где i?bx - сопротивление вольтметра, оМ;

и„ - номинальное напряжение вольтметра, е; N-величина собственного потребления мощности, вт.

Можно указывать также ток, потребляемый вольтметром на данном пределе измерения.- Именно в такой форме указывается собственное потребление электромеханических вольтметров на их циферблатах.

Сопротивление вольтметра складывается из сопротивления рамки г и добавочного сопротивления Нд. Если 1ц - ток полного отклонения подвижной части измерительного механизма вольтметра, а f„ -предел измерения вольтметра, то сопротивление вольтметра на данном пределе измерения будет:

, /?вх = /?д + г = . (196)

Обычно Rjir и, следовательно Rix~Rr-

Сопротивление вольтметра на разных пределах измерения различно. Поэтому, чтобы характеризовать сопротивление многопредельного вольтметра одним числом, указывают сопротивление, которое имел бы этот вольтметр на пределе измерения, равном 1 в. Тогда, чтобы получить сопротивление на каком-либо пределе измерения, нужно только это условное- сопротивление умножить на величину предела измерения. Такое условное сопротивление имеет размерность ом/в и, как видно из (19,6), численно равно обратной величине тока полного отклонения указателя.

Поясним это примером. Пусть имеется микроамперметр типа М-24 с током полного отклонения 50 мка. На базе этого микроамперметра можно изготовить вольтметр постоянного тока, который будет иметь сопротивление 1/50 • 10 = 2 • 10* о/</е=20 ком/в. Предположим, что пределы измерения выбраны 1, 10 и 100 в. Тогда входные сопротивления вольтметра на этих пределах будут соответственно: 20 ком/в-1 е=20 ком; 20 ком/в 10 е=200 ком; 20 ком/в 100 е=2 Мом.

Казалось бы, что для изготовления вольтметра с очень большим сопротивлением достаточно лишь использовать измеритель тока высокой чувствительности. Однако при конструировании высокоомных неэлектронных вольтметров встречаются две группы трудностей. Первая из них связана с противоречивостью требований, предъявляемых к измерителю тока, а вторая - с трудностью изготовления стабильных высокоомных добавочных сопротивлений. Остановимся на этих вопросах подробнее.

Измерители тока и добавочные сопротивления

Измеритель тока, используемый для изготовления вольтметра, должен не только иметь нужную чувствительность, но и давать малую погрешность, быть прочным и надежным. Все эти качества теснейшим образом связаны с системой крепления подвижной части измерителя.

До недавнего времени подвижные части микро- и миллиамперметров укреплялись исключительно на кернах с подпятниками из твердых материалов, например агата или корунда. При такой системе крепления изготовление высокочувствительных и одновременно высокоточных приборов является весьма сложным делом.

2* 19

Действительно, противодействующий момент в таких приборах создается пружиной. Для более чувствительного прибора нужна и более слабая пружина. Однако чем она слабее, тем больше сказываются силы трения в опорах, что и является основной причиной возрастания погрешности показаний.

Для уменьшения сил трения нужно было бы облегчить рамку и уменьшить площадь опоры, т.е. толщину керна. Но это приведет к большой хрупкости измерительного механизма. Он будет чувствительным к перегрузкам и внешним воздействиям. Поэтому лабораторные вольтметры высоких классов точности имеют довольно большое собственное потребление и сопротивления порядка 1№- 1№ см1в.

Для изготовления авометров используют, как правило, так называемые щитовые малогабаритные приборы, например хорошо известный радиолюбителям измеритель тестера типа ИТ, микроамперметры типов М-24, М-494 и др. У этих приборов компромиссные характеристики: при достаточной для технических измерений точности (классы 1-4) они имеют относительно малые токи полного отклонения - порядка 50-500 мка. Приборы эти прочны и рассчитаны на работу практически в любых условиях.

В соответствии с собственным потреблением этих измерителей авометры промышленного изготовления при измерении постоянных напряжений имеют сопротивления от 5 KOMJe (у тестера типа ТТ-1) до 20 KOMJe (у тестера типа Ц-52).

В последние годы приборостроительная промышленность освоила выпуск как лабораторных, так и щитовых малогабаритных приборов, подвижная часть которых укрепляется на растяжках (двух тонких нитях) из материала с большой упругостью, например из фосфористой бронзы, платиносеребряного сплава и т. п. Такая система крепления исключает влияние сил трения и позволяет повысить чувствительность прибора без снижения его точности.

Можно указать, например, на микроамперметры типа М900, которые выпускаются классов точности 1,0 и 1,5 с током полного отклонения 10 мка (сопротивление рамки 5 ООО ом, длина дуги шкалы 88 мм, рабочее положение прибора вертикальное или горизонтальное). Очевидно, что сопротивление вольтметра при таком измерителе может быть доведено до 100 ком/в.

Отечественной промышленностью серийно выпускаются вольтметры и с еще более высокими сопротивлениями. Например, одно-предельные щитовые плоскопрофильные вольтметры со световым указателем типа Ml 35 имеют класс точности 1,0, пределы измерения-от 1 до 500 в и ток полного отклонения 1,2 или 10 мка, что соответствует сопротивлениям 1 Мом/в, 500 ком/в и 100 ком/в. Прекрасным прибором является микроампервольтметр типа М1201. Этот девятнадцатипредельный прибор со световым указателем имеет класс точности 0,5 и предназначен для измерения тока и напряжения в цепях постоянного тока. Его пределы измерения по напряжению 3-7,5-15-30-75-150-300-750 в. Сопротивление на всех пределах постоянно и равно 10 Мом. По пределам измерения и сопротивлению этот прибор соответствует стандартному электронному вольтметру, а по классу точности превосходит последний в несколько раз.

Однако использование измерителей тока большой чувствительности-это не единственный путь для создания высокоомных вольтметров.

Очень высокоомный вольтметр можно изготовить и на базе относительно чувствительного микро- или даже миллиамперметра. Для этого измеритель соединяют с добавочным сопротивлением через стабильный и линейный усилитель тока. Если его коэффициент усиления по току К, то измеритель тока вместе с усилителем можно рассматривать как некоторый эквивалентный измеритель, в К раз более чувствительный. Пусть, например, используется миллиамперметр с током полного отклонения 1 ма и усилитель с коэффициентом усиления по току 40. При совместном нх включении устройство эквивалентно микроамперметру с током полного отклонения 25 мка и вольтметр может иметь сопротивление 40 ком/в. Соответствующие усилители будут описаны ниже.

Из сказанного можно сделать вывод, что в настоящее время чувствительность измерителей тока вполне достаточна (или мо-jjLeT быть сделана таковой) для изготовления вольтметров постоянного тока, сопротивление которых уже сравнимо с входным сопротивлением стандартного электронного вольтметра на лампах, а на высоких пределах измерения даже превосходит его.

Желаемая точность показывающего вольтметра достигается выбором соответствующего измерителя тока и изготовлением достаточно стабильных добавочных резисторов. Прн сопротивлениях добавочных резисторов в десятки и сотни мегомов самостоятельно изготовить их из манганина или константана нельзя. В этом случае имеются две возможности: собрать добавочные сопротивления из стандартных проволочных сопротивлений или использовать непроволочные, обеспечив их стабильность.

Наиболее подходящими являются резисторы микропроволочные манганиновые в стеклянной изоляции, МВС и МВСГ, выпускаемые по РТУ МССР 642-62 для работы в цепях постоянного тока. Негерметизированные резисторы с эмалевым покрытием МВС, внешне похожие на резисторы ВС, рассчитаны на работу в интервале температур 10-100° С при относительной влажности воздуха не выше 80%. Герметизированные резисторы в керамических корпусах МВСГ рассчитаны на работу в интервале температур от -4 до -ЫОО°С при относительной влажности во.здуха до 987о- По допускаемому отклонению омического сопротивления от номинального значения прн пренебрежимо малой нагрузке (не более 0,01 вт) и При температуре окружающего воздуха +20±2°С резисторы делятся на три группы: I группа - точность подгонки ±0,03%; II группа-±0,05%; III группа-±0,10%. Резисторы с номинальной мощностью рассеяния 0,25 вт выпускаются на номинальные значения сопротивлений от 10 ком до 2 Мом. 0,5 ег -от 10 ком до 10 Мом, 1 вг -от 50 ком до 10 Мом. По температурному коэффициенту резисторы разделяются на три класса: у резисторов класса А ТКС не более ±1,5-10-класса Б -не более ±3,0-10~°, класса В-не более ±6,0- 10-« на 1°С.

Самопроизвольное изменение действительной величины сопротивления в течение года при температуре окружающего воздуха от 10 до 35° С не превышает 0,025%-

В качестве добавочных сопротивлений можно воспользоваться н высокоомными магазинами сопротивлений МСШ-70. Они также изготовляются из манганинового мнкропровода и выпускаются в виде декад 10X0,1 и 10X10 Мом. Магазин МСШ-72 выпускается в виде декад 10X100 Мом.