Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

РАСЧЁТ ШУНТА

Не знаю как вы, а я любому цифровому амперметру и вольтметру в лабораторном блоке питания предпочту старые добрые стрелочные индикаторы. Ведь при наличии каких либо коротких импульсов тока, на цифровом индикаторе будет абракадабра, а то и вообще показания останутся без изменений, если стоит в схеме небольшая задержка обновления показаний. Так же и короткое КЗ может остаться без внимания, а вот стрелка амперметра, дёрнувшись, сразу покажет что к чему.

В общем во многих аппаратах таки лучше ставить стрелочные головки. И блок питания – это тот случай, когда за модой на цифровые АЛС-ки лучше не гонятся, а сделать именно стрелочную индикацию вольт и ампер. Убедил? Тогда приступим к расчёту и изготовлению. Не буду грузить вас многострочными формулами, теориями и коэффициентами поправки на температуру воздуха и цены на нефть. Для этих целей подойдёт простая, годами проверенная технология практического расчёта шунта для любого, даже на неизвестный предел измерения, стрелочного индикатора.

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Собираем вот эту простенькую экспериментальную схемку с участием контрольного цифрового амперметра (мультиметра), нагрузки (паруваттного резистора на несколько Ом или простой лампочки на 6,3В) и собственно самого неизвестного стрелочного индикатора. Всё это хозяйство соединяем последовательно – цепочкой, и подсоединяем к регулируемому (желательно) блоку питания. Выставляем, допустим 10 В и смотрим, что у нас показывает контрольный цифровой мультиметр – амперметр.

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Теоретически он покажет предположим 0,5 А. В идеале, для нужного предела в 1 А и стрелочник должен показать отклонение на пол шкалы. Ах вам надо чтоб он стал амперметром не на 1 А, а на 2 А? Не проблема. Последовательно с головкой включаем подстроечный (для эксперимента, потом замеряем получившееся сопротивление и заменим на постоянный) резистор R3 на несколько килоом, и уменьшаем понемногу его сопротивление, чтоб полное отклонение стрелки индикатора соответствовало току 2 А. Он предварительно должен стоять на максимуме сопротивления. Само собой, что эти 2 А надо предварительно выставить напряжением с блока питания.

Вот, сделали. А если у нас стрелочник наоборот показывает при токе по мультиметру 0,5 А всего четверть шкалы, а по плану вы хотите чтоб полное отклонение стрелки было при 0,1 А? Тогда просто увеличьте сопротивление шунта где-то в два раза и посмотрите что получилось. А получится то, что стрелка отклонится уже дальше, может и на всю шкалу если угадали с номиналом резистора. Перебор? Зашкаливает уже? Тогда подкручиваем переменник пока не вернём стрелку куда надо.

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Если теперь вы думаете как всё это добро встроить в блок питания на индикацию тока, вот схема подключения. Шунтируя стрелочный прибор двумя разными резисторами R1 или R1+R2, можно получить два диапазона измерения тока: в нашем случае 0,1 А или 1 А. Сопротивление резисторов этих указано ориентировочно – в процессе настройки и в зависимости от самого микроамперметра их сопротивление может отличаться.

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

С расчётом шунта для превращения стрелочного индикатора в вольтметр ещё проще. Последовательно включаем цифровой контрольный вольтметр (на схеме не указан), головку, подстроечный резистор R3 на максимальный предел 200 – 1000 килоом, на всякий пожарный защитный резистор R7 на 10-50 килоом и естественно блок питания. Выставляем на БП 10 вольт (по контрольному мультиметру) и вращая подстроечник R3, который предварительно выставлен на максимальное сопротивление (иначе стрелочный индикатор сгорит моментально, помним этот момент всегда!), добиваемся отклонения стрелки на максимум. Во что превратился наш микроамперметр? Правильно – в вольтметр на 10 вольт. По аналогичному принципу можно превратить стрелочный индикатор в вольтметр на любое напряжение. В конце эксперимента меряем сопротивление переменника и заменяем его таким же постоянным.

Читать также:  Кабель мэт что это

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Ну и наконец вот полная схема вольтметра – амперметра на основе одного стрелочного индикатора. Переключение "вольты – амперы" производим тумблером. Обратите внимание: переключение режимов шунта (0,1-1 А) производится не переключателем, а включателем. Именно включателем, чтоб не возникло ситуации, при которой внутренний рычажок переключателя уже оторвался от одного контакта, а к другому ещё не подключился. Тогда весь ток к нагрузке пойдёт через стрелочник на 100 мкА – вылетит в момент. А нанести деления на шкалу можно так: ненужные циферки индикатора аккуратно зачищаем лезвием, а вместо них гелевой чёрной ручкой пишите свои значения.

Радиолюбители в своей лаборатории используют, как правило, изме­рители тока заводского изготовления. Однако не все эти приборы обеспечивают безобрывную коммутацию силовой цепи при переключе­нии пределов измерения, а также не все они защищены от токовых перегрузок. В то же время часто обрывы измеряемой цепи недопус­тимы, а при перегрузках измерительный прибор может выйти из строя. Указанные недостатки наиболее ощутимы при исследованиях, регулировочных, ремонтных и других работах, когда часто возникает необходимость в переключениях пределов измерений, а также вслед­ствие ошибок, неосторожности или неисправности исследуемого уст­ройства, приводящих к броскам тока.

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Рис. 1. Схема миллиамперметра

По указанным причинам лабораторный блок питания или измери­тельный комплекс радиолюбителя должен содержать измеритель тока, свободный от перечисленных недостатков. Важным достоинством при самостоятельном изготовлении такого прибора является также возмож­ность использования фабричной шкалы стрелочного измерителя без необходимости ее доработки.

На рис. 1 приведена схема миллиамперметра с преде­лами измерения 100 мкА, 1, 10, 100 мА, 1 А, отвечаю­щего поставленным задачам. На первом пределе изме­рения (100 мкА) измеритель РА1 включается в силовую цепь непосредственно, а на остальных пределах парал­лельно ему подключаются шунты R2 — R5 при помощи .переключателя SA1 любого типа. Падение напряжения на приборе при полном отклонении стрелки невелико, и диоды VD1, VD2 не влияют на показания. При разры­ве силовой цепи во время переключения пределов изме­рения ток течет через диод, чем обеспечивается безоб-рывность коммутации. Кроме того, диоды осуществляют защиту прибора от токовых перегрузок. При возрастании тока падение напряжения на приборе превышает порог отпирания диода и он пропускает избыточный ток. Встречно-параллельное включение двух диодов обеспе­чивает защиту при любой полярности включения прибора в измеряемую цепь. Степень перегрузки измерителя, как отношение максимального падения напряжения на диоде к номинальному падению напряжения на измерителе в данном устройстве не превышает десяти. Такую перегрузку стрелочные приборы магнитоэлектрической систе­мы способны выдерживать многократно.

Предохранитель FU1 защищает прибор при аварии.

На схеме приведены сопротивления шунтов, рассчитан­ные на использование со стрелочным измерителем с током полного отклонения 100 мкА и сопротивлением рамки 1000 Ом. В связи с тем что сопротивления рамки микроамперметров имеют большой разброс, последова­тельно с измерителем включен переменный резистор R1. Суммарное сопротивление рамки и этого резистора со­ставляет 1100 Ом и точно подгоняется при калибровке, которая производится при изготовлении прибора или после замены микроамперметра.

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

В приборе можно использовать микроамперметр и с другими характеристиками. В этом случае сопротивления шунтов рассчитываются по, формуле

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

где r.j. — сопротивление шунта. Ом; 1П — ток полного отклонения микроамперметра, A; R,, — сопротивление рамки микроамперметра, Ом; I — предел измерения тока данного поддиапазона, А.

Сопротивление резистора R1 берется около 20% от со­противления рамки микроамперметра.

Шунты выполняются из манганинового обмоточного провода в шелковой изоляции марки ПЭШОММ: R2 диа­метром провода 0,08 мм (примерная длина 1,6 м), R3 — диаметром 0,12 мм (длина 300 мм), R4 — диаметром 0,3 мм (длина 200 мм), R5 — диаметром 1 мм (длина 200 мм). Точные сопротивления шунтов подгоняются с помощью моста, так как от их точности зависит точность прибора. Во избежание появления ошибки измерений на максимальном пределе измерения проводники, соеди­няющие входные клеммы прибора с переключателем и шунтом R5, должны быть достаточно толстыми.

Читать также:  Инструментальный шкаф своими руками

Калибровка прибора при подогнанных шунтах произ­водится на каком-либо одном пределе измерения за исклю­чением предела 100 мкА. Для этого включают прибор последовательно с образцовым прибором, источником тока и ограничительным резистором последовательно и пере­менным резистором R1 устанавливают стрелку прибора на то же деление шкалы, которое показывает образцовый прибор. При этом желательно задать такую силу тока, чтобы стрелки приборов находились в правой части шкал. На других пределах измерения калибровка не требуется: она обеспечивается автоматически. Переменный резистор необходимо законтрить во избежание расстройки от виб­раций и толчков при сотрясениях.

Если изготовить шунты с точностью около 1…2% нет возможности, прибор можно собрать по схеме, показан­ной на рис. 2. Здесь подстроечные переменные резисто­ры введены на всех пределах измерения, за исключе­нием минимального. Их сопротивления по-прежнему выби­раются равными приблизительно 20% от сопротивления рамки микроамперметра. Калибровка должна произво­диться теперь на всех пределах измерения кроме предела 100 мкА соответствующим переменным резистором.

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Содержание / Contents

↑ Хочу стрелочный!

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Удалось найти сдвоенную, с желтоватой панелью. Подсветка от производителя была сделана коаксиальной лампой накаливания на 12 Вольт . Которая была успешно заменена на 4 желтых светодиода. Но это случилось позже.
А пока что пришлось задуматься, как же микроамперметры подключать к выходу усилителя? А подключать надо через специальный логарифмический усилитель, т. к. динамический диапазон звука намного больше, чем диапазон работы микроамперметра. Теоретически это все знают, кто сталкивался с самодельными стрелочными индикаторами.

↑ Преданье старины глубокой. К157ДА1

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Различных вариаций этой схемы в сети пруд пруди. Ну что сказать. Не пошла она у меня.

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Первый экземпляр благополучно сгорел от неправильно поданного питания. В течение месяца мне достали еще две штучки, но было уже поздно, я переключился на другую схему (на LM324), любезно предоставленную мне AlexD. Ради интереса потом я все же включил плату с ДА1. Не понравилось, плавности движения не наблюдалось. Модификация схемы производилась в тесном сотрудничестве с Алексеем, за что еще раз "данке шон"!

↑ Нумеро дуэ – LM324

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Потом был упомянутый вариант на LM324. Но оно у меня так и не заработало как хочется. Болтание стрелок, его надо подбирать глубиной ОС. Да и по сути питание надо двуполярное, может все из-за неверно организованной средней точки. Нет, лень родилась раньше меня. А совместно с ленью мы родили вот что:

↑ Век XXI, Attyny13

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Просто и со вкусом: выпрямляем и сглаживаем сигнал, затем подаем его на АЦП микроконтроллера. Обрабатываем программно и при помощи встроенного ШИМ выдаем на нагрузку (резистор). Обработка включает в себя практически только натуральное логарифмирование (Attyny13 прям как создана для таких вот простеньких задач, ну и чтобы прошивку можно было испечь на скорую руку).

И тут начинается для меня самое интересное. Функция натурального логарифмирования есть в библиотеке математических функций для контроллеров Atmel и находится в файле math.h. Но только не лезет он в этот контроллер — памяти маловато. Решить задачу в лоб не удается, начинаем его морщить (лоб). Применение более мощного контроллера не рассматривалась — не интересно. Тут и памяти вроде хватает, и удобен, и недорого, и габариты не большие. Первое, что пришло в голову: заменить эту функцию похожей, но попроще. А форму ей придать поиграв коэффициентами. Вспоминаем график обратной функции. Не «да ну его!», а вспоминаем! Если нижний правый квадрат сместить вверх относительно оси X, и немного потягать туда-сюда коэффициентами, то вполне можно подогнать под нужную форму. Вот она, формула, заменяющая логарифм: Y=-8196/(X+28)+284. Представляете ужас контроллера, обреченного просчитывать эти значения тысячи раз в секунду по прихоти хозяина, пожелавшего вспомнить «детство золотое»?

Читать также:  Переделка сварочного инвертора в полуавтомат своими руками

Но неприятные эмоции были гарантированы и хозяину контроллера. Для обработки результатов мало было коротких целочисленных значений, а вход и выход должны быть именно такими. Для меня перевод форматов представления данных в контроллерах одного в другой всегда был труден. Морщины на лбу умножились.

Родился второй вариант — просчитать все заранее, и контроллеру просто останется выбирать из массива данные, которые соответствуют входным значениям и выбрасывать их на выход. Готовим значения, задаем массив — ошибка компиляции. Размерность массива слишком велика для этого контроллера. А делать несколько массивов и лазить в них в зависимости от входного значения АЦП не кошерно. Роились мысли про бином Ньютона, но были отвергнуты по причине неконструктивности.

Тут в памяти всплыла фраза лектора по высшей математике из ВУЗа: «С помощью кубической сплайн-аппроксимации можно описать любую функцию» Ну кубическая нам и не нужна, а линейный сплайн вполне пойдет! Таким образом, я немного поупражнялся в OO Calc, и написал систему уравнений, достаточно точно повторяющих график логарифмической функции с помощью отрезков прямых:

Все намеренно умножено на 10, чтобы отбрасываемые "хвостики" были поменьше. Я потом его делю в программе перед выводом на индикаторы.
А вот графики:

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Уверен, многим из вас такое решение придет в голову сразу и покажется очевидным. Тем не менее, я уверен, что кому-то это внове и в последствии пригодится. По крайней мере, как инструмент в своем арсенале иметь лишним не будет.

↑ Видео

↑ Итоги и примечания по схеме

Индикатор-показометр прекрасно заработал с первого включения. Были залиты несколько прошивок. Наиболее простая оказалась самой удачной.
По схеме: конденсаторы С1 и С2 в процессе настройки были заменены на 10,0 мкф – они обеспечивают плавность. Подстроечные резисторы на входе уменьшают максимальный сигнал до 5 Вольт . Теоретически надо бы поставить стабилитрон с резистором, но лень. Ну вы уже знаете, кто из нас родился раньше :laughing: Я нагрузил усилитель максимальным с моей точки зрения сигналом (так, что эквиваленты на выходе накалились), и вывел резисторы на 5 Вольт . Мне достаточно. Затем подал на вход 1 кГц с генератора и синхронизировал каналы, чуть уменьшив показания одного из микроамперметров. R4 и R5 зависят от полного тока отклонения микроамперметров, на схеме указаны для 50 мкА, у меня такие.

Схему можно тюнинговать. У Тиньки остались свободными 2 ноги. Никто не мешает прилепить туда светодиоды для индикации перегруза, когда-то модно было. Не мое – не люблю, когда что-то на усилителе моргает, потому и не делал. Реализация элементарна: по определенному уровню зажигаем светодиод и держим зажженным N милисекунд. Уровень и N подбираются по вкусу, как соль и перец. Не забудьте только, что одна из свободных ножек – Reset. А значит эксперименты делайте на одном канале, ибо если поставить соответствующий фьюз при прошивке, Reset станет просто портом, и перешить контроллер после этого не удастся.

↑ Файлы

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.


Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Демпфирование стрелочного микроамперметра схема

Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.


Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *