Как из мультиметра сделать вольтметр. Вольтметр и амперметр для блока питания из мультиметра

Управления запятыми

1. перемычка с "BATT +" (верхний вывод R8) на нижний вывод R2. Результат будет такой:
2. перемычка с "BATT +" (верхний вывод R8) на нижний вывод R3. Результат будет такой:
3. перемычка с "BATT +" (верхний вывод R8) на нижний вывод R4. Результат будет такой:
4. если перемычку не устанавливать вовсе - значок "HV" отображаться не будет.

Делитель для вольтметра

Что получилось в результате

• диапазоном входных напряжений -199-0-199 мв (измеряются обе полярности с индикацией знака);
• индикацией перегрузки;
• ошибка линейности не более ±0,2 единицы;
• ошибка установки нуля не более ±0,2 единицы;
• входной ток не более 1pA (типовое значение для ICL7106/7107), соответствующее величине входного сопротивления гарантированно в сотни мегаом;
• ток потребления вольтметра - около 1мА по каждому плечу, что соответствует наработке в сотни часов от стандартной "Кроны".
• ФНЧ на входе (R6 1Мом и C3 0,1мкФ) обеспечивает время установления 0,1 сек.
  

Применение

Термометр -55...+150С с разрешением 0.1С

Принципиальная схема термометра

Диапазон рабочих температур, погрешность и индекс микросхемы

Здравствуй дорогой читатель. Иногда возникает необходимость иметь «под рукой» небольшой простенький вольтметр. Сделать такой вольтметр своими руками не составит большого труда.

О пригодности вольтметра для измерения напряжений в тех или иных цепях судят по его входному сопротивлению, которое складывается из сопротивления рамки стрелочного прибора и сопротивления добавочного резистора. Так как на разных пределах добавочные резисторы имеют разные номиналы, то и входное сопротивление прибора будет другим. Чаще вольтметр оценивают его относительным входным сопротивлением, характеризующим отношение входного сопротивления прибора к 1В измеряемого напряжения, например 5кОм/В. Это удобнее: входное сопротивление вольтметра на разных пределах измерений разное, а относительное входное сопротивление постоянное. Чем меньше ток полного отклонения стрелки измерительного прибора Iи, используемого в вольтметре, тем больше будет его относительное входное сопротивление, тем точнее будут производимые им измерения. В транзисторных конструкциях приходится измерять напряжение от долей вольта до нескольких десятков вольт, а в ламповых еще больше. Поэтому однопредельный вольтметр неудобен. Например, вольтметром со шкалой на 100В нельзя точно измерить даже напряжения 1- 5В, так как отклонение стрелки получится малозаметным. Поэтому нужен вольтметр, имеющий хотя бы три — четыре предела измерений. Схема такого вольтметра постоянного тока показана на рис.1. Наличие четырех добавочных резисторов R1, R2, R3 и R4 свидетельствует о том, что вольтметр имеет четыре предела измерений. В данном случае первый предел 0-1В, второй 0-10В, третий 0-100В и четвертый 0-1000В.
Сопротивления добавочных резисторов можно рассчитать по формуле, вытекающей из закона Ома: Rд= Uп/Iи — Rп, здесь Uп — наибольшее напряжение данного предела измерений, Iи – ток полного отклонения стрелки измерительной головки, а Rп – сопротивление рамки измерительной головки. Так, например, для прибора на ток Iи = 500мкА (0,0005А) и рамкой сопротивлением 500 Ом сопротивление добавочного резистора R1, для предела 0-1В должно быть 1,5кОм, для предела 0-10В — 19,5кОм, для предела 0-100В — 199,5кОм, для предела 0-1000 – 1999,5кОм. Относительное входное сопротивление такого вольтметра будет 2кОм/В. Обычно, в вольтметр монтируют добавочные резисторы с номиналами, близкими с расчетными. Окончательно же «подгонку» их сопротивлений производят при градуировке вольтметра путем подключения к ним параллельно или последовательно других резисторов.

Если вольтметр постоянного тока дополнить выпрямителем, преобразующим переменное напряжение в постоянное (точнее — пульсирующее), получим вольтметр переменного тока. Возможная схема такого прибора с однополупериодным выпрямителем показана на рис.2. Работает прибор следующим образом. В те моменты времени, когда на левом (по схеме) зажиме прибора положительная полуволна переменного напряжения, ток идет через диод Д1 и далее через микроамперметр к правому зажиму. В это время диод Д2 закрыт. Во время положительной полуволны на правом зажиме, диод Д1 закрывается, и положительные полуволны переменного напряжения замыкаются через диод Д2, минуя микроамперметр.
Добавочный резистор Rд рассчитывают так же, как и для постоянных напряжений, но полученный результат делят на 2,5-3, если выпрямитель прибора однополупериодный, или на 1,25-1,5, если выпрямитель прибора двухполупериодный — рис.3. Более точно сопротивление этого резистора подбирают опытным путем во время градуировки шкалы прибора. Можно рассчитать Rд и по другим формулам. Сопротивление добавочных резисторов вольтметров выпрямительной системы, выполненных по схеме на рис.2, вычисляют по формуле:
Rд = 0,45*Uп/Iи – (Rп + rд);
Для схемы на рис.3 формула имеет вид:
Rд = 0,9*Uп/Iи – (Rп + 2rд); где rд – сопротивление диода в прямом направлении.
Показания приборов выпрямительной системы пропорциональны средне выпрямленному значению измеряемых напряжений. Шкалы же их градуируют в среднеквадратических значения синусоидального напряжения, поэтому показания приборов выпрямительной системы равны среднеквадратичному значению напряжения лишь при измерении напряжений синусоидальной формы. В качестве выпрямительных диодов используются германиевые диоды Д9Д. Такими вольтметрами можно измерять и напряжение звуковой частоты до нескольких десятков килогерц. Шкалу для самодельного вольтметра можно начертить с помощью программы FrontDesigner_3.0_setup.

Любителям сделать все своими руками предлагается простой тестер на основе микроамперметра М2027-М1, у которого диапазон измерения 0-300 мкА, внутреннее сопротивление 3000 Ом, класс точности 1,0.

Необходимые детали

Это тестер, имеющий магнитоэлектрический механизм для измерения тока, поэтому он мерит только постоянный ток. Подвижная катушка со стрелкой крепится на растяжках. Применяется в аналоговых электроизмерительных приборах.

Найти на блошином рынке или купить в магазине радиодеталей проблем не составит. Там же можно приобрести и остальные материалы и компоненты, а также приставки к мультиметру. Кроме микроамперметра потребуется:

Если человек решил сделать себе мультиметр своими руками, значит, других измерительных приборов у него нет. Исходя из этого, и будем дальше действовать.

Выбор диапазонов измерения и вычисление номиналов резисторов

Определим для тестера диапазон измеряемых напряжений. Выберем три самых распространенных, покрывающих большинство потребностей радиолюбителя и домашнего электрика. Это диапазоны от 0 до 3 В, от 0 до 30 В и от 0 до 300 В.

Максимальный ток, проходящий через самодельный мультиметр равен 300 мкА. Поэтому задача сводится к подбору добавочного сопротивления, при котором стрелка отклонится на полную шкалу, а на последовательную цепочку Rд+ Rвн будет подано напряжение, соответствующее предельному значению диапазона.

То есть на диапазоне 3 В Rобщ=Rд+Rвн= U/I= 3/0,0003=10000 Ом,

где Rобщ – это общее сопротивление, Rд – добавочное сопротивление, а Rвн – внутреннее сопротивление тестера.

Rд=Rобщ-Rвн=10000-3000=7000 Ом или 7кОм.

На диапазоне 30 В общее сопротивление должно быть равно 30/0,0003=100000 Ом

Rд=100000-3000=97000 Ом или 97 кОм.

Для диапазон 300 В Rобщ=300/0,0003=1000000 Ом или 1 мОм.

Rд=1000000-3000=997000 Ом или 997 кОм.

Для измерения токов выберем диапазоны от 0 до 300 мА, от 0 до 30 мА и от 0 до 3 мА. В этом режиме шунтирующее сопротивление Rш подсоединяется к микроамперметру параллельно. Поэтому

Rобщ=Rш*Rвн/(Rш+Rвн).

А падение напряжения на шунте равно падению напряжения на катушке тестера и равно Uпр=Uш=0,0003*3000=0,9 В.

Отсюда в интервале 0…3 мА

Rобщ=U/I=0,9/0,003=300 Ом.

Тогда
Rш=Rобщ*Rвн/(Rвн-Rобщ)=300*3000/(3000-300)=333 Ом.

В диапазоне 0…30 мА Rобщ=U/I=0,9/0,030=30 Ом.

Тогда
Rш=Rобщ*Rвн/(Rвн-Rобщ)=30*3000/(3000-30)=30,3 Ом.

Отсюда в интервале 0…300 мА Rобщ=U/I=0,9/0,300=3 Ом.

Тогда
Rш=Rобщ*Rвн/(Rвн-Rобщ)=3*3000/(3000-3)=3,003 Ом.

Подгонка и монтаж

Чтобы сделать тестер точным, нужно подогнать номиналы резисторов. Эта часть работы самая кропотливая. Подготовим плату для монтажа. Для этого надо расчертить ее на квадратики размером сантиметр на сантиметр или немного меньше.

Затем, сапожным ножом или чем-нибудь подобным по линиям прорезается медное покрытие до основы из стеклотекстолита. Получились изолированные контактные площадки. Отметили, где будут расположены элементы, получилось подобие монтажной схемы прямо на плате. В дальнейшем, к ним будут припаяны элементы тестера.

Чтобы самодельный тестер выдавал правильные показания с заданной погрешностью, все его компоненты должны иметь характеристики по точности такие же, как минимум, и даже выше.

Внутреннее сопротивление катушки в магнитоэлектрическом механизме микроамперметра будем считать равным заявленным в паспорте 3000 Ом. Количество витков в катушке, диаметр провода, электропроводность металла, из которого сделана проволока известны. Значит, данным завода-изготовителя верить можно.

А вот напряжения батареек на 1,5 В могут немного отличаться от заявленных производителем, а знание точного значения напряжения потом потребуются для измерения тестером сопротивления резисторов, кабелей и других нагрузок.

Определение точного напряжения батарейки

Для того чтобы самому выяснить действительное напряжение батарейки потребуется хотя бы один точный резистор номиналом 2 или 2,2 кОм с погрешностью 0,5%. Этот номинал резистора выбран из-за того, что при последовательном подключении с ним микроамперметра, общее сопротивление цепи составит 5000 Ом. Следовательно, проходящий через тестер ток будет около 300 мкА, и стрелка отклонится на полную шкалу.

I=U/R=1,5/(3000+2000)=0,0003 А.

Если тестер покажет, к примеру, 290 мкА, значит, напряжение батареи равно

U=I*R=0,00029(3000+2000)=1,45 В.

Теперь зная точное напряжение на батарейках, имея одно точное сопротивление и микроамперметр можно подобрать необходимые номиналы сопротивления шунтов и добавочных резисторов.

Сбор блока питания

Блок питания для мультиметра собирается из двух последовательно соединенных батареек по 1,5 В. После этого к нему подключается последовательно микроамперметр и предварительно отобранный по номиналу резистор в 7 кОм.

Тестер должен показать значение близкое к предельному току. Если прибор зашкалит, то последовательно к первому резистору необходимо подсоединить второй, маленького номинала.

Если показания меньше 300 мкА, то параллельно к этим двум резисторам, подключают сопротивление большого номинала. Это уменьшит общее сопротивление добавочного резистора.

Такие операции продолжаются до тех пор, пока стрелка не установится на пределе шкалы в 300 мкА, что сигнализирует о точной подгонке.

Для подбора точного резистора на 97 кОм, выбираем ближайший, подходящий по номиналу, и проделываем те же процедуры, что и с первым на 7 кОм. Но так как здесь необходим источник питания 30 В, то потребуется переделка питания мультиметра из батарей на 1,5 В.

Собирается блок с выходным напряжением 15-30 В, на сколько хватит. К примеру, получилось 15 В, тогда всю подгонку делают из расчета, что стрелка должна стремится к показанию 150 мкА, то есть к половине шкалы.

Это допустимо, так как шкала тестера при измерении тока и напряжения линейная, но желательно работать с полным напряжением.

Для регулировки добавочного резистора в 997 кОм для диапазона 300 В понадобятся генераторы постоянного тока или напряжения. Их можно использовать и как приставки к мультиметру при измерении сопротивлений.

Номиналы резисторов: R1=3 Ом, R2=30,3 Ом, R3=333 Ом, R4 переменный на 4,7 кОм, R5=7 кОм, R6=97 кОм, R7=997 кОм. Подбираются подгонкой. Питание 3 В. Монтаж можно сделать навеской элементов прямо на плате.

Разъем можно установить на боковой стенке коробки, в которую врезается микроамперметр. Щупы изготавливаются из одножильного медного провода, а шнуры к ним из многожильного.

Подключение шунтов осуществляется перемычкой. В результате из микроамперметра получается тестер, которым можно мерить все три основных параметра электрического тока.