При проведении опытов с электричеством всегда важно знать, куда течет электрический ток и как изменяются в раз­личных условиях его сила и напряжение. Для получения таких сведений незаменимым прибором является гальвано­метр.
Принцип гальванометра очень прост: внутри катушки из проволоки помещается на горизонтальной подвижной оси якорь, к которому прикреплена стрелка-указатель. Если пропустить по катушке электрический ток, в ней создастся электрическое поле, которое, воздействуя на якорь, накло­нит его, например, вправо. Если изменить направление тока, то якорь наклонится, наоборот, влево. При увеличении напря­жения, подаваемого на катушку гальванометра, стрелка его отклонится соответственно больше.
Есть много систем и конструкций гальванометров. Мы же опишем, как сделать гальванометр самой простой конструк­ции и в то же время вполне надежный в работе.
В качестве катушки для прибора можно употребить катушку от любого междулампового радиотрансформатора, используя ее первичную обмотку. Если же не окажется такой, то катушку надо сделать самому. Об изготовлении каркасов для катушек мы рассказывали в статье „Трансформатор", поэтому не будем останавливаться на этом вопросе. Наша катушка должна иметь размер окна 50X30 мм и высоту 40 мм. Внешний размер щечек будет равен: 90X70 мм. На этот кар­кас наматывается медная изолированная проволока диаметром 0,1 или 0,2 мм. Можно применить и несколько толще про­волоку.
Каркас катушки показан на рис. 38 а.
 
 

Детали гальванометра

Рис. 38. Детали гальванометра.
а—каркас катушки для гальванометра, б—стойка для якоря гальванометра, в—подвижная система гальванометра в собранном виде.
 
Стойка для якоря изготовляется из латуни толщиной в 1 мм по рис. 38 б. Прежде чем сгибать стойку, на пластинке с обеих сторон, отступя по 5 мм, делаются углубле­ния острием гвоздя. Для этого полоска кладется на доску, наставляется гвоздь и по нему слегка ударяют молотком, но так, чтобы гвоздь только вмял латунь, не пробивая ее насквозь. В этих углублениях будет помещаться ось якоря. Ось лучше изготовить из стальной проволоки толщиной 2 мм и длиной 18 мм. Концы оси затачиваются.
Для якоря гальванометра необходимо раздобыть кусок стальной пружины от патефона или кусочек пружинной стали. Длина якоря должна быть 36 мм. Точно в центре якоря про­сверливается отверстие диаметром 2 мм. Якорь надевается на ось с большим трением и закрепляется на середине оси.
Стрелка-указатель изготовляется из легкого металла — алюминия. Можно, в крайнем случае, сделать ее и латунной. На расстоянии 18 мм от широкого конца стрелки просвер­ливается отверстие диаметром 2 мм, и стрелка насаживается на ось. На нижний конец стрелки напаивается маленький кусочек олова—противовес. Ось должна располагаться пер­пендикулярно к якорю. После этого якорь необходимо намаг­нитить. Намагничивать якорь можно постоянным магнитом. Для этого, прижимая якорь одним полюсом магнита, несколь­ко раз проводят им от оси к концу. Затем вторым полюсом магнита также проводят несколько раз по противоположному концу якоря. Таким образом эта операция производится раз 10—15, после чего якорь будет представлять собой хороший постоянный магнит.
Подвижная система прибора в собранном виде показана на рис. 38 в.
Шкала изготовляется из тонкой латуни или алюминия размером 70X1Ю мм. На одной из сторон на расстоянии 40 мм от торца делаются надрезы по 15 мм с каждой стороны. Лапки загибаются под прямым углом и затем на расстоянии 10 мм от изгиба отрезаются. Эти лапки нужны для устойчивости шкалы. Деления на шкалу наносятся так: из плотной белой бумаги вырезается полоса, такая же по форме, как шкала. Затем ножки циркуля расставляют на 75 мм и, установив циркуль посредине нижнего конца шкалы на высоте 20 мм, на широ­ком конце наносят отрезок дуги. С центра восстанавливают перпендикуляр и на дуге делают отметку, а над ней ставят „О". Затем от этой центральной точки по обе стороны дуги наносят равные деления через каждые 5 мм и на них ставят порядковые числа, начиная с 1.

Гальванометр

 
Рис. 39. Гальванометр.
а—монтаж гальванометра, б—футляр гальванометра.
 
Теперь остается собрать гальванометр. Гальванометр собирается на доске размером 80X1Ю мм и толщиной в 15— 20 мм. На расстоянии 10 мм от переднего края и на расстоя­нии 30 мм от торцевых сторон делаются отверстия для клемм. Клеммы должны закрепляться с нижней стороны основания так, чтобы они не выдавались из него. В центре основания на таком же расстоянии друг от друга просверливаются шилом два отверстия для выводов катушки, и с нижней стороны основания эти отверстия соединяются канавками с отверсти­ями для клемм. В малые отверстия пропускают концы ка­тушки прибора, и последнюю приклеивают к основанию столярным клеем. Борт катушки должен не доходить на 5 мм
до заднего края основания. Концы катушки соединяются с ввинченными клеммами.
Бумажную шкалу также наклеивают на металлическое основание и затем, смазав клеем с обратной стороны узкую часть шкалы, вставляют последнюю в катушку и приклеи­вают к задней стороне окна.
Ось с якорем и стрелкой вставляются в углубления в стойке и весь этот механизм устанавливается в окне катуш­ки. Установив ось в центре, надо слегка качнуть стрелку. Если она, качнувшись несколько раз, остановится на нуле, можно всю эту систему закрепить в таком положении. Для этого ее вынимают, стойку с внешней стороны намазывают клеем и вставляют на прежнее место. Монтаж гальванометра со срезанной передней стенкой катушки показан на рис. 39 а.
Наш гальванометр может выдержать напряжение до 60 вольт. Большее напряжение не советуем включать—прибор может перегореть. Если же даже при малом напряжении — 8—12 вольт—стрелка прибора будет отклоняться до предела, то нужно увеличить противовес, напаяв еще кусочек олова.
Такой гальванометр можно с успехом использовать в каче­стве вольтметра, если его отрегулировать, как вольтметр, а также и в качестве амперметра.
Для того чтобы предохранить прибор от всяких случай­ных повреждений, его надо закрыть футляром. Футляр изго­товляется из фанеры или толстого картона. Размеры его
указаны на рис. 39 б. В окно футляра желательно вклеить слюду или тонкое стекло.
Градуировка прибора производится так:
Если .мы хотим использовать наш измерительный прибор-гальванометр в качестве вольтметра, то его надо включить параллельно с фабричным вольтметром и через реостат при­соединить к батарее или аккумулятору. Двигая ползун реостата, мы тем самым будем менять в цепи напряжение, стрелки приборов будут отклоняться и, согласно показаниям фабричного вольтметра, на шкале нашего прибора надо делать соответствующие отметки. Включение гальванометра для гра­дуировки под вольтметр показано на рис. 40 а.
Амперметр градуируется таким же способом, только вклю­чать в цепь его надо последовательно и через какую-нибудь нагрузку,— например, группу электролампочек от карманного фонаря. Лампочки должны быть соединены между собой параллельно. Включая различное количество электролампочек в цепь, мы тем самым будем менять силу потребляемого тока, на что нам будет указывать амперметр. Эти показания надо перенести на шкалу самодельного амперметра (см. рис. 40 б).
Вольтметр и амперметр, описанные здесь, могут быть использованы только при измерении постоянного тока.
 

 Градуировка гальванометра

Рис. 40. Градуировка гальванометра.
а—схема включения гальванометра для градуировки под вольтметр, б- схема включения гальванометра для градуировки под амперметр.

В предыдущей статье мы рассказали об устройстве галь­ванометра—электроизмерительного прибора с подвижной маг­нитной системой. Но можно сделать электроизмерительный прибор и.с неподвижным магнитом. Большие такие приборы работают с помощью сильного подковообразного магнита. Но если у кого найдется старый наушник от радиотелефона, то из него легко можно сделать магнитоэлектрический вольт­метр. Он будет компактный и вполне надежный в работе. Для этого подойдет только карболитовый наушник.
Наушник следует разобрать по деталям. В амбушуре — крышке наушника—отверстие расширяется до диаметра 50 мм. В самой коробке в отверстия для провода и для наголовника ввертываются две клеммы. Они будут служить для соедине­ния прибора.
По размеру мембраны надо вырезать такой же кружок из латуни или меди толщиной в 1 мм и диаметром 55 мм. На расстоянии 15 мм от борта просверливается отверстие диа­метром 10 мм, и к пластине, которая будет служить основа­нием для шкалы, двумя шурупами прикрепляется магнит от наушника. Магнит должен прикрепляться так, чтобы полюсы его были на равном расстоянии от отверстия (см. рис. 41 а).

 
Рис. 41. Детали магнитоэлектрического вольтметра.
а —прикрепление магнита в магнитоэлектрическом вольтметре, б—медная трубка для якоря вольтметра, в—закрепление якоря вольтметра на оси, г—стрелка волы метра, д скоба для закрепления оси с якорем вольтметра, е—шкала вольтметра.

Детали магнитоэлектрического вольтметра


В отрезке медной трубки диаметром 10 мм и длиной 15 мм надо выпилить плоским напильником два окна, шириной 10мм, одно против другого, с таким расчетом, чтобы между окнами оставались промежутки в 5 мм (см. рис. 41 б). Трубка эта припаивается к основанию шкалы со стороны магнита так, чтобы она закрывала собой отверстие в основании, находи­лась бы на равном расстоянии от полюсов магнита и была обращена своими окнами к полюсам.
Якорь прибора представляет собой кружочек из тонкой жести, диаметром в 10 мм. В качестве оси можно использо­вать старую иглу или, в крайнем случае, канцелярскую булавку. Якорь насаживается на центр оси так, чтобы он был склонен к ней под углом в 45°, и припаивается (см. рис. 41 в).
Стрелка вырезается из очень тонкого алюминия..по форме, указанной на рис. 41 г. На расстоянии 15 мм от нижнего конца делается отверстие для оси, и над ним припаивается небольшая медная шайбочка.
По рис. 41 д из латуни толщиной в 1,5 мм и шириной 5 мм выгибается скоба. В центре ее с внутренней стороны делается углубление для оси.
Из латуни толщиной в миллиметр вырезается кружок диаметром в 15 мм и в центре также доиается углубление для оси. Кружок этот припаивается на торец медной трубки, находящийся между полюсами магнита, углублением внутрь.

Детали магнитоэлектрического вольтметра

 
Рис. 42. Детали магнитоэлектрического вольтметра.
а—закрепление стрелки и шкалы вольтметра, б—каркас для катушки вольтметра, в—готовый магнитоэлектрический вольтметр.
 
После этого стрелка надевается на ось с якорем, и якорь вставляется через отверстие в основании шкалы в трубочку. Конец оси устанавливается в подшипничке крышки трубочки. Стрелка сдвигается на оси так, чтобы она была на расстоя­нии 1 — 1,5 мм от основания шкалы, и на ось накладывается подшипниковая скобочка, сделанная по рис. 41 д. Придержи­вая пальцем скобочку, надо попробовать, как вращается ось. Она должна свободно вращаться в своих подшипничках.
Якорь вольтметра одновременно служит в этом приборе противовесом. Поэтому стрелку надо установить на оси так, чтобы при любом положении прибора она всегда находилась в своем крайнем левом положении—у головки левого вин­тика, которым прикреплен магнит к основанию шкалы. Когда это достигнуто, стрелку необходимо припаять к оси. Под­шипниковая скобочка также припаивается к основанию.
Шкала вычерчивается на тонкой глянцевой бумаге. Раз­меры ее показаны на рис. 41 е. Расстояния между делениями делаются в 5 мм и затем еще делятся пополам короткой черточкой. Надписывать цифры nctea не следует. Шкала при­клеивается к основанию так, чтобы конец стрелки несколько заходил за дуговую линию шкалы (см. рис. 42 а).
Теперь остается изготовить катушку для прибора—и вольт­метр готов. Для катушки изготовляется каркас по рис. 42 б. На него наматывается 70 витков изолированной проволоки диаметром 0,1 мм. Концы обмотки закрепляются в каркасе, и обмотка закрывается бумажной полоской.
Концы катушки соединяются с клеммами на футляре наушника, и катушка кладется на его дно отверстием вверх. В отверстие ка'тушки вставляется трубочка с якорем так, чтобы основание шкалы легло на борта футляра. Из картона или плотной бумаги вырезают несколько колец диаметром 55 мм и шириной 2 мм. Они накладываются на основание шкалы так, чтобы толщина их составляла 4 мм. На кольца кладется круглое стекло диаметром 55 мм, и амбушур науш­ника крепко завертывается. Вот и готов вольтметр и милли­амперметр. Остае1Ся его только отградуировать. Способы градуировки вольтметра и амперметра указаны в предыду­щей статье.
Таким прибором можно измерять напряжение постоянного тока до 8 вольт и силу тока до 30 миллиампер.
Готовый прибор показан на рис. 42 в.

Все описанные ранее электроизмерительные приборы дей­ствуют на принципе электромагнитной индукции и пригодны для измерения постоянного и переменного тока с частотой порядка 50 периодов в секунду. При увеличении частоты, самоиндукция обмотки прибора и находящиеся внутри катуш­ки металлические части начинают сильно сказываться на точ­ности показаний таких приборов. Влияют на точность пока­заний таких приборов и большие потери энергии, которые быстро возрастают с увеличением частоты тока.
Кроме электромагнитных измерительных приборов, суще­ствуют так называемые тепловые измерительные приборы. Вы знаете, что если по проводнику, имеющему некоторое сопротивление, пропустить электрический ток, то проводник, в зависимости от силы тока, нагреется. Нагревшись же, про­водник несколько удлинится. Удлинение проводника, в зави­симости от силы пропускаемого через него тока, будет меняться и тем самым показывать, какой силы ток пропущен через него. На этом принципе и основана работа тепловых электроизмерительных приборов.
Особая ценность тепловых электроизмерительных прибо­ров, помимо простоты их изготовления, состоит в том, что они пригодны для измерения токов высокой частоты, то-есть для измерения радиотоков.
К недостаткам таких приборов относятся: неравномерность шкалы, так как при увеличении силы тока проводник нагре­вается сильнее и удлиняется. Поэтому в начале шкала такого -прибора имеет мелкие деления, а. в конце—более крупные. Тепловые приборы чувствительны к перегрузке: если через прибор пропустить ток больший, чем тот, на кото­рый рассчитан прибор, то нить перегорит. Самым существенным недостатком тепловых приборов является влияние на них температуры окружающей среды. С изменением тем­пературы стрелки тепловых приборов сходят с нуля. Но если учесть, что неравномерность шкалы абсолютно не отражается на качестве работы прибора и, тем более, на точности изме­рений, что всякий прибор при перегрузке может испортиться, а последний недостаток —влияние внешней температуры, можно устранить специальным устройством, регулирующим показание нуля, то при простоте изготовления и дешевиз­не прибора есть смысл сделать его для своей лаборато­рии.
Для корпуса амперметра нам потребуется консервная банка из-под килек или шпротов, имеющая высоту 30 мм и диаметр 100 мм. В дне банки, вблизи у борта сделайте отверстие наподобие перевернутой замочной скважины, то-есть на расстоянии 20—30 мм от борта просверлите сначала круглое отверстие диаметром 5—7 мм и затем от него по на­правлению к борту банки вырежьте продолговатое отверстие длиной 10—15 мм и шириной 3—4 мм. Это отверстие позво­лит нам вешать прибор на гвоздь, на котором он будет прочно держат! ся.
Из толстой фанеры, а лучше из фибры вырезают круг диаметром 95 мм. На нем будет устанавливаться вся система амперметра. На круг наносится окружность диаметром 75 мм и делится на три равные части,— каждая точка, таким обра­зом, будет отстоять от другой по прямой линии на 65 мм. В этих точках просверливаются отверстия, в которые ввин­чиваются контакты — болтики с гаечками. На них будут закрепляться рабочая и вспомогательная нити прибора.
Между двумя любыми контактами проводится прямая линия и .на ее середине делается отверстие диаметром 10 мм. В это отверстие будет выходить ось со стрелкой прибора. Центр отверстия будет отстоять от борта круга на 29 мм (см. рис. 43 а).
Из латуни или жести толщиной в 2 мм делаются две скобки (шириной 10 мм) для укрепления стрелки по рис. 43 б. В центре скоб необходимо с внутренних сторон сделать углубления для оси, а в лапках—отверстия для крепящих болтиков или шурупов.
Ось с роликом показана на рис. 43 в. В качестве оси можно применить гвоздик толщиной в 2 мм или такой же толщины отрезок, проволоки, заточенный на конус с обоих концов. На оси закрепляется ролик, размеры которого ука­заны на том же рисунке. Ролик должен отстоять от одного конца оси на 3 мм и от другого на 17 мм. Ролик можно сделать деревянный, металлический, резиновый или из пробки. Важно, чтобы он был ровный и отверстие в нем находилось бы точно в центре.

Детали теплового амперметра

 
Рис. 43. Детали теплового амперметра.
а—основание для теплового амперметра, б—скобка лля закрепления стрелки амперметра, в—ось амперметра с роликом, г—стрелка амперметра, и—стойка лля регулировочного болтика амперметра.
 
Стрелка амперметра делается из тонкой жести или алю­миния по рис. 43 г.
Теперь нужно изготовить из тонкой балалаечной струны пружинку и изготовить рабочую нить, а затем можно присту­пать к сборке прибора. Для нити можно взять любую прс-волоку, кроме железной. Хорошо, если найдется отрезок серебряной проволоки, но можно использовать и обыкновен­ную медную диаметром в 0,1 мм. При такой нити прибором можно будет измерять силу тока до 3 ампер. Проволока должна быть длиной 8—10 см.
Регулирующее устройство для установки стрелки на нуль делается очень просто. Оно состоит из стоечки с болтиком. Стойку можно сделать из толстой жести, согнутой углом. В стойке просверливаются два отверстия—одно для шурупа, другое для болтика. К отверстию, предназначенному для болтика, необходимо припаять гаечку от болтика. Стойка регулировочного болтика показана на рис. 43 д. Установка нуля осуществляется путем натяжения или ослабления пру­жинки болтиком.
Сборка амперметра производится в следующем порядке (см. рис. 44 а).

Рис. 44. Тепловой амперметр, а—монтаж амперметра, б—готовый тепловой амперметр.

Тепловой амперметр

 
Все контакты и регулировочный болтик устанавливаются на своих местах. Прежде чем устанавливать на место стрелку, вокруг ролика (рис. 43 в) обвертывают раза два-три суровую нитку. Затем стрелка закрепляется на панели скобками, из­готовленными по рис. 43 б, но так, чтобы стрелка приходи­лась на противоположной стороне по отношению к монтажу.
Между клеммами а и б (рис. 44 а) натягивается медная проволока диаметром в 0,1 мм—основная нить. Прежде чем ее закрепить в контактах, на нить надевается петелькой другая проволочка, несколько тоньше по сечению, чем основ­ная нить. Свободный конец этой вспомогательной проволочки закрепляется в натянутом положении контактом в. К этой проволочке привязывают нитку от ролика стрелки, второй конец нитки связывают с пружинкой, и пружинка закреп­ляется на панели. Нитка и пружинка должны быть настолько натянутыми, чтобы стрелка, если смотреть на прибор с ли­цевой стороны, находилась в своем крайнем левом положении.
При этом регулировочный болтик должен плотно сопри­касаться с пружинкой.
На дно коробки корпуса ставятся три деревянные стоечки высотой в 15 мм и скрепляются с корпусом шурупами. На стойки кладется панель прибора и намечаются места для клемм и регулировочного винта. После этого панель выни­мают из корпуса и в борту корпуса делают отверстия для клемм и винта. Клеммы необходимо хорошо изолировать от корпуса резиновыми трубочками. Затем клеммы соединяют­ся гибким проводом с контактами а и б панели, и панель устанавливается на стойки и прикрепляется к ним шурупами.
Шкала наклеивается на панель, и прибор градуируется тем же способом, как и амперметры другой системы, то-есть включается в электрическую цепь последовательно с фабричным амперметром, и, согласно показаниям последнего,, делаются соответствующие пометки на шкале самодельного прибора.
После того как прибор будет отградуирован, на панель накладывается кольцо из толстой латуни шириной в 7 мм, на котором будет держаться стекло. Для того чтобы стекло не выпадало, края корпуса—банки надо немного зафальце-вать, то-есть, проводя острием ножа под углом в 45° по борту, загнуть его внутрь.
Если от изменения температуры воздуха стрелка прибора несколько отойдет в сторону от нуля, надо осторожно под­вернуть регулировочный винт и натянуть рабочую нить настолько, чтобы стрелка встала на нуль. Готовый ампер­метр показан на рис. 44 б.

Гальваноскоп не является электроизмерительным прибором в прямом смысле. Однако при помощи гальваноскопа можно, например, легко обнаружить присутствие слабых электриче­ских токов. Поэтому, когда не нужно измерять с точностью напряжение электрического тока, а необходимо лишь убе­диться в том, что в цепи имеется электрический ток, удобно пользоваться гальваноскопом. Гальваноскоп — незаменимый прибор для контроля цельности тонких проводов при намотке вторичных обмоток повышающих трансформаторов. В этих случаях создается электрическая цепь, замкнутая на наматы­ваемую катушку, в которую включается гальваноскоп. При обрыве провода стрелка прибора сразу же дает знать об этом. Самый простой и удобный в обращении гальваноскоп можно сделать из коробки от пудры или ленты для пишущих машин, в которой укрепляется обыкновенный компас. Затем на коробку надо намотать две соединенных последовательно катушки тонкого изолирован­ного провода и сделать от них отводы—и гальваноскоп готов (см. рис. 45).
Если такой гальваноскоп мы замкнем на электрическую цепь, то стрелка компаса мгно­венно встанет поперек обмо­ток. Как только цепь разом­кнется, стрелка примет свое обычное положение, показывая синим концом оси на север.
 

Гальваноскоп из компаса

Рис. 45. Гальваноскоп из компаса