Ampère-voltmeter uit het Middenrijk. Laboratorium werk.

Goedkopere exemplaren zijn verkrijgbaar in online winkels in China digitale voltmeters met behulp van driecijferige digitale LED-indicatoren.

Voltmeters waren er in twee maten: 48 x 30 x 22 mm en 36,6 x 14,8 x 12 mm.

De grotere is gemaakt in een zwarte plastic behuizing en wordt eenvoudigweg geïnstalleerd in een uitgesneden venster in het voorpaneel van de voeding. De kleine voltmeter heeft geen frame en is bevestigd aan de “oren” van de printplaat.

Apparaten worden van stroom voorzien gelijkstroom bij spanningen van 4 tot 30 V (via een ingebouwde geïntegreerde stabilisator) en meet gelijkspanningen tot 30 of 99,9 V.

Gedetailleerde kenmerken van voltmeters worden op de websites van de verkopers geplaatst. Op een van de sites staat een schematisch diagram van een van deze voltmeters.

De voltmeter is gemonteerd op een STM8-microcontroller. In het bovenstaande circuit bestaat de ingangsspanningsdeler uit in serie geschakelde weerstanden R1 en R2 (390 kOhm en 10 kOhm). Het is eenvoudig te berekenen dat wanneer er 1 V wordt aangelegd op de deleringang, er een spanning van 0,025 V wordt aangelegd op de meetingang van de processor (delerstroom I=U:R = 1: (390k+10k)=0,0025 mA. spanningsval over R2=I*R =0,0025 mA * 10k= 0,025V).

Als er een meetweerstand van 0,025 Ohm in het uitgangsstroomcircuit van de voeding wordt geplaatst, dan zal als er een stroom van 1A doorheen vloeit, er een spanning van 0,025 V over de meetweerstand vallen R2, dan geeft de voltmeterindicator één aan (1 Ampère). Zo veranderde de voltmeter in een ampèremeter.

U kunt een tuimelschakelaar installeren en de meter in de voltmeter- of ampèremetermodus zetten volgens het onderstaande diagram. Er moeten drie circuits worden geschakeld:

Reguliere entree voltmeter;

Extra meteringang (processor meetingang);

Gemeenschappelijke draad van de voltmeter.

Om een ​​tweepolige tuimelschakelaar als schakelaar te gebruiken, moest ik mijn toevlucht nemen tot een truc: het toevoegen van "mijn eigen" weerstand R ext 330 kOhm in het ingangsspanningsdelercircuit. De standaard voltmeteringang wordt niet gebruikt en niet geschakeld.

Het diagram toont de aansluiting op het "negatieve" circuit van de stroombron. Dus R meting ingeschakeld in schakelende (computer)voedingen (wanneer deze worden omgebouwd tot diverse blokken voedingen gebruikt voor amateurradiodoeleinden), waarbij deze meetweerstand tegelijkertijd wordt gebruikt als stroomsensor in het uitgangsstroomregelcircuit.

De in het diagram weergegeven “-Upit”-aansluiting is nergens aangesloten; het apparaat krijgt “minus”-stroom via de schakelaar van het meetcircuit. Omdat de "negatieve" stroomdraad van de voltmeter wordt geschakeld, gaan op het moment van schakelen de apparaatindicatoren kort uit.

Opgemerkt moet worden dat wanneer de meter in een laboratoriumvoeding is ingebouwd, het apparaat pas zal gaan werken als het zover is minimale spanning de output is ongeveer 4 volt. Voor oplader batterij apparaat het is niet van belang. Voor laboratorium blok De meter moet van stroom worden voorzien autonome bron voeding die niet galvanisch op de voeding is aangesloten.

Oplossingen kunnen verschillend zijn: gelijkrichters op een aparte wikkeling van een transformator, op een aparte kleine transformator van de zogenaamde stroomadapters, een bord van een telefoonoplader of gewoon een geschikte batterij.

Kortom, de meetweerstand R meting kan ook worden opgenomen in het “positieve” circuit van de voeding, rekening houdend met het feit dat in dit geval de voltmeter-ampèremeter ook zal moeten worden “gevoed” vanuit een autonome stroombron die niet galvanisch is verbonden met de voeding (anders zal het volledige potentieel van de uitgangsspanning en de processor uitvallen).

Als de uitgangsklemmen van de stroombron kortgesloten zijn, als de aansluiting “omgedraaid” is batterij Naar oplader(als de gelijkrichter is gemonteerd met behulp van een brugcircuit) stroomt door de meetweerstand totdat de beschermende zekering doorbrandt hoge stroom kortsluiting en er komt een spanningspuls vrij over de weerstand, waardoor de processor beschadigd kan raken.

Op het eerste gezicht zijn twee oplossingen zichtbaar om de processor te beschermen.

De eerste ("organisatorische" en de eenvoudigste) - in plaats van een tuimelschakelaar die de meter in de "voltmeter" - "ampèremeter" -modi schakelt, installeer een niet-vaste knop en meet de stroom wanneer de knop wordt ingedrukt. Omdat “polariteitsomkering” en kortsluiting het vaakst voorkomen bij het aansluiten of loskoppelen van een belasting en de handen van de operator bezig zijn met dit proces, zal de meterschakelaarknop in de ingedrukte toestand in de “voltmeter”-status staan ​​en zal het apparaat niet beschadigd raken .

De tweede is circuitontwerp. Installeer parallel aan de meetweerstand (meteringang) een hoge snelheid elektronisch apparaat, beschermen tegen overdaad toegestane spanning aan de ingang van de meetingang van de processor bijvoorbeeld een suppressor of een zenerdiode.

Ik kwam voltmeters tegen met een verdeler van 330 kOhm en 10 kOhm. Omdat als meetweerstand in de omgebouwde schakeling computereenheid voeding Ik heb al een standaard 5 Watt 0,1 Ohm weerstand gebruikt keramische behuizing, dan was de spanningsval erover te groot om aan de processor te leveren. Ik moest een kleine multiturn-potentiometer van klein formaat parallel aansluiten op de meetweerstand (er was er een van 100 Ohm bij de hand) en de meetwaarden op de indicator instellen met behulp van een "model" -tester.

Deze methode kan ook worden gebruikt bij gebruik van een zelfgemaakte, ongekalibreerde meetweerstand.

Er zijn voltmeters te koop die door de fabrikant zijn gepositioneerd als “voltmeters voor installatie op een autopaneel om de spanning te meten netwerk aan boord» met een gemeten bovengrens van 24V. Ze hebben slechts twee terminals (zwarte “min” en rode “plus”). Bij deze voltmeters is de ingang van de verdeler via een gedrukte geleider, die gemakkelijk door te knippen is, verbonden met de “plus” van de voeding. In zo'n voltmeter kost de verdeler 91 kOhm en 10 kOhm. Dat wil zeggen dat een weerstand van 5 W in een keramische behuizing met een nominale waarde van 0,1 Ohm zeer geschikt is als meetweerstand.

Voltmeters van verschillende fabrikanten variëren schakelschema's en de gebruikte processors, maar het principe van hun gebruik als ampèremeter blijft hetzelfde.

Hieronder in de tekst staan ​​foto's van voltmeterborden die in handen van de auteur zijn gevallen. Ze geven de locatie van de ingangsdelerweerstanden en de locatie van de meteringang aan.

Voor mijn volgende project (het ombouwen van een ATX 580W-voeding naar een laboratoriumvoeding) kocht ik de bovengenoemde indicator. Het was niet meteen en op het juiste moment dat duidelijk werd dat zijn stroominvoer galvanisch verbonden was met de min-ingang van de shunt. Dit introduceert een merkbare fout wanneer de indicator wordt gevoed door dezelfde bron waarvan de stroom wordt gemeten (fout tot een ampère met mijn 50A-shunt!). Het was natuurlijk mogelijk om nog een werkstation te installeren en de indicator van daaruit van stroom te voorzien, maar het leek mij te gewaagd en ik besloot de indicator zelf te hacken.

Zoekend op internet vond ik zijn tweelingbroer YB27VA en de zijne standaard diagram. Ik zal meteen zeggen dat het circuit van mijn apparaat iets anders is. De essentie van de wijziging is het ontkoppelen van de differentiële invoer operationele versterker ad8605 (gemarkeerd als B3A) van de gemeenschappelijke stroomdraad. Om opnieuw te maken heb je basisvaardigheden op het gebied van reverse engineering nodig (om ervoor te zorgen dat het circuit hetzelfde is), het solderen van kleine onderdelen en kennis van de wet van Ohm :)

Schema vóór wijziging:

De snijpaden zijn rood gemarkeerd. Ik besloot weerstand R6 achterwege te laten, omdat het erop lijkt dat deze alleen nodig is zodat de ampèremeter "0" aangeeft wanneer de shunt is losgekoppeld. Ook het overzetten van de ad8605 voeding (2 poten) is niet nodig (afgaande op de tests in de simulator).

De tweede wijziging lost het probleem op dat verband houdt met het feit dat de indicator de eerste ~180 mA stroom niet "ziet", dat wil zeggen dat wanneer 1A op de shunt wordt toegepast, het apparaat 0,8A weergeeft, als 0,2 wordt toegepast en dan nul enz. Dit komt door de ingangsbias van de opamp en ADC. Het kan worden berekend door de weerstand van de shunt te kennen en de hoeveelheid waarmee het apparaat "ligt". Ik kreeg 270 µV aan de ingang van de op-amp. Deze bias kan eenvoudig kunstmatig worden gecreëerd door één weerstand aan het circuit toe te voegen, waardoor het apparaat vanaf nul begint te meten.

In mijn geval was het nodig om een ​​weerstand van 1140 kOhm van de geïntegreerde 3V-stabilisator toe te voegen aan de “+” ingang van de op-amp. Deze weerstand vormt samen met R7 en de shunt een verdeler die de initiële bias instelt.

De samengestelde weerstand bleek precies zoveel te zijn als nodig vanwege de fout van een van hen :)

Als gevolg hiervan meet hij nu vanaf 50 mA tot 50 A met een minimale stap van ongeveer 20 mA (0 wordt ook weergegeven). Lineariteit stelt ook niet teleur, maar soms mist het er een, het springt bijvoorbeeld van 0,12 naar 0,14.

De bereikte nauwkeurigheid verraste mij aangenaam; het bleek een echte te zijn meter, die in laboratorium-BP als hoofdindicator kan worden gebruikt. Waar je zelfs op kunt vertrouwen :) (dit geldt volgens ten minste, huidig). Het is niet duidelijk waarom de Chinezen besloten te besparen op een paar goedkope onderdelen. Hun kosten zijn duidelijk een orde van grootte lager dan die van andere componenten, bijvoorbeeld dezelfde ad8605. Gebruik goede apparatuur :)

Meer foto's met meetresultaten:

P.S. Ik stond op het punt een artikel te publiceren, maar ik besloot te controleren: hoe gaat het met de spanning? Het bleek dat de situatie ook niet goed was: het apparaat lag op 0,1 V, en dit kon niet elegant worden opgelost, omdat de onderste weerstand een afstemweerstand was. Maar ik heb daar nog steeds een weerstand van 20 MΩ gesoldeerd en het resultaat beviel mij)

Het paste niet helemaal in mijn stroomvoorziening (de meetwaarden zijn niet vanaf nul - maar dit is de prijs die moet worden betaald voor de stroom van het circuit dat wordt gemeten), maar het is niet duur.
Ik besloot het mee te nemen en het ter plekke uit te zoeken.

Voltmetermodulediagram

Bestand aanwezig...

2. Na wijziging volgens conclusie 1 neemt het bereik van de gemeten spanning toe tot 99,9 V (voorheen werd dit beperkt door de maximale ingangsspanning van de DA1-stabilisator - 30 V). De ingangsdelerverhouding is ongeveer 33, wat ons een maximum van 3 volt geeft aan de DD1-ingang bij 99,9V aan de deleringang. Ik heb maximaal 56V geleverd - ik heb er geen meer, er is niets doorgebrand :-), maar de fout nam ook toe.

4. Om het punt te verplaatsen of volledig uit te schakelen, moet u de R13 10 kOhm CHIP-weerstand, die zich naast de transistor bevindt, lossolderen en in plaats daarvan een gewone 10 kOhm 0,125 W-weerstand solderen tussen de weerstand die het verst verwijderd is van de trimmende CHIP-weerstand. contactpad en de bijbehorende stuursegmentuitgang DD1 - 8, 9 of 10.
Normaal gesproken licht de stip op bij het middelste cijfer en is de basis van transistor VT1 via een 10 kOhm CHIP met de pin verbonden. 9DD1.

De door de voltmeter verbruikte stroom was ongeveer 15 mA en varieerde afhankelijk van het aantal verlichte segmenten.
Na de beschreven wijziging zal al deze stroom worden verbruikt van een externe stroombron, zonder het gemeten circuit te belasten.

Totaal

Fabrieksstaat

Met gedesoldeerde indicator, vooraanzicht