Danas su nabavljena dva mjerna pojačala mjemačkog proizvođača Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (HBM) pod nazivima KWS/II-5 i KWS II/50 iz 1950/60-tih godina. Tvrtka HBM je na tržištu od 1950. godine, a ova mjerna pojačala spadaju među prve proizvode ove trvtke koja se od osnutka do danas bavi prodajom različitih mjernih i testnih uređaja, instrumenata i softvera.
Mjerna pojačala služe za pojačanje izlaznih signala iz različitih senzora, mjernih mostova i općenito električnih detektora koji na svom izlazu daju obično vrlo male promjene električnih veličina. Kako bi se te male električne promjene mogle detektirati (napon, struja, otpor, induktivnost, kapacitivnost), očitati i dalje obrađivati, nužno ih je prethodno pojačati mjernim pojačalima koja u tu svrhu moraju biti dizajnirana za što vjernije praćenje mjerene veličine, bez unošenja dodatnih izobličenja, šumova ili kašnjenja.
S obzirom na princip rada, postoje dva osnovna tipa mjernih pojačala: istosmjerna pojačala (DC) i pojačala s transpozicijom frekvencije (njem TF – Trägerfrequenz). TF pojačala su puno točnija i stabilnija od DC pojačala jer pojačavaju samo one signale čija je frekvencija blizu transpozicijske frekvencije, čime se isključuju sve ostale frekvencije na kojima se moguće javljaju šumovi, smetnje, interferencije i drugi nepoželjni signali.
Mjerna pojačala KWS/II-5 i KWS II/50 spadaju u grupu TF mjernih pojačala sa transpozicijskom frekvencijom od 5 kHz, odnosno 50 kHz. Naime, da bi se vrlo slab naponski signal koji daju senzori mogao bolje i kvalitetnije pojačati, tim signalom (koji u pravilu ima sporiju promjenu odnosno nižu frekvenciju) modulira se viša transpozicijska (noseća) frekvencija koju proizvodi oscilator pojačala. Time dobivamo modulirani signal više frekvencije koji se zatim pojačava izmjeničnim pojačalima, a nakon pojačanja ponovno se demodulacijom pretvara u izvorni oblik. Takvim pojačalima se u pravilu postiže i puno manji posmak nule (drift) od istosmjernih pojačala. Pretvorba niže frekvencije izvornog signala u višu i obrnuto (modulacija i demodulacija) može se postići na više načina, a s obzirom da mi za naša pojačala nemamo nikakvu dokumentaciju onda se ovdje nećemo time ovdje baviti. Jasno je da maksimalna frekvencija ulaznog signala mora biti puno niža od transpozicijske frekvencije kako bi modulacija bila ispravna, tako da bi ona bila oko 1 kHz za pojačalo KWS/II-5, te vjerojatno do 5 kHz za mjerno pojačalo KWS II/50.
Na točnost mjerenja slabih signala, osim mogućnosti samog pojačala, velik utjecaj imaju i pogreške koje unose mjerni kablovi kojima se spaja senzor sa pojačalom. Naime, u praksi ti kablovi ponekad moraju biti prilično dugački, a tu onda do izražaja dolazi sam otpor mjernih kablova, odnosno pad napona na njima koji može biti jako velik s obzirom na male mjerne signale (u praksi ne veće od 10 mV). Također, bilo kakva fluktuacija napona kojim se napaja mjerni most imati će izravnu posljedicu i na vrijednosti mjernog napona. Da bi se ova dva problema kompenzirala mjerni most se sa mjernim pojačalom spaja sa dodatna dva para vodova (obično se nazivaju – sense) kojima se vraća dio napona napajanja mosta u kompenzacijske sklopove pojačala.
Generalno gledano, ovisno o duljini spojnih kablova te ovisno o broju upotrijebljenih elemenata u senzoru (obično jedan, dva ili četiri) kao i o načinu povezivanje istih (pojedinačno, u polu-most ili most) moguće je izvesti 2-žično, 3-žično, 4-žično ili 6-žično povezivanje senzora sa mjernim pojačalom.
Nakon ovog uvoda možemo pokušati identificirati kontrole na našim mjernim pojačalima.
Sklopka Eichung (kalibriranje) služi za usklađivanje mjernog pojačala na upotrijebljeni vanjski senzor. Mogu se koristiti otpornički ili induktivni senzori.
Otpornički senzori DMS (njem. DMS – Dehnungsmessstreifen) se kod nas nazivaju tenzometri. To je senzor sastavljen od savitljive folije na koju je nanesena tanka vodljiva traka od posebne legure. Pod utjecajem vanjskih mehaničkih sila na senzor (vibracije, naprezanja, torzije, pritisci, udarci, razvlačenja i slično) senzor se razvlači ili steže (deformira) čime se mijenja duljina vodljive trake na njemu, a time i ukupni otpor iste. Standardni otporni tenzometara iznose 120 Ω, 350 Ω, 600 Ω ili 1000 Ω. Prema natpisima naše mjerno pojačalo je prilagođeno za tenzometre od 120 Ω. Vodljiva traka senzora može biti od raznih legura (Cu-Ni, Cr-Ni-Fe-Al, Cr-Ni, Pt-W) i nanesena u različitim geometrijskim oblicima ovisno o ciljanoj primjeni. Stoga odziv svakog senzora neće biti isti pa tako vidimo da se može odabrati vrijednost K-faktora, a to je faktor koji označava kolika je promjena otpora senzora u odnosu na promjenu duljine senzora. U praksi je najčešće K=2 pa je to na našem mjernom pojačalu označeno kao polazišna vrijednost.
Induktivni senzori (Induktiv) pak su beskontaktni, sastoje se od zavojnice i željezne jezgre, a princip rada se zasniva na promjeni induktivnosti senzora kad se približi nekom metalnom (magnetski vodljivom) predmetu. U slučaju induktivnih senzora mogu se dogoditi fazni pomaci između izmjeničnog napona napajanja i izlaznog signala. Fazna razlika između mjernog signala i referentnog napona može dovesti do značajnih (amplitudnih) mjernih pogrešaka. Stoga je u naše pojačalo ugrađena kontrola za faznu korekciju Phase.
Otpornički senzori se mogu koristiti samostalno ili spojeni u mjerne mostove ili polu-mostove (Brücke) koji opet mogu biti sastavljeni od samih senzora ili od kombinacije senzora i fiksnih otpornika. Mostovi se obično rade od dva ili četiri elementa pa to vjerojatno i označavaju oznake II DMS i IV DMS. Dva elementa se na mjerno pojačalo mogu vezati 2-žično ili 4-žično, a četiri elementa (Wheatstoneov most) mogu biti povezana 4-žično ili 6-žično. Na zadnjoj strani naših mjernih pojačala vidimo da su priključnice Aufnehmer (senzor-pretvarač) 6-polne (5 pinova + masa) čime je vjerojatno omogućeno vezanje svih kombinacija.
Na središnjem dijelu prednje ploče smještene su kontrole za odabir i podešavanje mjernih opsega Meßbereich – Spreizung – Betrag te veliki gumb sa skalom od -100 do +100 koja vjerojatno služi za kalibraciju kazaljke galvanometra. Desno od mjernog instrumenta su kontrole za podešavanje mjernih senzora (mostova), a lijevo su kontrole za odabir vrste (načina) mjerenja.
Na kraju preostaje još samo zaviriti u unutrašnjost naših mjernih pojačala:
- KWS/II-5 sadrži ukupno 10 elektronskih cijevi: tri dvostruke triode ECC83, dvije pentode EF184, dvije pentode E280F, pentodu EL34, stabilizator napona 85A2 i magično oko EM87.
- KWS II/50 sadrži ukupno 7 elektronskih cijevi: tri dvostruke triode ECC801S, pentodu E80L, pentodu E81L, tetrodu 6BW6 i magično oko EM840.
Iako se izvana čine kao dva srodna modela, unutrašnjost, kao i upotrebljene komponente ukazuju da se radi o električki prilično različitim dizajnima mjernih pojačala. Vizualno, unutrašnjost i komponente izgledaju očuvano i bez nedostajućih ili potrganih dijelova, iako se na vanjskom dijelu kućišta uočavaju tragovi pokušaja nestručnog otvaranja. S obzirom da za ova mjerna pojačala nisam uspio pronaći nikakve korisne upute kao ni tehničke ili servisne podatke, a uz to pojačala dolaze bez mjernih kablova i nemam nikakav podatak gdje su bila u upotrebi, ne preostaje mi ništa drugo nego završiti prvu fazu obrade ovih raritetnih strojeva.
Naravno da je teško odoljeti makar prvom probnom uključivanju ovih pojačala na napajanje, no ipak, to bi bilo suviše rizično prije nego se provjeri ispravnost barem onih najkritičnijih elemenata vezanih za ispravljački i stabilizatorski dio. Ukoliko pojačala rade, slijedeći korak će biti detekcija izvoda na konektorima, a zatim se može napraviti neki mosni spoj četiri promjenjiva potenciometra za daljnje ispitivanje funkcionalnosti pojačala.
Mora se priznati da se ovdje radi o stvarno nesvakidašnjim vintage mjernim uređajima, te bi se svakako bilo dobro jednom prilikom i malo šire pozabaviti njima 🙂