Г. Войшвилло
Наиболее точными и удобными измерительными приборами постоянного тока являются приборы типа Депре-д'Арсонваля — с постоянным магнитом. Приборы такого типа можно горячо рекомендовать радиолюбителям, так как, во-первых, потребление мощности самим прибором очень мало (до 5 милливатт), а во-вторых, приборы универсальны: с добавочными шунтами и сопротивлениями они могут работать как вольтметры и амперметры при каких угодно пределах измерения. Достоинствами магнитоэлектрических приборов является также большая их чувствительность, равномерность шкалы и быстрое успокоение подвижной системы. Недостатки магнитоэлектрических приборов — это возможность применения их только для постоянного тока и некоторая сложность их изготовления (однако изготовление таких приборов все же вполне доступно радиолюбителям).
Устройство прибора заключается в следующем: между постоянным магнитом А (рис. 1) и неподвижным железным цилиндром В помещена легкая рамка с обмоткой С, могущая вращаться вместо с полуосями Д и Е в соответствующих подшипниках. Через полуоси к рамке подводится измеряемый ток. Вследствие взаимодействия поля постоянного магнита и поля, созданного током в обмотке рамки, последняя стремится повернуться вместе со стрелкой F. Противодействующей силой здесь служит упругость плоской спиральной пружинки G.
Рассмотрим подробней детали прибора.
Наиболее распространенным сейчас в продаже является магнит от телефонных индукторов, который очень удобен для устройства электроизмерительного прибора. Стоимость его от одного до двух рублей. Так как применение такого магнита не обязательно (но весьма желательно), то дальше будет указано, как увязать размеры остальных деталей с размерами этого магнита. Магнит индуктора имеет размеры, которые даны на рис. 2. Ослабленный магнит следует намагнитить постоянным током (от сети постоянного тока или от аккумуляторов), для чего на магнит надеваются две катушки с обмоткой, которые должны занимать всю длину прямых частей магнита. Число витков определяется делением необходимого количества ампервитков (JW) обмотки на возможную силу тока. Количество ампервитков JW = 250 l, где l полная длина развернутого магнита в см (или длина его осевой линии). Для нашего магнита l = 22 см, следовательно JW = 5 500 ампервитков. Если, например, сила тока может быть допущена 10 А, то число витков будет 5.500 : 10 = 2 × 275. При намагничивании полюса магнита должны быть замкнуты железным якорем большого сечения (напр. утюгом).
Полюсные башмаки делаются из фасонных паяных жестяных коробочек, плотно наполненных внутри железными опилками. Размеры развернутых выкроек для башмаков (2 шт.) даны на рис. 3. Щеки башмаков вырезаются из листового железа толщиною около 0,5 мм, а лицевал часть — из обыкновенной жести. Эти детали вырезаются строго по размерам, указанным на рис. 3.
Лицевая часть свертывается и сгибается так, чтобы получилась фигура «а» на рисунке 4; в таком положении лицевая часть вставляется в башмаки, которые имеют в этот момент форму рис. 4b (вид сверху). Продев лапки 1 и 2 через отверстия 1' и 2' щек, щеки сгибаются до положения изображенного на рис. 4е. Вдетые лапки прижимаются к щекам (см. рис. 4d). Получившиеся швы и стыки пропаиваются оловом. Затем вторая половина лицевой части сгибается вокруг точки А до получения фигуры, изображенной на рис. 4е. Лапки 3, 4, 5 (рис. 3) должны обхватить наружную часть щек. Стычки здесь также пропаиваются. Конец 7 загнут не до конца, и через эту щель коробка плотно набивается железными опилками.
После наполнения крышка 7 закрывается и припаивается к части 6 и к щекам. Готовый башмак показан на рис. 4f. В разрезе башмак вместе с полюсом магнита показан на рис. 4g. Готовые башмаки должны довольно туго насаживаться на магнит.
Цилиндр состоит из двух круглых щек из железа 0,5 мм и боковой жестяной поверхности. Размеры их даны на рис. 5. Сперва как можно точнее свертывается в цилиндр вырезанная боковая поверхность (шов ее посередине пропаивается). Затем на дно опускается щека (до соприкосновения с лапками). После пайки получившихся стыков (по всей окружности) цилиндр плотно набивается опилками. Вторая щека накладывается на опилки, закрепляется лапками и получившийся круговой стык тоже пропаивается. Вид готового цилиндра дан на рис. 5.
Держатели сделаны из листового алюминия толщиной 1,5—2 мм. Их размеры и способ изготовления даны на рис. 6. Отверстия с нарезкой показаны сплошь зачерненными. Места сгибов показаны пунктирными линиями. Отверстия в основаниях имеют размеры около 4—5 мм, так как винты через них проходят обернутые кембриком или прессшпаном. В отверстие N зажимается двумя гайками передний упорный винтик с коническим углублением с одной стороны. В отверстие М ввертывается упорный винтик тоже с коническим углублением.
Держатель цилиндра делается из того же алюминия. Размеры даны на рис. 7. Размер отверстий обыкновенный.
Подвижная система состоит из 1) рамки, 2) двух латунных обоймочек, 3) двух полуосей с латунными трубочками, 4) пружинки, 5) противовеса, 6) держателя стрелки и 7) самой стрелки.
Рамка делается обязательно из латунной фольги (в крайнем случае материалом для нее может служить латунь с бергмановсхих трубок). Размеры рамки, развернутой и готовой, даны на рис. 8. Стык рамки осторожно пропаивается. Для жесткости (в случае тонкой фольги) внутренние углы (а) слегка покрываются оловом (пролуживаются). Полезно также на длинных сторонах прямоугольника рамки место сгиба бортиков (в) слегка покрыть оловом. Бортики не должны быть больше 0,5 мм. Затем рамка (и бортики) проклеиваются одним слоем тонкой бумаги. Никаких отверстий в рамке не делается. Для намотки рамка одевается на брусок, покрытый любой бумагой, причем размеры бруска должны совпадать с сечением рамки. Количество витков и размер провода зависят от назначения прибора, т. е. будет ли он служить как вольтметр, амперметр или как универсальный прибор. Здесь мы рассмотрим устройство наиболее необходимого прибора — вольтметра (правда, могущего в некоторых случаях работать и как амперметр). Для этого случая обмотка рамки имеет 600—700 витков проволоки ПЭ 0,05 мм. Проволоку можно взять с телефонных катушек, которые имеются в продаже. Из одной катушки можно намотать 3 рамки. Если есть возможность, лучше взять проволоку 0,03 мм и тогда число витков может быть доведено до 1.500. Намотку очень удобно производить на станке со счетчиком. Расчет рамок для других условий работы, а также расчет и конструкция шунтов и добавочных сопротивлений будет подробно разобран в следующей статье.
После намотки рамка покрывается шеллаком.
Прокладки из кембрика (2 шт.) имеют размер 14 × 17 мм. Латунные обоймы (2 шт.) имеют размер 10 × 12 мм.
Полуоси (2 шт.) делаются из отломанного острия иголки длиной одна 10, а другая 8 мм.
Латунные трубочки имеют размер 8 и 6 мм. Пружинка должна быть бронзовой с большим числом витков; ее придется купить готовой у часовщика. Муфта на пружинке не обязательна.
Противовес желательно иметь в виде болтика с цилиндрической гайкой. В крайнем случае, его можно заменить отрезком проволоки 0,8 с каплей олова на конце.
Держатель стрелки делается из латуни 0,3—0,5 мм. Сама стрелка покупается готовая или вырезается из алюминиевой фольги. В тонкой части для жесткости сечение стрелки имеет вид полукруга.
Кроме этого, из латуни 0,5 мм делается держатель пружинки. Детали подвижной системы показаны на рис. 9.
Основание и кожух могут быть сделаны так же, как и для теплового амперметра, описанного в № 9 «Р. В.».
Для прикрепления магнита к основанию из любого немагнитного металла вырезается скоба (по размерам рис. 10) и деревянный брусок.
К латунным обоймам припаиваются строго перпендикулярно латунные трубочки с разведенными концами (см. рис. 9). К передней трубке припаивается держатель стрелки, противовес и пружинка. Пайку следует производить маленьким паяльником и при помощи канифоли, так как кислота разъедает тонкие части подвижной системы. К задней трубке припаивается отрезок манганиновой или иной проволоки толщиной 0,05 мм, длиной 15—30 мм. Затем обоймы обжимают покрытые кембриком передние и задние части рамки. В держатель стрелки зажимается стрелка. Полуоси, вставленные в трубочки, должны лежать на одной прямой. Вид подвижной системы дан на рис. 11. Выводы от обмотки рамки припаиваются к латунным обоймам.
К башмакам и к цилиндру припаиваются 9 гаек с винтами. Гайки башмаков и цилиндра должны лежать на одной высоте; расположение этих частей дано на рис. 12. Таким образом наверху будет 6 гаек, а внизу — 3.
Законченная подвижная часть надевается на барабан и с ним ставится на свое место (см. рис. 13). Затем к трем нижним гайкам прикладывается мостик (держатель цилиндра) и все это зажимается 3 винтиками, длина нарезки которых должна быть менее высоты гайки (излишек снимается напильником). К верхним гайкам прикладываются держатели подвижной системы, причем они должны быть изолированы от башмаков и цилиндра, что достигается прокладыванием эбонитовых шайб (имеются в продаже для переменных конденсаторов), кроме того сами винты должны быть окружены трубочками из кембрика, которые лучше пропустить также и через шайбы (последние придется для этого немного развернуть).
Регулировкой переднего упорного винтика находится наилучшее положение. Система должна свободно с очень малым трением вращаться в своих углублениях. Противовесом достигается полное (безразличное) равновесие подвижной системы.
Система может быть неуравновешена и по отношению к бокам; это исправляется небольшим перемещением обойм с осями или добавлением на более легкую сторону небольшого количества шеллака. Пружинка зажимается своим держателем, при помощи которого стрелка приводится к нулю. В нулевом положении стрелка наклонена к горизонту под углом 45°. Отрезок манганиновой проволоки 0,05 мм, назначение которого — обеспечить контакт между рамкой и неподвижным держателем, идущий от задней латунной трубки, поджимается под винтик, ввернутый в отверстие р (рис. 6). Вид собранного прибора дан на рис. 13 и на фотографии. Выводы представляют собой проводники с наконечниками, зажатые между держателями подвижной системы и эбонитовыми шайбами.
Держатели шкалы выполняются аналогично описанным в прошлой статье («Р. В.» № 9). Высота их, так же как и высота кожуха, будет несколько иная. Шкала делается обычная и держится винтами на переднем упоре и на своих держателях через отверстия S (рис. 6 и 13). Расположение держателей шкалы, обоймы для магнита и деревянного бруска (брусок накладывается между основанием и магнитом) находится практическим путем. Магнит должен быть сильно зажат, для того, чтобы он не мог съезжать при переноске, установке и т. д. В случае применения магнита с другими размерами, размеры остальных частей (зависящих от магнита) нужно пересчитать так, чтобы остались прежние промежутки между частями. Например, зазор между цилиндрами и башмаками должен быть около 3 мм, толщина рамки не больше 1 мм, рамка должна быть расположена посередине зазора и т. д. Правильно собранный прибор может работать во всех положениях.
Прибор имеет полярность, которая определится при первом включении в работу, поэтому на клеммах сразу ставятся знаки + и —.
Включение прибора должно производиться через последовательно соединенные добавочные сопротивления, так как данные описанного выше прибора следующие: сила тока, отклоняющая рамку до конца — 0,0008 А; сопротивление рамки 550 ом и, следовательно, максимальное измеряемое напряжение будет 0,0008 × 550 = 0,44 в. Добавочные сопротивления, если они не велики, могут быть выполнены в виде катушек из манганиновой или иной проволоки, в противном случае радиолюбителям можно посоветывать применять различные высокоомные сопротивления (графитовые, тушевые и др.). Расчет добавочных сопротивлений описан в статье «Эл. магнитный амперметр», помещенной в № 1 «Р. В.»1). Подробные указания о сопротивлениях будут даны в следующий раз. Прибор может работать и как амперметр, только в нем будет теряться почти 0,5 в. так, что это годится напр. для включения в анодную цепь, а в цепи какала потеря 0,5 в. будет слишком неудобной. Данные рамок амперметра и универсального прибора мы рассмотрим тоже в следующий раз.
Так как шкала у приборов типа Депре-д'Арсонваля почти равномерная («почти» — у самодельных приборов), то градуировку желательно выполнить по какому-либо прибору, так, как указано в прошлых статьях («Р. В.», №№ 7 и 9), хотя можно пренебречь небольшой непропорциональностью шкалы, и, найдя, что напряжение соответствующее всей шкале (скажем, 5 в), разделить шкалу на 50 равных частей и, считать, что 1 деление соответствует 1/10 вольта.
Чувствительность этих приборов очень высока, напр. прибор, выполненный автором, включенный вместо телефона в детекторный приемник, присоединенный к осветительной сети в 15 клм. от Ленинтрадской радиовещательной станции, дает отклонение почти на 1 см. В тех же условиях, но при приеме на антенну, стрелка отклоняется на ¾ шкалы. Такая высокая чувствительность дает возможность находить наилучшие точки на детекторе или снимать кривую резонанса приемника.
Схема включения прибора в антенну и применение его к волномеру дана на рис. 152).
1) Статья "Электромагнитный амперметр" помещена не № 1, а в № 7 "Радио Всем" за 1929 г. (прим. составителя). (стр. 534)
2) В статье перепутана нумерация рисунков. Вид подвижной системы приведен на рисунке 15 (а не 12, как указано в тексте), а схема включения прибора — на рис. 14, а не 15. (прим. составителя). (стр. 534)