|
|
|
|
|
| Теги статьи: |
Ампервольтметр из Поднебесной. Лабораторная работа.
Автор: Антоколь
Опубликовано 14.05.2013
Создано при помощи КотоРед.
В Интернет-магазинах Китая доступны недорогие цифровые вольтметры с использованием трехразрядных цифровых светодиодных индикаторов.
Вольтметры попадались двух типоразмеров: 48 x 30 x 22мм и 36.6 х 14.8 х12мм.
Более крупный выполнен в черном пластмассовом корпусе и просто устанавливается в окно, вырезанное в передней панели блока питания. Маленький вольтметр бескорпусной и крепится за «ушки» печатной платы.
Питаются приборы постоянным током при напряжении от 4 до 30 В (через встроенный интегральный стабилизатор) и измеряют постоянное напряжение до 30 или 99,9 В.
Подробные характеристики вольтметров выложены на сайтах продавцов. На одном из сайтов приводится принципиальная схема одного из таких вольтметров.
Вольтметр собран на микроконтроллере STM8. В приведенной схеме входной делитель напряжения состоит из последовательно соединённых резисторов R1 и R2 (390 кОм и 10 кОм). Нетрудно посчитать, что при подаче 1 В на вход делителя на измерительный вход процессора подается напряжение 0,025 В. (Ток делителя I=U:R = 1: (390k+10k)=0,0025 mA; падение напряжения на R2=I*R=0,0025 mA * 10k= 0,025B).
Если в блоке питания в цепь выходного тока поставить измерительный резистор величиной 0,025 Ома, то при протекании по нему тока в 1А, на измерительном резисторе упадет напряжение 0,025 В. И если это напряжение подать на R2, то индикатор вольтметра покажет единицу (1 Ампер). Таким образом, вольтметр превратился в амперметр.
Можно установить тумблер и переключать измеритель в режим вольтметра или амперметра по приводимой ниже схеме. Коммутировать приходится три цепи:
- штатный вход вольтметра;
- дополнительный вход измерителя (измерительный вход процессора);
- общий провод вольтметра.
Для того, чтобы использовать в качестве переключателя двухполюсный тумблер, пришлось пойти на некоторое ухищрение – добавить «свой» резистор Rдоб 330кОм в цепи входного делителя напряжения. Штатный вход вольтметра при этом не используется и не коммутируется.
На схеме показано включение в «минусовую» цепь источника питания. Так Rизмер включается в импульсных (компьютерных) блоках питания (при их переделке в различные блоки питания, используемые для радиолюбительских целей), где этот измерительный резистор одновременно используется как датчик тока в схеме регулировки выходного тока.
Вывод «-Uпит», показанный на схеме, никуда не подключается, «минус» питания прибор получает через переключатель измерительной цепи. Поскольку при этом коммутируется «минусовой» провод питания вольтметра, то в момент переключения индикаторы прибора кратковременно гаснут.
Следует учесть, что при встраивании измерителя в лабораторный блок питания, прибор начнет работать только при достижении минимального напряжения на его выходе около 4 Вольт. Для зарядного аккумуляторного устройства это несущественно. Для лабораторного блока питания измеритель придется запитать от автономного источника питания, гальванически не связанного с блоком питания.
Решения могут быть различные – выпрямители на отдельной обмотке на трансформаторе, на отдельном маленьком трансформаторе от, так называемых, «адаптеров» питания, плата из телефонной зарядки или просто подходящая батарейка.
В принципе, измерительный резистор Rизмер можно включить и в «плюсовую» цепь блока питания с учетом того, что при этом вольметр-амперметр также придется «запитать» от автономного источника питания, гальванически не связанного с блоком питания (иначе на измерительный вход процессора в режиме измерения тока подается весь потенциал выходного напряжения и процессор выйдет из строя).
При коротком замыкании выходных клемм источника питания, при «переполюсовке» подключения аккумуляторной батареи к зарядному устройству (если выпрямитель собран по мостовой схеме) через измерительный резистор до сгорания защитного предохранителя протекает большой ток короткого замыкания и на резисторе выделяется импульс напряжения, который может повредить процессор.
На первый взгляд, видны два решения по защите процессора.
Первый («организационный» и наиболее простой) – вместо тумблера, переключающего измеритель в режимы «вольтметр» - «амперметр» установить не фиксируемую кнопку и ток измерять при нажатом состоянии кнопки. Так как «переполюсовка» и короткое замыкание происходят чаще всего при подключении-отключении нагрузки и руки оператора заняты этим процессом, то кнопка переключения измерителя будет в отжатом состоянии «вольтметр» и прибор не пострадает.
Второй – схемотехнический. Установить параллельно измерительному резистору (входу измерителя) быстродействующее электронное устройство, защищающее от превышения допустимого напряжения на входе измерительного входа процессора, например, супрессор или стабилитрон.
Мне попадались вольтметры с делителем 330 кОм и 10 кОм. Поскольку в качестве измерительного резистора в схеме переделанного компьютерного блока питания у меня уже использовался стандартный 5-тиВаттный резистор 0,1 Ома в керамическом корпусе, то падение напряжения на нем было слишком большим для подачи на процессор. Пришлось параллельно измерительному резистору подключить многооборотный малогабаритный потенциометр («под руку подвернулся» на 100 Ом) и по «образцовому» тестеру выставить показания на индикаторе.
Этот способ можно использовать и в случае применения самодельного некалиброванного измерительного резистора.
В продаже имеются вольтметры, позиционируемые изготовителем как «вольтметры для встраивания на панель автомобиля для измерения напряжения бортовой сети» с верхним измеряемым пределом 24В. У них всего два вывода (черный «минус» и красный «плюс»). В этих вольтметрах вход делителя соединен с «плюсом» питания печатным проводником, который легко перерезать. В таком вольтметре делитель стоит 91 кОм и 10 кОм. То есть в качестве измерительного резистора хорошо подходит 5-Ваттный резистор в керамическом корпусе номиналом 0,1 Ом.
Вольтметры различных изготовителей отличаются принципиальными схемами и применяемыми процессорами, но принцип их использования в качестве амперметра остается прежним.
Ниже по тексту приведены фотоснимки плат вольтметров, попавших в руки автора. На них указано расположение резисторов входного делителя и место входа измерителя.
«Большой» вольтметр с тремя выводами (маркировка на плате отсутствует).
«Большой» вольтметр на плате YB27_v1.4.
Схема входного делителя напряжения с потенциометром. Нумерация элементов условная, не совпадающая с маркировкой на печатной плате. Стабилитрон VD2 – дополнительно устанавливаемый для защиты входа процессора от превышения напряжения на нем.
Внешний вид платы
«Маленький» вольтметр на плате V20D-2P-1.1. Схема входного делителя напряжения с потенциометром.
В заключение фотоснимок устройства для зарядки аккумуляторов, изготовленного из компьютерного блока питания со встроенным вольтметром-амперметром. Верхний блок - зарядное устройство, нижний - электронная нагрузка.
Буду рад, если кому-нибудь из коллег-радиолюбителей материалы лабораторной работы пригодятся. Удачи!
Все вопросы в Форум.