С. И. Шапошников.
Желая определить вес груза, мы пользуемся весами и гирями. При измерении сопротивления роль весов выполняет описываемый ниже мостик. Кроме того, нужны еще "гирьки", т.-е. известные сопротивления, называемые иначе эталонами, с которыми мы будем сравнивать измеряемое (неизвестное) сопротивление.
Выстругивают доску из любого сухого дерева, которое желательно (но не обязательно) проварить в парафине. Примерные размеры доски (см. рис. 1): длина 500 мм., ширина 100 мм. и толщина 10 мм. Ближе к краю прикрепляют медную или латунную проволоку (3), длиною около 450 мм. и толщиной около 5 мм. Впрочем, толщина может быть меньше. Проволока прикрепляется к доске посредством шурупов и планок, как показано на рис. 1 и 2 (детали 1 и 2). Крепление ее можно произвести и любым другим способом. На проволоке должна быть надета трубка (4) с припаянным к ней тонким указателем из латуни. Трубка должна бегать по проволоке легко, с малым трением, в тоже время давать хороший контакт. У концов проволоки прикрепляют по два зажима: 10 и 11 — для пищика с элементами и 12 и 13 — для включения телефона.
Рис. 1. Общий вид мостика.
Посредине доски, точно на расстоянии 400 мм. друг от друга, прикрепляют планки с накладками и зажимами (6) и (7). Между планками прикрепляется линейка, разделенная на миллиметры; длина линейки 400 мм. Для этой цели можно применить чертежную линейку с делениями, обузив ее сколько надо. Под накладки планок зажимается никкелиновая или иная, с большим сопротивлением, проволочка (8). Если никкелиновой или подобной ей проволоки нет, то в крайнем случае ее можно заменить самой тонкой струной, напр., от мандолины. Длина проволочки в натянутом виде, между планками, должна быть 400 мм. Толщина проволочки должна быть от 0,2 до 0,4 мм. Сопротивление такой проволочки должно быть от 1,5 до 5 омов, сама проволочка с планками располагается на таком расстоянии от первой толстой проволоки (3), чтобы ползун скользил своим тонким концом (5) по проволочке. По другую сторону шкалы ставят в одну линию 4 зажима (14, 15, 16 и 17) на равных, примерно расстояниях один от другого.
Зажимы 14 и 15 соединяют толстой медной проволокой (20) диаметром около 5 мм. или пластинкой из красной меди. Также зажимы 16 и 17. Зажимы 15 и 16 соединяются перемычкой (18) из проволоки или пластинки, показанной на рис. 2. Между шкалой и перемычкой (18) укрепляется переключатель (9) с двумя контактами. Назначение переключателя и перемычки будет об'яснено в описании соответствующих измерений.
Соединение лучше сделать под доской, между нижними концами болтов. Соединение будет таким: конец толстой проволоки (2) соединяется под доской с концом зажима (12). Переключатель (9) — с концом зажима (13). Пластинки (6) и (7) — с концами зажимов (10) и (11) и концы зажимов (15) и (16) — соответственно с контактами переключателя. Все эти соединения, кроме последних двух, показаны пунктиром и их можно сделать из нетолстой проволоки, напр. звонковой. Соединения лучше делать пайкой.
Рис. 2. Детали мостика
Следует точно запомнить: при измерении сопротивлений, правые зажимы (7) и (14) служат для присоединения известного сопротивления (эталона) R, а левые (6) и (17) для присоединения измеряемого сопротивления Rx. Телефон и пищик можно менять местами, но из некоторых соображений лучше телефон включать в правые (12) и (13), а пищик с элементами в левые (10) и (11) зажимы.
Детали зажимов, планок и пр. приведены на рис. 2. Любитель может их сделать любыми. Важно лишь, чтобы они не имели большого сопротивления и позволяли плотно присоединять сопротивления и зажимать никкелиновую проволочку.
В описанном мостике левым плечом будет проволочка от планки (6) до указателя ползунка и правым плечом — от ползунка до планки (7).
Если шкала представляет собою линейку, разделенную на миллиметры, то надо при измерении сопротивления каждый раз по этой линейке определять длины левого и правого плеч. Разделив длину левого плеча на длину правого и помножив полученное частное от деления на сопротивление эталона R, мы найдем величину измеряемого сопротивления Rx.
Вместо линейки с обыкновенными миллиметровыми делениями, лучше приготовить более удобную шкалу 1), при которой не потребуется измерять длины плеч, а затем делить их. Ведь каждая установка ползуна дает два плеча, и нам надо знать, собственно, не столько длины плеч, как их частное, т.-е. цифру показывающую во сколько раз левое плечо больше или меньше правого. Поэтому на шкале можно прямо проставить это частное (или отношение).
Такая шкала приведена на рис. 5 в натуральную величину; ее надо перечертить или вырезать и наклеить на линейку.
Мы рекомендуем любителю не пожалеть времени на устройство мостика с хорошей шкалой, так как такой мостик позволит нам производить многочисленные и самые разнообразные измерения сопротивлений, емкости, самоиндукции и пр.
Эталоны должны быть сделаны таких, примерно, величин, какие мы думаем измерять.
Любителю придется измерять сопротивление катушек, реостатов и т. п.; для этих целей, думается, достаточно будет приготовить эталоны в 0,1 ома, 1 ом, 10 ом, 100 ом и может быть 1000 ом. Для измерения больших величин придется сделать 0,5 мегома и 1 мегом.
Материалом, для начала, послужит медная проволока разных диаметров. Предположим, что любитель имеет проволоку диаметров 0,1 мм., 0,3 и звонковый провод 0,8.
По таблице 1 (стр. 17 "Радиолюбитель" №1, 1925) находим, что 100 метров проволоки 0,8 имеют сопротивление 3,41 ом. На 1 ом такой проволоки придется в 3,41 раза меньше, т.-е. 100 мтр. / 3,42 = 29,3 метра 2). Следовательно, для 0,1 ома ее придется взять 2 метра 93 см. Для сопротивлений в 1 и 10 ом возьмём более тонкую проволоку, напр. 0,3. Сто метров тонкой проволоки по таблице 1 имеют сопротивление 24,3 ома. На один ом ее придется взять 100 / 24,3 = 4,2 метра, а на 30 ом — 42 метра и т. д.
Рис. 3. Намотка эталонов сопротивления
Конечно, желательно не брать на сопротивления очень длинных проволок. Если по приведенным расчетам проволока выходит длинной (напр. десятки метров), то, если есть возможность, лучше это сопротивление делать из более тонкой и, следовательно, короткой проволоки.
Полученные проволоки складываются пополам и наматываются на дощечке "6ифилярно", т.-е. так, как показано на рис. 4 слева. Если провод длинный, то его мотают таким же образом в несколько слоев с прокладкой изоляции между ними. К концам проволочек припаивают толстые проволочки а и б, которые и присоединяются к зажимам мостика. Если проволочки сами достаточно прочны, то концы их можно оставить без наращивания.
На колодочках делают надписи, обозначающие величины сопротивлений.
Изготовленные таким образом эталоны будут точны постольку, поскольку точно измерена длина и диаметр проволок. Поэтому их следует проверить, что большинство любителей может сделать в оборудованных кружках, школах, на электрических станциях и тому подобных учреждениях.
Конечно, желательно, чтоб эталоны имели круглое число ом, без десятых долей, что в вышеупомянутых учреждениях можно будет подогнать. С такими эталонами удобнее вычислять измеряемое сопротивление, когда отношение плеч мостика l1 / l2 будем множить на эталон R. Но если, почему-либо, подогнать сопротивления нельзя, то следует точно записать их омы при проверке и пользоваться ими обычным порядком.
Имея такие эталоны, любитель, доставший себе, напр., никкелиновой или манганиновой проволоки, сможет уже на своем мостике подогнать новые сопротивления из этой проволоки.
Если же любителю нельзя произвести поверку своих эталонов, мы можем посоветовать тогда сделать такие же эталоны, но из проволоки других диаметров. Напр., мы сделали эталоны в 10 ом из проволоки в 0,1, 0,3 и 0,5. Взяв первое из них за эталон, измеряем два других и предположим, что получим такие цифры: из проволоки 0,3 — 9 омов, а из проволоки 0,5 — 10,3 ома. Тогда, считая эталон за 10, сложим все три цифры и сумму разделим на 3, т.-е.:
| 10 + 9 + 10,3 | = 9,75 ома |
| 3 |
За такую среднюю цифру мы и будем считать наш первый (из проволоки 0,1) эталон. Таким же путем можно будет проверить и другие эталоны.
Об изготовлении эталонов для больших сопротивлений будет сказано позже.
Перемычка (18) плотно прижата зажимами (15) и (16). Переключатель (9) ставится на любой из контактов; с левой стороны к зажимам (6) и (17) включить измеряемое сопротивление Rx. Справа к зажимам (7) и (14) присоединить эталон. К зажимам (12) и (13) присоединить обычный телефон. К зажимам (10) и (11) присоединить пищик с элементами. Число элементов должно быть такое, чтоб пищик давал чистый и достаточно громкий звук.
Рис. 4. Измерение сопротивления нити лампы на мостике Уитстона
Передвигая ползун (4) так, чтоб он скользил по проволочке, не отрываясь от нее, и слушая в телефон, определяем точку на проволочке, при которой звук не слышен. Если звук слышен везде, то, выключив первый эталон, включаем на его место другой и т. д., пока при некотором эталоне не найдем точку, где звук исчезает; эту точку мы замечаем.
Если любитель пользуется шкалой, приведенной на рис. 5, то тогда измеряемое сопротивление Rx находится просто: оно равно делению шкалы против ползунка (где звук в телефоне прекратился), помноженному на величину эталона.
Вырезать и наклеить на линейку
Рис. 5. Шкала для мостика.
Если же имеем линейку с простой шкалой, разделенной на миллиметры, то отсчет получается более сложный: прочитываем число миллиметров от зажима (6) до найденной точки. Вычитая это число миллиметров из 400, определяем длину проволочки от ползунка до зажима (7) и, наконец, разделив первое число на второе и умножив дробь на величину эталона, получаем число омов неизвестного сопротивления. Напр., пусть звук прекратился в точке 236 мм. — это будет левое плечо. Находим второе плечо:
| Rx = | 236 | × 100 = 144 ома |
| 164 |
Если звук пропадает не в одной точке, а перестает быть слышимым на некоторой длине проволочки, то искомую точку находят, взяв за нее серединку того промежутка, на котором не слышно звука. Напр.: звук перестает быть слышен на делениях 156 и до 162.
Тогда за искомую точку принимаем
Если звук пищика так громок (а он желателен громкий), что он слышен помимо телефона, то полезно пищик положить на что-ниюудь мягкое и закрыть его, напр., шапкой или же просто отнести его в соседнюю комнату, удлинив, конечно, провода, идущие к нему.
Конечно, если эталоны, изготовленные любителем, не точны, то и измерения будут настолько же неточны. Вообще же наибольшей точности измерения можно достигнуть, применяя следующее:
1. Чем ближе эталон подходит по величине к измеряемому сопротивлению, тем точнее результат измерения.
Поэтому, сопротивления от 0,1 до 0,3 ома желательно измерять с эталоном в 0,1 ома, сопротивления от 0,3—3 ома с эталоном в 1 ом, сопротивления 3—30 ом с эталоном в 10 ом и т. д.
Одним словом, эталон брать такой, при котором прекращение звука в телефоне происходит около средней части проволочки (или шкалы).
2. Чем чище тон пищика и чем выше звук его, тем точнее определяется точка затухания звука в телефоне и, след., будет большая точность измерения.
3. Чем многоомнее (и следовательно чувствительнее) телефон, тем больше точность измерения.
Описанный мостик при точных эталонах и телефоне с сопротивлением в 2000 ом давал точность в 0,5%, т.-е., напр., при измерении сопротивления в 100 омов получались цифры 99,8—100,4 ом. Конечно, такой большой точности измерений любителю никогда и не понадобится.
Заканчивая изложение этого отдела, скажем, что описанным способом можно измерять без'индукционные сопротивления от долей ома до десятков тысяч их и больше.
Без'индукционными сопротивлениями будут такие, которые не имеют самоиндукции, как, напр., угольные палочки, реостаты, лампы накаливания, проволоки не намотанные спиралью, катушки, намотанные "бифилярно" и т. д. Об измерении сопротивления катушек самоиндукции будет сказано в дальнейшем.
1) Шкала — линейка с теми или иными делениями. (назад)
2) Все вычисления автор производит по логарифмической линейке, дающей как известно, неабсолютную точность. Поэтому, при определении длин проводников желательно проверить все приводимые числа путем арифметических действий. (назад)