Прелюдія
Вивчаючи якось безкраї простори Інтернету на предмет китайських корисностей, я натрапив на модуль цифрового вольтметра:Китайці викотили ось такі ТТХ: 3-digit red color display; Voltage: 3.2~30V; Working temperature: -10~65"C. Application: Voltage testing.
Не зовсім він мені підходив до блоку живлення (показання не від нуля - але це розплата за харчування від вимірюваного ланцюга), зате недорого.
Вирішив взяти та розбиратися на місці.
Схема модуля вольтметра
На перевірку модуль виявився не такий уже й поганий. Випаяв індикатор, змалював схему (нумерація деталей показана умовно):На жаль, чіп залишився невідомим - маркування відсутнє. Можливо, це якийсь мікроконтролер. Номінал конденсатора С3 невідомий, випоювати міряти не став. С2 - приблизно 0.1мк, теж не випаював.
Обробити напилком за місцем...
А тепер про доробки, які необхідні, щоб довести цей "показиметр" до пуття.
1. Щоб він почав вимірювати напругу менше 3 Вольт, потрібно випаяти резистор-перемичку R1 і на її правий (за схемою) контактний майданчик подати напругу 5-12В із зовнішнього джерела (вище можна, але небажано – стабілізатор DA1 сильно гріється). Мінус зовнішнього джерела подати на загальний провід схеми. Вимірювану напругу подавати на штатний провід (який був спочатку припаяний китайцями).
2. Після доопрацювання по п.1 діапазон вимірюваної напруги збільшується до 99.9В (раніше він був обмежений максимальною вхідною напругою стабілізатора DA1 - 30В). Коефіцієнт поділу вхідного дільника близько 33, що дає нам максимально 3 вольти на вході DD1 при 99,9 на вході дільника. Я подавав максимум 56В - більше у мене нема, нічого не згоріло :-), але й похибка зросла.
4. Щоб перемістити або зовсім вимкнути точку, потрібно випаяти ЧІП-резистор R13 10кОм, який знаходиться поряд з транзистором і замість нього запаяти звичайний резистор 10кОм 0.125Вт між дальньою від підстроювального ЧИП-резистора контактним майданчиком 9 чи 10.
Штатно точка засвічується на середній цифрі та база транзистора VT1 відповідно через ЧІП 10кОм підключена до вив. 9 DD1.
Струм, споживаний вольтметром, становив близько 15мА і змінювався залежно від кількості засвічених сегментів.
Після описаної переробки весь цей струм споживатиметься від зовнішнього джерела живлення, не навантажуючи ланцюг, що вимірюється.
Разом
І на завершення ще кілька фото вольтметра.
Заводський стан
З випаяним індикатором, вид спереду
З випаяним індикатором, вид ззаду
Індикатор тонований автомобільною плівкою (20%) для зменшення яскравості і поліпшення видимості індикатора на світлі.
Дуже рекомендую його затонувати. Обрізки тонувальної плівки вам із задоволенням дадуть безкоштовно в будь-якому автосервісі, що займається тонуванням.
Також в Інтернеті зустрічаються інші модифікації цього модуля, але суть переробок від цього не змінюється - якщо Вам попався не такий модуль, просто скоригуйте схему по платі, випаяючи індикатор або продзвонивши ланцюга тестером і вперед!
Аматорам зробити все своїми руками пропонується простий тестер на основі мікроамперметра М2027-М1, у якого діапазон вимірювання 0-300 мкА, внутрішній опір 3000 Ом, клас точності 1,0.
Необхідні деталі
Це тестер, що має магнітоелектричний механізм для вимірювання струму, тому він вимірює тільки постійний струм. Рухома котушка зі стрілкою кріпиться на розтяжках. Застосовується в аналогових електровимірювальних приладах.
Знайти на блошиному ринку або купити в магазині радіодеталей проблем не складе. Там можна придбати й інші матеріали і компоненти, і навіть приставки до мультиметру. Крім мікроамперметра потрібно:
Якщо людина вирішила зробити собі мультиметр своїми руками, то інших вимірювальних приладів у нього немає. Виходячи з цього, і далі діятимемо.
Вибір діапазонів вимірювання та обчислення номіналів резисторів
Визначимо для тестера діапазон вимірюваної напруги. Виберемо три найпоширеніших, які покривають більшість потреб радіоаматора та домашнього електрика. Це діапазони від 0 до 3, від 0 до 30 В і від 0 до 300 В.
Максимальний струм, що проходить через саморобний мультиметр, дорівнює 300 мкА. Тому завдання зводиться до підбору додаткового опору, при якому стрілка відхилиться на повну шкалу, а на послідовний ланцюжок Rд + Rвн буде подано напругу, що відповідає граничному значенню діапазону.
Тобто на діапазоні 3 Rзаг = Rд + Rвн = U / I = 3 / 0,0003 = 10000 Ом,
де Rзаг – це загальний опір, Rд – додатковий опір, а Rвн – внутрішній опір тестера.
Rд=Rзаг-Rвн=10000-3000=7000 Ом або 7кОм.
На діапазоні 30 У загальний опір має дорівнювати 30/0,0003=100000 Ом
Rд=100000-3000=97000 Ом чи 97 кОм.
Для діапазон 300 В Rзаг = 300/0,0003 = 1000000 Ом або 1 мОм.
Rд=1000000-3000=997000 Ом чи 997 кОм.
Для вимірювання струмів виберемо діапазони від 0 до 300 мА, від 0 до 30 мА та від 0 до 3 мА. У цьому режимі шунтуючий опір Rш приєднується до мікроамперметра паралельно. Тому
Rобщ=Rш*Rвн/(Rш+Rвн).
А падіння напруги на шунті дорівнює падінню напруги на котушці тестера і дорівнює Uпр = Uш = 0,0003 * 3000 = 0,9 Ст.
Звідси в інтервалі 0…3 мА
Rзаг=U/I=0,9/0,003=300 Ом.
Тоді
Rш=Rзаг*Rвн/(Rвн-Rзаг)=300*3000/(3000-300)=333 Ом.
У діапазоні 0 ... 30 мА Rзаг = U / I = 0,9 / 0,030 = 30 Ом.
Тоді
Rш = Rобщ * Rвн / (Rвн-Rобщ) = 30 * 3000 / (3000-30) = 30,3 Ом.
Звідси інтервалі 0…300 мА Rобщ=U/I=0,9/0,300=3 Ом.
Тоді
Rш=Rзаг*Rвн/(Rвн-Rзаг)=3*3000/(3000-3)=3,003 Ом.
Підганяння та монтаж
Щоб зробити тестер точним, необхідно підігнати номінали резисторів. Ця частина роботи найдбайливіша. Підготуємо платню для монтажу. Для цього треба розкреслити її на квадратики розміром на сантиметр на сантиметр або трохи менше.
Потім, шевським ножем або чимось подібним до ліній прорізається мідне покриття до основи зі склотекстоліту. Вийшли ізольовані контактні майданчики. Зазначили, де будуть розташовані елементи, вийшла подібність монтажної схеми прямо на платі. Надалі до них будуть припаяні елементи тестера.
Щоб саморобний тестер видавав правильні показання із заданою похибкою, всі його компоненти повинні мати характеристики точності такі ж, як мінімум, і навіть вище.
Внутрішній опір котушки в магнітоелектричному механізмі мікроамперметра вважатимемо рівним заявленим у паспорті 3000 Ом. Кількість витків у котушці, діаметр дроту, електропровідність металу, з якого зроблено дріт відомі. Отже, даним заводу-виробника вірити можна.
А ось напруги батарейок на 1,5 В можуть трохи відрізнятися від заявлених виробником, а знання точного значення напруги потім знадобиться для вимірювання тестером опору резисторів, кабелів та інших навантажень.
Визначення точної напруги батареї
Для того, щоб самому з'ясувати дійсну напругу батареї знадобиться хоча б один точний резистор номіналом 2 або 2,2 ком з похибкою 0,5%. Цей номінал резистора вибраний через те, що при послідовному підключенні з ним мікроамперметра, загальний опір ланцюга становитиме 5000 Ом. Отже, струм, що проходить через тестер, буде близько 300 мкА, і стрілка відхилиться на повну шкалу.
I = U / R = 1,5 / (3000 +2000) = 0,0003 А.
Якщо тестер покаже, наприклад, 290 мкА, значить, напруга батареї дорівнює
U = I * R = 0,00029 (3000 +2000) = 1,45 Ст.
Тепер знаючи точну напругу на батарейках, маючи один точний опір та мікроамперметр можна підібрати необхідні номінали опору шунтів та додаткових резисторів.
Збір блоку живлення
Блок живлення для мультиметра збирається з двох послідовно з'єднаних батарейок по 1,5 В. Після цього до нього послідовно підключається мікроамперметр і попередньо відібраний по номіналу резистор в 7 кОм.
Тестер повинен показати значення, близьке до граничного струму. Якщо прилад зашкалити, то послідовно до першого резистори необхідно приєднати другий, маленького номіналу.
Якщо показання менше 300 мкА, паралельно до цих двох резисторів, підключають опір великого номіналу. Це зменшить загальний опір додаткового резистора.
Такі операції продовжуються доти, доки стрілка не встановиться на межі шкали в 300 мкА, що сигналізує про точне припасування.
Для підбору точного резистора на 97 кім, вибираємо найближчий, відповідний за номіналом, і проробляємо ті ж процедури, що і з першим на 7 кім. Але оскільки тут необхідне джерело живлення 30 В, то буде потрібно переробка живлення мультиметра з батарей на 1,5 В.
Збирається блок з вихідною напругою 15-30, на скільки вистачить. Наприклад, вийшло 15 В, тоді все припасування роблять з розрахунку, що стрілка повинна прагнути до показання 150 мкА, тобто до половини шкали.
Це припустимо, тому що шкала тестера при вимірюванні струму та напруги лінійна, але бажано працювати з повною напругою.
Для регулювання додаткового резистора 997 кОм для діапазону 300 В знадобляться генератори постійного струму або напруги. Їх можна використовувати як приставки до мультиметра при вимірі опорів.
Номінали резисторів: R1 = 3 Ом, R2 = 30,3 Ом, R3 = 333 Ом, R4 змінний на 4,7 кім, R5 = 7 кім, R6 = 97 кім, R7 = 997 кім. Підбираються припасуванням. Живлення 3 В. Монтаж можна зробити наважкою елементів прямо на платі.
Роз'єм можна встановити на бічній стінці коробки, в яку врізається мікроамперметр. Щупи виготовляються із одножильного мідного дроту, а шнури до них із багатожильного.
Підключення шунтів здійснюється перемичкою. В результаті з мікроамперметра виходить тестер, яким можна міряти всі три основні параметри електричного струму.
Отримав з AliExpress парочку електронних вбудованих вольтметрів моделі V20D-2P-1.1 (вимір постійної напруги), ціна питання 91 цент штука. В принципі можна зараз і дешевше знайти (якщо добре пошукати), але не факт, що це не буде на шкоду якості складання приладу. Ось його характеристики:
- робочий діапазон 2,5 В - 30 В
- колір свічення червоний
- габаритний розмір 23*15*10 мм
- додаткового живлення не вимагає (двопровідний варіант)
- є можливість підстроювання
- частота оновлення: близько 500 мс/час
- обіцяна точність виміру: 1% (+/-1 розряд)
І все було б добре, поставив за місцем і користувався, та потрапила на очі інформація про можливість їхнього доопрацювання – додавання функції вимірювання струму.
Цифровий китайський вольтметр Приготував все необхідне: двополюсний тумблер, вивідні резистори – один МЛТ-1 на 130 кОм та другий дротяний на 0,08 Ом (виготовив із нихромової спіралі діаметром 0,7 мм). І цілий вечір згідно знайденої схеми та посібника з її реалізації поєднував це господарство проводами з вольтметром. Безрезультатно. Чи то догадливості у розумінні недомовленого і недокресленого в знайденому матеріалі не вистачило, чи мали місце відмінності в схемах. Вольтметр не працював взагалі.
Підключаємо модуль цифровий вольтметр Довелося випоювати індикатор та вивчати схему. Тут уже був потрібний не маленький паяльник, а маленький, так, що повозився неабияк. Зате протягом наступних п'яти хвилин, коли вся схема стала доступна огляду, все-все зрозумів. В принципі знав, що з цього й треба починати, але дуже хотілося вирішити питання «по легкому».
Схема доопрацювання V-метра
Схема доопрацювання: амперметр у вольтметр Так народилася ця схема з'єднання додаткових електронних компонентів із існуючими у схемі вольтметра. Зазначений синім кольором штатний резистор схеми підлягає обов'язковому видаленню. Скажу відразу відмінності від інших схем наведених в інтернеті знайшов, наприклад, з'єднання підстроювального резистора. Всю схему вольтметра перемальовувати не став (повторювати не збираюся), накреслив лише ту частину, яка потрібна для доопрацювання. Те, що харчування вольтметра потрібно робити окремим, вважаю очевидним, все-таки початок відліку у показаннях має починатися з нуля. Надалі з'ясувалося, що живлення від батарейки або акумулятора не підійде, тому що струмоспоживання вольтметра при напрузі 5 вольт становить 30 мА.
Плата - модуль китайський вольтметр Після збирання вольтметра взявся за суть дійства. Мудрити не буду, просто покажу і розповім, що з чим з'єднати, щоби все вийшло.
Покрокова інструкція
Отже, дія перша– зі схеми випаюється СМД резистор опором 130 кОм, що стоїть на вході плюсового проводу живлення, між діодом і підстроювальним резистором 20 кОм.
Підключаємо резистор у вольтметр-амперметр Друге. На контакт, що звільнився, з боку підстроєчника припаюється провід бажаної довжини (для проби зручно 150 мм і краще червоного кольору)
Випаяти СМД резистор Третє. На доріжку, що з'єднує резистор 12 кОм і конденсатор, з «земляної» сторони припаюється другий провід (наприклад синій).
Випробування нової схеми
Тепер згідно зі схемою і цього фото «вішуємо» на вольтметр доповнення: тумблер, запобіжник та два резистори. Тут головне правильно підпаяти знову встановлені червоний та синій дроти, втім, не тільки їх.
Блок вольтметр переробляємо на А-метр А ось тут дротів побільше, хоча все й просто:
» — парою з'єднувальних проводів під'єднаний е/двигун« окреме харчування вольтметра» — акумулятор із ще двома проводами
« вихід блоку живлення» - ще парочка дротів
Після подачі живлення на вольтметр відразу висвітлилося «0,01», після подачі живлення на електродвигун вимірювач у режимі вольтметра показав напругу на виході блоку живлення рівне 7 вольтам, потім переключив режим амперметра. Перемикання робив при відключенні подачі живлення на навантаження. Надалі замість тумблера поставлю кнопку без фіксації, так безпечніше для схеми та зручніше для експлуатації. Потішило те, що все запрацювало з першої спроби. Однак показання амперметра були відмінними від показань на мультиметрі більше ніж у 7 разів.
Китайський вольтметр - амперметр після переробки Тут і з'ясувалося, що дротяний резистор замість рекомендованого опору 0,08 Ом має 0,8 Ом. Помилився у вимірі при його виготовленні у підрахунку нулів. Вийшов зі становища так: крокодил з мінусовим проводом з навантаження (обидва чорні) посунув по розпрямленій ніхромовій спіралі у бік входу з блоку живлення, той момент, коли показання мультиметра і допрацьованого тепер уже ампервольтметра збіглися і стали моментом істини. Опір задіяної ділянки ніхромового дроту склало 0,21 Ом (міряв приставкою до мультиметра на межі «2 Ом»). Тож це навіть не погано вийшло, що замість 0,08 резистор вийшов 0,8 Ом. Тут як не рахуй, за формулами, все одно доведеться підганяти. Для наочності результат свого клопоту записав на відеоролик.
Відео
Придбання даних вольтметрів вважаю вдалим, ось тільки шкода, що їхня нинішня ціна в тому магазині сильно зросла, майже 3 долари за штуку. Автор Babay iz Barnaula.
Привіт дорогий читачу. Іноді виникає необхідність мати під рукою невеликий простенький вольтметр. Зробити такий вольтметр своїми руками не складе великих труднощів.
Про придатність вольтметра для вимірювання напруги в тих чи інших ланцюгах судять з його вхідного опору, який складається з опору рамки стрілочного приладу та опору додаткового резистора. Так як на різних межах додаткові резистори мають різні номінали, то і вхідний опір пристрою буде іншим. Частіше вольтметр оцінюють його відносним вхідним опором, що характеризує відношення вхідного опору приладу до вимірюваної напруги 1В, наприклад 5кОм/В. Це зручніше: вхідний опір вольтметра на різних межах вимірювань різний, а відносний вхідний постійний опір. Чим менший струм повного відхилення стрілки вимірювального приладу Iі, що використовується у вольтметрі, тим більше буде його відносний вхідний опір, тим точніше будуть вимірювання, що виробляються ним. У транзисторних конструкціях доводиться вимірювати напругу від часток вольта до кількох десятків вольт, а лампових ще більше. Тому однограничний вольтметр незручний. Наприклад, вольтметр зі шкалою на 100В не можна точно виміряти навіть напруги 1- 5В, так як відхилення стрілки вийде малопомітним. Тому потрібен вольтметр, який має хоча б три-чотири межі вимірів. Схема такого вольтметра постійного струму показано на рис.1. Наявність чотирьох додаткових резисторів R1, R2, R3 та R4 свідчить про те, що вольтметр має чотири межі вимірів. В даному випадку перша межа 0-1В, друга 0-10В, третя 0-100В і четверта 0-1000В.
Опір додаткових резисторів можна розрахувати за формулою, що випливає із закону Ома: Rд = Uп/Iі - Rп, тут Uп - найбільша напруга даної межі вимірювань, Iі - струм повного відхилення стрілки вимірювальної головки, а Rп - опір рамки вимірювальної головки. Так, наприклад, для приладу на струм Iі = 500мкА (0,0005А) і рамкою опором 500 Ом опір додаткового резистора R1 для межі 0-1В має бути 1,5кОм, для межі 0-10В - 19,5кОм, для -100В - 199,5кОм, для межі 0-1000 - 1999,5кОм. Відносний вхідний опір такого вольтметра буде 2кОм/В. Як правило, у вольтметр монтують додаткові резистори з номіналами, близькими з розрахунковими. Остаточно ж «припасування» їх опорів виробляють при градуювання вольтметра шляхом підключення до них паралельно або послідовно інших резисторів.
Якщо вольтметр постійного струму доповнити випрямлячем, що перетворює змінну напругу на постійну (точніше — пульсуючу), отримаємо вольтметр змінного струму. Можлива схема такого приладу з однонапівперіодним випрямлячем показана на рис.2. Працює прилад так. У ті моменти часу, коли на лівому (за схемою) затиску приладу позитивна напівхвиля змінної напруги, струм йде через діод Д1 і далі через мікроамперметр до правого затиску. Саме тоді діод Д2 закритий. Під час позитивної напівхвилі на правому затиску діод Д1 закривається і позитивні напівхвилі змінної напруги замикаються через діод Д2, минаючи мікроамперметр.
Додатковий резистор Rд розраховують так само, як і для постійної напруги, але отриманий результат ділять на 2,5-3, якщо випрямляч приладу однонапівперіодний, або на 1,25-1,5, якщо випрямляч приладу двонапівперіодний - рис.3. Більш точно опір цього резистора підбирають досвідченим шляхом під час градуювання шкали приладу. Можна розрахувати Rд та за іншими формулами. Опір додаткових резисторів вольтметрів випрямної системи, виконаних за схемою на рис.2, обчислюють за формулою:
Rд = 0,45 * Uп / Iі - (Rп + rд);
Для схеми на рис.3 формула має вигляд:
Rд = 0,9 * Uп / Iі - (Rп + 2rд); де rд - Опір діода в прямому напрямку.
Показання приладів випрямної системи пропорційні середньому випрямлену значення вимірюваних напруг. Шкали ж їх градуюють у середньоквадратичних значеннях синусоїдальної напруги, тому показання приладів випрямної системи рівні середньоквадратичному значенню напруги лише при вимірі напруг синусоїдальної форми. Як випрямляючі діоди використовуються германієві діоди Д9Д. Такими вольтметрами можна вимірювати напругу звукової частоти до кількох десятків кілогерц. Шкалу для саморобного вольтметра можна накреслити за допомогою FrontDesigner_3.0_setup.
Для цифрового контролю напруги та струму в блоці живлення не обов'язково самому виготовляти АЦП та індикатор. Для цієї мети цілком підійде китайський мультиметр вартістю 3-4 долари, що за ціною можна порівняти з витратами на виготовлення власної цифрової індикації.
Для обробки був обраний популярний M830B. Нижче докладно, у картинках розписано переробку мультиметра для індикації напруги та струму у блоці живлення.
Основним змістом ситуації було зменшення розмірів індикатором, тобто. просто частину плати треба було відрізати. Для переробки був придбаний найпростіший і найдешевший китайський мультиметр M830B. Схему мультиметра M830B можна завантажити у нашому файловому архіві. Межа вимірювання величини напруги нашої конструкції складе 200 В, а межа струму 10 А. Для вибору режиму вимірювання "Напруга" - "Струм" використовується перемикач S1 з двома групами контактів. На схемі показано положення перемикача у режимі вимірювання напруги.
Спочатку треба розібрати мультиметр та витягнути плату. Вигляд плати з боку деталей можна побачити на фотці.
А тут фото плати із боку індикатора.
Наша конструкція буде розміщена на двох платах. Одна плата з індикатором, інша плата із деталями вхідної частини мультиметра та додатковим стабілізатором на 9 вольт. Схема другої плати наведена на зображенні. Як резисторів дільника використовуються випаяні резистори з плати мультиметра. Їх позначення на схемі відповідає позначенням на платі мультиметра M830B. Також на схемі наведено додаткові пояснення. Літери у кружечках відповідають точкам підключення однієї плати до іншої. Для живлення конструкції використовується малопотужний стабілізатор напруги, що підключається до окремої обмотки трансформатора.
Власне приступимо. Випаюємо R18, R9, R6, R5. Резистори R6 та R5 зберігаємо для вхідної частини нашої конструкції. Відрізаємо верхній контакт R10 від схеми та вирізаємо частину доріжки (на фотці позначено хрестиками). Випаюємо R10. Випаюємо R12 і R11.
R12 та R11 з'єднуємо послідовно. І припаюємо одним кінцем до верхнього контакту R10, іншим до відрізаної від R10 доріжці. Випаюємо R20 і запаюємо його на місце R9. Випаюємо R16 і свердлимо для нього нові отвори (див. фото)
Припаюємо R16 на нове місце.
А тут вид на пайку R16 з боку індикатора.
Беремо ножиці по металу та відрізаємо частину плати.
Перевертаємо плату індикатором до себе. Ближній від індикатора контакт R9 (тепер там R20) відрізаємо від схеми (позначено хрестиком). Далі від індикатора контакти R9 (тепер там R20) і R19 з'єднуємо разом (з боку індикатора), на фотці позначено червоною перемичкою. Верхній контакт R10 (там тепер R11 та R12) з'єднуємо з нижнім контактом R13, на фотці позначено червоною перемичкою. Видаляємо частину доріжок помічених хрестиками. І припаюємо перемичку до ближнього від індикатора контакту R9 (тепер там R20) замість віддаленої доріжки.
Видаляємо помічені хрестиком доріжки і готуємо контактні п'ятачки для розпаювання з другою платою, на фотці вказані стрілочками.
Припаюємо перемичку. Припаюємо контактні дроти від другої плати, дотримуючись відповідності букв (a-A, b-B і т.д.)
Всі! Конструкція зібрана, приступаємо до перевірки. Підключаємо до джерела живлення та вимірюємо напругу батареї. Працює!
На цій фото конструкція вбудована в блок живлення, для якого і створювалася. При підключеному навантаженні, натисканням кнопки "Напруга-Струм", на індикаторі висвічується значення струму, що протікає.
