении их кустарным способом) и более чем какой-либо другой измерительный прибор пригодны для постройки в любительских условиях.
Все устройство прибора заключается в четырех обмотках, расположенных попарно. Внутри каждой пары помещена магнитная стрелка. Обе стрелки подвешиваются на общей нити, причем стрелки подвешиваются так, что в одну сторону они направлены разноименными полюсами — это так называемая «астатическая» (не подверженная влиянию земного магнетизма) система магнитных стрелок. Концы обмоток соединяют таким способом, чтобы при прохождении электрического тока поля катушек попарно складывались и возникающие между магнитными стрелками и полями обеих обмоток силы стремились бы повернуть нашу подвижную систему стрелок в одну и ту же сторону от нулевого положения.
Измерительные приборы с четырьмя обмотками (в некоторых менее чувствительных типах применяются только две обмотки) и астатической системой магнитных стрелок носят название мультипликаторов и применяются главным образом при различных лабораторных измерениях. Однако мультипликатор может быть с успехом применен и для технических измерений.
Перейдем к практическому выполнению мультипликатора, которое следует вести таким образом.
Из фанеры толщиной в 5 мм выпиливаются четыре щечки, согласно размерам, указанным на рис. 1. Выпилив, вырезают из тонкого плотного пресшпана еще четыре таких же щечки и четыре прямоугольника по размерам, указанным на рис. 2. Прямоугольники сгибают под прямым углом по пунктирным линиям и, смазав столярным клеем, заклеивают их и на них насаживают фанерные и пресшпановые щечки.
Катушки должны быть склеены ровно. Сейчас же после клейки на катушки накладывать обмотки нельзя, необходимо дать засохнуть клею.
Пока сохнут катушки, изготовляют основание прибора. Для этого из дубовой доски или фанеры толщиной в 10 мм выпиливают прямоугольник размерами 200 × 200 × 220 мм (рис. 3). Основание тщательно шлифуют стеклянной шкуркой и покрыв лаком, оставляют сохнуть. Лакированные поверхности, как в этом, так и во всех последующих случаях, должны быть тщательно просушены, иначе при работе вся лакировка будет испорчена отпечатками пальцев и т. п.
Внешнее оформление прибора, конечно, может быть конструктором выбрано по своему вкусу, ибо оно прямого отношения к работе прибора не имеет.
Однако, как правило, мультипликатор должен быть обязательно заключен в футляр, предохраняющий его от поломок, а подвижную систему от колебаний воздуха, наличие которых делает всякие измерения совершенно немыслимыми, ибо благодаря воздушному демпферу стрелки прибора сильно колеблются.
На рис. 4, изображающем прибор сбоку, виден футляр, вполне подходящий для нашей цели. Футляр может быть сделан из фанеры (не толще 5 мм). При некоторой сноровке прекрасный футляр можно сделать из 2 мм пресшпана. Передние стенки футляра делают стеклянными. Стекло должно быть хорошего сорта, без пузырьков и т. п. брака. Подходит для этой цели стекло от фотографических пластинок, с которых удаляется светочувствительный слой.
Укрепляется прибор на основании при помощи четырех медных крючков. Такое укрепление весьма просто и представляет возможность при необходимости быстро проникать к самому механизму прибора. Футляр (в случае применения фанеры) должен быть хорошо отшлифован и аккуратно покрыт ровным слоем лакировки, после чего его ставят просохнуть в какое-нибудь не пыльное место.
Для подвеса подвижной системы служит специальная стойка, которая делается из немагнитного металла. Для этого из куска латуни выпиливают полосу длиной в 270 мм и шириной в 10 мм. Полоса обрабатывается напильником и выпрямляется ударами молотка на гладкой поверхности.
Отступая на 10 мм от края, у обоих концов полосы проделываюг отверстия с таким расчетом, чтобы в них можно было укрепить зажимы от электрического выключателя. В 30 мм от нижнего края делается отверстие под имеющийся контакт. Полоса выгибается по форме, указанной на рис. 4. Стойка должна быть выгнута совершенно точно, углы нужно обязательно выверять чертежным угольником. Перекошенная стойка сведет на нет всю работу, совершенно испортив прибор. Нужно выверять также и перпендикулярность стойки к основанию, ставя ее на плоскость и приставляя к ней с различных сторон угольник, и только удалив все искривления и убедившись в том, что стойка действительно правильна, можно считать ее законченной.
Стойку желательно также покрыть каким-либо лаком, который сохранит медь от окисления и придаст прибору более законченный вид.
Когда катушки успели вполне высохнуть, можно приступить к их обмотке. Для обмоток употребляется проволока с эмалевой изоляцией диаметром 0,1 мм, которой на каждую катушку наматывают по 1 000 витков.
По окончании намотки катушки лакируются. Желательно катушку лакировать в два цвета. Например: обмотку черным лаком, а каркас катушки — красным или зеленым.
Из миллиметровой латуни нужно вырезать четыре полоски шириной в 10 мм и длиной в 80 мм. Эти полоски служат для скрепления катушек попарно. На полосках загибают лапки длиной в 10 мм, которыми катушки крепятся к основанию.
На рис. 4 изображена подвижная система нашего прибора. Она состоит из тонкой деревянной или соломенной оси, подвешенной на шелковинке между крючечками, которые вставлены в зажимы стойки.
На оси находятся две магнитные стрелки, сделанные из обычных иголок соответствующих размеров, стрелка-указатель и воздушный демпфер, устроенный из листка папиросной бумаги. Необходимое условие точной работы прибора — это минимальный вес подвижной системы, поэтому все части, составляющие ее (понятно, за исключением иголок), должны быть сделаны из наиболее легкого материала. Демпфер делается из папиросной бумаги, ось и стрелка-указатель — из тончайших деревянных лучинок, а еще лучше из соломинок. Все части скрепляются маленькими капельками воска, сургуча или столярного клея.
Стрелка-указатель делается длиной в 140 мм и укрепляется на оси на расстоянии 45 мм от одного из своих концов. На ее конец, ходящий по шкале, наклеивается черный бумажный ромбик, который придает стрелке вполне фабричный вид. На противоположный конец стрелки, равный 45 мм насаживают шарик воска, уравновешивающий ее более длинную часть.
Все части подвижной системы должны быть так выверены, чтобы они находились в равновесии и подвижная система могла быть нами поставлена в любое положение. Если подвижная система все время упорно останавливается в каком-либо одном месте, то это значит, что она не уравновешена и центр тяжести находится не в точке укрепления нити.
В качестве магнитных стрелок используются обычные штопальные иголки подходящих для нашей цели размеров.
Намагнитить иголки можно следующим способом. Две иголки складывают ушко с ушком (для того чтобы впоследствии не путаться в полярности иголок), и на них плотно виток к витку наматывают проволоку диаметром 0,5 мм. Всего на иголки нужно намотать 7—8 рядов проволоки. Мотать проволоку нужно аккуратно, в противном случае иголки могут слабо намагнититься. Намагничивание производится пропусканием электрического тока по обмотке иголок. Для этой цели может быть использована проводка электрического освещения с переменным или постоянным током как в 110, так и 220 вольт; два последние обстоятельства, для нас в данном случае значения не имеют. Один конец обмотки включается непосредственно в гнездо штепсельной розетки, второй же должен быть включен непременно через кусочек никелиновой проволоки диаметром в 0,1 мм, который будет служить предохранителем и моментально перегорит при замыкании. Несмотря на очень короткий промежуток времени, в течение которого ток протекает в обмотках, благодаря большой его силе и большому количеству витков обмотки, этого времени вполне достаточно для того, чтобы иголки могли хорошо намагнититься.
Когда все части, согласно вышеприведенным указаниям, заготовлены, приступают к сборке всей системы. Производить сборку нужно, все время сверяя с размерами, указанными на рис. 3 и 4. У иголок определяются средины, и они протыкаются в соломинку на расстоянии 30 мм друг от друга, причем иголки должны быть своими остриями (полюсами) направлены в разные стороны. Иголки должны быть перпендикулярны оси и находиться в равновесии. Убедившись в этом, их окончательно закрепляют каплей воска, клея или сургуча.
К концам соломинки-оси прикрепляются по кусочку «сырой» шелковой нити (коконовой нити). Если нитки не имеется, то подвижную систему можно повесить на человеческом волосе средней жесткости. Концы нитей прикрепляются к кускам проволоки диаметром примерно в 1,5 мм, которые могут свободно двигаться в зажимах стойки. Передвигая их, подбирают правильное положение подвижной системы.
К оси прикрепляется стрелка-указатель с листочком бумаги—демпфером. На этом сборка подвижной системы заканчивается. Но до помещения ее в стойку нужно уравновесить ее части. Для этого она подымается за концы нитей, и если какая-либо сторона перетягивает, то к противоположной приклеивают кусочек воска. Так, прибавляя и убавляя воск, находят положение, при котором система будет в равновесии.
Уравновесив систему, вставляют ее в стойку, помещая куски проволоки в ее зажимы, в которых они закрепляются боковыми винтами.
Регулятор для точной установки на 0 помещается, как видно из рис. 4, на задней стороне футляра.
Регулятор делается из слабо намагниченной иглы, которая насаживается на ось с ручкой. Поворачивая ручку, мы будем вращать иголку, при изменении положения которой будет изменяться ее влияние на магнитную стрелку подвижной системы и, таким образом, последняя будет более или менее к ней притягиваться, что позволит устанавливать подвижную систему в то или иное положение, а следовательно, стрелка-указатель может быть точно поставлена на ноль шкалы.
Игла регулятора намагничивается слабо (сильно намагниченная игла будет понижать чувствительность прибора). Для этого достаточно иглой один-два раза прикоснуться к какому-либо постоянному магниту. При намагничивании электрическим током (вышеописанным способом) достаточно на эту иглу намотать полряда обмотки той же проволоки.
Из куска ровной хорошо отшлифованной фанеры выпиливают прямоугольник размерами 90 × 190 мм, который будет служить основанием шкалы. На этом основании делают два отверстия под винты, укрепляющие его к наружным щечкам катушек. (При сборке прибора шкала помещается непосредственно на катушки прибора, к которым привинчиваются двумя винтами. См. рис. 4.) Сама шкала чертится черной тушью на плотной, желательно глянцевой, белой бумаге. Размеры бумаги равны размерам основания. Одна из сторон бумаги покрывается ровным слоем синдетикона или каким-либо другим жидким клеем и накладывается на основание. Поверхность бумаги, во избежание появления после просушки на шкале неровностей, благодаря присутствию между основанием и бумагой воздуха, растирается быстрыми движениями, от центра к краям, чистой тряпочкой. На шкале ставятся два стопора, назначение которых не давать отклоняться стрелке дальше крайних положений, указанных на рис. 3 пунктиром. Стопоры делают вбив в соответствующие места два медных гвоздика. Шкала разбивается на 20 делений, причем 0 ставится в середине шкалы.
Можно уверенно заявить, что мультипликатор является самым чувствительным из доступных для любительского изготовления приборов. В то время как какой-нибудь электромагнитный прибор для своей «раскачки» требует десятые доли ватта, для мультипликатора достаточны десяти- и стотысячные доли ватта. К тому же описанный нами мультипликатор изготовляется именно из подручных материалов: проволока, фанера, стекло, солома, человеческий волос, папиросная бумага и т. п., вот какие предметы необходимы для его изготовления. Изготовление каких-либо других измерительных приборов большой чувствительности очень сложно и требует от любителя большого навыка в мелких механических работах, к тому же для них требуются такие материалы, которые не всегда и не везде можно достать.
При изготовлении прибора не должно совершенно употребляться железо, присутствие которого будет влиять на положение магнитных стрелок. Также не рекомендуем прибегать к железным гвоздям.
Нужно обратить внимание на возможное уменьшение веса подвижной системы, сближение катушек, применение проволоки с наиболее тонкой изоляцией, желательно эмалевой, и подвешивание системы на тонком волосе. От всех перечисленных условий и зависит чувствительность прибора.
В нашем образце при общем количестве обмотки 1 000 × 4 = 4 000 витков проволоки диаметром в 0,1 мм с эмалевой изоляцией получалось отклонение на два деления при токе в 1 МА, причем деления на шкале нанесены очень крупные, и наши два деления равны обычным 20 делениям.
Всего на прибор пойдет проволоки 800 м, что по весу составит примерно 100 грамм.
Заготовив все перечисленные части, приступают к сборке прибора. На основании (рис. 3 и 4) устанавливается стойка, причем в основании выпиливается отверстие размерами 20 × 25 мм, в которое проходит нижний зажим стойки. Вся сборка производится не на винтах, а на болтах, в качестве которых используются обычные контакты. Такой метод имеет несомненное преимущество в смысле быстроты и прочности соединения частей.
Поставив стойку, устанавливают одну пару катушек, потом помещают в зажимы стойки неподвижную систему, регулируют ее высоту таким образом, чтобы магнитные стрелки вращались внутри катушек совершенно свободно, ни за что не задевая. Добившись этого, устанавливают вторую пару катушек и привинчивают шкалу.
По бокам катушек на основании прибора ставятся по четыре контакта, которые поджимают выводы от катушек. В передней части прибора устанавливают пару клемм. На футляре прибора устанавливается регулятор. Проверяют, не задевает ли стрелка за шкалу, и прибор закрывается футляром, который укрепляется на основании четырьмя медными крючечками или просто привинчивается к нему винтами (но последнее не так удобно). На этом сборка прибора заканчивается.
Для правильного включения катушек берут элемент и постепенно включают его к каждой катушке, замечая при этом, к какому концу должно присоединить, скажем, плюс, чтобы стрелка отклонилась от 0 в правую сторону. Перепробовав все четыре обмотки, отмечают у них «плюсовые» концы таким образом, чтобы каждая обмотка отклоняла стрелку в правую сторону. После этого одну клемму метят «+» и при помощи монтажной проволоки соединяют с четырьмя контактами, в которые включены «плюсовые» концы обмоток. Под клемму, помеченную «—», поджимается проволока, идущая от остальных четырех контактов. Проверяют правильность соединения включением источника тока, и мультипликатор готов.
О различных случаях применения мультипликатора будет подробно рассказано в следующих номерах нашего журнала.