"Радио Всем", №14, июль, 1929 год, стр. 406-409

ЯЧЕЙКА ОДР ЗА УЧЕБОЙ

ГРАДУИРОВКА МУЛЬТИПЛИКАТОРА

(Практическая работа ячейки ОДР к 8 занятию)

Построив декадный магазин сопротивлений и мостик Уитстона, мы приступим к градуировке мультипликатора, которая не представляет никаких особенных затруднений; но все же, приступая к ней, надо запастись терпением.

Конечно, очень желательно наличие эталонного измерительного прибора, которым можно было бы контролировать получаемые результаты. Однако, это только желательно, но не обязательно, ибо рекомендуемый ниже метод градуировки дает возможность проградуировать мультипликатор только при наличии источника тока, дающего известное заранее напряжение, и уже ранее построенного декадного магазина. Несмотря на всю примитивность приборов и самого способа градуировки, ошибка, которая может получиться при градуировке, в худшем случае не будет превышать 10%. Это значит, что результаты измерения не будут отличаться более, чем на 10% в ту или другую сторону от действительной величины. При очень тщательном же выполнении приборов и самой градуировки ошибка не должна превышать даже 5%; подобную точность для целей любительских измерений можно считать вполне достаточной.

В качестве источника тока могут быть взяты элементы любого типа; но нужно заранее знать, какое напряжение дают элементы. Очень удобен для нашей цели тип элементов с медными электродами, который был описан в № 10 журн. «Радио всем» за 1929 г., в отделе «Ячейка за учебой». Эти элементы дают каждый напряжение в 1,05 вольта. Для полной градуировки полезно иметь батарею из 5-ти элементов, соединенных последовательно, т.-е. дающую напряжение в 5,25 вольта.

В виду того, что чувствительность прибора зависит от целого ряда условий, которые в различных случаях будут различны, мы, говоря о градуировке, не приводим никаких абсолютных данных, а даем только, для ориентировки, примерные расчеты и результаты, полученные с тем образцом самодельного мультипликатора, который был нами построен.

Рис. 1

Обмотки мультипликатора, как уже говорилось в описании конструкции, соединяются все параллельно так, чтобы действие каждой из четырех обмоток отклоняло подвижную систему мультипликатора в одну и ту же сторону.

На рис. 1 дана схема соединений приборов при градуировке. В этой схеме «М» — мультипликатор, «С» — источник тока (элемент указанного выше типа), «ПМ» — изображенная схематически первая группа декадного магазина сопротивлений, отдельные секции которой имеют сопротивление, равное 1 ому. У магазина каждое плечо имеет отдельные выводы, так что подобное включение легко осуществить.

Когда в качестве источника тока включен один элемент, мы имеем источник тока с напряжением, равным одному вольту (точнее 1,05 вольта), но так как некоторое падение напряжения происходит внутри элемента, то мы будем считать дальше, что напряжение его составляет ровно 1 вольт. Элемент замкнут на потенциометр, разбитый на десять равных частей (с общим сопротивлением в 10 ом). Между точками В₁ и К₁ мы получим в зависимости от положения ползунка, напряжения в следующем порядке:

Ползунок на контакте........	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	Х
Напряжение........	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	вольт.

Дальнейшее понятно, — переключатель ставится на «I» контакт и на шкале мультипликатора отмечается положение стрелки и в этом месте ставится число 0,1, после чего переключатель переводится на контакт «II», а в отмеченном на шкале месте ставится число 0,2 и т. д., до последнего, десятого контакта. Если при напряжении в 1 вольт (X контакт) стрелка еще не дошла до конца шкалы, то вместо одного элемента включают два последовательно и продолжают градуировку, имея в виду, что на тех же контактах получается уже напряжение вдвое больше, чем в первом случае, т.-е. 0,2 вольта, 0,4 вольта и т.д.

Предварительно стрелка мультипликатора должна быть поставлена на середину шкалы, в этом месте должно быть нанесено деление с цифрой «0». Так как ноль находится посередине шкалы, то указанную работу, по ее окончании, придется повторить, дабы отградуировать также и вторую половину шкалы. Разумеется, при этом меняют местами концы проводников, подводящих к мультипликатору ток, и стрелка дает отклонения в противоположную сторону. После этого мы уже на-глаз (по возможности точнее), делим каждое наше деление на десять частей, в результате получим шкалу, разделенную на сто частей, т.-е. каждое деление будет равно одной сотой доле всего напряжения, соответствующего отклонению на всю шкалу. В нашем мультипликаторе это напряжение (при котором стрелка отклонится до конца шкалы) составляло как раз один вольт.

Понятно, что может случиться (так как чувствительность разных мультипликаторов может быть неодинакова), что вся шкала (во всех случаях, где речь идет о шкале, на самом деле подразумевается часть шкалы по одну сторону от ноля, т.-е. половина шкалы) не будет равна точно целому числу вольт, но ее ограничение в нашей власти. Для этого надо только в соответствующих местах поставить стопора, которые не будут давать отклоняться стрелке.

Проделанная нами работа является в общем основной в градуировке мультипликатора. Как будет видно ниже, сделанного вполне достаточно для того, чтобы иметь возможность употреблять мультипликатор для целей измерения самых различных величин напряжений и силы токов. Тут все дело только в соответствующем подборе добавочных сопротивлений и шунтов.

Повторяем, что цифры, приводимые нами, это только пример, а в действительности вся шкала может получиться и на 1,5 и на 2 вольта, в этом ничего страшного нет. Все наши рассуждения, как в этом, так и во всех дальнейших случаях, будут одинаково верны для любой чувствительности прибора.

Измерение сопротивления мультипликатора

Для дальнейшей работы нам необходимо знать внутреннее сопротивление нашего прибора. Определить это сопротивление не представляет никакого труда, для этого соединяют приборы по схеме рис. 2. В этом случае декадный магазин включают весь полностью по схеме реостата.

Рис. 2

Когда соединения произведены, ставят все три ползунка на нолевые контакты, т.-е. дают на мультипликатор полное напряжение одного элемента, стрелка отклонится на деление, помеченное «1». После этого начинают вводить сопротивление реостата и делают это до тех пор, пока стрелка не дойдет до деления, помеченного «0,5». Стало быть, напряжение на мультипликаторе уменьшилось ровно вдвое; это произошло вследствие введения в цепь некоторого добавочного сопротивления, на которое теряется другая половина нашего напряжения в 1 вольт. Но, так как по закону Ома, падение напряжения на отдельных участках цепи пропорциональны сопротивлениям этих участков, и в данном случае — раз равны напряжения, приходящиеся на мультипликатор и на магазин по 0,5 вольта, следовательно, равны и их сопротивления. Таким образом, задача решается очень просто, надо только посмотреть, чему равно сопротивление магазина, введенное для того, чтобы отклонение мультипликатора уменьшилось вдвое, — это число и есть искомое сопротивление мультипликатора.

В нашем случае на магазине получилось 100 ом, следовательно, сопротивление мультипликатора также равно 100 омам.

Такой способ измерения сопротивления прибора очень прост и вместе с тем дает вполне удовлетворительную для любительских целей точность.

Определение шкалы в миллиамперах

Для выполнения этой части работы не потребуется никаких измерений и градуировок. Тут все приводится к чисто-арифметическим подсчетам; нам известно сопротивление прибора и известно напряжение, при котором стрелка отклоняется на всю шкалу, нужно только разделить второе на первое, и мы получим максимальную силу тока, проходящую через прибор при крайнем положении нашей стрелки.

В нашем случае это будет:

1 вольт	= 0,01 ампера.
100 ом

Итак, вся шкала нашего прибора равна 0,01 А. Но она уже раньше была разделена нами на сто частей, а так как напряжение и сила тока находится в прямо пропорциональной зависимости, то стало-быть начерченная нами шкала напряжений справедлива и для сил токов. Разница та, что в первом случае вся шкала равна 1 вольту, а одно деление шкалы — 0,01 вольта, во втором же случае вся шкала будет равна 0,01 ампера, следовательно одно деление шкалы будет равно 0,0001 ампера, что в миллиамперах составит 0,1 МА на одно деление нашей шкалы.

Проделав все вышеизложенное, приступим к добавочной градуировке мультипликатора. Вообще говоря, здесь представляется широкое поле деятельности, так как при помощи соответствующей подгонки шунтов и добавочных сопротивлений, можно получать на всей шкале любые силы тока и напряжения, разумеется, в сторону их увеличения (минимальные их величины зависят от чувствительности прибора).

Градуировка на 5 и 100 вольт и 0,1 и 1 ампер.

Без каких-либо шунтов и добавочных сопротивлений наша шкала даст 1 вольт и 0,01 ампера. Для целей радиолюбительских измерений желательно иметь возможность измерять напряжение до 5 вольт (определение напряжения накала ламп) и напряжения до 100 вольт (измерение анодных напряжений), силу тока до 0,1 ампера (измерение тока накала микро-лампы), силу тока до 1 ампера (измерение тока накала ламп Р-5 и УТ-1)¹). Основной шкалой на 0,01 ампера пользуются при измерении анодных токов.

Рис. 3

Перейдем к подбору шунтов и сопротивлений, необходимых для получения указанных величин. Мы знаем, что если последовательно с мультипликатором включить сопротивление в четыре раза больше, чем его внутреннее сопротивление, т.-е. в нашем случае — четыреста ом, то максимальное измеряемое им напряжение будет в 5 раз больше, чем на основной шкале, то есть в нашем случае 5 вольт.

Добавочное сопротивление для шкалы в 100 вольт должно быть в 99 раз больше сопротивления прибора, у которого основная шкала равна 1 вольту. Таким образом, на прибор будет падать только одна сотая часть всего действующего напряжения цепи.

Ниже мы приводим таблицу, которая поможет определить необходимое количество той или иной проволоки, нужной для добавочного сопротивления.

ТАБЛИЦА.

Диаметр проволо- ки в мм.	Сопротивление 1 м. в омах		Вес одного метра в гр.
	Медь	Никелин
0,05	8,95	215	0,018
0,08	3,5	84	0,045
0,10	2,22	53,2	0,070
0,12	1,55	37,2	0,101
0,15	1,99	26,9	0,280
0,18	0,685	14,8	0,227
0,20	0,557	11,0	0,437
0,25	0,357	5,95	0,158
0,30	0,248	4,37	0,630
0,35	0,182	3,33	0,857
0,40	0,139	2,64	1,130
0,45	0,110	2,15	1,417
0,5	0,0895	1,48	1,750
0,6	0,0618	1,09	2,520
0,7	0,0455	0,835	3,430

В нашем случае для шкалы в 100 вольт сопротивление должно быть равно 9.900 омам, а для шкалы в 5 вольт — 400 омам. Для получения таких сопротивлений удобней всего будет взять просто медную проволоку . диаметром 0,05 мм с эмалевой изоляцией, такой проволоки (см. таблицу) потребуется всего грамм 20. Точно величину этих сопротивлений измеряют на мостике Уитстона, описанном в прошлом номере «Р. В.».

Для измерения силы токов мультипликатором, к нему также приключают сопротивление, но уже не последовательно, а параллельно с ним. Такие сопротивления носят названия шунтов.

Если хотят измерять токи в 10 раз большие, чем те, на которые рассчитан прибор, то параллельно с ним включают шунт, сопротивление которого равно одной девятой сопротивления прибора. В таком случае через прибор пройдет только одна десятая всего тока цепи. И, стало быть, чтобы узнать действительное значение тока, протекающего в данной цепи, нужно показание прибора умножить на 10.

Как уже говорилось выше, мы рекомендуем, помимо шкалы на 0,01 ампера, еще сделать шкалы на 0,1 А и 1 А. Согласно только что сказанному о шунтах, для первого случая нам нужен шунт, сопротивление которого равно одной девятой сопротивления прибора, а во втором случае сопротивление должно быть равно ¹/₉₉ доле этого сопротивления. Перейдя на конкретные числа (соответственно нашему примеру) в первом случае мы получим 11,11 ома, а во втором — 1,01 ома. Последний шунт более удобно будет сделать из соответствующего количества медной проволоки (см. таблицу).

Наши расчеты шунтов и сопротивлений мы вели в предположении, что вся шкала прибора соответствует напряжению в 1 вольт и силе тока в 10 МА. Но при выполнении прибора могут получиться как чувствительность, так и внутреннее сопротивление, отличные от тех, которые получились в построенном нами мультипликаторе. Тогда можно выбрать добавочные шкалы приборов также несколько другие — например, если у нас получился прибор со шкалой в 1,5 вольта и 15 МА (т.-е. внутреннее сопротивление опять-таки 100 ом), то остальные шкалы можно выбрать в 7,5 и 150 вольт, 0,15 и 1,5 ампера. Тогда все наши расчеты для добавочных сопротивлений и шунтов окажутся прежние. Если же мы захотим выбрать другие шкалы, например, 6 и 120 вольт, и 0,075 и 0,75 ампера, то расчет шунтов и сопротивлений придется изменить.

Рис. 4

Добавочные сопротивления потребуются в 3 раза (для 6 в.) и 79 раз (120 в.) больше внутреннего сопротивления прибора, то-есть 300 ом в первом случае и 7.900 ом во втором. Шунты же потребуются в ¼ долю внутреннего сопротивления (для 0,075 амп.) и в ¹/₄₉ долю внутреннего сопротивления (для 0,75 амп.), то-есть в 25 ом и в 2,05 ома.

Вообще, если нам нужно изменить шкалу прибора так, чтобы она была рассчитана на напряжение в N раз больше, чем основная шкала, то нужно включить последовательно добавочное сопротивление в (N—1) раз большее, чем внутреннее сопротивление прибора. Если нужно изменить шкалу так, чтобы она была рассчитана на силу тока в N раз большую, чем основная шкала, то нужно включить параллельно прибору шунт, сопротивление которого в N—1 раз меньше, чем внутреннее сопротивление прибора.

Проволока, идущая для добавочных сопротивлений и шунтов, наматывается на катушки, которые монтируются на одной панельке. Шунты включаются при помощи куска мягкого шнура с наконечником, который поджимается клеммой (обратить внимание на контакты). Схема мультипликатора с добавочными сопротивлениями и шунтами дана на рис. 3.

На рис. 4 приведена монтажная схема с шунтами и сопротивлениями панельки, при работе клеммы «М₁», «М» соединяются с клеммами мультипликатора.

В виду неудобства нанесения на шкалу большого количества цифр, на ней наносятся только основные деления, которые при добавочных измерениях умножаются: при измерении напряжений на 5 и на 100, при измерении сил токов на 10 и на 100.