Per la misurazione della corrente e della tensione si sono sviluppati numerosi strumenti, che trasmettono ad una lancetta indicatrice gli effetti elettromagnetici e gli effetti termici della corrente elettrica. Gli strumenti di misura come i tester sono utilissimi anche per i nostri esperimenti e ci forniscono molte informazioni preziose. Possiamo anche costruirne noi stessi alcuni, in forma semplificata
Indice
Amperometro
La figura 389 mostra la costruzione d’uno strumento al ferro dolce, che vogliamo realizzare come amperometro.
Nella figura a si può vedere che lo strumento di misura è costituito da una bobina magnetica Sp, davanti al cui foro è montata una piastrina girevole di ferro E. L’asse della stessa, sul quale è fissata anche la lancetta Z, è bilanciato in modo che, allo stato di quiete, E e Z si trovino nella posizione illustrata. Al passaggio di corrente per la bobina, la piastrina viene attirata (fatta ruotare) piú o meno a fondo entro la bobina, sicché la lancetta oscilla.
Il corpo della bobina Sp, composto di tre parti saldate fra loro, lo eseguiremo in lamiera d’ottone o di zinco. Le parti 1 e 2, le cui feritoie si ritagliano con uno scalpello, sarà di lamiera dello spessore di 0,6 mm e nelle feritoie si salderà la parte 3 ripiegata in lamiera piú sottile (fig. b). L’aletta della parte 2, ripiegata ad angolo retto, serve all’avvitamento del corpo della bobina. Dopo aver incollato una copertura di carta sui lati interni, avvolgeremo sul corpo della bobina circa 200 spire di filo di rame smaltato da 0,5 mm. Taglieremo da un sottile lamierino per trasformatori due pezzi della forma della piastrina E (fig. c), incolleremo con un po’ di gomma questi due pezzi l’uno sull’altro, poi eseguiremo attraverso gli stessi il foro per il perno. Come perno utilizzeremo di preferenza il perno del bilanciere d’una vecchia sveglia; potremo anche usare un pezzo lungo circa 22 mm d’un ago da calza del diametro di 1,5 mm, appuntendone le estremità con la mola e levigandole accuratamente con una cote. (Questa operazione di levigatura va compiuta molto accuratamente, perché altrimenti lo strumento non può funzionare bene, per via dell’eccessivo attrito). La piastra di base P e la staffa B tra le quali è sostenuto il perno si eseguono in lamiera elastica d’ottone dello spessore di 1 mm e della larghezza di 6 mm e nelle stesse s’imprimono, nelle posizioni indicate con V, per mezzo d’un bulino, i centri di sospensione del perno. La lancetta Z la ritaglieremo da una sottile lamiera d’alluminio.
Sul bordo superiore di un’assicella di legno da mm 120 x 120 circa si fissa ora, per mezzo di viti, la piastrina di base P, poi si sospende per meno della staffa B, pure avvitata, il perno con la lancetta e con la piastrina. Si aggiusta la staffa, flettendola leggermente verso l’alto o verso il basso, finché il perno non sia sostenuto con grande facilità di movimento fra i centri di sostegno ed in posizione esattamente verticale. Si fissano sul perno, all’occorrenza con un adesivo, la piastrina e la lancetta, in modo che, dopo l’avvitamento della bobina, la piastrina possa immergersi, senza strisciare, entro la bobina e che anche la lancetta possa oscillare, senza strisciare, sul corpo della bobina. Infine s’incollano due listelli di legno L dello spessore di 15 mm sull’assicella di base, sulla quale si applica provvisoriamente un quadrante di cartoncino bianco.
Tenendo l’apparato di misura in posizione verticale, si fissano alla punta della lancetta dei piccolissimi pezzetti di piombo, in modo che il peso della lancetta non superi che di poco quello del contrappeso costituito dalla piastrina E, ossia che la lancetta penda perpendicolarmente verso il basso. Fatto ciò, appesantiamo con piccolissimi pezzi di piombo il braccio di destra della forchetta della lancetta, in modo che la lancetta si porti nella posizione di zero, all’estremo sinistro della scala graduata e segniamo questo punto con O.
Per procedere alla taratura della scala graduata, dovremo farci prestare uno strumento di paragone con un campo di misura di circa 0,1 A, che collegheremo in derivazione, come illustrato a figura 390, con la bobina del nostro apparato di misura, con una resistenza regolabile di circa 30 ohm e un accumulatore. Se il nostro strumento di misura è ben equilibrato, la fine della deviazione della lancetta corrisponderà a circa 0,6 A ed una deviazione percettibile avrà inizio in corrispondenza a circa 0,15 A. Si determinano, con la resistenza regolabile, tutti i valori intermedi, si contrassegnano le varie deviazioni della lancetta ed infine si disegna con inchiostro di china l’intero arco della scala graduata, con trattini e cifre. I valori corrispondenti alla fine della scala saranno alquanto ravvicinati, ma potremo espanderli appesantendo un poco il braccio di sinistra della forchetta della lancetta. Si avvita lo strumento di misura sul fondo d’una conveniente cassettina nella cui parte anteriore si eseguirà, davanti alla scala, un conveniente intaglio, dietro il quale s’incollerà una lastrina di vetro. Si collegano gli estremi dell’avvolgimento della bobina dello strumento alla cassettina, con due morsetti.
Per raddoppiare il campo di misura, si collegano fra loro (ossia si « shuntano ») i morsetti con un filo di lega di nichel da 0,2 mm, di resistenza pari a quella della bobina. Per determinare questa resistenza, si parte da un filo di lega di nichel della lunghezza di circa 20 cm e lo si accorcia finché, quando sì raccorda il filo, la deviazione della lancetta si riduca a metà. Allo stesso modo potremo triplicare o quintuplicare il campo di misura. Il nostro amperometro serve a misurare tanto correnti continue quanto correnti alternate, ma deve essere impiegato in posizione verticale, perché, per motivi di semplicità, abbiamo rinunciato ad una molla direzionale. Siccome, per la stessa ragione, non abbiamo applicato un ammortizzatore, la lancetta oscilla un poco dopo ogni deviazione, prima di fermarsi. Applicando alla lancetta una bandierina (accennata a tratteggio nella fig. f) si può ridurre un poco tale oscillazione.
Voltmetro
Secondo lo stesso principio, possiamo costruire un voltmetro, avvolgendo sulla bobina circa 2000 spire di filo smaltato da 0,15 mm. Tuttavia un tale voltmetro consumerebbe troppa corrente ed è perciò preferibile l’impiego d’un sistema a magnete rotante.
Come si vede a figura 391, la piastrina di ferro E, collocata anche qui sul perno della lancetta, ha forma rettangolare ed è montata simmetricamente davanti all’intaglio della bobina, sicché può immergervisi con un lato o con l’altro. La piastrina è però d’acciaio temperato ed è magnetizzata, in modo che viene attirato entro la bobina quello dei lati che ha polarità opposta a quella del campo della bobina. Pertanto, per compiere le misurazioni, lo strumento deve essere sempre collegato correttamente, quando lo zero non sia collocato al centro. Ne consegue inoltre che lo strumento è utilizzabile soltanto per misurare la tensione di corrente continua. E passiamo ora alla costruzione di questo voltmetro.
Si avvita la piastrina di base P con tre viti da legno, dopo aver segnato i centri V, sull’assicella di base. Il perno e la staffa B sono uguali a quelli dello strumento precedente. Come bobina Sp useremo una bobina per auricolare telefonico da 1000 ohm. Si avvita tale bobina, con una brida di lamiera d’alluminio, sulla piastra di base. Per eseguire la piastrina E usiamo un pezzetto di molla d’orologio, che dovremo ricuocere, perforare e quindi temperare nuovamente, per poi magnetizzarlo strisciandovi sopra una potente calamita. La lancetta Z, che in questo caso viene munita, per il bilanciamento, soltanto del braccetto di destra, la eseguiremo in sottile lamiera d’alluminio, che avremo portata, mediante martellatura, al minimo spessore possibile. La sensibilità dello strumento dipende infatti, in primo luogo, dal minimo peso possibile del sistema mobile. In mancanza d’una forza direzionale, lo strumento dev’essere utilizzato in posizione verticale. Si dovrà perciò appesantire il braccetto della lancetta, finché quest’ultima si porti nella posizione di zero a sinistra (Se vogliamo che il punto di zero sia al centro della scala graduata, il braccetto di bilanciamento è superfluo). Con una lancetta sufficientemente leggera otterremo la deviazione completa già con una tensione di 4-6 V. Lo strumento non consuma che un millesimo di ampere per volt e può pertanto rimanere allacciato per intere ore, anche a batterie deboli.
Come ammortizzatore si può, anche qui, incollare sulla lancetta una bandierina di carta velina, il cui peso, però, riduce notevolmente la sensibilità, quando non sia compensato da un contrappeso sul braccetto d’equilibramento. Se fissiamo sull’assicella di base il magnete M d’un auricolare, come indicato nella figura a, esso colloca la piastrina magnetica nella voluta posizione di zero e lo strumento può essere utilizzato anche in posizione orizzontale (magnete direzionale). Procediamo alla taratura della scal, se non disponiamo d’uno strumento di paragone, mediante l’allacciamento di uno, due e tre elementi d’accumulatore collegati in serie, con i quali otteniamo le deviazioni corrispondenti a 2 V, 4 V e 6 V. Otterremo i valori intermedi mediante suddivisione proporzionale della scala.
