直流電壓檔的試驗 - 我的萬用表-某空軍高級工程師的40年心得

2012年09月21日 14:56 來源:曾廣倫投稿 作者:曾廣倫 我要評論(0)

標簽:萬用表(127475)

  直流電壓檔的試驗要比直流電流檔的試驗簡單。直流電流設計了五個檔位:0.5mA;5mA;50mA;250mA;500mA,每個檔位的試驗都要用一個標準三用表串聯在電路中,每校驗一個檔位,都要改變負載電阻。

  如果我有一個可變電源多好,從0——30伏可調。只要有一個10歐姆的電阻,在2.5V的時候可以得到250mA的電流;在5V時,可以得到500mA的電流。

  真是“心比天高”。在幾乎都是電子管的時代,要找一只半導體二極管不知要花多大的力氣。一臺晶體管直流穩壓電源的價格比我十年的津貼還要多。可調穩壓電源更是天價。想得到可調穩壓電源,簡直就是白天做夢。

  沒有可調穩壓電源,校驗電流擋就麻煩很多。左思右想,我萌發了用電池做可變電源的想法。電池,是從航材股就可以領到的消耗品。如果用4節電池串聯,就可以產生6V電壓。在每一只電池中抽一個頭,就可以得到1.5V、3V、4.5V和6V等4種電壓。這不就是可變電源嗎?對,我必須做一個電池盒,這樣,我就有一個級變式的穩壓電源了。

  “用香蕉水泡有機玻璃和乒乓球可以變成一種粘合力特強的膠,用它來粘合板或是有機玻璃,可以做成一個體積小、容積大、輕盈、漂亮、牢固的電池盒。”老九告訴我。

  在需要的驅動下,空余時間變得越來越少。俱樂部才會有打壞的乒乓球,修理廠才會有香蕉水,衛生隊才能找到大口的玻璃瓶。還要緊密聯系那些臺燈的制作者,在他們那里可以得到足夠的有機玻璃碎末。勤,在落實需要的行動中起著決定性的作用。小時候,也曾有些鄉親夸獎過我聰明伶俐。如今看來,那只是鄉親的一片好意。與老九相比,既不聰明也不伶俐。老九告訴我,千萬不要恭維自己,只有勤勞的人、善于思考的人才會變得聰明伶俐。

  在有見地的人身邊生活,是我的幸運。老九一針見血的話、入木三分的話、充滿激情、富有哲理的話,經常在我的耳邊回響。在我的腦海里,他們都是洞明世理的圣人。在他們身邊,經常有灰色的幽默和爽朗的笑聲。連隊,由80%以上的鄉下青年組成。很多人參軍前,沒有看過火車,沒有聽過收音機,還有不少人沒有用過電,更談不上用過自來水了。為了改變部隊的知識結構,上級領導決定將65屆北京航空學院的大學生分配到連隊,讓他們接受我們的再教育。歷史,就這樣開了個玩笑。將首都來的大學生與鄉下來的農村青年雜交在一起。還要由鄉下青年來改造這些城市大學生。相信,在他們剛來的幾天,確實受到了震撼。沒有球場、沒有單、雙杠,沒有鞍馬,更沒有吊環;沒有人晨練,也沒有個人愛好。人人都習慣了這種平靜。非常符合農村的習慣。我相信,許多鄉下青年,對這些大學生的到來,都可能有與我相同的看法。他們都是有錢人家的子弟,否則怎么能讀上大學?他們都是斯文的人,讀書太多,都帶眼鏡;他們都是弱不禁風的人,經不起早出晚歸、日曬雨淋的煎熬;他們都是能說會道、卻不會干任何實際工作的人;他們都是來鍍金的人,再教育后,再來改造我們。由于彼此之間,存在著自然分界線,再加上我的無線電專業沒有大學生,較長一段時間內,我與大學生們沒有接觸。日子長了,關于大學生們的故事也多了,某些具有鮮明個性的大學生,很快就改造好了,被鄉下青年認可了。郭玉山,就是其中一個。

  這個具有鮮明個性的老九,難忍鄉下般的寂寞。在他的鼓動下,許多本來就不喜歡勞動的人,自覺地拿起鋤頭,拉起板車,將那塊長滿野草、凹凸不平的荒地整成24X12米的排球場地。簡易的單、雙杠搞起來了,舉重的鋼鈴也誕生了。沉默的連隊,在老九們到來后不久,活躍起來了。過去,飛機是我們共同的平臺,只有飛行準備的時候,我們在平臺上共同建立彼此的聯系。每當飛行結束,平臺就消失了,飯堂成了我們的平臺,無論連隊領導三番五次強調不要說話,說話的聲音仍然無法扼制。如今,又多了球場、運動場的平臺,不同專業、不同性格的人都可以匯聚在一起,在愛好中建立彼此的友情。我發現,老九們受我們的教育太少了,恰恰相反,是他們教育了我。我從他們的生活中領悟到,他們才是人,是一個活得有質量的人。從此,老九們在我們眼中的地位改變了。我們已經不分彼此,融為一體了。

  生活,改變著我們,同時也改變著老九。有些本來就不那么講究的大學生,在接受我們再教育的過程中變得更不講究了。

  “郭玉山,幾天沒洗腳?”夏軍微帶諷刺地問。

  “管他幾天,一三五干擦擦,二四六不管他,星期天休息,按既定方針辦。” 郭玉山的回答,總是理論性很強,胸有成竹。他那種逆來順受的德性,完全沒有知識分子陽春白雪的味道。因為他不講究,很快成為我們心目中改造得最好的典型。

  在球場的歡呼聲中,泡著有機玻璃的香蕉水變色了。早已鋸好的板料,就欠東風了。

  如果有夾具,我的電池盒一定會做得方方正正;如果有角尺,我的板料一定裁得更加垂直和水平。如果不是做,我不會關心1號電池的直徑和長度;如果不是做,我不可能懂得用香蕉水泡有機玻璃和乒乓球就能成膠。

  做,激發想象,激發需要。

  做,教人明白。

  一天過去,乳白色的乒乓膠干了。電池盒在沙紙的打磨下,全身光滑。在修理廠專做噴漆工作的老鄉的幫助下,樣子丑陋的電池盒,改變了衣著,變得端莊整潔,令人看著不覺得難受了。在飛機旁邊工作,有很多方便。只要你想做,幾乎什么都有。我曾為如何分別引出各種電壓而苦惱。旁觀者說,用電纜頭的插孔就成。選一個孔徑大一點的作“正”極,孔徑小一點的作“負”極,用紅、黑導線作“正負”線,分別焊在大小不同的兩個插針上,再接上鱷魚夾,這樣,就能正負有別、大小防錯、使用方便了。

  實踐證明,這是非常有效的方法。電纜頭的插針、插孔,插拔過無數次,始終保持接觸良好。

  級變式穩壓電源制成了。在白手起家的征途中,我又多了一件寶貝。我突然想起,我國流傳的許多民間故事,都與他們使用的寶貝有關。悟空的金釜棒;108好漢隨身攜帶的刀、斧、槍、锏……它們都是擒妖降魔、征服艱難險阻、開辟坦途的寶貝。希望擁有自己的寶貝,是老祖宗對未來人的寄托。儒家思想統治中國數千年,當我們的國土被八國聯軍手持先進的寶貝瓜分時,我們才醒悟過來。120年后,出生于民間的領導,記住了老祖宗的愿望,研制出自己的原子彈、氫彈、在太空唱起了“東方紅”,我們有了自己的寶貝,才找回了屬于大國的尊嚴。以磚瓦防御的時代已經過去,萬里長城的鞏固,必須使用更新、更超前的材料。

  基礎有了以后,三用表的校驗就變得異常簡單。

  我的三用表基礎電流為125微安。它是測量所有電壓、電流和電阻的基礎。必須校驗準確。若用3V電池,串聯一只24KΩ的電阻,在忽略表頭內阻的情況下,剛好是125微安,表針指示滿度。要知道,125這樣的數值在標準表上不是整數,不好判讀。若取電流為10、20、30、40、50、或它們的整倍數,在標準的刻度上都很好讀數。經過計算,我選擇100KΩ的電阻,在3V電池的作用下,可以得到接近30微安的電流。

  電池、標準表、被試表、電阻在鱷魚夾的咬合下,一個緊跟一個,在最后一個咬合點將要接通之前,我還是再次檢查了標準表和被試表的量程和極性。在確認無誤的前提下,將最后一點接通。只見兩表針溫柔地向右轉動,在標準表刻度為25微安處穩定地停下。被試表真實值為24微安。

  結果是否準確是次要的,安全了是頭等大事。我松了一口氣。

  實際上,因為兩個表都有內阻,在電池的兩端,總電阻已大于100KΩ,在這種情況下,只要兩個表的指示所代表的數量一致就OK了。

  最小電流擋校驗的結果幾乎精確無誤。這是至關重要的。但是,500毫安擋誤差有30多毫安。這是預料的,因為500毫安擋的分流電阻非常小,只要有零點幾歐姆的誤差,就會導致電流值數十毫安的誤差。

  電流擋的校驗,有得有失。我慶幸小電流擋的精確,原諒大電流擋的誤差。同時,我獲得了3V/2.5安燈泡因串入電表后變暗的第一手材料。

  全神貫注,這是實踐的需要。我在一個個全神貫注中得到了點滴回報。我為自己的級變式穩壓電源而興奮,為這次實驗增加的鱷魚夾而欣慰,為自己能學到的點滴知識可以通過實踐來驗證而心滿意足,為積累了一點可能別人沒有的經驗而歡欣鼓舞。

  表頭,通過個人的努力,在周圍人的熱情幫助下,已經向實用方向邁出了一大步。它已經是一個電壓表了。可以測量電池的電壓、飛機啟動車的電壓。電壓這個物理量,在我的表頭的幫助下,已經從看不見成為看得見了。它也已經是一個多量程的電流表。盡管大電流的測量精度不高,但對電流的大小,有無完全具備了判斷的依據。三用表的三大功能:測量電壓、電流和電阻,我已經完成了過半的項目。在邁向目標的路上,哪怕有一點點成功,都是極大的鼓舞。雖說對前程充滿信心,但信心畢竟不是現實。現實證明是成功的東西,才是看得見、摸得著、可重復出現的。攀登者每前進一步,都要付出。漫長的攀登,如果沒有成功的激勵,很可能半途而廢。

  有信心固然重要,但信心這個東西是會變的,是會動搖的。堅定不移的信心,要靠實踐中點滴成功來鼓舞、來鞏固。我急于看到成果,急于證實自己的

  想法,急于得到成功的激勵。

  電壓和電流擋的校驗,讓我看到了成果,驗證了我的想法。使我從“應該如此”中得到了“確實如此”的肯定。

  我體驗到艱辛的價值。我品嘗到專注的回報。我懂得愛的力量。

  這一切都深刻地刺激著大腦,我從充實的實踐中嘗到了成功的味。

  電流擋的正常,為直流電壓和交流電壓的測量奠定了基礎。實際上,交流電壓的設計是和直流電壓的設計方法相似的。因測量交流電壓之前,首先要將交流電壓整流成直流電壓,所以,在計算上要考慮從交流變成直流的過程帶來的損失。如果用半波整流的方法變換成直流,整流系數就為直流的0.45倍。就是說,當使用同樣的量程時,降壓電阻為直流時的0.45倍。根據這個原理,非常方便就能計算出10V、50V、250V和500V四個量程的所有降壓電阻。

  觸類旁通,有一把鑰匙,就能打開多條路。這是技術工作的方便之處。

  不知道經歷了多少個日月,總共四個物理量的測量,已經完成了三個。75%,預示著100%的到來。在成功的鼓舞下,我充滿著激情,向最后的25%發起總攻。

  電阻測量,是萬用表使用最頻繁的量程。在所有的四個物理量的測量中,雖然都是必不可少的,但電阻的測量在我看來尤其重要。

  為能夠了解萬用表電阻測量的原理,我“不恥下問”。為能看到電阻測量方面的設計,我真的想上學再讀書。可惜,在我能問的人中,幾乎都無力解讀萬用表電阻設計的基本原理。

  最有用的,往往也是最難的。

  難,不怕。最怕的是沒有路。問的方法既然無法解決問題,想上學又談何易?

  想,不停地想。

  畢竟有過前面的經驗,想的方法、想的方向都有所拓寬。

  500型萬用表的電路,是我心中的標準。也是我唯一的資料。從無數次反復觀察500型萬用表的電路、刻度和面板中,我突然覺察到一個似乎熟悉的數值——10。電阻刻度的中心值是10。RX10、RX100、RX1K擋的倍數都是10。我記得,當內阻等于外阻時,如果在串聯電路,就是電流相同,電壓降各為總電壓的一半;如果在并聯電路,就是電壓相同,各分電流是總電流的一半。在電阻測量電路中,表內的電阻與被測電阻及電池三者間組成串聯電路,若被測電阻與表內電阻相等時,指針就指示在表盤的中心,這個數值,實質就是電表的內阻。

  突破,往往只在一點。一點突破,就能解開有關的所有迷惑。

  真正理解,才會感激前人的偉大。歐姆太了不得了,145(1825年)年前就發明了這個定律。利用這個定律,對電路幾乎無堅不摧。

  掌握定律,使我增加了力量。運用定律,使我增強了能力。人生的力量,人生的能力,都是建立在前人發明的所有定律的基礎上的。我為自己建立了可靠的基礎而自豪,為從歐姆的定律中獲得力量而對科學家充滿發自內心的感激。

  中心值的突破,是電阻擋設計的關鍵。電阻刻度的計算、繪制也是電阻擋工程的難關。電阻擋,只有一條刻度。就能滿足0歐姆——數百K歐姆乃至數兆歐姆的測量范圍。如何實現準確的測量,刻度至關重要。

  想,無數次的激烈思考;看,無數次的反復觀察。當你真的用心去對一件事進行專心的研究的時候:看,能幫你有所發現;想,能讓你有所突破。

  實質上,電阻的測量,用歐姆定律可以理解為電流的測量或是電壓的測量。當你以電流為測量觀念來理解時,電阻的刻度完全基于歐姆定律。如500型表,RX1擋的內阻為10歐姆,內電池電壓為1.5V,當被測電阻為0時,表頭的滿偏轉電流就為150毫安。以滿刻度150為0歐姆作基礎,就能計算出1歐姆時的電流為136毫安;2歐姆的電流為125毫安;10歐姆的電流為75毫安(表盤中心)等等。在對應的刻度上就能刻出所有的電阻數值。

  當你理解后,一切都會覺得簡單。而理解,往往需要耗費很長的時間和深入的研究。

  1971年,經歷近兩年的時間,萬用表功能的四個量程終于完成了。對一個年僅19歲的青年,對一個沒有學過歐姆定律的人,對一個沒有指導老師的人,對一個沒有任何試驗工具、設備的人,即使在今天,也不是一件容易的事。

  工程的實踐,沿著它所發生的問題,觸及的原理、定律,教會我許多東西。我相當于在1825年上了一次電工類的工程大學。

  人的眼光,是跟著思想走的,人的思想,是被實踐、被工程改變和豐富的。有了這次切身的實踐,萬用表的神秘被逐一揭開,每測量一次,我的感觸會比沒有經歷過的人更深、更多。

  1974年,在領導的關懷下,我榮幸地走進夢寐以求的空軍工程學院。學習歐姆定律的時候,教材就是以萬用表設計為實例展開的。當我被選為學員講課時,專門講到教材中沒有談到的萬用表電阻擋設計及電阻刻度的繪制問題,激起了學友們及教員的極大的感慨。

  深刻,不是讀書能得到的。深刻的東西,來源于你艱辛的過程。來源于你發自內心的理解。

  萬用表很小,在人類社會中的地位甚至不屑一顧。因為我也很小,它在我心中卻占據很大的位置。

  我愛它,是因為它有用。我發表的第一篇論文,是它給我提供了可信的數據。現在想來,我為它的付出并不多,它卻默默地把我送上了工程技術的高級崗位。

  

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