Рассмотрены не сложные схемы цифровых вольтметра и амперметра, построенных без использования микроконтроллеров на микросхемах СА3162, КР514ИД2. Обычно, у хорошего лабораторного блока питания есть встроенные приборы, - вольтметр и амперметр. Вольтметр позволяет точно установить выходное напряжение, а амперметр покажет ток через нагрузку.
В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас должны быть цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5.
Микросхема СА3162Е
Но существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, есть микросхема СА3162Е, которая предназначена для создания измерителя аналоговой величины с отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе.
Микросхема СА3162Е представляет собой АЦП с максимальным входным напряжением 999 mV (при этом показания «999») и логической схемой, которая выдает сведения о результате измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации.
Чтобы получить законченный прибор нужно добавить дешифратор для работы на семисегментный индикатор и сборку из трех семисегментных индикаторов, включенных в матрицу для динамической индикации, а так же, трех управляющих ключей.
Тип индикаторов может быть любым, -светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, жидкокристаллические, все зависит от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. Здесь используется светодиодная индикация на табло из трех семисегментных индикаторов с общими анодами.
Индикаторые включены по схеме динамической матрицы, то есть, все их сегментные (катодные) выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.
Принципиальная схема вольтметра
Теперь ближе к схеме. На рисунке 1 показана схема вольтметра, измеряющего напряжение от 0 до 100V (0...99,9V). Измеряемое напряжение поступает на выводы 11-10 (вход) микросхемы D1 через делитель на резисторах R1-R3.
Конденсатор СЗ исключает влияние помех на результат измерения. Резистором R4 устанавливают показания прибора на ноль, при отсутствии входного напряжения А резистором R5 выставляют предел измерения так чтобы результат измерения соответствовал реальному, то есть, можно сказать, им калибруют прибор.
Рис. 1. Принципиальная схема цифрового вольтметра до 100В на микросхемах СА3162, КР514ИД2.
Теперь о выходах микросхемы. Логическая часть СА3162Е построена по логике ТТЛ, а выходы еще и с открытыми коллекторами. На выходах «1-2-4-8» формируется двоичнодесятичный код, который периодически сменяется, обеспечивая последовательную передачу данных о трех разрядах результата измерения.
Если используется дешифратор ТТЛ, как, например, КР514ИД2, то его входы непосредственно подключаются к данным входам D1. Если же будет применен дешифратор логики КМОП или МОП, то его входы будет необходимо подтянуть к плюсу при помощи резисторов. Это нужно будет сделать, например, если вместо КР514ИД2 будет использован дешифратор К176ИД2 или CD4056.
Выходы дешифратора D2 через токоограничивающие резисторы R7-R13 подключены к сегментным выводам светодиодных индикаторов Н1-НЗ. Одноименные сегментные выводы всех трех индикаторов соединены вместе. Для опроса индикаторов используются транзисторные ключи VT1-VT3, на базы которых подаются команды с выходов Н1-НЗ микросхемы D1.
Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры р-п-р.
Принципиальная схема амперметра
Схема амперметра показана на рисунке 2. Схема практически такая же, за исключением входа. Здесь вместо делителя стоит шунт на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением 0,1 От. При таком шунте прибор измеряет ток до 10А (0...9.99А). Установка на ноль и калибровка, как и в первой схеме, осуществляется резисторами R4 и R5.
Рис. 2. Принципиальная схема цифрового амперметра до 10А и более на микросхемах СА3162, КР514ИД2.
Выбрав другие делители и шунты можно задать другие пределы измерения, например, 0...9.99V, 0...999mA, 0...999V, 0...99.9А, это зависит от выходных параметров того лабораторного блока питания, в который будут установлены эти индикаторы. Так же, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный измерительный прибор для измерения напряжения и тока (настольный мультиметр).
При этом нужно учесть, что даже используя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять существенный ток, так как логическая часть СА3162Е построена по ТТЛ-логике. Поэтому, хороший прибор с автономным питанием вряд ли получится. А вот автомобильный вольтметр (рис.4) выйдет неплохой.
Питаются приборы постоянным стабилизированным напряжением 5V. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть наличие такого напряжения при токе не ниже 150mA.
Подключение прибора
На рисунке 3 показана схема подключения измерителей в лабораторном источнике.
Рис. 3. Схема подключения измерителей в лабораторном источнике.
Рис.4. Самодельный автомобильный вольтметр на микросхемах.
Детали
Пожалуй, самое труднодоставаемое - это микросхемы СА3162Е. Из аналогов мне известна только NTE2054. Возможно есть и другие аналоги, о которых мне не известно.
С остальным значительно проще. Как уже сказано, выходную схему можно сделать на любом дешифраторе и соответствующих индикаторах. Например, если индикаторы будут с общим катодом, то нужно КР514ИД2 заменить на КР514ИД1 (цоколевка такая же), а транзисторы VТ1-VТЗ перетащить вниз, подсоединив их коллектора к минусу питания, а эмиттеры к общим катодам индикаторов. Можно использовать дешифраторы КМОП-логики, подтянув их входы к плюсу питания при помощи резисторов.
Налаживание
В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11-10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр.
Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра. Далее, налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W.
Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.
Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но мне показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.
По этой же схеме можно сделать и автомобильный вольтметр. Схема такого прибора показана на рисунке 4. Схема от показанной на рисунке 1 отличается только входом и схемой питания. Этот прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть, измеряет напряжение, поступающее на него как питающее.
Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в схеме на рисунке 1, то есть для измерения в пределах 0...99.9V.
Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7...16V. Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1.
Для того чтобы изготовить шунт, надо рассчитать его сопротивление. Заходим на страницу «Карта сайта», выбираем категорию , заходим в заметку «Программы» и скачиваем «Программу для работ с проволокой». Так, программа есть. Теперь берем измерительную головку, лучше, если она будет с током полного отклонения стрелки 50 или 100 микроампер. Эти параметры называются чувствительностью измерительной головки. Произведем расчет для головки с током в 50 микроампер. Зададимся измеряемым током, допустим 10А.
1) Замеряем сопротивление прибора (головки), для моей оно равно 1454 Ома.
2) В формулу 1 подставляем все имеющиеся данные: Ток прибора — Iприбора=0, 00005А; Ток измеряемый — Iизмеряемый=10А. Сопротивление прибора Rприбора= 1454 Ома.
3) Определили сопротивление шунта Rш=0,00727 Ом.
Открываем программу. Нажимаем вверху на вторую клавишу для определения длины шунта. Справа из выпадающего списка выбираем материал для шунта. Я для таких амперметров в качестве материала всегда использую светлую луженую жесть от консервных банок из-под сгущенного молока. И так, выбираем сталь.
Ее удельное сопротивление примерно в 10 раз больше чем у меди, поэтому геометрические размеры шунта будут меньше. Замеряем микрометром толщину жестянки, у моей она равна 0,2мм. Выбираем ширину полоски жести, девяти миллиметров для тока в десять ампер я думаю хватит, тем более, что плоский проводник имеет большую площадь охлаждения.
Если будет уж очень сильно греться, то ширину можно увеличить и пересчитать шунт. Определяем площадь сечения нашего шунта S=0,2×9=1,8 квадратных мм. Выбираем величину ввода — «площадь поперечного сечения». Вводим это значение в соответствующее окно. Вводим величину необходимого сопротивления шунта. Нажимаем на «Результат» и получаем длину проводника равной 74 миллиметрам. Берем банку 1 (Фото 1) и вырезаем из ее жести соответствующую полоску. На фото я показал, какие формы можно придавать шунту. Под номером 4 шунт для печатного монтажа, концы полоски припаиваются к печатным площадкам. Вообще я всегда немного увеличиваю длину таких шунтов, что ведет к увеличению их сопротивления и в следствии с этим увеличению падения напряжения на на данном шунте при одном и том же токе. Зато появляется возможность точно отрегулировать показания амперметра с помощью добавочного резистора, включенного последовательно с измерительной головкой. См. фото2.
Конечно, в качестве шунтирующего резистора можно использовать и медный обмоточный провод, но тогда шунт будет очень длинным. Хотя давайте попробуем. Вводим новые данные в соответствующие окна. Смотрим следующий скиншот_2. Получаем шунт в виде проволоки длиной 51см. Не стоит сматывать проволоку в катушку и концентрировать тепло в одном месте. Просто проденьте этот кусок проволоки во
Многие домашние электрики недовольны тестерами промышленного производства, поэтому задумываются о том, как из , а также как повысить функциональность тестера промышленного производства. Для этой цели можно изготовить специальный шунт.
Перед тем как приступить к работе, следует выполнить расчет шунта для микроамперметра и найти материал, обладающий хорошей проводимостью.
Конечно, для большей точности измерений можно просто приобрести миллиамперметр, но такие приборы стоят довольно дорого, а применять их на практике приходится весьма редко.
В последнее время в продаже появились тестеры, рассчитанные на большое напряжение и сопротивление. Для них шунт не нужен, но и стоимость их очень высока. Для тех, кто использует классический тестер, изготовленный еще в советское время, или пользуется самодельным, шунт просто необходим.
Подобрать токовый амперметр — дело непростое. Большинство приборов выпускается на Западе, в Китае или в странах СНГ, и в каждой стране к ним предъявляют свои индивидуальные требования. Также в каждой стране свои допустимые величины постоянного и переменного тока, требования к розеткам. В связи с этим при подключении амперметра западного производства к отечественному оборудованию может оказаться, что прибор не может правильно измерить силу тока, напряжение и сопротивление.
С одной стороны, такие устройства очень удобны. Они компактны, снабжаются зарядным устройством и просты в пользовании. Классический стрелочный амперметр не занимает много места и имеет визуально понятный интерфейс, но он часто не рассчитан на существующее напряжение сопротивление. Как говорят бывалые электрики, на шкале «не хватает ампер». Приборы, устроенные таким образом, обязательно нуждаются в шунтировании. Например, бывают ситуации, когда нужно измерить величину до 10а, а на шкале прибора отсутствует цифра 10.
Вот основные недостатки классического фабричного амперметра без шунта :
- Большая погрешность в измерениях;
- Диапазон измеряемых величин не соответствует современным электроприборам;
- Крупная калибровка не позволяет измерять малые величины;
- При попытке измерить большую величину сопротивления прибор «зашкаливает».
Шунт необходим для того, чтобы правильно в тех случаях, если амперметр не предназначен для измерения таких величин. Если домашний мастер часто имеет дело с такими величинами, есть смысл изготовить шунт для амперметра своими руками. Шунтирование значительно повышает точность и эффективность его работы. Это важное и нужное устройство для тех, кто часто пользуется тестером. Обычно его используют владельцы классического амперметра 91с16. Вот основные преимущества самодельного шунта:
Порядок изготовления
С самостоятельным изготовлением шунта легко справится даже первокурсник профессионально-технического училища или начинающий электрик-любитель. Если подключить это устройство соответствующим образом, оно значительно увеличит точность амперметра и прослужит долго. В первую очередь необходимо произвести расчет шунта для амперметра постоянного тока. Узнать о том, как производить расчеты, можно через интернет или из специализированной литературы, адресованной домашним электрикам. Рассчитать шунт можно с помощью калькулятора.
Для этого нужно просто подставить конкретные значения в готовую формулу. Для того чтобы воспользоваться схемой расчета, необходимо знать реальные напряжение и сопротивление, на которые рассчитан конкретный тестер, а также представлять себе тот диапазон, до которого нужно расширить возможности тестера (это зависит от того, с какими именно приборами чаще всего приходится иметь дело домашнему электрику).
Для изготовления прекрасно подойдут такие материалы :
- Стальная скрепка;
- Моток медной проволоки;
- Манганин;
- Медный провод.
Можно приобрести материалы в специализированных магазинах или воспользоваться тем, что есть дома.
По сути, шунт — это источник дополнительного сопротивления
, снабженный четырьмя зажимами и подсоединенный к прибору. Если для его изготовления используется стальная или медная проволока, не стоит скручивать его в виде спирали.
Лучше аккуратно уложить его в виде «волн». Если шунт рассчитан правильно, тестер будет работать намного лучше, чем раньше.
Металл для изготовления этого устройства должен хорошо проводить тепло. А вот индуктивность в том случае, если домашний электрик имеет дело с протеканием большого тока, может негативно повлиять на результат и способствовать его искажению. Это тоже нужно иметь в виду при изготовлении шунта в домашних условиях.
Если домашний электрик решил приобрести амперметр промышленного производства, следует выбирать прибор с мелкой калибровкой, потому что он будет более точным. Тогда, возможно, не понадобится и самодельный шунт.
При работе с тестером следует соблюдать элементарную технику безопасности. Это поможет избежать серьезных травм, вызванных поражением электрическим током.
Если тестер систематически «зашкаливает», использовать его не стоит.
Возможно, что прибор или неисправен, или не способен показать правильный результат измерений без дополнительного приспособления. Лучше всего приобретать современные амперметры отечественного производства, потому что они лучше подходят для тестирования электроприборов нового поколения. Перед тем как начинать работу с тестером, следует внимательно прочитать инструкцию по эксплуатации.
Шунт — прекрасный способ оптимизировать работу домашнего электрика по тестированию электрических цепей. Для того чтобы сделать это устройство своими руками, понадобятся только исправный тестер промышленного производства, подручные материалы и элементарные познания в области электрики.
В данной статье приводится описание простого вольтметра, индикатором которого являются двенадцать светодиодов. Данный позволяет отображать измеряемое напряжение в диапазоне от 0 до 12 вольт с шагом в 1 вольт, причем погрешность в измерении не превышает 2 процентов.
Наиболее подходящая область применения данного светодиодного вольтметра-индикатора — это использование в регулируемых блоках питания. Если под рукой имеются все необходимые радиодетали, то схему возможно собрать буквально за час-два.
Описание устройства светодиодного вольтметра
будет логический ноль, поэтому светодиоды не горят.
При подаче на вход вольтметра напряжения, на определенных выходах компараторов DA1…DA3 (в соответствии с уровнем на напряжения на неинвертирующих выводах ОУ) появится низкий логический уровень.
Как следует из принципиальной схемы, при различных уровнях напряжения на входах интегральных микросхем DD1…DD3, на их выходах устанавливается высокий логический уровень, в результате чего начинает светиться соответствующий светодиод. Для ограничения напряжения на входе вольтметра до 12 вольт в схему включен стабилитрон VD2.
Детали светодиодного вольтметра
В схеме в качестве компараторов использованы ОУ LM324. Их применение способствовало снижению общего числа микросхем и прочих радиоэлементов для сопряжения аналоговой части схемы с интегральными микросхемами. Конденсаторы — КМ. Все сопротивления — МЛТ-0,125, МЛТ-0,25.
Светодиоды HL1 — HL12 можно применить АЛ307. Интегральный стабилизатор напряжения DA5 78L12 возможно заменить на КРЕН8Б или 7812. Стабилитрон VD2 можно поменять на КС212 с буквой Е или Ж. Схема вольтметра запитана от нестабилизированного источника постоянного напряжения от 13 до16 вольт с током нагрузки не ниже 12 мА.
Источник Радиоаматор, 8/2001
На рисунке 1 представлена схема цифрового амперметра и вольтметра, которая может быть использована, как дополнение к схемам блоков питания, преобразователей, зарядных устройств и т.д. Цифровая часть схемы выполнена на микроконтроллере PIC16F873A. Программа обеспечивает измерение напряжения 0... 50 В, измеряемый ток — 0... 5 А.
Для отображения информации используются светодиодные индикаторы с общим катодом. Один из операционных усилителей микросхемы LM358 используется в качестве повторителя напряжения и служит для защиты контроллера при внештатных ситуациях. Все-таки цена контроллера не так уж и мала. Измерение тока производится косвенным образом, при помощи преобразователя ток-напряжение, выполненного операционном усилителе DA1.2 микросхемы LM358 и транзисторе VT1 – КТ515В. Почитать о таком преобразователе еще можно и . Датчиком тока в этой схеме служит резистор R3. Преимуществом такой схемы измерения тока состоит в том, что здесь отпадает необходимость точной подгонки миллиомного резистора. Скорректировать показания амперметра можно просто триммером R1 и в довольно широких пределах. Сигнал тока нагрузки для дальнейшей оцифровки снимается с нагрузочного резистора преобразователя R2. Напряжение на конденсаторе фильтра стоящем после выпрямителя вашего блока (вход стабилизатора, точка 3 на схеме)питания не должно быть более 32 вольт, это обусловлено максимальным напряжением питания ОУ. Максимальное входное напряжение микросхемного стабилизатора КР142ЕН12А – тридцать семь вольт.
Регулировка вольтамперметра заключается в следующем. После всех процедур — сборки, программирования, проверки на соответствие на собранное вами произведение подают напряжение питания. Резистором R8 выставляют на выходе стабилизатора КР142ЕН12А напряжение 5,12 В. После этого вставляют в панельку запрограммированный микроконтроллер. Измеряют напряжение в точке 2 мультиметром, которому вы доверяете, и резистором R7 добиваются одинаковых показаний. После этого к выходу (точка 2) подключают нагрузку с контрольным амперметром. Равенства показаний обоих приборов в данном случае добиваются при помощи резистора R1.
Резистор-датчик тока можно изготовить самому, используя для этого, например, стальную проволоку. Для расчета параметров этого резистора можно использовать программу « » Программу скачали? Открыли? Значит так, нам нужен резистор номиналом в 0,05 Ом. Для его изготовления выберем стальную проволоку диаметром 0,7мм – у меня она такая, да еще и не ржавеющая. С помощью программы вычисляем необходимую длину отрезка, имеющего такое сопротивление. Смотрим скрин окна данной программы.
И так нам нужен отрезок стальной нержавеющей проволоки диаметром 0,7мм и длиной всего 11 сантиметров. Не надо этот отрезок свивать в спираль и концентрировать все тепло в одной точке. Вроде все. Что не понятно, прошу на форум. Успехов. К.В.Ю. Чуть не забыл про файлы.