Маленький китайский амперметр?

Часть первая не последняя

На рынке большое предложение различных встраиваемых моделей амперметров, пример Joom. Во многом эти амперметры устраивают большинство самоделкиных. В продаже имеются даже 4-х разрядные индикаторы тока и напряжения, можно подстроить приемлемую точность показаний. Для тех, в ком осталась жажда исследований, познания нового

Разработаем амперметр на базе 3-х разрядного вольтметра с маркировкой DSN-DVM-368

Цель разработки - создать амперметр с достаточной точностью измерений - с шагом 1ма и до 999ма(максимальный диапазон измерений тока ограничен возможностями ОУ, для LM358 максимальное выходное напряжение ограничено примерно на уровне 25-26 вольт при питании микросхемы 32 вольт, что позволяет получить амперметр на 2,5 ампера с шагом в 10ма а диапазоне измерений 1а-2,5а и с шагом 1ма и от 1ма-999ма )

Вот он на фото

Вольтметр с разделенным питанием и линией измерения

Теория

На просторах интернета полно схем переделки китайских вольтметров амперметр, большинство используют Операционный усилитель(далее ОУ), усиливающий показания шунта.

Простая схема

Простой амперметр

Это работает?

Еще как - напряжение на Шунте согласно закону ома 1вольт, следовательно показания вольтметра V - 1.00, так мы получили амперметр на 1 ампер с шагом 10ма.

Поясню про шаг измерений и показания:

Вольтметр V DSN-DVM-368 трехразрядный, значит в диапазоне измерений 0-1.00 вольт всего 100 показаний - 0.01,0.02,0.03 и т.д.

Показания вольтметра V 0.52 соответствуют току 0,52 ампер.

Важно!

Вольтметр DSN-DVM-368 изначально продается с 2-х проводным питанием , то есть цифровая часть , светодиодный индикатор и линия измерения соединены вместе. Производитель вольтметра предусмотрел возможность разделить питание и вход измерения, что при отдельном питании вольтметра расширяет диапазон измерений от 0 вольт и до 50 вольт.

Как это сделано?

Мод вольтметра

Достаточно разрезать перемычку и припаять провод к контакту VT.

Калибровка вольтметра

Фишка в том, что плата оцифровки вольтметра работает в широком диапазоне напряжений. И плата содержит контакты для калибровки (См. фото выше).

Схема калибровки

Калибровка вольтметра

Для калибровки вольтметра соберем схему и установим движком R2 примерно 1 вольт на мультиметре. Изменяя напряжения питания вольтметра добиваемся показаний вольтметра совпадающих с показаниями мультиметра. Дополнительно выровнять показания можно замыкая и размыкая "Контакты для калибровки"(См. фото Мод вольтметра). Проверяем показания вольтметра при 0,1 вольт, 0,5 вольт, 2 вольт(установим движком R2), при необходимости изменяем напряжения питания вольтметра. Проверено 2 вольтметра - наибольшая линейность показаний при напряжении питания 4 - 4,1 вольт, яркость индикатора приемлемая. Мультиметром измеряем напряжение питания вольтметра - это значение необходимо продвинутого амперметра на ОУ

И тут я попал - пришла новая партия вольтметров DSN-DVM-368

1. Напряжение старта от 4,4 вольта(тут можно немного изменить яркость индикации, при питании 5,6 вольт и более яркость не растет)
2. Линейность показаний не зависит от питающего напряжения
3. Вольтметр выполнен по 3-х проводной схеме уже со старта:)

Отдадим должное производителю - исправил недочеты - точность показаний выросла, калибровку можно пропустить

Плюсы и минусы простого амперметра

К плюсам:

1. Простота реализации
2. Точность измерений 0,01а ± 1-2 младших разряда и зависит от точности выполненной калибровки.

К минусам:

1. Максимальный ток* не более 5 ампер, значительная рассеваемая мощность Шунта при токах свыше 1 ампер.
2. Необходимость в дополнительном источнике питания
3. Дополнительное падение напряжения на шунте

Прокачаем амперметр

Цель достигнуть заданных параметров

1. Уменьшим падение напряжение на шунте - шунт 1ом заменим на шунт 0,05ом(два резистора 0,1ом в параллель )
2. Так как теперь при измеряемом токе в 1 ампер падение на шунте 0,05ом соответственно 0,05вольт, усложним "Простой амперметр", добавив усилитель напряжения на ОУ

Ага и получили чудище

Полная схема амперметра

Разбор схемы на молекулы

1. Питание схемы - не стабилизированное 14-18 вольт для диапазона измерений тока 1ма - 1,25а. Для диапазона измерений тока 1ма - 2,5а питание схемы 28-32 вольт и заменить резистор R2 390ом на 910ом(1 ватт). Напряжение в точке соединений R1 и R2 не более 32 вольта относительно корпуса(LM358 однополярное питание от 3 до 32 вольт)
2. Источник питания вольтметра на программируемом стабилитроне D1 TL431 - резистор R3 6,2к задает питание вольтметра 4,17 вольт, R3 9,1к соответственно 4,75 вольт; дополнительно питает схему коррекции нуля ОУ
3. Транзистор T1 ВС546 - эмиттерный повторитель для выхода ОУ(повышает точность ОУ)
4. Резисторы R7, R8 и R9 задают коэффициент усиления ОУ(примерно 200)
5. Потенциометр R10 выполняет коррекцию нуля ОУ(желательно использовать многооборотный)
6. ОУ LM358 - Особенность данного усилителя – возможность работать в схемах с однополярным питанием от 3 до 32 вольт.
7. БП Лаб. - любого типа с минусом на корпусе(Позволяет питать схему от основного выпрямителя БП, подобрав резистор R2 и R1 в зависимости от необходимого диапазона измерений, не забывая про напряжение питания ОУ LM358 не более 32 вольт )

Дезинтеграция схемы на атомы

Не вдаваясь в дебри работы ОУ, при подключении нагрузки к клеммам Х1 и Х2, ток текущий через R шунт создает падение напряжение, которое усиливается неинвертирующим усилителем на ОУ DA1. Коэффициент усиления примерно 200(Vout = Vin*(1+(R7+R8)/R9)) - при этом при токе в нагрузке 1 ампер падение напряжение на R шунт составит 0,05 вольт и на выходе(эмиттер Т1) установиться 10 вольт.

Вольтметр DSN-DVM-368 отобразит на индикаторе 10.0, что мы и примем за показания 1 ампер!

Ух цель достигнута!

Реинтеграция атомов в конкретный модуль

При сборке модуля использовалась плата размером 60х35мм. В графическом редакторе набросал макет деталек, дорожек. Просверлил отверстия и вырезал дорожки канцелярским ножом.

Детали

Все резисторы 0,125ватт, кроме R1 0,25ватт и R2 1ватт. R шунт набран двумя резисторами 0,1ом по 2 ватт каждый - что нашел в запасниках)

Транзистор Т1 любой маломощный n-p-n с напряжением К-Э 45 вольт и выше

Конденсатор С1 50вольтх22мкф в схеме больше для устрашения, можно и без него

Программируемый стабилитрон D1 TL431 можно заменить на стабилитрон 4,7 вольта мощностью 0,5ватт, хотя может снизится точность амперметра.

На все операции по макетирования и сборке потратил примерно 7-8 часов.

Наладка схемы

Подключил модуль к маломощному трансформатору с выходом с ~15 вольт. Соответственно в схему ко входу Х3-Х4 добавлен диодный мост, конденсатор С1 установлен 25вольтх220мкф. Ток потребления модуля 30ма. Указаны реальные параметры компонентов при сборке. Все измерения выполнены относительно корпуса.

1. Проверил питание вольтметра DSN-DVM-368 - катод D1 - 4,92 вольт(R3 - 10ком, R4 - 11ком)
2. Напряжение в точке соединений R1(100ом) и R2(390ом 0,5ватт) 16 вольт.
3. Показания вольтметра DSN-DVM-368 3.24 - вращая ось R10 устанавливаем индикатор в 0.00
4. Подключаем регулируемый БП минусом к Х4 - соответственно плюсом Х2, устанавливаем напряжение на выходе БП 10 вольт
5. Подключаем к клеммам Х1 и Х2 последовательно нагрузку 10ом 10ватт и мультиметр(типа MS8239C) и регулируя напряжение БП, устанавливаем ток на мультиметре 1 ампер
6. Подбором резисторов R7 и R8 устанавливаем показания вольтметра DSN-DVM-368 10.0 - примем за 1 ампер(R8 для настройки заменил на 500ом многооборотный резистор). При необходимости выполняем коррекцию вращая ось R8, устанавливаем показания вольтметра DSN-DVM-368 10.0 - примем за 1 ампер
7. Меняем нагрузку на 100ом 1 ватт и регулируя напряжение БП, устанавливаем ток на мультиметре 0,1 ампер. При необходимости выполняем коррекцию вращая ось R8, устанавливаем показания вольтметра DSN-DVM-368 1.00 - примем за 0.1 ампер
8. Меняем нагрузку на 1000ом 1 ватт и регулируя напряжение БП, устанавливаем ток на мультиметре 0,01 ампер. Важное дополнение - при измерении малых токов усилитель на ОУ имеет погрешность, вызванное из-за тока смещения. По этому показания вольтметра DSN-DVM-368 установятся в диапазоне 0,04 - 0,14, при токе мультиметра 10ма. Для компенсации погрешности вращая ось R10 устанавливаем индикатор в 0.10. Достаточно повернуть ось R10 на четверть оборота или менее. При необходимости выполняем коррекцию вращая ось R8, устанавливаем показания вольтметра DSN-DVM-368 0.10 - примем за 0.01 ампер или 10ма. Отключаем нагрузку - показания вольтметра DSN-DVM-368 должны установиться в 0.00, иначе вращая ось R10
9. Повторяем последовательность шагов 6, 7 и 8 и корректируем показания вращая ось R8 и R10 добиваемся приемлемой точности показаний

Наладка закончена и модуль готов к установке в БП

Дополнительные фишки

БП разработки 1985 года неоднократно модернизирован(можно целый роман написать)

Красавчег однако

Модификация 2021

Жертва цифровизации

В БП-2021 установлены вольтметры DSN-DVM-568 соответственно для измерения напряжения красного цвета свечения, тока зеленого цвета свечения

Отличие DSN-DVM-568 от DSN-DVM-368 только в увеличенном размере, наличие рамки крепления и токе потребления 23ма против 15ма у DSN-DVM-368.

Внутреннее убранство

Вскрытие

Тут без комментариев - отдельные модули:

1. 5 вольт 2 ампера
2. 9,4 - 33 вольта 2 ампера
3. искусственная средняя точка - получаем два источника 4,7 - 16,5 вольт
4. модуль управления вентилятором.
5. триггерная защита - регулировка тока срабатывания 0,275 до 2 ампер.

Калибровка модуля

This is the AND

Модуль амперметра встроен в БП-2021 и выполняется наладка отдельного модуля на вольтметре DSN-DVM-368. Показания мультиметра MS8239C - 0,378А, модуля в БП-2021 3.76 - примем за 376ма настраиваемый модуль 3.80 - примем за 380ма. Погрешность настройки относительно мультиметра MS8239C (380 - 378)/378*100% =0.5% , что достаточно для большинства измерений и работ.

Анонс

Полная схема модуля амперметра в БП-2021

Коррекция температурного дрейфа

Триггерная защита БП-2021

Другое)

Пока все всем творчества