Вимірювач напруги та струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

Один з основних приладів у лабораторії радіоаматора – регульоване джерело живлення. Для підвищення оперативності та зручності роботи його корисно доповнити вбудованим вимірювачем вихідної напруги та струму навантаження. Описи таких вимірювачів досить часто зустрічаються в Інтернеті та радіоаматорських журналах. Але буває, що знайдений опис не підходить для створення вимірювача, що підходить для вбудовування в конкретне джерело живлення. Адже доводиться враховувати багато факторів, наприклад, місце для його встановлення, наявність необхідних деталей. У запропонованій статті представлений варіант вимірювача, який може стати у нагоді і тим, хто розробляє лабораторний блок живлення "з нуля", і тим, хто передбачає вбудувати його в готовий блок живлення.

Прилад вимірює постійну напругу від 0 до 51,1 з дискретністю 0,1 і постійний струм від 0 до 5,11 А з дискретністю 0,01 А. Його прототипом послужив вимірювач, описаний в [1], досить простий за схемою і має непогані параметри. Основна реалізована в ньому ідея використовувати недорогий мікроконтролер заслуговує на увагу. Однак необхідність використовувати ОУ, здатний працювати при однополярному живленні при близькій до нуля вихідній напрузі, а також наявність додаткового джерела живлення накладають деякі обмеження його застосування. До того ж індикатори на платі прототипу розташовані незручно, краще встановити їх у ряд по горизонталі і скоротити розмір передньої панелі вимірювача, наблизивши їх до габаритів використаних індикаторів.

Принципова схема вимірника представлена ​​на рис. 1. Оскільки знайти застосовані в [1] мікросхеми 74HC595N (зсувні регістри з регістром зберігання) не вдалося, використані мікросхеми 74HC164N, у яких регістр зберігання відсутній. Також застосовані індикатори, що володіють набагато більш високою яскравістю при малому струмі, що дозволило зменшити струм, що споживається вимірювачем, до 20 мА і відмовитися від додаткового стабілізатора напруги +5 В.

Рис. 1. Принципова схема вимірювача (натисніть , щоб збільшити)

На жаль, використання 74НС164N має недолік - паразитне свічення елементів індикатора в моменти їх відновлення стану. Але оскільки середня яскравість такого світіння незначна і додатково послаблюють світлофільтри, якими зазвичай закривають індикатори, це не можна вважати серйозним недоліком. До того ж звільняється один із висновків мікроконтролера, який можна використовувати, наприклад, для підключення датчика температури. При цьому, щоправда, доведеться внести зміни до програми мікроконтролера.

Вимірювана напруга подають на вхід GP0 мікроконтролера DD1 через дільник з резисторів R7 та R9. Конденсатор C6 покращує стабільність показань вольтметра [1]. Сигнал з датчика струму (резистора R1) надходить на вхід мікроконтролера GP1 через інвертуючий підсилювач на ОУ DA1. На відміну від [1], тут використовується двополярне харчування ОУ напругою +/-8, оскільки далеко не всі ОУ мають властивість "rail to rail" і коректно працюють при однополярному живленні і майже нульовому напрузі на виході. Двополярне харчування дозволяє легко вирішити цю проблему, допускає застосування ОУ дуже багатьох типів.

Оскільки напруга на виході ОУ може перебувати в інтервалі від -8 до +8, для захисту входу мікроконтролера від перевантаження застосовано обмежувальний ланцюг R10VD9. Підстроювальним резистором R8 регулюють коефіцієнт посилення, а підстроювальним резистором R11 встановлюють нульову напругу на виході ОУ. Діоди VD1 та VD2 захищають вхід ОУ від перевантаження у разі обриву датчика струму.

Завдяки порівняно малому опору датчика струму догляд результату вимірювання напруги при зміні струму навантаження від нуля до максимального (5,11 А) не перевищує 0,06 В. Якщо вимірник вбудовують джерело напруги негативної полярності, датчик струму можна включити перед вихідним дільником напруги його стабілізатора . При цьому падіння напруги на датчику струму компенсується ланцюгом зворотного зв'язку стабілізатора. Оскільки струм дільника зазвичай невеликий, на показання амперметра він впливу майже не вплине, до того ж цей вплив можна компенсувати підрядковим резистором R11.

Живлять вимірювач вихідною напругою випрямляча блоку живлення через перетворювач на транзисторах VT1 та VT2. Це дещо складніше, ніж у [1], оскільки вимагає виготовлення імпульсного трансформатора, зате немає проблем із отриманням усіх потрібних номіналів напруги. Перетворювач напруги є найпростішим двотактним автогенератором, схема якого запозичена з [2]. Частота перетворення – близько 80 кГц.

Завдяки гальванічній розв'язці між входом та виходом перетворювача вимірювач можна вбудувати у стабілізатор напруги будь-якої полярності. З вказаними на схемі транзисторами він працездатний при вхідній напрузі від 30 до 44 В, при цьому вихідна напруга змінюється приблизно від 8 до 12 В. Завдяки тому, що опори резисторів R5 і R6 обрані досить великими, перетворювач не боїться замикань виходів. У разі генерація просто зривається.

Напруга 5 для живлення цифрової частини вимірювача отримано за допомогою інтегрального стабілізатора DA2. Стабілізувати напруги живлення ОУ не потрібно, оскільки він досить стійкий до його змін. Напруга пульсацій із частотою перетворення пригнічують RC-фільтри на входах мікроконтролера DD1. Якщо надто великі пульсації з частотою 100 Гц, рекомендується скористатися способом їх зниження, описаним у [3].

Тут варто сказати кілька слів про властиву всім цифровим вимірникам нестабільність молодшого розряду результату виміру. Він завжди хаотично змінюється на одиницю довкола справжнього значення. Ці флюктуації є наслідком несправності приладу, та їх не можна усунути повністю, можна лише зменшити, середня результати великої кількості вимірів.

Деталі вимірювача змонтовані на трьох друкованих платах із фольгованого з одного боку ізоляційного матеріалу. Розраховані вони на встановлення мікросхем у корпусах DIP. На одній платі (рис. 2) змонтовані індикатори, на другій (рис. 3) – цифрові мікросхеми та мікроконтролер. Перетворювач, стабілізатор напруги живлення мікроконтролера та підсилювач сигналу датчика струму встановлені на третій платі (рис. 4).

Рис. 2. Друкована плата, на якій змонтовано індикатори

Мал. 3. Друкована плата, на якій змонтовано цифрові мікросхеми та мікроконтролер

Мал. 4. Друкована плата, на якій змонтовано перетворювач, стабілізатор напруги живлення мікроконтролера та підсилювач сигналу датчика струму

Розміщення деталей на платах та міжплатні з'єднання показані на рис. 5. Червоними цифрами на ньому позначені номери виводів імпульсного трансформатора T1 у місцях їх підключення до плати. Сам трансформатор закріплений на ній хомутами із ізольованого монтажного дроту. Блокувальні конденсатори C13 та C14 припаяні безпосередньо до висновків живлення мікросхем DD2 та DD3. Як показала практика, вимірювач нормально працює без цих конденсаторів.

Мал. 5. Розміщення деталей на платах та міжплатні з'єднання (натисніть для збільшення)

Плати мікроконтролера та індикаторів з'єднані кронштейнами з оцинкованої сталі товщиною 0,5 мм. Плата перетворювача та підсилювача закріплена двома гвинтами М2. Відстань між платами – близько 11 мм. Такий варіант конструкції приладу (мал. 6) займає менше місця на лицьовій панелі блока живлення, в яку цей пристрій має бути вбудований.

Рис. 6. Монтаж приладу

Замість ОУ КР140УД708 можна застосувати, наприклад, КР140УД1408 та безліч ОУ інших типів.

Слід зазначити, що можуть вимагати інших ланцюгів корекції, ніж КР140УД708.

Це слід враховувати під час проектування друкованої плати.

Замість зсувних регістрів 74НС164 можна використовувати 74НС4015, але доведеться змінити топологію друкованих провідників плати. Діоди КД522Б можна замінити на КД510А. Підстроювальні резистори R8 і R11 - СП3-19, R9 - імпортний. Постійні конденсатори також є імпортними.

Резистор R1 (датчик струму) можна виготовити з ніхромового дроту або застосувати готовий, як це зроблено в [1]. Я зробив його з відрізка ніхромової стрічки перетином 2,5х0,8 мм і завдовжки (з урахуванням залужених кінців) близько 25 мм, витягнутої з теплового реле ТРН. Трансформатор Т1 намотаний на феритовому кільці типорозміру 10х6х3мм, витягнутому з несправної КЛЛ. Всі обмотки намотані дротом ПЕВ-2 діаметром 0,18 мм. Обмотка 2-3 містить 83 витка, обмотки 1 -2 і 4-5 - по 13 витків, а обмотка 6-7-8 -

80 витків із відведенням від середини. Якщо вихідна напруга випрямляча менше 30, число витків обмотки 2-3 доведеться зменшити з розрахунку приблизно 4 витка на вольт.

Між собою обмотки 1-2-3 та 4-5 ізольовані одним шаром конденсаторного паперу товщиною 0,1 мм, а від обмотки 6-7-8 - двома шарами такого паперу. Після перевірки працездатності трансформатор просочений лаком ХВ-784.

Програма мікроконтролера написана серед MPLAB IDE v8.92 мовою асемблера MPASM. Пропонуються два її варіанти. Файли першого варіанта знаходяться в папці "Загальний катод" і призначені для приладу зі світлодіодними індикаторами із загальними катодами розрядів, у тому числі тими, що вказані на схемі рис. 1. Файли другого варіанта з папки "Загальний анод" слід використовувати при встановленні в прилад світлодіодних індикаторів із загальними анодами розрядів. Однак на практиці цей варіант програми не випробуваний. Програмування мікроконтролера було виконано за допомогою програми IC-prog та простого пристрою, описаного в [4].

Налагодження вимірювача полягає в установці підстроювальним резистором R11 нуля на виході ОУ DA1 за відсутності струму вимірюваного ланцюга. Потім цей ланцюг подають струм, близький до межі вимірювання, але менше його.

Контролюючи струм зразковим амперметром, підстроювальним резистором R8 домагаються рівності показань зразкового і приладів, що налагоджується.

Подавши і контролюючи зразковим вольтметром напруга, що вимірюється, встановлюють відповідні показання на індикаторі приладу підстроювальним резистором R9. Докладніше про налагодження написано в [1].

Обидва варіанти програми мікроконтролера можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/05/av-meter.zip.

література

1. Балаєв Б. Вбудований вимірювач струму та напруги на PIC12F675. – Радіо, 2014, № 12, с. 18-20.
2. Янгалієв Н. Блок живлення на основі перетворювача напруги для живлення галогенних ламп. – Радіо, 2005, № 5, с. 36, 37.
3. Лоскутов І. Як зменшити пульсації блоку живлення. – Радіо, 1996, № 4, с. 54.
4. Сізов А. Програмування сучасних PIC16, PIC12 на PonyProg. – Радіо, 2004, № 2, с. 31, 32.

Автор: Є. Герасимов

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Інтернет погіршує життя і лікарів, і пацієнтів 29.03.2018 Нині чимало людей, коли відчувають проблеми зі здоров'ям, йдуть не до лікаря, а починають пошук за симптомами в Інтернеті. І це погано впливає не лише на пацієнтів, а й на лікарів. Якщо не обманювати себе, то варто зізнатися: практично всі люди, які мають інтернет, у тій чи іншій ситуації замість того, щоб звернутися до лікаря, шукали, як лікувати ту чи іншу "болячку" в Інтернеті з не надто серйозними результатами. Виявляється, самодіагностика не тільки не дає лікарю вчасно розпочати лікування та засмучує самого пацієнта, вона також має негативні наслідки на медицину загалом. Пацієнти, які надто багато часу проводять на медичних сайтах, вимагають від лікарів серйозного лікування, що виливається у виписуванні антибіотиків з будь-якого приводу, а отже, все більше підвищує опір бактерій антибіотикам. Дослідження, проведене в США у 2016 році, показало, що одну третину рецептів на антибіотики було виписано у разі вірусних інфекцій. Три чверті пацієнтів, які скаржаться у приймальному спокої на симптоми венеричних захворювань, також отримали антибіотики, причому відразу, хоча згодом результати аналізів показали, що жодних венеричних захворювань вони не мали. Більше того, згідно з Wired, медичні працівники вже кажуть, що, побоюючись негативної реакції пацієнтів та поганих відгуків в інтернеті, вони приймають рішення на підставі того, що хоче пацієнт замість реальної медицини. Це явище вже отримало назву Yelp effect за назвою одного з найбільших агрегатів відгуків у США. Ще в 2013 році дослідження Pew Research Center з'ясувало, що близько 35% американців використовують інтернет для діагностики як себе, так і тих, кого вони знають. І, зрозуміло, на 2018 рік ця цифра тільки зросла. Жодного розуміння того, як з цим боротися, немає. Жодного легкого вирішення цієї проблеми немає. Зрештою, реакція пацієнта та ступінь його задоволення медичними послугами так чи інакше є частиною медичної практики. Медицина несподівано для себе зіткнулася з досить дивною і навіть іронічною проблемою: лікарі завжди хотіли, щоб пацієнти були більш підковані у питаннях здоров'я, але принаймні у разі антибіотиків це може призвести до страшних наслідків.

Інші цікаві новини:

▪ Критерії відбору туристів для польоту в космос

▪ Відеокапсула з дистанційним керуванням як альтернатива ендоскопу

▪ Розумна ручка з перевіркою орфографії

▪ Очі в очі

▪ Аспірин – винуватець смерті

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Попередні підсилювачі. Добірка статей

▪ стаття Афра Бен. Знамениті афоризми

▪ стаття Що таке льодовиковий період? Детальна відповідь

▪ стаття Роботи в зоні розташування комунікацій на глибині понад 2 метри. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Цифровий мультиметр M832. Електрична схема, опис, характеристики. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Простий УКХ ЧС приймач. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024