Как сделать гальванометр своими руками

ГАЛЬВАНОМЕТР
При работе с электричеством нужно знать направление TOKdf его силу и напряжение. Для этого служат электроизмерительные приборы: гальванометр, амперметр, вольтметр. Остановимся на одном из них — гальванометре. Устройство его несложно: внутри проволочной катушки находится на горизонтальной подвижной оси якорь, к которому прикреплена стрелка-указатель. Если пропустить по катушке электрический ток, то вокруг неё образуется электрическое поле, под действием которого якорь будет отклоняться в ту или другую сторону в зависимости от направления тока.
Есть много систем и конструкций гальванометров. Мы расскажем, как сделать самый простой и удобный в работе. Гальванометр собирают на доске размерам 80X110 мм и толщиной 15 — 20 мм. Сначала нужно собрать катушку, каркас которой показан на рис. 1,а. Катушка должна иметь размер окна 50X30 мм и высоту 40 мм. Внешний размер щёчек равен 90X70 мм. На этот каркас наматывают медную изолированную проволоку диаметром 0,1 или 0,2 мм (можно немного толще). Стойку для якоря изготовляют из латуни толщиной 1 мм (рис. 1,6). Прежде чем сгибать стойку, на пластинке с обеих сторон на расстоянии 5 мм от края делают углубление остриём гвоздя. Для этого полоску кладут на доску, наставляют гвоздь и слегка ударяют по нему молотком, чтобы гвоздь только вмял латунь, не пробивая её насквозь. В этих углублениях будет помещаться ось якоря из стальной проволоки (концы проволоки надо заточить) толщиной 2 мм и длиной 18 мм.
Для якоря гальванометра нужен кусок стальной пружины длиной 36 мм. Точно в центре якоря просверливают отверстие диаметром 2 мм. Якорь плотно надевают на ось и закрепляют посредине оси.
Стрелку-указатель вырезают из латуни мли алюминия. На расстоянии 18 мм от широкого конца стрелки просверливают отверстие диаметром 2 мм и стрелку насаживают на ось. На нижний конец стрелки напаивают противовес — маленький кусочек олова. Ось должна располагаться перпендикулярно якорю.
Затем якорь нужно намагнитить постоянным магнитом. Для этого одним полюсом магнита несколько раз проводят от оси якоря к его концам. Затем вторым полюсом так же проводят несколько раз по противоположному концу якоря. Эта операция производится 10 — 15 раз после чего якорь станет хорошим постоянным магнитом.
Таким образом будет собрана подвижная часть гальванометра (рис. 1гв).
Теперь сделаем из тонкой латуни или алюминия шкалу размером 70X11 мм. На одной из сторон шкалы на расстоянии 40 мм от торца делают надрезы по 15 мм с каждой стороны. Лапки загибают под прямым углом на расстоянии 10 мм от изгиба и затем отрезают. Эти лапки нужны для устойчивости шкалы. Деления на шкалу наносятся так: из плотной бумаги вырезают полосу по длине такую же, как шкала. Затем, установив ножки циркуля на 75 мм и поставив циркуль посредине нижнего конца шкалы на высоте 20 мм, на широком конце наносят отрезок дуги. Из центра дуги восстанавливают перпендикуляр, на конце которого ставят 0 (ноль). Затем от этой центральной точки по обе стороны дуги наносят деления через каждые 5 мм и на них ставят порядковые числа, начиная с единицы. Бумажную шкалу наклеивают на металлическое основание, смазывают её узкий конец клеем, вставляют шкалу в катушку и приклеивают к задней стороне окна.
На расстоянии 10 мм от нижнего края доски, на которой собирают гальванометр, и на расстоянии 30 мм от боковых сторон делают отверстие для клемм. Клеммы должны закрепляться с нижней стороны основания так, чтобы они не выдавались из него. В центре основания гальванометра на таком же расстоянии друг от друга прокалывают шилом два отверстия для выводов катушки и с нижней стороны основания эти отверстия соединяют канавками с отверстиями для клемм. В малые отверстия пропускают концы катушки прибора и катушку приклеивают к основанию столярным клеем. Концы катушки соединяются клеммами.
Ось с якорем и стрелкой вставляют в углубления в стойках и весь этот механизм устанавливают в окне катушки. Поместив ось в центре катушки, надо слегка качнуть стрелку. Если она, качнувшись несколько раз, остановится на 0, можно всю систему закрепить в этом положении. Монтаж гальванометра показан на рис. 2,а.
Смонтированный нами гальванометр может выдержать напряжение до 60 вольт. Если даже при малом напряжении (8 — 12 вольт) стрелка прибора будет отклоняться до предела, то нужно увеличить противовес, напаяв ещё кусочек олова.
Если мы хотим использовать гальванометр как вольтметр (для измерения напряжения), то его надо включить параллельно фабричному вольтметру и через реостат, регулирующий напряжение или силу тока в цепи, присоединить к батарее или к аккумулятору (источнику питания).
Двигая ползун реостата, мы будем менять в цепи напряжение, стрелки приборов станут отклоняться, и показания фабричного вольтметра надо нанести на шкалу. Включение гальванометра для Теперь по размеру мембраны вырежь градуировки под вольтметр показано на те такой же кружок из латуни или меди толщиной 1 мм и диаметром 55 мм.
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 будет указывать амперметр. Эти показания надо перенести на шкалу самодельного амперметра (рис. 4).
Вольтметр и амперметр, описанные здесь, могут быть использованы только при измерении постоянного тока.
Чтобы предохранить прибор от всяких случайных поврежденией, его надо закрыть футляром. Футляр изготовляют из фанеры или толстого картона, размеры его указаны на рис. 2,6. В окно футляра вклеивают слюду или тонкое стекло.

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЛЬТМЕТР
В предыдущей главе мы рассказали об устройстве гальванометра — электроизмерительного прибора с подвижной магнитной системой. Но можно сделать электроизмерительный прибор и с неподвижным магнитом (рис. 6,в). Для этого можно использовать старый карболито-вый наушник.
Наушник разберите на детали. В амбушюре — крышке наушника — расширьте отверстие до диаметра 50 мм. В отверстия для провода и для наголовника в самой коробке вверните две клеммы.
Рис. 3. Схема включения гальванометра для градуировки под вольтметр
расстоянии 15 мм от борта просверлите отверстие диаметром 10 мм и к пластине, которая будет служить основанием шкалы, двумя шурупами прикрепите магнит от наушника так, чтобы полюсы его были на равном расстоянии от отверстия (рис. 5,а).
В отрезке медной трубки диаметром 10 мм и длиной 15 мм надо выпилить плоским напильником два окна шириной 10 мм, одно против другого, с таким расчётом, чтобы между окнами оставались промежутки в 5 мм (рис. 5,6). Трубку эту припаяйте к основанию шкалы со стороны магнита, чтобы она, находясь на равном расстоянии от полюсов магнита, закрывала отверстие в основании и
была обращена своими окнами к полюсам.
Для якоря прибора вырежьте кружок из тонкой жести диаметром 10 мм. Для оси можно использовать старую швейную иглу или, в крайнем случае, канцелярскую булавку. Якорь насаживают на центр оси и приклеивают к ней под углом в 45″ (рис. 5,в).
Стрелку сделайте из очень тонкого алюминия. Она должна иметь форму, указанную на рис. 5,г. На расстоянии 15 мм от нижнего конца стрелки проколите отверстие для оси, над которым надо припаять небольшую медную шай-бочку.
Из латуни толщиной 1,5 мм и шириной 5 мм выгибают скобу очка рис. 5,Д. В центре скобы с внутренней стороны делают углубление для оси.
После этого вырежьте из латуни кружок диаметром 15 мм, в центре которого надо сделать углубление для оси. Кружок припаивают на торец медной трубки, находящейся между полюсами магнита, углублением внутрь.
После этого стрелку надевают на ось с якорем и якорь вставляют в трубочку через отверстие в основании шкалы. Стрелку располагают на оси так, чтобы она была на расстоянии 1 — 1,5 мм от основания шкалы, и на ось накладывают подшипниковую скобу, сделанную по рис. 5,Д. Придерживая пальцем скобу, пробуют, свободно ли вращается ось.
Якорь вольтметра одновременно служит в этом приборе противовесом. Поэтому стрелку устанавливают на оси так, чтобы при любом положении прибора она всегда находилась в своём крайнем левом положении — у головки левого винтика, которым прикреплён магнит к основанию шкалы. Когда это достигнуто, стрелку необходимо припаять к оси, а подшипниковую скобочку — к основанию.
Шкалу вычерч(ивают на тонкой глянцевой бумаге. Размеры её показаны на рис. 5,е. Расстояние между делениями делают в 5 мм и затем ещё делят пополам короткой чёрточкой. Градуирование шкалы описано в предыдущей главе
Шкалу приклеивают к основанию так, чтобы конец стрелки несколько заходил за дуговую линию шкалы (рис. 6,а).
Теперь остаётся изготовить катушку для прибора.
Особая ценность тепловых электроизмерительных приборов состоит в том, что они пригодны для измерения токов высокой частоты — радиотоков.
Для катушки делают каркас, как указано на рис. 6,6. На него наматывают 70 витков изолированной проволоки диаметрам 0,1 мм. Концы обмотки закрепляют в каркасе и обмотку закрывают бумажной полоской.
Концы катушки соединяют с клеммами на футляре наушника и катушку кладут на его дно отверстием вверх. В отверстие катушки вставляют трубочку 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. Их накладывают на основание шкалы, чтобы толщина колец составляла 4 мм, и затем амбушюр наушника накрепко завёртывается.
Таким прибором можно измерять напряжение постоянного тока до 8 вольт и силу тока до 30 миллиампер.

ТЕПЛОВОЙ АМПЕРМЕТР
Кроме электромагнитных измерительных приборов, существуют тепловые измерительные приборы. Если по проводнику, имеющему некоторое сопротивление, пропустить электрический ток, то проводник нагреется и увеличится в длину. На этом принципе и основана работа тепловых электроизмерительных приборов.
амперметра можно использовать консервную банку высотой 30 мм и диаметром 100 мм. На дне банки на расстоянии 20 — 30 мм от борта просверливают небольшое отверстие наподобие замочной скважины для того, чтобы вешать прибор на гвоздь.
Из толстой фанеры вырезают круг диаметром 95 мм. На нём будем собирать амперметр. На круг наносят окружность диаметром 75 мм и делят её на три равные части; таким образом, каждая точка будет отстоять от другой по прямой линии на 65 мм. В этих точках просверливают отверстия, в которые ввинчивают контакты — болтики с гаечками. На них будут закреплены рабочие и вспомогательные нити прибора.
Между двумя любыми контактами про водят прямую линию, на середине которой делают отверстие диаметром 10 мм. В это отверстие будет выходить ось со стрелкой прибора. Центр отверстия должен отстоять от борта круга на 29 мм (рис. 7,а).
Из латуни или жести толщиной в 2 мм изготовляют две скобки (шириной 10 мм) для укрепления стрелки (рис. 7,6). В центре скоб с внутренних сторон выдавливают углубление для оси, а в лапках вырезают отверстия для крепящих болтиков или шурупов.
Ось с роликом показана на рис. 7,в. В качестве оси можно применить гвоздь толщиной 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 делают из дерева, металла, резины или из пробки. Важно, чтобы он был ровный, с отверстием точно в центре. Ролик должен отстоять от одного конца оси на 3 мм, а от другого — на 17 мм.
Стрелку амперметра изготавливают из тонкой жести или алюминия, как указано на рис. 7,г.
После этого из тонкой балалаечной струны делают пружинку, а из медной проволоки диаметром 0,1 мм и длиной 8 — 10 см — рабочую нить. При такой нити можно будет измерять силу тока до 3 ампер.
Регулятор для установки стрелки на 0 представляет собой стойку с двумя от-верстями — одно для шурупа, другое для болтика. К отверстию, предназначенному для болтика, припаивают гайку. Стрелку натяжением или ослаблением пружинки устанавливают на 0.
Сборку амперметра (рис. 8,а) производят в следующем порядке. Все контакты и регулировочный болтик помещают на свои места. Прежде чем устанавливать стрелку, вокруг ролика (рис. 7,в) обёртывают раза два-три суровую нитку. Затем стрелку закрепляют на панели скобками, изготовленными по рис. 7,6, но так, чтобы стрелка находилась на противоположной стороне по отношению к монтажу.
Между клеммами а и б (рис. 8,а) натягивают медную проволоку диаметром 0,1 мм (основная нить). Прежде чем её закрепить в контактах, на нить надевают петелькой другую проволочку более тонкого сечения, чем основная нить. Свободный конец этой вспомогательной проволочки натягивают и закрепляют контактом (8,в). К этой проволочке привязывают нитку от ролика стрелки; второй конец нитки связывают с пружинкой, а пружинку укрепляют на панели.
няют гибким проводом с контактами а и б панели, которую затем устанавливают на стойки и прикрепляют к ним шурупами.
После того как прибор будет отрегулирован, на панель накладывают кольцо из толстой латуни шириной 7 ММ
При этом регулировочный болтик должен плотно соприкасаться с пружинкой.
На дно корпуса ставят три деревянные стоечки высотой 15 мм и шурупами скрепляют их с корпусом. На стойки кладут панель прибора и намечают 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 соеди-
ром будет держаться стекло. Для того чтобы стекло не выпадало, края корпуса — банки — немного зафальцовы-вают, т. е., проведя остриём ножа под углом 45° по борту, загибают его внутрь.
Если от изменения температуры воздуха стрелка прибора несколько отойдёт в сторону от 0, надо осторожно подвернуть регулировочный винт и натянуть рабочую нить настолько, чтобы стрелка встала на 0. Готовый амперметр показан на рис. 8,6.

ГАЛЬВАНОСКОП ИЗ КОМПАСА
Гальваноскопом пользуются в тех случаях, когда нужно обнаружить в цепи слабый электрический ток.
Самому сделать этот прибор можно из коробки от пудры или коробки от ленты для шишущих машин, в которой укрепляют обыкновенный компас. Затем на коробку наматывают две последовательно соединённые катушки тонкого (изолированного провода, делают от них отводы, и гальваноскоп готов (рис. 9).
Если такой гальваноскоп включить в цепь, по которой идёт ток, то стрелка компаса встанет поперёк обмоток. Как только цепь разомкнётся, стрелка примет своё обычное положение, показывая синим концом на север.

Источник

Собираем лазерный проектор из доступных деталей

UPD: Добавлены файлы платы с ЦАП на GitHub

Изначально я планировал сделать Лазерную арфу, но пока получился промежуточный результат — устройство, которое можно использовать как лазерный проектор — рисовать лазером различные фигуры, записанные в файлах формата ILDA. Я в курсе, что многие, кто берется за сборку лазерного проектора, в качестве устройства, управляющего гальванометрами (так и не понял как лучше перевести на русский сочетание “galvo scanner»), используют дешевые слегка модифицированные звуковые платы для компьютера. Я пошел иным путем, так как в конечном счете мне нужно будет полностью автономное устройство, которое может работать без компьютера.

Посмотрим из чего состоит мой лазерный проектор. Стоимость всех деталей составила около 8000 руб, из которых больше половины — это 70mW лазерный модуль.

1. Гальванометры и драйверы к ним для отклонения луча лазера по осям X/Y
2. 532нм 70mW лазерный модуль с питанием от 5В Dragon Lasers SGLM70
3. Texas Instruments Stellaris Launchpad
4. Самодельная плата с ЦАП AD7249BRZ
5. Блок питания

Железо

В моей системе используется Stellaris Launchpad в качестве «мозга» (потому что он достаточно быстрый и имеет аппаратную поддержку USB) и 12-битный двухканальный ЦАП с последовательным интерфейсом Analog Devices AD7249BRZ. Для управления отклонением луча на вход драйвера нужно подавать аналоговый сигнал в диапазоне от -5 до 5 вольт. ЦАП AD7249BRZ как раз умеет работать в таком режиме (а также от 0 до 5 вольт и от 0 до 10 вольт). Для него я развел в Eagle специальную плату, которая подключается к Stellaris Launchpad. Плата требует двухполярного питания, которое получается с помощью микросхемы ICL7660. Для преобразования единственного выходного напряжения поставляемого с гальванометрами блока питания (15В) в нужные мне я использовал линейный регулятор LM317, что в последствии оказалось не самым оптимальным решением, особенно для питания лазерного модуля — потому что LM-ка с большим радиатором (виден на видео) через минут 10 работы нагревается градусов до 70. Без радиатора она просто очень быстро перегревалась и отключалась от перегрева (а вместе с ней и лазерный модуль, из-за чего я поначалу решил что он сгорел и чуть не отложил пару кирпичей, т.к. при повторной подаче питания он не включался — как уже потом выяснилось до тех пор, пока не остынет микросхема).

Лазерный модуль изначально не поддерживал TTL-модуляцию, поэтому когда мне надоело просто водить лазером в разные стороны я задумался о том, чтобы в нужные моменты времени включать и отключать луч. Для этого потребовалось дорабатывать лазерный модуль паяльником. К счастью, почти все китайские лазерные модули весьма похожи друг на друга, просты, и сделаны на операционном усилителе LM358. Подпаяв к его ногам 3 и 4 (неинвертирующий вход и земля соответственно) эмиттер и коллектор первого попавшегося биполярного транзистора 2N4401, я, таким образом, получил возможность модулировать работу лазера, подавая управляющий сигнал на базу транзистора:

Доработанный напильником лазерный модуль

Схема и плата для AD7249BRZ представлена ниже. Возможно внимательный читатель найдет в схеме ошибку, потому что в ней по неизвестным мне причинам кажется не работает часть с операционным усилителем, которая призвана сделать выходной сигнал схемы балансным для пущей защиты от помех. Мой экземпляр вместо балансного сигнала выдает небалансный, но, тем не менее, все работает и так.

Надеюсь вы не испугались страшной картинки платы с налетом у выводов микросхемы, который образовался после протирки этиловым спиртом. Кстати, по этой причине рекомендуют отмывать флюс изопропиловым спиртом, так как он не оставляет таких разводов. Кстати, кому интересно, что это за разъемы такие с защелкой на плате — это разъемы Molex (22-23-2021 розетка, 22-01-3027 вилка, 08-50-0114 контакт для вилки), заказывал их через Digikey, так как у китайцев они стоят как-то неприлично дорого.

На этом вроде все самое интересное про железную часть заканчивается, так что переходим к части софтовой. Состоит она из двух частей — программки для ПК и прошивки для Stellaris Launchpad, которая реализует USB bulk-устройство с собственным форматом пакетов по 32 бита в каждом. Формат сэмпла описан следующей структурой:

Устройство использует USB-буферы размером 512 байт, в которые с ПК с некоторым запасом, и с такой скоростью, чтобы не вызвать переполнение или опустошение буфера, записывает данные. Используемые гальванометры рассчитаны на отображение 20000 точек в секунду, то есть это требуемая частота семплирования. В функции обработки данных от USB скорость обработки регулируется с помощью банального SysCtlDelay . Регулируя значение можно подстроить систему, так чтобы тестовая картинка ILDA отображалась правильно:

Зеленый светодиод на видео в начале поста мигает после обработки каждой пачки в 20000 сэмплов. То есть, в идеале он должен мигать ровно 1 раз в секунду.

Программная часть для ПК основана на playilda.c из пакета OpenLase, однако оттуда вырезано все лишнее и вместо взаимодействия с сервером JACK используется libusb для отправки пакетов данных на Stellaris Launchpad.

В функции main() с помощью nanosleep также регулируется периодичность, с которой микроконтроллеру посылаются новые данные.
Полностью исходный код прошивки контроллера можно посмотреть на GitHub.

Источник