Что можно сделать из мультиметра. Вольтметр и амперметр для блока питания из мультиметра

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.

Для цифрового контроля напряжения и тока в блоке питания не обязательно самому изготавливать АЦП и индикатор. Для этой цели вполне подойдет китайский мультиметр стоимостью 3-4 доллара, что по цене сопоставимо з затратами на изготовление собственной цифровой индикации.

Для переделки был выбран популярный M830B. Ниже подробно, в картинках расписана переделка мультиметра для индикации напряжения и тока в вашем блоке питания.

Основным смыслом переделки было уменьшение размеров платы с индикатором, т.е. просто часть платы надо было отрезать. Для переделки был приобретен самый простой и дешевый китайский мультиметр M830B. Схему мультиметра M830B можно скачать в нашем файловом архиве. Предел измерения величины напряжения нашей конструкции составит 200 В, а предел по току 10 А. Для выбора режима измерения "Напряжение" - "Ток" используется переключатель S1 с двумя группами контактов. На схеме показано положение переключателя в режиме измерения напряжения.
Вначале надо разобрать мультиметр и вытащить плату. Вид платы со стороны деталей вы можете увидеть на фотке.

А здесь фото платы со стороны индикатора.

Наша конструкция будет размещена на двух платах. Одна плата с индикатором, другая плата с деталями входной части мультиметра и дополнительным стабилизатором на 9 вольт. Схема второй платы приведена на картинке. В качестве резисторов делителя используются выпаянные резисторы с платы мультиметра. Их обозначение на схеме, соответствует обозначениям на плате мультиметра M830B. Также на схеме приведены дополнительные пояснения. Буквы в кружочках соответствуют точкам подключения одной платы к другой. Для питания конструкции используется маломощный стабилизатор напряжения, который подключается к отдельной обмотке трансформатора.

Собственно приступим. Выпаиваем R18, R9, R6, R5. Резисторы R6 и R5 сохраняем для входной части нашей конструкции. Отрезаем верхний контакт R10 от схемы и вырезаем часть дорожки(на фотке помечено крестиками). Выпаиваем R10. Выпаиваем R12 и R11.

R12 и R11 соединяем последовательно. И припаиваем одним концом к верхнему контакту R10, а другим к отрезанной от R10 дорожке. Выпаиваем R20 и запаиваем его на место R9. Выпаиваем R16 и сверлим для него новые отверстия (см. фотку)

Припаиваем R16 на новое место.

А здесь вид на пайку R16 со стороны индикатора.

Берем ножницы по металлу и отрезаем часть платы.

Переворачиваем плату индикатором к себе. Ближний от индикатора контакт R9(теперь там R20) отрезаем от схемы(помечено крестиком). Дальние от индикатора контакты R9(теперь там R20) и R19 соединяем вместе (со стороны индикатора), на фотке обозначено красной перемычкой. Верхний контакт R10 (там теперь R11 и R12) соединяем с нижним контактом R13, на фотке обозначено красной перемычкой. Удаляем часть дорожек помеченных крестиками. И припаиваем перемычку к ближнему от индикатора контакту R9(теперь там R20), взамен удаленной дорожки.

Удаляем помеченные крестиком дорожки, и подготавливаем контактные пятачки для распайки со второй платой, на фотке указаны стрелочками.

Припаиваем перемычку. Припаиваем контактные провода от второй платы, соблюдая соответствие букв(a-A, b-B и т.д.)

Все! Конструкция собрана, приступаем к проверке. Подсоединяем к источнику питания и измеряем напряжение батарейки. Работает!

На этой фотке конструкция встроена в блок питания, для которого и создавалась. При подключенной нагрузке, нажатием кнопки "Напряжение-Ток", на индикаторе высвечивается значение протекающего тока.

Нужен вольтметр - убрать всё ненужное

Оригинал

Что в упаковке

Что внутри

Принципиальная схема

Печатная плата

Переделка

Обрезка и перемычки

Вобщем, берем ножницы и режем по дорожке выше надписи "830B.4C".
Затем нужно будет восстановить перемычкой A-A всего одну связь и указать второй перемычкой B-B как отображать запятые на экране. См. далее:

Управления запятыми

1. перемычка с "BATT +" (верхний вывод R8) на нижний вывод R2. Результат будет такой:
2. перемычка с "BATT +" (верхний вывод R8) на нижний вывод R3. Результат будет такой:
3. перемычка с "BATT +" (верхний вывод R8) на нижний вывод R4. Результат будет такой:
4. если перемычку не устанавливать вовсе - значок "HV" отображаться не будет.

Как видно, запятыми управлять очень легко. Хоть переключателем (если нужно, конечно).

В родном корпусе получившийся "огрызок мультиметра" теперь выглядит так:

Делитель для вольтметра

По бокам платы осталиcь неиспользуемые точные резисторы - их можно использовать для организации нужного делителя напряжения для вольтметра:

позиция	номинал	делитель	диапазон 1 (вх.сопр.вольтметра)	диапазон 2 (вх.сопр.вольтметра)
R22	100	1:1	0 - 200 мВ / 0.1 кОм	не исп.
R21	900	1:10	0 - 2 В / 1 кОм	0 - 200 мВ / 1 кОм
R13	9k	1:100	0 - 20 В / 10 кОм	0 - 2 В / 10 кОм
R14	90k	1:1000 HV	0 - 200 В / 100 кОм	0 - 20В / 100 кОм

Для того, чтобы задействовать делитель, нужно нижний вывод R22 соединить с "COM" шиной (например: верхний вывод C3 или нижний вывод R7). Вход микросхемы соединить с нужным отводом делителя (верхний вывод R6 соединить с нижним выводом R21 в случае выбора дипазона 1 или с верхним выводом R21 в случае выбора диапазона 2). Разница в выборе диапазонов будет во входном сопротивлении получившегося вольтметра. Резисторы R1 100 Ом и R2 900 Ом трогать нельзя, они используются. Резистор R9 не используется. Его можно даже удалить; но подключаться к нему нельзя.

Что получилось в результате

По сути это получилась измерительная головка, он же цифровой вольтметр постоянного тока, с такими параметрами:

• диапазоном входных напряжений -199-0-199 мв (измеряются обе полярности с индикацией знака);
• индикацией перегрузки;
• ошибка линейности не более ±0,2 единицы;
• ошибка установки нуля не более ±0,2 единицы;
• входной ток не более 1pA (типовое значение для ICL7106/7107), соответствующее величине входного сопротивления гарантированно в сотни мегаом;
• ток потребления вольтметра - около 1мА по каждому плечу, что соответствует наработке в сотни часов от стандартной "Кроны".
• ФНЧ на входе (R6 1Мом и C3 0,1мкФ) обеспечивает время установления 0,1 сек.
  

Теперь осталось аккуратно опилить корпус по периметру платы - и можно вставлять это куда-нибудь. Если же захочется вовсе отказаться от пластмассового оригинально корпуса, нужно только обеспечить хороший электрический контакт контактной площадки дисплея через используемую в мультиметре полоску токопроводящей резины. К стеклу ведь проводки никак не припаяешь.

Если необходимо запитать вольтметр от устройства, где он будет установлен, следует учесть, что напряжение на выводе "BATT+" микросхемы (относительно "COM" конечно) будет всегда 3.0V потому что оно стабилизировано внутренним опорным стабилизатором в самой микросхеме и превышать его нельзя; отрицательное же напряжение "BATT-" образуется как напряжение на батарее минус 3.0V. Оба напряжения можно сформировать параметрическими стабилизаторами с помощью двух резисторов и любого стабилитрона, хоть зеленого или лучше белого светодиода. Но лучше всего - обеспечить гальванически независимый источник питания вольтметра, тем более что ток потребления мизерный.

Применение

Термометр -55...+150С с разрешением 0.1С

В качестве датчика используем микросхему-датчик LM35 в таком включении:

Ориентировочная цена микросхемы - около 200 рублей ($6) за LM35CZ.

Принципиальная схема термометра

Диапазон рабочих температур, погрешность и индекс микросхемы

маркировка*	диапазон температур	типовая погрешность на 25С**	корпус ТО-46	корпус ТО-92	корпус SO-8 (SMD)	корпус TO-220
LM35	-55...+155	0.4	LM35H
LM35A	-55...+155	0.2	LM35AH
LM35C	-40...+110	0.4	LM35CH	LM35CZ
LM35CA	-40...+110	0.2	LM35CAH	LM35CAZ
LM35D	0...+100	0.4	LM35DH	LM35DZ	LM35DM	LM35DT

Примечание:
*индекс А означает улучшенную погрешность и линейность.
**на краях диапазона погрешность выше примерно в 2 раза, подробнее см.

Прелюдия

Изучая как-то бескрайние просторы Интернета на предмет китайских полезностей, наткнулся я на модуль цифрового вольтметра:

Китайцы "выкатили" вот такие ТТХ: 3-digit red color display; Voltage: 3.2~30V; Working temperature: -10~65"C. Application: Voltage testing.

Не совсем он мне подходил в блок питания (показания не от нуля - но это расплата за питание от измеряемой цепи), зато недорого.
Решил взять и разбираться на месте.

Схема модуля вольтметра

На поверку модуль оказался не так уж и плох. Выпаял индикатор, срисовал схему (нумерация деталей показана условно):

К сожалению, чип остался неопознанным - маркировка отсутствует. Возможно, это какой-то микроконтроллер. Номинал конденсатора С3 неизвестен, выпаивать мерять не стал. С2 - предположительно 0.1мк, тоже не выпаивал.

Обработать напильником по месту...

А теперь о доработках, которые необходимы, чтоб довести этот "показиметр" до ума.

1. Чтобы он начал измерять напряжение менее 3 Вольт, нужно выпаять резистор-перемычку R1 и на ее правую (по схеме) контактную площадку подать напряжение 5-12В с внешнего источника (выше можно, но нежелательно - стабилизатор DA1 сильно греется). Минус внешнего источника подать на общий провод схемы. Измеряемое напряжение подавать на штатный провод (который был изначально припаян китайцами).

2. После доработки по п.1 диапазон измеряемого напряжения увеличивается до 99.9В (ранее он был ограничен максимальным входным напряжением стабилизатора DA1 - 30В). Коэффициент деления входного делителя около 33, что дает нам максимально 3 вольта на входе DD1 при 99,9В на входе делителя. Я подавал максимум 56В - больше у меня нету, ничего не сгорело:-), но и погрешность возросла.

4. Чтобы переместить или совсем выключить точку, нужно выпаять ЧИП-резистор R13 10кОм, который находится рядом с транзистором и вместо него запаять обычный резистор 10кОм 0.125Вт между дальней от подстроечного ЧИП-резистора контактной площадкой и соответствующим управляющим сегментным выводом DD1 - 8, 9 или 10.
Штатно точка засвечивается на средней цифре и база транзистора VT1 соответственно через ЧИП 10кОм подключена к выв. 9 DD1.

Ток, потребляемый вольтметром, составил около 15мА и менялся в зависимости от количества засвеченных сегментов.
После описанной переделки весь этот ток будет потребляться от внешнего источника питания, не нагружая измеряемую цепь.

Итого

И в заключении еще несколько фото вольтметра.

Заводское состояние

С выпаяным индикатором, вид спереди

С выпаяным индикатором, вид сзади

Индикатор тонирован автомобильной тонировочной пленкой (20%) для уменьшения яркости и улучшения видимости индикатора на свету.
Очень рекомендую его затонировать. Обрезков тонировочной пленки вам с удовольствием дадут бесплатно в любом автосервисе, занимающемся тонировкой.

Также в Интернете встречаются иные модификации этого модуля, но суть переделок от этого не меняется - если Вам попался не такой модуль, просто скорректируйте схему по плате, выпаяв индикатор или прозвонив цепи тестером и вперед!

Ситуации, когда под рукой должен находиться вольтметр, встречаются достаточно часто. Для этого нет необходимости использовать заводской сложный прибор. Изготовить простенький вольтметр своими руками – не проблема, потому что состоит он из двух элементов: стрелочный измерительный блок и резистор. Правда, необходимо отметить, что пригодность вольтметра определяется его входным сопротивлением, которое состоит из сопротивлений его элементов.

Но необходимо учитывать тот факт, что резисторы есть разные с разными номиналами, а это говорит о том, что от установленного резистора будет зависеть входное сопротивление. То есть, подобрав правильно резистор, можно сделать вольтметр под замеры определенных уровней напряжений сетей. Сам же измерительный прибор чаще оценивается по показателю – относительное входное сопротивления, приходящееся на один вольт напряжения, его единица измерения – кОм/В.

То есть, получается так, что входное сопротивления на разных измеряемых участках разное, а относительная величина – показатель постоянный. К тому же, чем меньше отклоняется стрелка измерительного блока, тем больше относительная величина, а, значит, точнее будут измерения.

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

1. От 0 вольт до единицы.
2. От 0 вольт до 10В.
3. От 0 В до 100 вольт.
4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

R=(Uп/Iи)-Rп, где

• Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
• Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
• Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

Для несложного вольтметра из китайского амперметра можно выбрать следующие резисторы:

• для первого предела – 1,5 кОм;
• для второго – 19,5 кОм;
• для третьего – 199,5;
• для четвертого – 1999,5.

А вот относительная величина сопротивления этого прибора будет равна 2 кОм/В. Конечно, расчетные номиналы не совпадают со стандартными, поэтому резисторы придется подбирать близкими по значению. Далее проводится финишная подгонка, при которой производится градуировка самого прибора.

Как переделать вольтметр постоянного напряжения в переменное

Показанная на рисунке №1 схема – это вольтметр постоянного тока. Чтобы его сделать переменным или, как говорят специалисты, пульсирующим, необходимо в конструкцию установить выпрямитель, с помощью которого постоянное напряжение преобразуется в переменное. На рисунке №2 вольтметр переменного тока показан схематически.

Данная схема работает так:

• когда на левом зажиме находится положительная полуволна, то открывается диод D1, D2 в этом случае закрыт;
• напряжение проходит через амперметр к правому зажиму;
• когда положительная полуволна находится на правом конце, то D1 закрывается, и напряжение через амперметр не проходит.

В схему обязательно добавляется резистор Rд, сопротивление которого рассчитывается точно так же, как и остальные элементы. Правда, его расчетное значение делится на коэффициент, равный 2,5-3. Это в том случае, если в вольтметр устанавливается однополупериодный выпрямитель. Если используется двухполупериодный выпрямитель, то значение сопротивления делится на коэффициент: 1,25-1,5. Кстати, схема последнего изображена на рисунке №3.

Как правильно подключить вольтметр

Тот, кто не знает, но хочет проверить напряжение на каком-то участке электрической сети, должен задаться вопросом – как подключить вольтметр? Это на самом деле серьезный вопрос, в ответе которого лежит простое требование – подключение вольтметра необходимо проводить только параллельно нагрузке. Если будет произведено последовательное подключение, то сам прибор просто выйдет из строя, и вас может ударить током.

Все дело в том, что при таком соединении уменьшается сила тока, действующая на сам измерительный прибор. При этом сопротивлении его не меняется, то есть, остается большим. Кстати, никогда не путайте вольтметр с амперметром. Последний подключается к цепи последовательно, чтобы снизить показатель сопротивления до минимума.

И последний вопрос темы – как пользоваться вольтметром, изготовленным самостоятельно. Итак, в вашем приборе два щупа. Один подключается к нулевому контуру, второй к фазе. Так же можно проверить напряжение через розетку, предварительно определив, к какому гнезду запитан ноль, а к какому фаза. Или соединяете параллельно прибор к измеряемому участку. Стрелка измерительного блока покажет величину напряжения в сети. Вот так пользуются этим самодельным измерительным прибором.