Электроника:Эксперименты/Электрические цепи постоянного тока/Мультиметр своими руками

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Мультиметр своими руками[1]

Оборудование и материалы

  • Чувствительный измерительный движитель (каталог Radio Shack №22-410)
  • Селекторный переключатель, однополюсный, многопозиционный, с размыканием перед замыканием (каталог Radio Shack №275-1386 – это 2-полюсный, 6-позиционный блок, который хорошо работает)
  • Многооборотные потенциометры, монтаж на печатной плате (каталожные номера Radio Shack 271-342 и 271-343 представляют собой 15-оборотные «подстроечные» устройства на 1 кОм и 10 кОм соответственно)
  • Резисторы в ассортименте, предпочтительно высокоточные металлоплёночные или проволочные (по каталог Radio Shack №271-309, что представляет собой набор металлопленочных резисторов, допуск ±1%).
  • Пластиковая или металлическая монтажная коробка
  • Три соединительных штыря типа «банан» или другое клеммное оборудование для подключения к цепи потенциометра (каталог Radio Shack №274-662 или аналог)

Наиболее важным и дорогим компонентом измерителя является его движитель: настоящий механизм со стрелкой и шкалой, задачей которого является преобразование электрического тока в механическое перемещение, где его можно интерпретировать визуально.

В идеале измерительный движитель должен быть физически большим (для удобства просмотра) и максимально чувствительным (требуется минимальный ток для полного отклонения стрелки).

Высококачественные измерители стоят дорого, но Radio Shack предлагает устройства приемлемого качества по разумной цене.

Модель, рекомендованная в списке деталей, продаётся как вольтметр с диапазоном 0–15 вольт, но на самом деле представляет собой миллиамперметр с резистором диапазона («умножителем»), входящим в комплект отдельно.

Возможно, дешевле купить недорогой аналоговый счётчик и разобрать, чтобы использовать только его движитель.

Хотя мысль о том, чтобы разрушить работающий мультиметр, дабы получить детали для изготовления собственного, может показаться контрпродуктивной, однако нам сейчас главное – обучение сборке своего прибора, а не качество измерителя.

Я не могу указать значения резисторов для этого эксперимента, так как они зависят от конкретного измерительного движителя и выбранных диапазонов измерения.

Обязательно используйте высокоточные резисторы с постоянным значением, а не резисторы из углеродного состава.

Даже если вам удастся найти резисторы из углеродного состава с правильными значениями, эти значения будут меняться или «дрейфовать» с течением времени из-за старения материалов и колебаний температуры. Конечно, если вы не заботитесь о долговременной стабильности этого измерителя, а строите его только для обучения, точность резистора не имеет большого значения.

Ссылки по теме

Цели эксперимента

  • Продемонстрировать устройство и использование вольтметра
  • Продемонстрировать устройство и использование амперметра
  • Продемонстрировать ограничение диапазона реостата
  • Теория и практика калибровки
  • Практика пайки

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: схема движителя.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: схема движителя.

Иллюстрации

Рис. 2. Схематическая диаграмма: схема движителя, реализованная на беспаечной макетной плате.
Рис. 2. Схематическая диаграмма: схема движителя, реализованная на беспаечной макетной плате.

Ход эксперимента

Во-первых, вам нужно определить характеристики движителя вашего измерителя. Наиболее важно знать полное отклонение в миллиамперах или микроамперах.

Чтобы определить это, соедините датчик движителя, потенциометр, батарею и цифровой амперметр последовательно.

Отрегулируйте потенциометр, пока отклонение на измерительном движителе не произойдёт точно на полную шкалу. Прочтите показания амперметра, чтобы найти полное значение силы тока:

Рис. 3. Определяем полное отклонение стрелки для силы тока.
Рис. 3. Определяем полное отклонение стрелки для силы тока.

Будьте очень осторожны, чтобы не подавать слишком большой ток на движитель, так как эти механизмы являются очень чувствительными и легко повреждаются при токовых перегрузках.

Большинство измерительных движителей имеют номинальный ток отклонения полной шкалы 1 мА или менее, поэтому выберите значение потенциометра, достаточно высокое для надлежащего ограничения тока, и начните тестирование с потенциометром, повернутым на максимальное сопротивление. Чем ниже номинальное значение полного тока движителя, тем более он чувствителен.

После определения номинального тока вашего измерительного движителя необходимо точно измерить его внутреннее сопротивление.

Для этого отключите все компоненты от предыдущей цепи тестирования и подключите цифровой омметр к клеммам измерительного движителя.

Запишите это значение сопротивления вместе с полным значением силы тока, полученным в предыдущих манипуляциях.

Возможно, наиболее сложной частью этого проекта является определение надлежащих значений диапазона сопротивления и реализация этих значений в виде последовательно-параллельной сети реостатов.

Расчёты изложены в главе 8 тома 1 («Измерения в электрических цепях постоянного тока»), но пример приведён и здесь.

Предположим, ваш измерительный движитель имеет номинальный ток полной шкалы 1 мА и внутреннее сопротивление 400 Ом.

Если бы мы хотели определить необходимое сопротивление диапазона («RУмножит.»), чтобы дать этому движителю диапазон от 0 до 15 вольт, нам пришлось бы разделить 15 вольт (общее приложенное напряжение) на 1 мА (полный ток), чтобы получить полное межщуповое сопротивление вольтметра (R = E/I).

В данном примере общее сопротивление равно 15 кОм. Из этого общего значения сопротивления мы вычитаем внутреннее сопротивление движителя, оставляя 14,6 кОм для значения резистора диапазона.

Простая сеть реостатов для создания 14,6 кОм (регулируемая) будет состоять из потенциометра на 10 кОм, включённого параллельно с постоянным резистором на 10 кОм, всё последовательно с другим постоянным резистором на 10 кОм:

Рис. 4. Простая цепь реостатов для создания регулируемого сопротивления движителя.
Рис. 4. Простая цепь реостатов для создания регулируемого сопротивления движителя.

Одно положение селекторного переключателя напрямую соединяет движитель между чёрным общим контактным зажимом и красным контактным зажимом В/мА.

В этом положении измеритель представляет собой чувствительный амперметр с диапазоном, равным полному номинальному току измерительного движителя.

Крайнее положение переключателя по часовой стрелке отсоединяет положительную «+» клемму механизма от любой из красных клемм и замыкает её непосредственно на отрицательную «-» клемму.

Это защищает измеритель от электрического повреждения, изолируя его от красного тестового щупа, и «демпфирует» игольчатый механизм для дополнительной защиты от механического удара.

Шунтирующий резистор (RШунт), необходимый для работы сильноточного амперметра, должен быть низкоомным и рассеивать большую мощность.

Вы определённо не будете использовать для этого какие-либо резисторы мощностью ¼ Вт, если только вы не сформируете сеть сопротивлений из нескольких резисторов меньшего размера, соединёнными параллельно.

Если вы планируете иметь диапазон амперметра более 1 ампера, я рекомендую использовать толстый кусок проволоки или даже тонкий кусок листового металла в качестве «резистора», подходящего размера или с надрезом, чтобы обеспечить нужное сопротивление.

Чтобы откалибровать самодельный шунтирующий резистор, вам потребуется подключить мультиметр в сборке к калиброванному источнику сильного тока или к источнику сильного тока последовательно с цифровым амперметром для получения данных.

Используйте небольшой металлический напильник, чтобы уменьшить толщину провода шунта или аккуратно надрезать полосу листового металла небольшими частями.

Сопротивление вашего шунта будет увеличиваться с каждым движением напильника, вызывая более сильное отклонение измерительного движителя.

Помните, что вы всегда можете приближаться к точному значению всё более и более медленными шагами (ходами напильника), но вы не сможете «откатить назад» и уменьшать сопротивление шунта!

Сначала соберите схему мультиметра на макетной плате, определив правильные значения сопротивления диапазона, и выполните там все калибровочные настройки.

Для окончательной сборки припаяйте компоненты к печатной плате.

Radio Shack продаёт печатные платы, которые для удобства имеют ту же компоновку, что и макетная плата (каталожный №276-170). Не стесняйтесь изменять расположение компонентов по сравнению с тем, что показано.

Я настоятельно рекомендую вам смонтировать печатную плату и все компоненты в прочном корпусе, чтобы готовый измеритель был надежен.

Несмотря на ограничения этого мультиметра (отсутствие функции измерения сопротивления, невозможность измерения переменного тока и меньшая точность, чем у большинства покупаемых аналоговых мультиметров), это отличный проект для помощи в изучении основных принципов работы прибора и работы схемы.

Гораздо более точный и универсальный мультиметр можно сконструировать, используя многие из тех же самых деталей, если к нему добавить схему усилителя, так что сохраните детали и материалы для более поздних экспериментов!

См.также

Внешние ссылки