Как собрать цифровой вольтметр. Цифровой вольтметр: виды, схема, описание. Модификации переменного тока

Здравствуй дорогой читатель. Иногда возникает необходимость иметь «под рукой» небольшой простенький вольтметр. Сделать такой вольтметр своими руками не составит большого труда.

О пригодности вольтметра для измерения напряжений в тех или иных цепях судят по его входному сопротивлению, которое складывается из сопротивления рамки стрелочного прибора и сопротивления добавочного резистора. Так как на разных пределах добавочные резисторы имеют разные номиналы, то и входное сопротивление прибора будет другим. Чаще вольтметр оценивают его относительным входным сопротивлением, характеризующим отношение входного сопротивления прибора к 1В измеряемого напряжения, например 5кОм/В. Это удобнее: входное сопротивление вольтметра на разных пределах измерений разное, а относительное входное сопротивление постоянное. Чем меньше ток полного отклонения стрелки измерительного прибора Iи, используемого в вольтметре, тем больше будет его относительное входное сопротивление, тем точнее будут производимые им измерения. В транзисторных конструкциях приходится измерять напряжение от долей вольта до нескольких десятков вольт, а в ламповых еще больше. Поэтому однопредельный вольтметр неудобен. Например, вольтметром со шкалой на 100В нельзя точно измерить даже напряжения 1- 5В, так как отклонение стрелки получится малозаметным. Поэтому нужен вольтметр, имеющий хотя бы три — четыре предела измерений. Схема такого вольтметра постоянного тока показана на рис.1. Наличие четырех добавочных резисторов R1, R2, R3 и R4 свидетельствует о том, что вольтметр имеет четыре предела измерений. В данном случае первый предел 0-1В, второй 0-10В, третий 0-100В и четвертый 0-1000В.
Сопротивления добавочных резисторов можно рассчитать по формуле, вытекающей из закона Ома: Rд= Uп/Iи — Rп, здесь Uп — наибольшее напряжение данного предела измерений, Iи – ток полного отклонения стрелки измерительной головки, а Rп – сопротивление рамки измерительной головки. Так, например, для прибора на ток Iи = 500мкА (0,0005А) и рамкой сопротивлением 500 Ом сопротивление добавочного резистора R1, для предела 0-1В должно быть 1,5кОм, для предела 0-10В — 19,5кОм, для предела 0-100В — 199,5кОм, для предела 0-1000 – 1999,5кОм. Относительное входное сопротивление такого вольтметра будет 2кОм/В. Обычно, в вольтметр монтируют добавочные резисторы с номиналами, близкими с расчетными. Окончательно же «подгонку» их сопротивлений производят при градуировке вольтметра путем подключения к ним параллельно или последовательно других резисторов.

Если вольтметр постоянного тока дополнить выпрямителем, преобразующим переменное напряжение в постоянное (точнее — пульсирующее), получим вольтметр переменного тока. Возможная схема такого прибора с однополупериодным выпрямителем показана на рис.2. Работает прибор следующим образом. В те моменты времени, когда на левом (по схеме) зажиме прибора положительная полуволна переменного напряжения, ток идет через диод Д1 и далее через микроамперметр к правому зажиму. В это время диод Д2 закрыт. Во время положительной полуволны на правом зажиме, диод Д1 закрывается, и положительные полуволны переменного напряжения замыкаются через диод Д2, минуя микроамперметр.
Добавочный резистор Rд рассчитывают так же, как и для постоянных напряжений, но полученный результат делят на 2,5-3, если выпрямитель прибора однополупериодный, или на 1,25-1,5, если выпрямитель прибора двухполупериодный — рис.3. Более точно сопротивление этого резистора подбирают опытным путем во время градуировки шкалы прибора. Можно рассчитать Rд и по другим формулам. Сопротивление добавочных резисторов вольтметров выпрямительной системы, выполненных по схеме на рис.2, вычисляют по формуле:
Rд = 0,45*Uп/Iи – (Rп + rд);
Для схемы на рис.3 формула имеет вид:
Rд = 0,9*Uп/Iи – (Rп + 2rд); где rд – сопротивление диода в прямом направлении.
Показания приборов выпрямительной системы пропорциональны средне выпрямленному значению измеряемых напряжений. Шкалы же их градуируют в среднеквадратических значения синусоидального напряжения, поэтому показания приборов выпрямительной системы равны среднеквадратичному значению напряжения лишь при измерении напряжений синусоидальной формы. В качестве выпрямительных диодов используются германиевые диоды Д9Д. Такими вольтметрами можно измерять и напряжение звуковой частоты до нескольких десятков килогерц. Шкалу для самодельного вольтметра можно начертить с помощью программы FrontDesigner_3.0_setup.

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.

Амперметры - это устройства, которые используются с целью определения силы тока в цепи. Цифровые модификации изготавливаются на базе компараторов. По точности измерения они различаются. Также важно отметить, что приборы могут устанавливаться в цепи с постоянным и переменным током.

По типу конструкции различают щитовые, переносные, а также встроенные модификации. По назначению есть импульсные и фазочувствительные устройства. В отдельную категорию выделены селективные модели. Для того чтобы более подробно разораться в приборах, важно узнать устройство амперметра.

Схема амперметра

Обычная схема цифрового амперметра включает в себя компаратор вместе с резисторами. Для преобразования напряжения применяется микроконтроллер. Чаще всего он используется с опорными диодами. Стабилизаторы устанавливаются только в селективных модификациях. Для увеличения точности измерений используются широкополосные фильтры. Фазовые устройства оснащаются трансиверами.

Модель своими руками

Собрать цифровой амперметр своими руками довольно сложно. В первую очередь для этого потребуется качественный компаратор. Параметр чувствительности должен составлять не менее 2.2 мк. Минимальное разрешение он обязан выдерживать на уровне в 1 мА. Микроконтроллер в устройстве устанавливается с опорными диодами. Система индикации подсоединяется к нему через фильтр. Далее, чтобы собрать цифровой амперметр своими руками нужно установить резисторы.

Чаще всего они подбираются коммутируемого типа. Шунт в данном случае должен располагаться за компаратором. Коэффициент деления прибора зависит от трансивера. Если говорить про простую модель, то он используется динамического типа. Современные устройства оснащаются сверхточными аналогами. Источником стабильного тока может выступать обычная батарейка литий-ионного типа.

Устройства постоянного тока

Цифровой амперметр постоянного тока выпускается на базе высокочувствительных компараторов. Также важно отметить, что в приборах устанавливаются стабилизаторы. Резисторы подходят только коммутируемого типа. Микроконтроллер в данном случае устанавливается с опорными диодами. Если говорить про параметры, то минимальное разрешение устройств равняется 1 мА.

Модификации переменного тока

Амперметр (цифровой) переменного тока можно сделать самостоятельно. Микроконтроллеры у моделей используются с выпрямителями. Для увеличения точности измерения применяются фильтры широкополосного типа. Сопротивление шунта в данном случае не должно быть меньше 2 Ом. Чувствительность у резисторов обязана составлять 3 мк. Стабилизаторы чаще всего устанавливаются расширительного типа. Также важно отметить, что для сборки понадобится триод. Припаивать его необходимо непосредственно к компаратору. Допустимая ошибка приборов данного типа колеблется в районе 0.2 %.

Импульсные приборы измерения

Импульсные модификации отличаются наличием счетчиков. Современные модели выпускаются на базе трехразрядных устройств. Резисторы используются только ортогонального типа. Как правило, коэффициент деления у них равняется 0.8. Допустимая ошибка в свою очередь составляет 0.2%. К недостаткам устройств можно отнести чувствительность к влажности среды. Также их запрещается использовать при минусовых температурах. Самостоятельно собрать модификацию проблематично. Трансиверы в моделях применяются только динамического типа.

Устройство фазочувствительных модификаций

Фазочувствительные модели продаются на 10 и 12 В. Параметр допустимой ошибки у моделей колеблется в районе 0.2%. Счетчики в устройствах применяются только двухразрядного типа. Микроконтроллеры используются с выпрямителями. Повышенной влажности амперметры данного типа не боятся. У некоторых модификаций имеются усилители. Если заниматься сборкой устройства, то потребуются коммутируемые резисторы. Источником стабильного тока может выступать обычная литий-ионная батарейка. Диод в данном случае не нужен.

Перед установкой микроконтроллера важно припаять фильтр. Преобразователь для литий-ионной потребуется переменного типа. Показатель чувствительности у него находится на уровне 4.5 мк. При резком в цепи необходимо проверить резисторы. Коэффициент деления в данном случае зависит от пропускной способности компаратора. Минимальное давление приборов данного типа не превышает 45 кПа. Непосредственно процесс преобразования тока занимает около 230 мс. Скорость передачи тактового сигнала зависит от качества счетчика.

Схема селективных устройств

Селективный цифровой амперметр постоянного тока изготавливается на базе компараторов с высокой пропускной способностью. Допустимая ошибка моделей равняется 0.3 %. Работают устройства по принципу одностадийного интегрирования. Счетчики используются только двухразрядного типа. Источники стабильного тока устанавливаются за компаратором.

Резисторы применяются коммутируемого типа. Для самостоятельной сборки модели потребуются два трансивера. Фильтры в данном случае могут значительно повысить точность измерений. Минимальное давление приборов лежит в районе 23 кПа. Резкое падение напряжения наблюдается довольно редко. Сопротивление шунта, как правило, не превышает 2 Ом. Токоизмерительная частота зависит от работы компаратора.

Универсальные приборы измерений

Универсальные подходят больше для бытового использования. Компараторы в устройствах часто устанавливаются не большой чувствительности. Таким образом, допустимая ошибка лежит в районе 0.5%. Счетчики используются трехразрядного типа. Резисторы применяются на базе конденсаторов. Триоды встречаются как фазового, так и импульсного типа.

Максимальное разрешение приборов не превышает 12 мА. Сопротивления шунта, как правило, лежит в районе 3 Ом. Допустимая влажность для устройств составляет 7 %. Предельное давление в данном случае зависит от установленной системы защиты.

Щитовые модели

Щитовые модификации производятся на 10 и 15 В. Компараторы в устройствах устанавливаются с выпрямителями. Допустимая ошибка приборов составляет не менее 0.4 5. Минимальное давление устройств равняется около 10 кПа. Преобразователи применяются в основном переменного типа. Для самостоятельной сборки устройства не обойтись без двухразрядного счетчика. Резисторы в данном случае устанавливаются со стабилизаторами.

Встраиваемые модификации

Цифровой встраиваемый амперметр выпускается на базе опорных компараторов. у моделей довольно высокая, и допустимая погрешность равняется около 0.2 %. Минимальное разрешение приборов не превышает 2 мА. Стабилизаторы используются как расширительного, так и импульсного типа. Резисторы устанавливаются высокой чувствительности. Микроконтроллеры часто применяются без выпрямителей. В среднем процесс преобразования тока не превышает 140 мс.

Модели DMK

Цифровые амперметры и вольтметры данной компании пользуются большим спросом. В ассортименте указанной фирмы имеется множество стационарных моделей. Если рассматривать вольтметры, то они выдерживают максимальное давление 35 кПа. В данном случае транзисторы применяются тороидального типа.

Микроконтроллеры, как правило, устанавливаются с преобразователями. Для лабораторных исследований устройства данного типа подходят идеально. Цифровые амперметры и вольтметры этой компании производятся с защищенными корпусами.

Устройство Торех

Указанный амперметр (цифровой) производится с повышенной проводимостью тока. Максимальное давление устройство выдерживает в 80 кПа. Минимальная допустимая температура амперметра равняется -10 градусов. Повышенной влажности указанный не боится. Устанавливать его рекомендуется рядом с источником тока. Коэффициент деления равняется только 0.8. Максимальное давление амперметр (цифровой) выдерживает в 12 кПа. Потребляемый ток устройства составляет около 0.6 А. Триод используется фазового типа. Для бытового использования данная модификация подходит.

Устройство Lovat

Указанный амперметр (цифровой) делается на базе двухразрядного счетчика. Проводимость тока модели равняется только 2.2 мк. Однако важно отметить высокую чувствительность компаратора. Система индикации используется простая, и пользоваться прибором очень комфортно. Резисторы в этот амперметр (цифровой) установлены коммутируемого типа.

Также важно отметить, что они способны выдерживать большую нагрузку. Сопротивление шунта в данном случае не превышает 3 Ом. Процесс преобразования тока происходит довольно быстро. Резкое падение напряжения может быть связано только с нарушением температурного режима прибора. Допустимая влажность указанного амперметра равняется целых 70 %. В свою очередь максимальное разрешение составляет 10 мА.

Модель DigiTOP

Этот постоянного тока выпускается с опорными диодами. Счетчик в нем предусмотрен двухразрядного типа. Проводимость компаратора находится на отметке в 3.5 мк. Микроконтроллер применяется с выпрямителем. Чувствительность тока у него довольно высокая. Источником питания выступает обычная батарейка.

Резисторы используются в приборе коммутируемого типа. Стабилизатор в данном случае не предусмотрен. Триод установлен только один. Непосредственно преобразование тока происходит довольно быстро. Для бытового использования этот прибор подходит хорошо. Фильтры для увеличения точности измерения предусмотрены.

Если говорить про параметры вольтметра-амперметра, то важно отметить, что рабочее напряжение находится на уровне 12 В. Потребление тока в данном случае равняется 0.5 А. Минимальное разрешение представленного прибора составляет 1 мА. Сопротивление шунта располагается на отметке в 2 Ом.

Коэффициент деления вольтметра-амперметра только 0.7. Максимальное разрешение указанной модели составляет 15 мА. Непосредственно процесс преобразования тока занимает не более 340 мс. Допустимая ошибка указанного прибора располагается на уровне в 0.1 %. Минимальное давление система выдерживает в 12 кПа.

Вольтметр автомобильный — это полезное устройство, позволяющее автомобилисту всегда знать о том, какое напряжение в бортовой сети его транспортного средства. Многих автолюбителей сегодня интересует вопрос, как соорудить такой девайс самостоятельно в домашних условиях. Ниже вы сможете найти пошаговую инструкцию по изготовлению прибора своими руками.

[ Скрыть ]

Характеристика автомобильного вольтметра

Как сделать вольтметр? Как правильно должен подключаться сделанный электронный вольтметр в прикуриватель, какая схема подключения? Для начала давайте ознакомимся с основными характеристиками устройства.

Описание устройства

Как мы уже сказали, цифровой вольтметр предназначен для измерения напряжения. Аналоговое устройство представляет собой девайс, оснащенный стрелочным указателем, а также шкалой. На сегодняшний день такие устройства используются очень редко, в последнее время все большую популярность набирают цифровые девайсы.

Виды

Что касается непосредственно видов, то в продаже можно найти либо простые устройства, либо комбинированные.

1. Простой. Такой девайс характеризуется сравнительно небольшими размерами, в результате чего его монтаж допускается фактически в любом место транспортного средства. Поэтому обычно подключение вольтметра такого типа производится в прикуриватель. Таким образом, девайс позволяет производить мониторинг состояния уровня напряжения аккумуляторной батарее как при заглушенном, так и при заведенном двигателе. Если вы решили установить вольтметр своими руками, то вам будет полезно знать, что при заглушенном моторе напряжение должно составлять 12.5 вольт, в то время как на заведенном — 13.5-14.5 вольт.
   В том случае, если данный параметр будет более высоким или низким, потребуется произвести диагностику бортовой сети машины. Вольтметр в авто будет незаменимым, будь то стрелочный вариант или цифровой автомобильный, станет незаменимым атрибутом для тех, кто любит отдыхать на природе. С его помощью вы всегда будете знать, какое напряжение в сети вашего транспортного средства и как не допустить его снижения ниже нормы. Ни для кого не секрет, что ориентироваться на штатные сигнализаторы о разряде АКБ — это не совсем правильно, поскольку такие устройства обычно предупреждают водителя тогда, когда предпринимать какие-то действия уже поздно. Схема вольтметра может быть подключена к специальному выносному дисплею, который можно установить в любом месте автомобиле, например, прямо в центральную консоль.
2. Комбинированный. Что касается комбинированных приборов, то они могут быть дополнительно оснащены термометрами, тахометрами, амперметрами и т.д. Благодаря термометру водитель всегда сможет знать, какая температура в салоне авто или на улице, в моторном отсеке транспортного средства. С помощью тахометра у автолюбителя всегда будет возможность мониторинга количества оборотов мотора. Как правило, если вы покупаете комбинированный гаджет с тахометром, в комплекте должны идти все необходимые датчики, которые позволяют производить замер данного показателя от 50 градусов мороза до 120 градусов тепла. В целом процедура монтажа прибора такого типа в свою автомобиль — не особо сложная процедура, с которой вполне можно справиться своими силами.

Руководство по изготовлению самодельного вольтметра в авто

Схема

Итак, если вы решили соорудить вольтметр автомобильный из калькулятора, светодиодный из ламп или любой другой, вы должны как минимум разбираться в этой теме. Ламповый вольтметр или вольтметр на светодиодах можно приобрести в любом тематическом магазине автоэлектроники. Но если вы решили все сделать своими руками, то учтите, что просто взять плату и установить ее в авто — не выход, нужна определенные познания в области электроники. Мы рассмотрим пример схемы цифрового девайса в автомобиле, в частности, вольтметр на pic16f676. Ниже приведена схема устройства с пределом измерения 50 вольт, этого вполне достаточно.

На двух резисторах — R1 и R2 — обустроен делитель напряжения, а элемент R3 предназначен для калибровки девайса. Еще один компонент С1 (конденсатор) используется для защиты системы от сигнальных помех, также он позволяет сглаживать входной импульс. VD1 — это стабилитрон, предназначенный для ограничения уровня входного напряжения на входе контроллера, его использование необходимо для того, чтобы вход МК не сгорел, когда напряжение в сети увеличится.

Инвертирующий компонент девайса собран на резисторах R11-R13, а также транзисторе VT1. Инвертор зажигает точку непосредственно на самом индикаторе вместе со вторым разрядом. К МК подключается индикатор с анодом, характеризующийся минимальным потреблением тока. Что касается непосредственно настройки девайса, то она осуществляется при помощи подстроечного резистора R3 (автор видео о том, как своими руками соорудить вольтметр — Руслан К).

Подключение своими руками

Чтобы подключить вольтметр на микроконтроллере в свой автомобиль самостоятельно, для начала следует определиться с местом монтажа. Установка осуществляется в любом удобное для водителя место. В нашем случае мы установим вольтметр в машину в центральную консоль.

Процесс описан на примере автомобиля ВАЗ 2113:

1. Произведите демонтаж пластиковой накладки справа от панели приборов, над магнитолой. В случае с ВАЗ 2113 эта пластмасса снимается без проблем, крепится она на пластиковых фиксаторах, поэтому при демонтаже будьте осторожны, чтобы не повредить их.
2. Используя электрический лобзик, вам необходимо прорезать прямоугольное отверстие на заглушке. Вырезайте отверстие в соответствии с размерами дисплея вашего вольтметра — устройство должно идеально подходить для прорезанного отверстия.
3. С обратной стороны пластиковой заглушки произведите установку девайса. Для начала его можно зафиксировать при помощи обычных канцелярских резинок. Разумеется, ездить так вы не будете, ведь это совсем не эстетично и только испортит вид в салоне авто. Поэтому свободное пространство с обратной стороны необходимо будет залить специальным сантехническим герметиком, чтобы плата хорошо держалась на заглушке. Когда вольтметр схватится, резинки можно убрать.
4. Чтобы подключить устройство к бортовой сети, можно использовать специальный разъем от блока питания компьютера. Он может подойти, а может и не подойти — если не подошел, придется прибегнуть к пайке. Установите обратно пластмассовую заглушку вокруг дисплея можно дополнительно установить рамку, чтобы улучшить внешний вид экрана. Важно, чтобы вольтметр не отвлекал водителя во время езды, поэтому если свет цифр слишком яркий, с этим необходимо что-то сделать. Можно затемнить экран с помощью обычного лака либо небольшого кусочка тонировочной пленки.
5. Подключить устройство можно либо напрямую к аккумулятору, чтобы вольтметр функционировал всегда, либо к зажиганию. Второй вариант более приемлемый, в этом случае девайс будет активироваться при включении автомагнитолы, то есть вы всегда сможете следить за состоянием напряжения при включенной аудиосистеме.

Видео «Установка цифрового вольтметра своими руками»

Подробнее о том, как осуществляется монтаж цифрового вольтметра своими силами, вы можете узнать из видео ниже (автор видео — Авто мир).