3-14. Измерители ударов
Бывают измерительные приборы, в которых не только не ставят никаких тормозов на подвижную систему,
но еще сколь можно уменьшают затухание ее колебаний. Это необходимо для измерения толчков, ударов. Такие приборы называются баллистическими. В парках отдыха выставляются силомеры. Желающие ударяют с размаху тяжелым молотом по шпеньку, который через рычаг подбрасывает указатель вверх по шкале. Этот силомер — довольно неточный баллистический измеритель. Для определения живой силы быстролетящего снаряда применяют баллистический маятник. Тяжелый груз крепится на длинном подвесе. Ударяя об этот груз, снаряд превращает энергию своего движения в запас энергии поднятого маятника. По углу отклонения маятника и судят о запасе энергии в снаряде.
Часто применяемый электрический баллистический прибор — это флюксметр, измеритель магнитного потока (поток по-латыни — флюкс).
Если подвижная система гальванометра (т. е. очень чувствительного амперметра) не успокоена и имеет достаточно большой момент инерции, то при кратковременном воздействии на такой прибор толчка тока отклонение прибора будет пропорционально не силе тока, а количеству прошедшего через прибор заряда. Баллистический гальванометр суммирует действие меняющегося по любому закону тока за все время прохождения тока, если только это время достаточно мало по сравнению с собственным временем колебания подвижной системы баллистического гальванометра.
Чтобы измерить магнитный поток, развиваемый каким-нибудь магнитом, между полюсами этого магнита помещают маленькую плоскую измерительную катушку, замкнутую на баллистический гальванометр.
При выдергивании измерительной катушки из пространства между полюсами магнита магнитный поток, охватываемый катушкой, изменяется от своего наибольшего значения до нуля. В цепи катушки возникает ток, сила которого зависит от быстроты изменения магнитного потока, т. е. от быстроты движения катушки. Чем быстрее катушка движется, тем сильнее ток в ее цепи, но тем более короткое время длится этот ток.
Полный электрический заряд, который пройдет в цепи катушки при ее выдергивании из полюсов магнита, не будет зависеть от быстроты движения катушки, а будет определяться только величиной магнитного потока,
который первоначально был охвачен катушкой, и омическим сопротивлением цепи катушки. Это как выливать воду из чашки. Медленно ли ее наклонять, быстро ли, а вылить можно ровно столько, сколько в чашке было.
Отклонения баллистического гальванометра пропорциональны протекшему через него заряду и, следовательно, магнитному потоку, который был первоначально охвачен измерительной катушкой.
Так как размеры измерительной катушки и сопротивление ее цепи известны, то шкалу баллистического гальванометра можно проградуировать не в единицах заряда, а прямо в единицах магнитного потока — веберах или единицах плотности потока — тесла.
Баллистическим гальванометром можно также измерять емкость конденсатора. Конденсатор заряжают до определенного напряжения, а потом разряжают через баллистический прибор. Отклонение прибора пропорционально заряду. А заряд равен произведению емкости конденсатора на его напряжение.
3-15. Частотомеры
Построить прибор, который бы стрелкой на шкале указывал частоту тока, сложнее, чем вольтметр или амперметр.
В цепях с частотой 50—60 Гц часто применяются резонансные механические частотомеры (рис. 3-21). Набор упругих стальных язычков размещается вдоль шкалы. Все язычки разной толщины (или разной длины). У основания язычков укреплена катушка со стальным сердечником. Катушку присоединяют к измеряемой сети. Стальные язычки раскачиваются с частотой перемен тока. Но заметный размах колебаний будет лишь у того язычка, у которого собственная резонансная частота колебаний совпадает с частотой переменного тока. Кончик этого язычка представится в виде размытой полосы.
Чтобы построить стрелочный частотомер, приходится применять схемы из емкостей и индуктивностей, в которых сила тока зависит от его частоты. По этой силе тока и градуируют шкалу прибора.
Каждой частоте тока соответствует своя длина электромагнитной волны. Но низкочастотников последняя величина обычно мало интересует. Высокочастотники же одинаково пользуются понятием частота тока и длина волны. Частотомеры для частот выше 10 кГц называют волномерами и градуируют их не только в герцах (килогерцах и мегагерцах), но и в метрах и сантиметрах.
Рис. 3-21. Механический резонансный частотомер. Он может быть построен для частот от единиц до нескольких тысяч колебаний в секунду (звуковой диапазон).
М — электромагнит; А — стальной якорек; К — стальной брусок; Ζ — резонирующие стальные язычки; F — гибкие крепления.
Волны длиною и несколько метров можно измерять подобно тому, как измеряют сукно или ситец. Электромагнитную волну направляют в длинную линию — волновод и определяют расстояние между двумя электрическими или магнитными гребнями волны (рис. 3-22). Этот способ мало удобен. Чаще применяют маленький колебательный контур: катушку, соединенную с переменным конденсатором. С изменением емкости конденсатора меняется резонансная частота контура. Когда соединенный с контуром амперметр или вольтметр даст наибольшее отклонение — это значит, что контур настроен в резонанс с возбуждающими его колебаниями и по шкале конденсатора можно отсчитать частоту и длину волны этих колебаний.
Колебания с частотой больше миллиарда герц — сантиметровые волны — измеряют полыми контурами.
Рис. 3-22. Измерение длины радиоволны при помощи двухпроводной линии.
Рис. 3-23. Волномер в виде полого резонатора для сантиметровых волн.
Эти волны направляются в посеребренную (для лучшей электропроводимости) банку, одна из стенок которой сделана подвижной (рис. 3-23). Наибольшее электрическое напряжение в банке получается, когда ее размер пропорционален длине волны. Коэффициент пропорциональности можно точно определить, и тогда по положению стенки точно отсчитывать длину волны.
