Измерительные приборы на неоновых лампах

Радио 1967, 12

В простых измерительных приборах, о которых здесь рассказывается, индикаторами служат неоновые лампы типа МН-3 с напряжением зажигания 50-60 вольт. Неоновая лампа подключается к источнику напряжения или к участку цепи, на котором надо измерить напряжение или ток, через потенциометр (делитель напряжения), уменьшающий измеряемое напряжение до напряжения зажигания неоновой лампы. Роль потенциометров выполняют переменные резисторы. Сопротивление у них между средним выводом и любым из крайних изменяется прямо пропорционально изменению угла поворота оси.

Шкалой каждого из приборов служит картонный диск с делениями по окружности и отверстием в центре, сквозь которое проходит ось потенциометра. На оси потенциометра крепится ручка со стрелкой.

Рис. 1

Вольтметры. Вольтметр (см. схему на рис. 1) позволяет измерять постоянные напряжения в пределах примерно от 50 до 250-500 в. С помощью щупов, соединённых с зажимами «Вход», он подключается к источнику измеряемого напряжения. Перемещая ползунок потенциометра R1 снизу вверх (по схеме), добиваются зажигания неоновой лампы. Величина измеряемого напряжения определяется по шкале потенциометра.

Резистор R2 ограничивает ток через неоновую лампу, предотвращая пробой между электродами при подаче на них высокого напряжения. Конденсатор С способствует более яркому свечению лампы в момент зажигания.

Чтобы уменьшить погрешность в измерениях, неоновую лампу перед установкой в прибор «тренируют» постоянным напряжением, несколько превышающем её напряжение зажигания. В результате «тренировки», которая продолжается 50-70 часов, рабочее напряжение лампы и напряжение зажигания изменяются на 10-15% и становятся более стабильными. Во время «тренировки» и после неё надо соблюдать правильную полярность включения неоновой лампы. В качестве катода лампы берут обычно её наружный электрод, имеющий наибольшую площадь поверхности.

Рис. 2

Для градуировки шкалы прибора на его вход, параллельно которому подключён заводской (эталонный) вольтметр (рис. 2), через дополнительный потенциометр R подают постоянное напряжение от выпрямителя или батарей. Перемещая ползунок потенциометра R снизу вверх постепенно повышают напряжение на входных зажимах вольтметра, добиваясь зажигания неоновой лампы. Затем на шкале потенциометра R1 отмечают положения стрелки его ручки, соответствующие показаниям эталонного вольтметра. Так, например, установив потенциометром R по эталонному вольтметру напряжение 50 В и добившись потенциометром R1 зажигания неоновой лампы, на шкале против указателя ставят цифру «50». Точно так же на шкале самодельного вольтметра делаются отметки других измеряемых напряжений.

Как во время градуирования, так и во время пользования вольтметром, при увеличении напряжения, подаваемого на его вход, вначале нужно погасить неоновую лампу, установив ручку потенциометра в положение, соответствующее наименьшему измеряемому напряжению.

Схема на рис. 1 может быть использована и для измерения переменных напряжений в таких же пределах. Градуировка и пользование вольтметром переменного напряжения остаются такими же, как и для вольтметра постоянного напряжения. Но зажигание неоновой лампы у вольтметра переменного напряжения будет при амплитудном значении напряжения, которое в раза больше действующего напряжения, зарегистрированного эталонным вольтметром.

Рис. 3

Прибор для измерения низких напряжений постоянного тока может быть собран по схеме, показанной на рис. 3. Питание прибора осуществляется от выпрямителя или батареи, дающих постоянное напряжение 250-300 В. Ползунок переменного резистора R5 включённого реостатом, устанавливается на нуль его шкалы (на рис. 3 - в крайнее правое положение), а зажимы «Вход» закорачиваются. Потенциометром R3 добиваются зажигания неоновой лампы.

После этого входные зажимы размыкают и подают на них малое измеряемое напряжение. При этом неоновая лампа гаснет. Лампа снова зажигается, если резистором R6 повысить напряжение на ней на величину измеряемого напряжения, подаваемого на «Вход» прибора.

Отсчёт измеряемых напряжений производится в момент зажигания неоновой лампы по шкале резистора R5, градуированной в вольтах.

Вольтметр для измерения переменных напряжений от 2 до 220 В (рис. 4) представляет собой сочетание автотрансформатора Атр с двумя переключателями П1 и П2 и описанного выше вольтметра переменного напряжения. Контакты отводов автотрансформатора, обозначенные цифрами 2-20; относятся к переключателю П1, а контакты 0-200 - к переключателю П2.

Индикацией прибора служит момент начала свечения неоновой лампы, которого добиваются переключателями П1 и П2. Величину измеряемого напряжения в вольтах определяют суммированием цифр, стоящих возле контактов обоих переключателей. Так, например, если ползунок переключателя П1 стоит на контакте 6, а ползунок переключателя П2 на контакте 120, измеряемое напряжение будет 126 В.

Во избежание закорачивания измеряемой цепи переключатели прибора перед измерением должны находиться: П1 в положении 20, a П2 в положении 200.

Для автотрансформатора прибора можно использовать сердечник трансформатора, рассчитанного на мощность 10-12 Вт (сечение сердечника 4-5 см²). Обмотка наматывается проводом ПЭЛ 0,2-0,23. Часть обмотки, выводы от которой присоединены к контактам 2-20 переключателя П1, содержит всего 200 витков с отводами через каждые 20 витков, а часть обмотки, отводы которой присоединены к контактам 0-200 переключателя П2 - 2000 витков с отводами через каждые 200 витков.

Амперметр переменного тока (рис. 5) состоит из трансформатора Тр с коэффициентом трансформации 1:40-1:60 (можно использовать выходной трансформатор лампового приёмника, например типа «Рекорд») и вольтметра переменного напряжения.

Рис. 5

Обмоткой I (понижающей) трансформатор прибора включается в электрическую цепь последовательно с нагрузкой и эталонным амперметром (на рис. 5 показан пунктиром), а к обмотке II (повышающей) присоединяется вольтметр переменного напряжения. Двигая ползунок потенциометра R1, добиваются зажигания неоновой лампы и отмечают на шкале потенциометра значение тока эталонного амперметра. Изменяя величину нагрузки в цепи, наносят на шкалу отметки токов других значений.

Пределы измерений таким амперметром зависят от числа витков и сечения провода обмотки I трансформатора: с уменьшением числа витков и увеличением сечения провода этой обмотки пределы измерений расширяются. При использовании выходного трансформатора типа «Рекорд» прибором можно измерять токи до 3-4 А.

Ваттметр переменного тока. Если напряжение в сети стабильно, то амперметр переменного тока (рис. 5) можно использовать для измерения мощности тока. Для градуировки такого прибора (при отсутствии эталонного ваттметра) к цепи подключают активную нагрузку - лампу накаливания, электроплитку или утюг с известным значением мощности в ваттах. Затем последовательно с нагрузкой включают самодельный амперметр и, медленно поворачивая ручку потенциометра R1, увеличивают напряжение на неоновой лампе до тех пор, пока она не загорится. В момент зажигания неоновой лампы в соответствующем месте шкалы потенциометра отмечают значение мощности потребляемой нагрузкой. Подключая различные нагрузки известной мощности, получают шкалу, проградуированную в ваттах.

Таким образом, на одном картонном диске потенциометра амперметра можно иметь ещё одну шкалу - шкалу мощности переменного тока.

Рис. 6

Измеритель RC. Этот прибор (рис. 6) предназначен для измерения сопротивлений резисторов от 10 Ом до 10 МОм и ёмкостей конденсаторов от 10 пф до 10 мкф. Он состоит из генератора звуковой частоты и измерительного моста. Индикатором прибора служат телефоны Тлф. Погрешность измерений 10-15%.

Генератор, образуемый неоновой лампой, обмоткой I трансформатора Тр, конденсатором С4 и резистором R5, питается от внешнего источника постоянного тока (выпрямителя) напряжением 80-250 в. Генерируемые им электрические колебания частотой около 1000 Гц индуцируются в обмотке II трансформатора и питают измерительный мост, в одно из плеч которого включается измеряемый резистор (зажимы R_x) или конденсатор (зажимы C_x). Балансировку моста осуществляют потенциометром ориентируясь по наиболее слабому или полностью исчезающему звуку в телефонах.

Трансформатор измерителя малогабаритный, с отношением чисел витков в обмотках от 1:1 до 1:10. Для самодельного трансформатора можно использовать сердечник с площадью сечения 3-3,5 см². Его первичная обмотка может иметь 1000 витков, а вторичная от 1000 (соотношение 1:1) до 10000 (соотношение 1:10) витков провода ПЭЛ 0,12-0,13. Номиналы резисторов R1-R3 и конденсаторов C1-C3 надо подобрать возможно точнее, так как от них зависит погрешность измерений.

Потенциометр R4 снабжается шкалой, градуированной по резисторам и конденсаторам с возможно меньшими отклонениями от номиналов.

Конструкции приборов могут быть произвольными. Важно лишь, чтобы они были удобны при пользовании.

В. ШИЛОВ