Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

На первый взгляд может показаться, что в многопредельных приборах нет никакой необходимости. Действительно, зачем нужны шунты и переключатель на предельные токи 5 А, 50 А и 500 А, когда прибор с одним шунтом, измеряющий 500 А, может измерить любой меньший ток. Но попробуйте представить себе, как отклонится стрелка при измерении тока в 1 А прибором с пределом измерений 500 А: если вся шкала разбита на 100 делений, то цена одного деления 5 А и при токе 1 А отклонение составит всего 0,2 деления. Заметить такое отклонение практически невозможно. Но даже при измерении значительно больших токов, скажем 10 А или 15 А, стрелка отклонится всего на 2–3 деления и точность отсчета окажется не очень высокой. Точно так же на магазинных весах с пределом 1 килограмм не отвесишь не то что миллиграммы, но даже несколько граммов. В то же время при измерении тока 1 А прибором с пределом измерения 5 А и со шкалой, разбитой опять-таки на 100 делений (цена деления теперь уже 0,005 А, а не 5 А), стрелка отклонится на 20 делений. Словом, если хочешь одним амперметром измерять и большие и малые токи, нужно, чтобы это был многопредельный прибор с переключателем шунтов. И вольтметр должен быть многопредельным, если им нужно измерять и доли вольта, и сотни вольт.

Теперь частное примечание: схема многопредельного амперметра (Р-173;4) не просто неверна, она недопустима, в ней скрыта смертельная опасность для самого стрелочного прибора. По поводу этой опасности существует даже энергичная предостерегающая поговорка — «Не оставляй прибор без шунта!», из которой следует спокойная рекомендация: «Подключай прибор к шунту, а не шунт к прибору». Понять сущность рекомендации нетрудно: если на какой-то момент прибор останется в цепи без шунта, то по прибору пойдет весь измеряемый ток (представьте себе — по прибору, рассчитанному на 1 А, идет ток 500 А), прибор выйдет из строя, скорее всего, «сгорит» рамка. Вот почему даже на короткое время переключения шунтов прибор нельзя оставлять включенным в цепь, прибор должен появляться в цепи только после того, как там уже есть шунт. Это правило проще всего реализуется в схеме Р-173;5, которая называется универсальным шунтом — этот шунт всегда подключен к прибору и при некоторых переключениях часть шунта добавляется к R_пр, в чем, кстати, нет особой беды.

Тот, кто помнит закон Ома, легко поймет, что амперметр может измерять и напряжение, если подключить его параллельно участку цепи: ток через амперметр пропорционален напряжению (Т-37), и это напряжение легко подсчитать, зная сопротивление рамки амперметра. А можно и не подсчитывать, можно шкалу амперметра сразу разметить в вольтах, превратив его тем самым в вольтметр.

Есть, правда, одно препятствие в использовании одного и того же стрелочного прибора и для измерения тока, и для измерения напряжения. Дело в том, что сопротивление амперметра должно быть малым, а сопротивление вольтметра — большим (Р-24;2,4). Только в этом случае приборы сами не будут менять режим той цепи, в которую их включают (точнее, будут менять его незначительно). К счастью, есть выход из этого безвыходного, казалось бы, положения. В комбинированном амперметре-вольтметре используют очень чувствительный гальванометр, у которого стрелка отклоняется при токе менее одного миллиампера. Причем сопротивление рамки такое, что этот ток появляется при напряжении менее вольта. Диапазон измеряемых токов у такого прибора расширяют с помощью шунтов, а диапазон измеряемых напряжений — с помощью добавочных гасящих сопротивлений (Р-174;1). Шунты уменьшают общее сопротивление амперметра.

Теперь о добавочных резисторах. Они прежде всего увеличивают предельное измеряемое напряжение. Если стрелка гальванометра отклоняется при напряжении 1 В, а резистор подобран так, что на нем теряется еще 99 В, то прибором можно измерять напряжение 100 В. При этом гальванометру достанется 1 В, стрелка отклонится до конца, и это как раз будет означать, что к прибору (включая гасящее сопротивление) подводится 100 В. И именно эту цифру можно будет поставить возле последнего деления шкалы. Кроме своей основной работы, гасящие резисторы увеличивают общее входное сопротивление вольтметра, что как раз и требовалось сделать.