Et enkelt hjemmelaget voltmeter

Hjemmelaget voltmeter like- og vekselstrøm.

Hei kjære leser. Noen ganger blir det nødvendig å ha et lite, enkelt voltmeter "for hånden". Å lage et slikt voltmeter med egne hender er ikke vanskelig.

Egnetheten til et voltmeter for å måle spenninger i visse kretser bedømmes av dens inngangsmotstand, som er summen av motstanden til rammen til pekerenheten og motstanden til den ekstra motstanden. Siden tilleggsmotstandene har forskjellige klassifiseringer ved forskjellige grenser, vil inngangsmotstanden til enheten være forskjellig. Oftere blir et voltmeter evaluert av dens relative inngangsmotstand, som karakteriserer forholdet mellom inngangsmotstanden til enheten og 1 V av den målte spenningen, for eksempel 5 kOhm / V. Dette er mer praktisk: inngangsmotstanden til voltmeteret er forskjellig ved forskjellige målegrenser, og den relative inngangsmotstanden er konstant. Jo mindre den totale avbøyningsstrømmen til pilen til måleanordningen Ii som brukes i voltmeteret, jo større blir dens relative inngangsmotstand, desto mer nøyaktig blir målingene. I transistordesign er det nødvendig å måle spenning fra brøkdeler av en volt til flere titalls volt, og enda mer i lampedesign. Derfor er et voltmeter med én grense upraktisk. For eksempel kan selv spenninger på 1-5V ikke måles nøyaktig med et voltmeter med en skala på 100V, siden avviket til pilen vil vise seg å være knapt merkbart. Derfor trenger vi et voltmeter som har minst tre til fire målegrenser. Et diagram av et slikt DC-voltmeter er vist i fig. 1. Tilstedeværelsen av fire ekstra motstander R1, R2, R3 og R4 indikerer at voltmeteret har fire målegrenser. I dette tilfellet er den første grensen 0-1V, den andre er 0-10V, den tredje er 0-100V, og den fjerde er 0-1000V.
Motstanden til tilleggsmotstander kan beregnes med formelen som følger fra Ohms lov: Rd \u003d Up / Ii - Rp, her er Up den høyeste spenningen for en gitt målegrense, Ii er den totale avbøyningsstrømmen til målehodenålen, og Rp er motstanden til rammen til målehodet. Så, for eksempel, for en enhet for en strøm Ii \u003d 500 μA (0,0005A) og en ramme med en motstand på 500 ohm, bør motstanden til tilleggsmotstanden R1, for en grense på 0-1V, være 1,5 kOhm, for en grense på 0-10V - 19,5 kOhm, for en grense på 0 -100V - 199,5 kOhm, for grensen 0-1000 - 1999,5 kOhm. Den relative inngangsmotstanden til et slikt voltmeter vil være 2 kOhm / V. Vanligvis er ekstra motstander med karakterer nær de beregnede montert i et voltmeter. Til slutt utføres "justeringen" av motstandene deres når voltmeteret kalibreres ved å koble andre motstander til dem parallelt eller i serie.

Hvis DC-voltmeteret er supplert med en likeretter som konverterer AC-spenningen til DC (eller rettere sagt pulserende), får vi et AC-voltmeter. En mulig krets av en slik enhet med en halvbølge likeretter er vist i fig. 2. Enheten fungerer som følger. I de øyeblikkene når det er en positiv halvbølge av vekselspenning på den venstre (i henhold til kretsen) terminal på enheten, flyter strømmen gjennom dioden D1 og deretter gjennom mikroamperemeteret til høyre terminal. På dette tidspunktet er diode D2 lukket. Under den positive halvbølgen på høyre klemme lukkes dioden D1, og de positive halvbølgene til vekselspenningen lukkes gjennom dioden D2, og omgår mikroamperemeteret.
Tilleggsmotstanden Rd beregnes på samme måte som for konstante spenninger, men resultatet deles med 2,5-3 hvis enhetens likeretter er halvbølget, eller med 1,25-1,5 hvis enhetens likeretter er fullbølget - Fig. 3 . Mer presist velges motstanden til denne motstanden empirisk under kalibreringen av instrumentskalaen. Du kan beregne Rd ved å bruke andre formler. Motstanden til tilleggsmotstandene til voltmetrene til likerettersystemet, laget i henhold til kretsen i fig. 2, beregnes av formelen:
Rd \u003d 0,45 * Opp / Ii - (Rp + rd);
For kretsen i fig. 3 ser formelen slik ut:
Rd \u003d 0,9 * Opp / Ii - (Rp + 2rd); hvor rd er forovermotstanden til dioden.
Avlesningene til likerettersystemets instrumenter er proporsjonale med den gjennomsnittlige likerettede verdien av de målte spenningene. Skalaene deres er kalibrert i rms-verdiene til den sinusformede spenningen, derfor er avlesningene til likerettersystemets enheter lik rms-verdien til spenningen bare ved måling av sinusformede spenninger. D9D germaniumdioder brukes som likeretterdioder. Slike voltmetre kan også måle lydfrekvensspenninger opp til flere titalls kilohertz. En skala for et hjemmelaget voltmeter kan tegnes ved hjelp av programmet FrontDesigner_3.0_setup.

Et enkelt AC voltmeter med en frekvens på 50 Hz er utformet som en innebygd modul som kan brukes både separat og bygges inn i en ferdig enhet.
Voltmeteret er satt sammen på en PIC16F676 mikrokontroller og en 3-sifret indikator og inneholder ikke så veldig mange detaljer.

De viktigste egenskapene til voltmeteret:
Formen på den målte spenningen er sinusformet
Den maksimale verdien av den målte spenningen er 250 V;
Frekvensen til den målte spenningen - 40 ... 60 Hz;
Diskret visning av måleresultatet - 1 V;
Voltmeter forsyningsspenning - 7 ... 15 V.
Gjennomsnittlig strømforbruk - 20 mA
To designalternativer: med og uten PSU ombord
Enkeltsidig PCB
Kompakt design
Visning av målte verdier på et 3-sifret LED-display

Skjematisk diagram av et voltmeter for måling av AC-spenning

Motstandene R6 og R7 skaper en spenning på 2,5 volt (halv effekt) ved inngangen til ADC. Den relativt lille kondensatoren C5 shunter ADC-inngangen og bidrar til å redusere målefeilen. Mikrokontrolleren organiserer driften av indikatoren i dynamisk modus ved avbrudd fra tidtakeren.

--
Takk for din oppmerksomhet!
Igor Kotov, grunnlegger av Datagor magazine

Flink! Freebie er over. Hvis du vil ha filer og nyttige artikler - hjelp meg!

I min praksis står jeg veldig ofte overfor oppgaven med å måle høyspente lavstrømskretser. Som regel, i dosimetre og strømforsyninger for PMT-er, bruker jeg omformere designet for svært lave strømforbruk. Som et resultat er det umulig å måle dem med klassiske metoder ved bruk av multimetre med en inngangsmotstand på 1 eller 10 megaohm, de skaper en betydelig belastning på den målte kretsen og et spenningsfall vises, noe som betyr at målingen er gjort med en feil , noen ganger betydelig.

For å løse dette problemet utviklet jeg et enkelt voltmeter med en inngangsmotstand på 5 GigaOhm, og en maksimal målbar spenning på 2,5 kV.

Kraftdelsystemet er satt sammen på elementene U1, U2, U3.
U1-brikken er ansvarlig for å lade det innebygde Li-Po-batteriet. U2-brikken er en enkel LDO-regulator som gir en stabil 3,0V for å drive alle enhetens systemer. På U3-brikken er det satt sammen en inverter som konverterer + 3V til -3V for å drive skjermen. Faktum er at den eksterne skjermen fra Nokia 2760 som brukes i kretsen krever henholdsvis 6V for å drive bakgrunnsbelysningen, ved å bruke potensialforskjellen skapt av U3-omformeren, får vi to strømpunkter -3V og +3V, og dette gir oss den nødvendige 6V potensialforskjell. Motstand R1 velges individuelt for hvert display, slik at strømmen ikke overstiger 11-14 mA. Som regel er 10mA nok til at bakgrunnsbelysningen skal lyse ved normal lysstyrke.

En spenningsfølger er satt sammen på operasjonsforsterkeren U5, som forbedrer strømkarakteristikkene til høyspennings-høyimpedansspenningsdeleren R7, R5 til tilstrekkelige verdier for påfølgende behandling av en analog-til-digital-omformer i MK.
U4-mikrokontrolleren tar på seg følgende oppgaver: kompensasjon for offsetspenningen til operasjonsforsterkeren, behandle signalet fra spenningsdeleren, beregne minimum, maksimum, tegne spenningsbølgeformen, etc.

Artikkel 1

Diverse:

Den siste versjonen av brettet er allerede lastet opp til OSHPark og kan bestilles der "i ett klikk"-lenken .

En venn satte den sammen for ikke så lenge siden og laget en kort video om den, som du finner på YouTube under uttrykket "Hjemmelaget høymotstandsvoltmeter".

Jeg anbefaler ikke å bytte ut deler med analoger, alle deler er godt tilpasset hverandre, og ved utskifting av analoger kan det oppstå ulike ikke-åpenbare nyanser.
Lodding gjøres best med fluss EFD FLUX PLUS 6-412-A, pga den har høy volummotstand.

Det er verdt å merke seg en nyanse. Voltmeteret liker ikke plutselige spenningsstøt fra null til flere kilovolt ved inngangen, og noen ganger kan interferensen som skapes av en kraftig overspenning få MK til å fryse. Derfor, for å måle høyspenttrinn med spenninger over 500V, anbefaler jeg å koble (eller lodde) en enhet til dem på forhånd, før de slås på. Dette vil gi en litt jevnere spenningsøkning og vil ikke forårsake problemer under drift. Du kan fortsatt øke kapasitansen til C8, men nåler med kilovoltpotensialer sprer seg fortsatt veldig godt over et så lite brett. Derfor er det bedre å unngå å koble "hot" til kretser med potensialer over 500V, og koble det på forhånd, før du slår på kretsen.

En strømbryter er koblet mellom Batt + og SW2-kontaktene, hvilken som helst som er praktisk for deg.

For å gjøre det lettere å jobbe med SMD-deler, er brettet kablet for muligheten for å lodde testpinner som innebygde måleprober.

Dekselet som brukes er klassisk for Micron utviklingsserien, dette er et kinesisk etui fra RFBAT-selgeren med EBAY, de kalles vanligvis "Plastic Project Box Enclosure Case DIY - -1.94"*1.08"*0.55"(L*B*H )"

I det øyeblikket enheten slås på, foregår selvkalibreringen av enheten, det skal bemerkes at i dette øyeblikket skal potensialet på probene til enheten være lik null.

Ved måling av negative spenninger (for eksempel når du arbeider med PMT-er) Vær forsiktig, kretsen er ikke frakoblet av "-" kontakten, noe som betyr at det vil være et høyt negativt potensial på USB-kontakten og bryteren. Jeg utfører slike målinger uten å berøre enheten med bare hender, noe jeg anbefaler deg.

Skjermen viser gjeldende spenning, maksimum og minimum i 4 sekunder. Samt et graf-oscillogram av spenning med automatisk vindusjustering.

Kjennetegn:
Rekkevidde av målte spenninger: fra +100 til +2500 volt
Målenøyaktighet: + -2% + -6u
Inngangsmotstand: ikke mindre enn 4,95 GΩ (avhenger av kvaliteten på tekstolitten, rengjøring, belegglakk)
Batterilevetid: minst 4 timer.

Den nye versjonen av brettet (v.2.02) fra denne artikkelen inneholder utskjæringer i tekstolitten for å øke volummotstanden til tekstolitten på kritiske steder.

Styrer v.2.00

Liste over radioelementer

Et enkelt kilovoltmeter for måling av spenninger opp til 50 - 100 kilovolt eller mer kan du lage selv. En slik enhet kan være nyttig når du justerer modusene til katodestrålerør, luftionisatorer, flokatorer og andre enheter som bruker høye forsyningsspenninger.

For å lage et kilovoltmeter trenger du følgende hovedkomponenter:

En skistav i glassfiber er hul (Slike staver ble en gang solgt komplett med de fleste budsjettskiene. Det er mulig at en slik stav ligger på balkongen din).

Høyspentmotstander type C3-14-1-(B) (Det er disse motstandene som passer nøyaktig til den indre diameteren til skistaven).

Multimeter "kinesisk" med en inngangsimpedans på 10 MΩ. Mindre multimetre enn den som er vist på bildet koster vanligvis mindre og har en inngangsimpedans på bare 1 MΩ.

Noen små detaljer.

Skjematisk diagram av et kilovoltmeter.

Motstander R1 - Rn - den øvre armen til spenningsdeleren;
- Motstander R*(grov), R*(fin) og inngangsimpedansen til måleapparatet (10 MΩ) - den nedre armen til deleren.
– En neonlampe beskytter kilovoltmeteret fra å overskride den sikre spenningen i den nedre armen på skilleveggen når sistnevnte ryker. Hvis den beregnede spenningen som leveres til multimeteret er høyere enn 50 volt (for eksempel 100 volt), bør en ny neonpære kobles i serie.

Om motstandene til overarmen på skilleveggen.

Motstander S3-14-1 (gruppe B) Dette er en-watts motstander som tåler spenninger opp til 10 kilovolt. Motstandsområde fra 470 MΩ til 5,6 GΩ. Når du kjøper, bør du være oppmerksom på at disse motstandene ikke er veldig pålitelige, både i drift og under lagring. Derfor er det bedre å kjøpe dem med en viss margin. Jeg vil anbefale å kjøpe dobbelt så mange som nødvendig.

Hvordan beregne høyspenningsdeleren?

I amatørpraksis må du oftest sette sammen slike enheter basert på tilgjengelige deler. Derfor er det bare nødvendig å fortsette med produksjonen av en høyspenningsskillesonde når motstandene er kjøpt og testet. Basert på de tilgjengelige høyspenningsmotstandene bør den endelige beregningen av skillet gjøres.

Omtrentlig, foreløpig beregning av skilleveggens overarm.

Vi velger maksimal spenning, for eksempel 50 kilovolt. Ved denne spenningen må vi bruke 5 - 6 motstander, som hver tåler opptil 10 kilovolt.

Vi beregner spenningsdeleren for multimeterskalaen, for eksempel 200 volt. For enkel lesing er det ønskelig at det er én kilovolt målt spenning per 1 volt av skalaen.

Inngangsimpedansen til multimeteret er 10 MΩ. For å justere skillet må vi imidlertid omgå denne skulderen.

La oss derfor ta denne skulderen lik for eksempel 8 MΩ.

8 (MΩ) * 50 000 (Volt) / 50 (Volt) = X + 8 (MΩ)

X \u003d 7992 MΩ

7992 (MΩ) / 6 (stykker) = 1332 MΩ

Selvfølgelig er det lite sannsynlig at du vil være i stand til å finne den nødvendige motstandsverdien, og du må kanskje velge mellom kommersielt tilgjengelige motstander. Deleren kan også settes sammen fra forskjellige motstandsverdier, men da må du beregne spenningsfallet for hver motstand. Fra min egen erfaring kan jeg legge til at S3-14-1-B-motstandene, med en lengde på 29 mm, tåler en spenning på halvannen og til og med to ganger høyere enn den tillatte, men deres pålitelighet avtar.

For å redusere strømmen som strømmer gjennom kilovoltmeteret, kan du øke motstanden til den øvre armen på skillelinjen med en størrelsesorden eller to. I dette tilfellet må du velge skalaen til enheten, henholdsvis 20 volt eller 2 volt.

Foreløpig beregning av shunt til multimeter (R* grov + R* fin).

R tester + R shunt = 8 MΩ;

R-shunt = 10 * 8 / 10 - 8 = 40 (MΩ)

Utsnittsbilde av en del av kilovoltmetersonden.

Utsnittsbilde av en del av kilovoltmetersonden.

1. Tips;
2. Mutter;
3. Getinax- eller glassfiberskive (egnet fra monteringspunktet til PEV-motstander);
4. En metallhylse med en gjenge inni (en hvilken som helst passende størrelse med en innvendig gjenge M2,5 - M3 (mm) er egnet);
5. Hunnkontakt av passende størrelse for tilkobling til utgangen til en høyspenningsmotstand. Kontakten er nødvendig slik at under driften av enheten er det enkelt å erstatte en mislykket motstand;
6. Den første motstanden til den øvre armen til skilleveggen;
7. Et segment av en skistav (jeg anbefaler å velge lengden på arbeidsstykket avhengig av antall motstander som tidligere er beregnet og allerede tilgjengelig).

Vi fortsetter til sluttsamlingen.

Først lager vi en spissfesteenhet, for hvilken vi lodder kontakten "5" til hylsen "4".

Deretter limer vi delene "3" og "4" inn i enden av røret med epoksyharpiks.

Når du limer, må du sørge for at epoksyen ikke strømmer inn i kontakten "5".

Vi lodder motstandene til den øvre armen til skilleveggen i serie og setter den inn i skistaven slik at den første motstanden går inn i kontakten som ligger inne. Vi fikser den siste motstanden ved å lodde ved bunnen av sonden.

Vi setter sammen de gjenværende elementene i kretsen, og legger dem i en passende metall- eller plastboks.

1. To terminaler for jordforbindelse;
2. Kobling SR-50 for tilkobling av en tester eller oscilloskop;
3. Motstand R * (omtrent);
4. Motstand R* (nøyaktig);
5. Neonlampe;
6. Utskiftbar spiss.

Kalibrer skilleveggen.

For kalibrering er det praktisk å bruke en 1000 volt konstant referansespenningskilde, siden dette er den maksimale spenningen som kan måles, vanligvis med instrumentene som er tilgjengelige for radioamatøren. Hvis dette ikke er tilgjengelig, kan du bruke en annen mindre høyspenningskilde.

Kalibrering reduseres til valg av motstander i de nedre og øvre armene til skilleveggen. Variasjonen i parametrene til høymegaohm-motstander er stor, så det kan være nødvendig å beregne resultatet av den foreløpige kalibreringen på nytt for å foreta korrigeringer.

Ved hjelp av et kilovoltmeter.

1. Sammensatt kilovoltmetersonde;
2. Ledninger for tilkobling av jord og multimeter;
3. To alternativer for tips;
4. Et eksempel på å koble et kilovoltmeter til anoden til et kineskop ved hjelp av en utskiftbar spiss i form av en krok.

Når du bruker enheten, må sikkerhetstiltak tas.

Til- og frakobling av kilovoltmeteret bør utføres med spenningsløst utstyr, etter at ladningen er fjernet fra høyspentstrømførende deler.

Når du kobler et kilovoltmeter til de målte kretsene, bør jording kobles til først!

Når du kobler sonden fra de målte kretsene, skal jordingen kobles fra sist!

Når du kobler et kilovoltmeter til anoden til kineskopet, bør en jordterminal kobles til grafittbelegget på kinescope, og den andre til den vanlige ledningen til TV-chassiset.

info - oldoctober.com/en/kilovolt

Jeg forstyrret ikke kapasitansmåleenheten verken programvare eller maskinvare, med unntak av å legge til en motstand i serie med P2.
Jeg har ennå ikke tegnet et skjematisk diagram som gjenspeiler alle forbedringene.
Enheten var veldig følsom for fuktighet! mens du puster på den, begynner avlesningene å "svømme". Grunnen til dette er den høye motstanden til R19, R18, R25, R22. Forresten, kan noen forklare meg hvorfor i helvete er kaskaden på U5a en så stor inngangsimpedans???
Kort fortalt ble den analoge delen fylt med lakk - hvoretter følsomheten forsvant helt.

Magasinet ELEKTOR er, så vidt jeg vet, tysk, forfatterne av artiklene er tyskere og de publiserer det i Tyskland, i alle fall den tyske versjonen.
blande, la oss spøke i en flamme