"Радиолюбитель", №3-4, февраль, 1926 год, стр. 81-83

Расчеты и измерения любителя

Как сделать волномер и как работать с ним

Инж. С. И. Шапошников

Каждый волномер состоит из колебательного контура, составленного из переменного конденсатора и постоянной катушки самоиндукции, от величины которых зависит длина волны.

Для определения момента настройки волномера на измеряемую цепь, напр., на передатчик, необходим индикатор, т.-е. прибор, показывающий момент настройки или резонанса.

Так как общие указания о волномере, его действии и применении даны в №№ 1 и 2 "Радиолюбителя", то здесь будут описаны индикаторы, конструкции простейшего волномера и некоторые способы его применения при измерении емкостей и самоиндукций.

Индикаторы или указатели момента резонанса в волномере

Ваттметр является необходимой частью каждого хорошего волномера при лабораторных работах.

Ваттметр есть тепловой амперметр на малую силу тока (до 0,1 амп.) и проградуированный так, что он показывает мощность, которая в нем тратится при прохождении через него тока.

Лучше всего присоединять ваттметр непосредственно к катушке самоиндукции, к нескольким ее виткам, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Присоединение ваттметра к катушке волномера.

Число витков, к которым присоединяется ваттметр, зависит от числа витков катушки L и составляет около 2—3%.

Например, в катушке 70 витков.

берем 2 витка.

Ваттметр одни из лучших указателей и обладает большой чувствительностью.

Он начинает отклоняться даже от таких слабых колебаний, как генератор или гетеродин с одной усилительной лампочкой, питаемой от нескольких десятков вольт на аноде.

Волномер с ваттметром применяется при всех видах колебаний: при незатухающих, телефонных ¹) и затухающих.

Лампочка накаливания от карманного электрического фонаря является весьма хорошим индикатором для волномера.

Присоединяется она так же, как и ваттметр, к нескольким виткам катушки L (см. рис. 2), но так как чувствительность ее несколько меньше, то число витков должно быть больше, а именно — от 3 до 4% всего числа витков катушки.

т.-е. 2 или 3 витка.

При измерениях с лампочкой, волномер не следует придвигать очень близко к измеряемой цепи, так как лампочка может перегореть, а поставленная ей на замену может иметь другую длину и сопротивление волоска, отчего градуировка волномера — хоть и немного — но изменится.

Полезно заранее подобрать к волномеру несколько лампочек с одинаковым сопротивлением.

Рис. 2. Волномер с лампочкой Л.

Волномер с лампочкой применяется во всех случаях, что и волномер с ваттметром.

Гальванометр или миллиамперметр на силу тока в несколько миллиампер (10—20) являются приборами, действующими от постоянного тока. Эти приборы, включенные вместе с обычным детектором, являются отличными и чувствительными индикаторами.

Включение показано на рис. 3.

При хорошем детекторе чувствительность прибора больше, чем у ваттметра.

Применяется при всех видах колебаний.

Электрометр Липмана, описанный в настоящем № на стр. 86, весьма чувствителен и пригоден как индикатор.

Рис. 3. Включение гальванометра Г или миллиамперметра с детектором Д в волномер.

Подобно гальванометру он действует (двигается ртуть в трубке) от постоянного тока, почему он применяется с детектором, но присоединяется, как показано на рис. 4.

При работе с ним следует избегать сильной связи, так как при ней движение ртути может переменить свое направление, что поведет к ошибке определения колебаний момента резонанса.

Применяется для всех видов колебаний.

Телефон — весьма чувствительный индикатор, имеющийся у всякого любителя.

Рис. 4. Электрометр Липмана, как индикатор в волномере.

Применяется с детектором. Включение показано на рис. 5. Получается схема приемника "на длинные волны“.

Иногда телефон полезно зашунтировать конденсатором C₁, как это показано на рис. 5 пунктиром, но в большинстве случаев этого не требуется.

Применяется телефон только для затухающих или телефонных колебаний, так как незатухающие колебания с постоянной амплитудой в нем не слышны.

Применение тиккера (особый прерыватель) может позволить принимать в телефон и незатухающие колебания, в виде шипящих звуков.

Схема показана на рис. 6, но в виду некоторой ее сложности для любительского волномера, подробностей не приводим (см. статью на стр. 86).

Заканчивая обзор индикаторов, добавим, что волномер должен еще иметь пищик с 1—2 элементами для работы, как маленький передатчик слабо затухающих колебаний.

Включение пищика П и батарейки в два элемента показано на рис. 7.

Рис. 5. Волномер с детектором Д и телефоном Т.

Из всех видов индикаторов мы применим в конструкции волномера наиболее простые и доступные в практике любителя: лампочку, телефон и пищик.

Устройство волномера

Берется деревянный ящик такого размера, чтобы в нем свободно поместился конденсатор и монтаж.

Верхняя доска делается или из изолирующего вещества, напр., эбонита, или из дерева, которое надо проварить в парафине, во избежание отсыревания.

Конденсатор и вся схема крепятся к нижней части доски, которая затем медными шурупами прикрепляется к ящику.

Монтажная схема и общий вид волномера показаны на рис. 8.

А — доска. С — переменный конденсатор. 1, 2 и 3 — гнезда для включения катушки самоиндукции. Л — патрон от фонарика, для ввинчивания лампочки. 4, 5, 6 и 7 — гнезда для телефона, детектора, пищика и элементов. 8 и 9 — зажимы (не обязательны), присоединяемые к обкладкам конденсатора С.

Схема так проста, что подробнее ее описывать не требуется.

Укажем только, что гнезда 1 и 2 расположены на небольшом расстоянии одно от другого — 2—3 см. В них входят витки для связи с лампочкой. Гнездо 3 ставится от гнезда 2 дальше, примерно, на 4 см, чтобы катушку можно было включать всегда правильно.

Соединения делаются голым медным проводником в 1—1,5 мм диаметром.

Конденсатор должен быть воздушным, вращающимся и иметь достаточную механическую прочность. Он должен быть постоянным в смысле установки: сколько бы раз мы ни поставили его, например, на 60°, он каждый раз должен давать одну и ту же емкость, соответствующую 60°.

Рис. 6. Волномер с телефоном Т и тиккером П для настройки на незатухающие колебания.

Величина емкости конденсатора для волн от 200 до нескольких тысяч метров — удобна от 1.000 до 2.000 см.

Катушка самоиндукции также должна быть постоянна — неизменяема. Если катушка непрочна, витки ее могут перемещаться и тем изменять величину самоиндукции, а, следовательно, и градуировку волномера.

Легче всего в изготовлении и в расчете цилиндрические однослойные катушки, намотанные на картонные гильзы, достаточной прочности.

Диаметр гильзы можно взять в 9 см. Длину катушки — в зависимости от диапазона волн, которые предполагают измерить. Толщина гильзы около 3 мм. Расчет катушек приведен в предыдущем номере.

Катушка имеет 3 штепселя (см. рис. 9), но удобнее штепселя ставить не прямо на катушке, а соединять их с ней посредством 3 гибких проводничков, расположенных параллельно на расстоянии около 1 см один от другого и зашитых в кожу или прочную ткань (см. рис. 9 б). Такой способ позволяет удобно располагать катушку, как надо, при измерениях.

При желании можно сделать катушки сотовой намотки.

Крайние витки катушек полезно смазать шеллаком или по бокам их наклеить бортики, во избежание перемещения витков.

Рис. 7. Волномер с пищиком П для возбуждения колебаний.

Диаметр провода должен быть, по возможности, не тонким, около 1 мм, и, вообще, чем толще, тем лучше.

При тонком проводе получается большое затухание волномера, вследствие чего резонанс становится тупым, почему точность измерения уменьшается.

Если волномером предполагают мерить волны, весьма различные по длине, напр., от 200 до нескольких тысяч метров, число катушек увеличится до 3—4 в зависимости от емкости конденсатора. На катушках проставляются номера и длины волн, которые можно измерять при данной катушке.

Пищик можно взять обычного типа, но лучшие результаты дает тип, описание которого предполагается дать в дальнейшем.

Градуировка волномера

По изготовлении волномер должен быть проградуирован (см. № 2 "РЛ").

Конечно, волномер может давать приблизительно близкие к действительности результаты, если он построен по расчету. Но лучше его сравнить (проградуировать) с точным волномером, имеющимся в пунктах, где дается техническая консультация, и по этим сравнениям исправить графики.

Также необходимо проградуировать и конденсатор волномера.

Так как включение лампочки несколько уменьшает самоиндукцию катушки, а включение пищика или телефона увеличивает емкость конденсатора, градуировку необходимо производить с теми индикаторами, которыми будут пользоваться.

Любителям, не имеющим возможности произвести проверку волномера путем сравнения с точным, не следует отчаиваться, так как, при достаточно точном расчете катушек и измерении емкостей конденсатора, волномер даст точность до нескольких процентов.

Рис. 8. Монтажная схема и общий вид волномера с сотовой катушкой.

Кроме того, любитель может проверить некоторые настройки своего волномера, настраивая свой приемник на те станции, длины волн которых ему известны, и затем, пользуясь методами в № 2 "РЛ", проверить свой волномер, измеряя волну приемника.

Пользование волномером

Для измерения волны передатчика или генератора надо присоединить к волномеру катушку. Лампочка предполагается всегда включенной. Поднести катушку волномера к измеряемой цепи и вращать ручку конденсатора до получения наиболее яркого света лампочки. Деление конденсатора и графики определят измеренную волну.

Если лампочка не светится — значит мала связь катушки с измеряемой цепью или не подходяща величина самой катушки. Таким способом можно измерять волну при любом виде колебаний.

Если измеряются волны телефонные или затухающие, можно воспользоваться телефоном. Для этого в гнезда 4—5 вставляют телефон, а в гнезда 6—7 детектор. Слушая в телефон и действуя волномером, как приемником, настраиваются в резонанс по наиболее громкому звуку и при небольшой связи волномера с измеряемой цепью.

По градусам конденсатора и по графику — прочитывают волну.

Детектор должен быть хорошо отрегулирован. При плохой градуировке его, резонанс может получиться при ненастоящей настройке и дать ошибку в 10—15%.

Рис. 9. Устройство катушек для волномера.

Для измерения волны в приемнике или настройки его на заданную волну надо включить в волномер катушку. В гнезда 4—5 включить посредством коротких проводников 1—2 элемента. В гнезда 6—7 вставить пищик, который отрегулировать на чистый и довольно громкий звук.

Катушкой индуктировать колебания в приемнике, в телефон которого надо слушать.

Детали самого измерения уже известны читателю.

Измерение емкости

Способ 1. В волномер включаются детектор и телефон. Вблизи катушки собирают вспомогательный контур из какой-либо катушки самоиндукции L, постоянного конденсатора C, напр., парафинного, пищика и элементов, как показано на рис. 10.

При пуске пищика, вспомогательный контур CL будет работать, как передатчик, и излучать волну, длина которой будет зависеть от величины C и L.

Слушая в телефон волномера, настраивают его, как приемник, на волну контура. При этом витки самоиндукции L или величину емкости C контура подбирают такими, чтоб конденсатор волномера давал наиболее громкий звук у конца шкалы, т.-е. около 170°. Замечают эту цифру.

Теперь ничего не нарушая, включают измеряемый конденсатор C_x к зажимам волномера 7 и 8 (см. рис. 8 и рис. 10 б).

Рис. 10. Измерение емкости посредством волномера и вспомогательного контура.

Слушая в телефон, уменьшают конденсатор волномера, пока не получится вновь наиболее громкий звук в телефоне. Пусть это будет, например, при 30°.

Так как волна в вспомогательном контуре остается одна и та же, нам, для настройки на нее пришлось убавить емкость волномера настолько, насколько ее прибавила измеряемая емкость C_x.

По графику определяем, что, например, при 170° емкость конденсатора волномера была 1.100 см, а при 30° — 200 см.; следовательно, измеряемая емкость равна; 1.100 — 200 = 900 см.

Таким образом можно измерить емкости меньшие, чем емкость волномера.

Способ 2. При этом способе предполагается, что любитель имеет катушку, самоиндукция которой известна.

Подобно предыдущему, собирается схема по рис. 10а, при чем L — известная нам катушка, C — измеряемая емкость. Элементы и пищик включаются попрежнему и создают колебания в этом контуре.

Слушая работу контура в телефон волномера, настраивают его в резонанс с контуром и определяют по графику длину волны. Теперь зная длину волны λ и самоиндукцию контура L, можем по графику Иклз’а (см. "РЛ" № 21—22 — 1925 г., стр. 450) сразу определить величину измеряемой емкости C.

В случае неимения графика, емкость вычисляется по формуле

Емкость, измеряемая на мостике Уитстона, — есть статическая емкость, т.-е. емкость, измеренная при постоянном и переменном, небольшой частоты, токе.

Емкость, измеренная посредством волномера, есть емкость динамическая, т.-е. такая, которая участвует в колебательном процессе. Емкость, измеренная динамически для конденсаторов с твердыми диэлектриками (парафин, стекло и т. д.), получается всегда на 10—30% меньше измеренной статически.

Динамическая емкость воздушного конденсатора равна его статической емкости.

Для колебательных цепей нам надо измерять динамическую, а не статическую емкость, так как последняя всегда дает некоторую ошибку.

Измерения самоиндукции

Способ 1. Он в точности подобен 2 способу измерения емкости.

Собирают вспомогательный контур из известной емкости в контуре катушки. Пищиком в контуре возбуждают колебания. Волномером определяют длину волны контура.

Зная величину C и определив волну λ, по графику Иклз’а определяют величину самоиндукции L.

Можно также вычислить по формуле:

Способ 2. Собирают контур из неизвестных конденсатора и катушки и возбуждают в нем колебания пищиком.

На этот контур настраивают волномер, слушая в его телефон. По графику находят длину волны λ.

Затем катушку волномера заменяют измеряемой катушкой и вновь настраивают волномер на вспомогательный контур, колеблющийся прежней волной.

По графику емкости определяют величину емкости конденсатора волномера С — при второй настройке. Зная длину волны, которая оставалась неизменной, и зная величину емкости волномера C по графику Иклз‘а или по вышеприведенной формуле, определяют величину катушки.

Следует заметить, что во всех описанных случаях измерений, пищик с элементами можно вставлять в волномер, заставив его работать, как передатчик, а телефон с детектором перенести в вспомогательный контур, который будет работать, как приемник.

Способы и результаты измерения будут прежними.

На первых порах у любителя могут быть неудачи, зависящие, главным образом, от того, что вспомогательный контур будет собран на большую волну, чем у волномера и т. п. Но сообразительность быстро поможет делу.

Для точности измерений необходимо лишь устанавливать слабую связь между контуром и волномером.

При слабой связи получается более острая (хотя звук и тих) настройка и, следовательно, большая точность измерений.

При помощи описанных способов можно достаточно точно измерить такие малые емкости, как несколько десятков сантиметров, что невозможно произвести на мостике Уитстона.

---

¹) Телефонные колебания — незатухающие, но модулированные колебания, почему они могут приниматься на телефон с детектором. (стр. 81.)