8-900-374-94-44
материалы в категории
Необходимость в измерении такого параметра как Эквивалентное Последовательное Сопротивление у электролитических конденсаторов (ЭПС или ESR) стало очень актуально в последнее время.
Так как такие приборы довольно дорогостоящие, то в литературе (да и у нас на сайте) довольно много схем для самостоятельной сборки приборов- измерителей ESR, и эта схема- лишь очередная, но у нее есть и существенные отличия.
Первое: она не требует отдельного источника питания.
Второе: не содержит моточных изделий.
Данная приставка-измеритель ESR разрабатывалась специально под распространенные мультиметры серии 83XX и вот ее схема:
В приборах, построенных на микросхемах АЦП ICL71x6 или их аналогах, есть внутренний стабилизированный источник напряжения 3 В с максимальным током нагрузки 3 мА [4]. С выхода этого источника подано напряжение питания на приставку через разъём «СОМ» (общий провод) и внешнее гнездо «NPNc», которое входит в состав восьмиконтактной розетки для подключения маломощных транзисторов в режиме измерения статического коэффициента передачи тока.
Метод измерения ЭПС аналогичен применённому в цифровом измерителе, который описан в статье [5]. По сравнению с этим устройством предлагаемая приставка существенно отличается простотой схемы, малым числом элементов и их низкой ценой.
Основные технические характеристики
Интервал измерения ЭПС, Ом:
при разомкнутых контактах выключателя SA1 0,1… 199,9
при его замкнутых контактах (положение «х0,1») 0,01…19,99
Ёмкость проверяемых конденсаторов, не менее, мкФ 20
Ток потребления, мА 1,5
При работе с приставкой переключатель рода работ прибора устанавливают в положение измерения напряжения постоянного тока с пределом «200 мВ». Внешние вилки приставки «СОМ», «VΩmA», «NPNc» стыкуются с соответствующими гнёздами прибора. Временная диаграмма показана на рис. 2. Генератор, собранный на логическом элементе DD1.1 — триггере Шмитта, диоде VD1, конденсаторе С1 и резисторах R1, R2, вырабатывает последовательность положительных импульсов длительностью tr = 4 мкс с паузой 150 мкс и стабильной амплитудой около 3 В (рис.
2, а). Эти импульсы можно наблюдать осциллографом относительно общего провода гнезда «СОМ». Во время каждого импульса через проверяемый конденсатор, подключённый к гнёздам «Сх» приставки, протекает заданный резисторами R4, R5 стабильный ток, который равен 1 мА при разомкнутых контактах выключателя SA1 или 10 мА при его замкнутых контактах (положение «х0,1»).
Рассмотрим работу узлов и элементов приставки с подключённым проверяемым конденсатором с момента появления очередного импульса длительностью tr на выходе элемента DD1.1. От инвертированного элементом DD1.2 импульса низкого уровня длительностью trтранзистор VT1 закрывается на 4 мкс. После зарядки ёмкости сток—исток закрытого транзистора VT1 напряжение на выводах проверяемого конденсатора будет зависеть практически только от тока протекающего через его ЭПС. На логическом элементе DD1.3, резисторе R3 и конденсаторе С2 собран узел задержки фронта импульса генератора на 2 мкс. За время задержки t3ёмкость сток—исток закрытого транзистора VT1, шунтирующая испытуемый конденсатор, успевает зарядиться и практически не влияет на точность следующего после t3 процесса измерения (рис.
2,б). Из задержанного на 2 мкс и укороченного по длительности до 2 мкс импульса генератора на выходе инвертора DD1.4 формируется измepиteльный импульс длительностью tизм= 2 мкс (рис. 2,в) высокого уровня. От него открывается транзистор VT2, а запоминающий конденсатор СЗ начинает заряжаться от падения напряжения на ЭПС проверяемого конденсатора через резисторы R6, R7 и открытый транзистор VT2. По окончании измерительного импульса и импульса с выхода генератора от высокого уровня на выходе элемента DD1.2 транзистор VT1 открывается, a VT2 от низкого уровня на выходе элемента DD1.4 закрывается. Описанный процесс повторяется каждые 150 мкс, что приводит к зарядке конденсатора СЗ до падения напряжения на ЭПС проверяемого конденсатора после нескольких десятков периодов. На индикаторе прибора отображается значение эквивалентного последовательного сопротивления в омах. При положении выключателя SA1 «х0,1» показания индикатора нужно умножить на 0,1. Открытый между импульсами генератора транзистор VT1 устраняет рост напряжения (заряд) на ёмкостной составляющей проверяемого конденсатора до значений ниже минимальной чувствительности прибора, равной 0,1 мВ.
Наличие входной ёмкости транзистора VT2 приводит к смещению нуля прибора. Для устранения её влияния применены резисторы R6 и R7. Подбором этих резисторов добиваются отсутствия напряжения на конденсаторе СЗ при замкнутых гнёздах «Сх» (установка нуля).
О погрешностях измерений. Во-первых, имеет место систематическая погрешность, достигающая примерно 6 % для сопротивлений, близких к максимуму в каждом интервале. Она связана с уменьшением тока тестирования, но не так важна — конденсаторы с такими ЭПС подлежат браковке. Во-вторых, существует погрешность измерения, зависящая от ёмкости конденсатора.
Объясняется это ростом напряжения во время импульса с генератора на ёмкостной составляющей конденсаторов: чем меньше ёмкость, тем быстрее её зарядка. Эту погрешность нетрудно рассчитать, зная ёмкость, ток и время зарядки: U = М/С. Так, для конденсаторов ёмкостью более 20 мкФ она не влияет на результат измерений, а вот для 2 мкФ измеренное значение будет больше реального примерно на 1,5 Ома (соответственно, 1 мкФ — 3 Ома, 10 мкФ — 0,3 Ома и т.
п.).
Чертёж печатной платы показан на рис. 3. Три отверстия под штыри следует просверлить так, чтобы последние входили в них с небольшим усилием.
Это облегчит процесс их пайки к контактным площадкам. Штырь «NPNc» — позолоченный от подходящего разьёма, подойдёт и кусок лужёного медного провода. Отверстие под него сверлят в подходящем месте после установки штырей «СОМ» и «VΩmA». Последние — от вышедших из строя измерительных щупов. Конденсатор СЗ желательно применить из группы ТКЕ не хуже Н10 (X7R). Транзистор IRLML6346 (VT1) можно заменить на IRLML6246, IRLML2502, IRLML6344 (в порядке ухудшения). Критерии замены — сопротивление открытого канала не более 0,06 Ом при напряжении затвор—исток 2,5 В, ёмкость сток—исток — не более 300…400 пФ. Но если ограничиться только интервалом 0,01…19,00 Ом (выключатель SA1 в этом случае заменяют перемычкой, резистор R5 удаляют), то максимальная ёмкость сток—исток может достигать 3000 пФ. Транзистор 2N7000 (VT2) заменим на 2N7002, 2N7002L, BS170C пороговым напряжением не более 2.
..2,2 В. Перед монтажом транзисторов следует проверить соответствие расположения выводов проводникам печатной платы. Гнёзда XS1, XS2 в экземпляре автора — клеммник винтовой 306-021-12.
Перед налаживанием приставку следует подключить не к мультиметру, чтобы не вывести его из строя, а к автономному источнику питания напряжением 3 В, например, к двум последовательно соединённым гальваническим элементам. Плюс этого источника временно подключают к штырю «NPNc» приставки (не подключая этот штырь к мультиметру), а минус — к её общему проводу. Измеряют потребляемый ток, который не должен превышать 3 мА, после чего автономный источник отключают. Гнёзда «Сх» временно замыкают коротким отрезком медного провода диаметром не менее 1 мм. Штыри приставки вставляют в одноимённые гнёзда прибора. Подбором резисторов R6 и R7 устанавливают нулевые показания прибора при обоих положениях выключателя SA1. Для удобства эти резисторы можно заменить одним подстроечным, а после настройки нуля впаивают резисторы R6 и R7 с суммарным сопротивлением, равным подстроечному.
Удаляют отрезок провода, замыкающий гнёзда «Сх». К ним подключают резистор 1…2 0м при замкнутом положении SA1, затем — 10…20 Ом при разомкнутом. Сверяют показания прибора с сопротивлениями резисторов. В случае необходимости подбирают R4 и R5, добиваясь желаемой точности измерения. Внешний вид приставки показан на фото рис. 4.
Приставку можно использовать как омметр малых сопротивлений Также ею можно измерять внутреннее сопротивление малогабаритных гальванических или аккумуляторных элементов и батарей через последовательно соединённый конденсатор ёмкостью не менее 1000 мкФ, соблюдая полярность его подключения. Из полученного результата измерения необходимо вычесть ЭПС конденсатора, который должен быть измерен заранее.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Приставка к мультиметру для измерения емкости конденсаторов. — Радио, 1999, №8,с.42,43.
2. Чуднов В. Приставка к мультиметру для измерения температуры. — Радио, 2003, № 1, с.
34.
3. Подушкин И. Генератор + одновибратор = три приставки к мультиметру. — Радио, 2010, № 7, с. 46, 47; № 8, с. 50—52.
4. Бирюков С. Цифровой измеритель ESR. — Схемотехника, 2006, № 3, с. 30—32; №4, с. 36,37.
Радио, №8 2011г стр. 19-20 С. ГЛИБИН, г. Москва
Примечание: материал подсмотрен на сайте radio-hobby.org
Обсудить на форуме
Автор продолжает тему измерения параметров оксидных конденсаторов с помощью приставки к популярным мультиметрам серии 83х. Как и в предыдущих разработках, приставка питается от внутреннего стабилизатора АЦП мультиметра. Измерение ЭПС (ESR) и ёмкости оксидных конденсаторов можно проводить без их выпаивания из платы.
В статьях [1,2] рассказано о приставке, измеряющей ЭПС оксидных конденсаторов. Было бы значительно удобнее, если бы она измеряла ещё и их ёмкость. Схема такой приставки приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема приставки
Основные технические характеристики
Интервал измерения ЭПС и сопротивления резисторов, Ом.
…………..0,01…19,99
Пределы измерения ёмкости, мкФ……….200, 2000, 20000
Погрешность измерения от 0,1 предельного значения и выше, %……………….2…5
Максимальный потребляемый ток, мА, не более ………..3
Время установления показаний, с, не более …………….. 4
Приставка состоит из двух измерителей: ЭПС и ёмкости. Вид измерения выбирают переключателем SA2. В положении «ESR» измеряют ЭПС конденсатора, подключённого к гнёздам «Cx» (XS1, XS2), а в положении «C» — ёмкость.
Схемное решение измерителя ЭПС, как уже упомянуто выше, взято из [1, 2], там же приведено описание работы и налаживания. Добавлен переключатель SA2 (секция SA2.2) для отключения гнезда XS2 от общего провода при измерении ёмкости и изменено подключение выводов стока и истока транзистора VT3 для исключения шунтирующего влияния его внутреннего диода на точность её измерения. Уменьшение ёмкости конденсатора С6 до 0,22 мк сократило время установления показаний до 4 с.
Влияние напряжения на конденсаторе С9 на точность измерения ЭПС иключено уменьшением сопротивления резистора R3.
Измеритель ёмкости собран по известной схеме, опубликованной ещё в 1983 г. британским журналом «Wireless World», а в русском переводе — в 1984 г. журналом «Радио» [3].
Низкое выходное напряжение (3 В) и малая нагрузочная способность стабилизатора АЦП мультиметра потребовали применения в измерителе ёмкости низковольтных ОУ DA1-DA3 Rail-to-Rail и током потребления не более 45 мкА [4]. Напряжение питания -3 В, необходимое для работы измерителя, получено от преобразователя напряжения с высоким КПД на микросхеме DA4, включённой по типовой схеме.
Функциональный генератор, собранный на ОУ DA1.1, DA1.2, DA2.1, вырабатывает двуполярные импульсные сигналы прямоугольной формы на выходе компаратора на ОУ DA1.1 и треугольной — на выходе интегратора на ОУ DA2.1, показанные соответственно на рис. 2,а и б. Узел на DA1.2 — инвертор, обеспечивающий положительную обратную связь.
Предел измерения ёмкости, зависящий от частоты генератора (50, 5 или 0,5 Гц), выбирают переключателем SA1. Амплитуда сигналов треугольной формы на выходе интегратора задана соотношением сопротивлений резисторов R1 и R4 компаратора. Она равна 2 В.
Рис. 2. Импульсные сигналы функционального генератора
Эти сигналы, амплитуда которых уменьшена резистивным делителем напряжения R10R11 до 50 мВ, поступают на буферный усилитель с единичным коэффициентом передачи по напряжению, собранный на ОУ DA2.2. Сигнал с его выхода и подают на измеряемый конденсатор Сх, один вывод которого подключают к гнезду XS1. При такой амплитуде этого сигнала измерения в большинстве случаев удаётся проводить без выпаивания конденсатора из платы.
Гнездо XS2, к которому подключают другой вывод измеряемого конденсатора, соединено через резистор R17 с инвертирующим входом ОУ DA3.2. При подключении конденсатора этот ОУ и резистор R18 образуют дифференциатор, на выходе которого появляются разнополярные импульсы трапецеидальной формы (рис.
2,в). Максимальный входной ток дифференциатора, равный выходному току буферного усилителя, ограничен тем же резистором R18 (R17<<R18, см. рис. 1) и не превышает 3мА (3 В/1 кОм = 3 мА), что меньше максимально допустимого [4]. Низкоомный резистор R17 устраняет влияющее на точность измерения самовозбуждение дифференциатора при сигналах на его выходе, больших 0,1 напряжения питания.
На полевом транзисторе VT4 с изолированным затвором собран синхронный детектор. Применение здесь полевого транзистора с p-n переходом, как в [3], невозможно из-за низкого питающего напряжения. Компаратор на ОУ DA3.1 и полевой транзистор VT1 управляют состоянием синхронного детектора. Рассмотрим его работу с момента подключения конденсатора Сх.
С появлением прямоугольного импульса отрицательной полярности на выходе компаратора на ОУ DA1.1 (рис. 2,а) транзистор VT1 открывается и напряжение питания +3 В поступает на неинвертирующий вход компаратора, собранного на ОУ DA3.1. На его выходе появляется и удерживается напряжение около +3 В (рис.
2,г), поэтому транзистор VT4 закрыт. Такое состояние компаратора и транзистора VT4 сохраняется и при положительной полярности импульса треугольной формы, поступающего с выхода функционального генератора на неинвертирующий вход DA3.1 через резистор R12.
При смене полярности импульса треугольной формы, когда напряжение начинает линейно изменяться от 0 до -2 В (рис. 2,б), транзистор VT1 уже закрыт (напряжение на его затворе + 3 В) и на выходе компаратора от входного отрицательного импульса устанавливается и удерживается на время th4M напряжение около -3 В (рис. 2,г). Транзистор VT4 синхронного детектора открывается. К этому моменту трапецеидальный импульс положительной полярности на выходе дифференциатора уже имеет максимально плоскую вершину, а значение его амплитуды, как известно, пропорционально измеряемой ёмкости Сх. С появлением следующего прямоугольного импульса отрицательной полярности на выходе ОУ DA1.1 процесс повторяется.
Продетектированные части трапецеидальных импульсов с выхода детектора (рис.
2,в, д) через резистор R19 поступают на конденсатор С9, который быстро заряжается до их амплитудного значения (рис. 2,е). Резистор ограничивает ток зарядки. С конденсатора С9 постоянное напряжение, пропорциональное ёмкости Сх, через делитель, образованный сопротивлением резистора R16 и входным сопротивлением мультиметра (1 МОм), поступает на вход «VΩmА» для измерения.
Приставка собрана на плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита. Чертёж печатной платы показан на рис. 3, а расположение на ней элементов — на рис. 4. Фотоснимки собранной приставки представлены на рис. 5. Одинарный штырь ХР1 «NPNc» — подходящий от разъёма. Штыри ХР2 «VΩmА» и ХР3 «СОМ» — от вышедших из строя измерительных щупов для мультиметра. Входные гнёзда XS1, XS2 — клеммник винтовой 350-02-021-12 серии 350 фирмы DINKLE. Переключатели SA1, SA2 — движковые серий MSS, MS, IS, например, MSS-23D19 (MS-23D18) и MSS-22D18 (MS-22D16) соответственно. Конденсаторы С2, С3 — импортные плёночные выводные на напряжение 63 В.
Все остальные конденсаторы — для поверхностного монтажа. Конденсаторы С1, С4-С7 — керамические типоразмера 1206, C8 — 0808, С9-С11 — танталовые В. Все резисторы — типоразмера 1206. Транзисторы BSS84 заменимы на IRLML6302, а IRLML2402 — на FDV303N. При иной замене следует учесть, что пороговое напряжение, сопротивление открытого канала и входная ёмкость (Ciss) транзисторов должны быть такими же, как у заменяемых. О транзисторе IRLML6346 сказано в статье [1]. ОУ AD8442AR заменим, например, на LMV358IDR. В случае такой замены ёмкость конденсаторов С2-С4 необходимо увеличить в несколько раз (например, 1, 0,1 и 0,01 мкФ соответственно), а сопротивление резистора R5 уменьшить во столько же раз. Возможно применение и отечественных ОУ КФ1446УД4А, но потребляемый приставкой ток возрастёт на1 мА.
Рис. 3. Чертёж печатной платы приставки
Рис. 4. Расположение элементов приставки на плате
Рис. 5. Собранная приставка
Выводы защитных диодов VD3, VD4, микросхемы DA4 и переключателя SA2 в местах, где для них с обеих сторон печатной платы имеются контактные площадки, пропаивают с двух сторон.
Аналогично пропаивают штыри ХP1 — XP3 , причём ХР2, XP3 закрепляют пайкой в первую очередь, а затем уже «по месту» сверлят отверстие и впаивают штырь ХР1. В отверстие около нижнего по плате вывода резистора R11 вставляют отрезок лужёного провода и пропаивают его с двух сторон. Перед монтажом вывод 7 микросхемы DA4 следует отогнуть или укоротить.
При работе с приставкой переключатель рода работ мультиметра устанавливают в положение измерения постоянного напряжения на пределе 200 мВ. Перед калибровкой приставку сначала подключают к автономному источнику питания напряжением 3 В и измеряют потребляемый ток, который не должен превышать 3 мА, а затем подключают к мультиметру. Далее устанавливают переключатель SA2 в положение «С» (нижнее по схеме на рис. 1) и подключают к гнёздам XS1, XS2 оксидный конденсатор с заведомо измеренной ёмкостью. Переключатель SA1 устанавливают на соответствующий предел и резистором R5 добиваются нужных показаний на индикаторе. Если переключатель находится в среднем положении, показания следует умножить на 10, в верхнем по схеме — на 100.
Для уменьшения погрешности измерений ёмкость конденсаторов С2-С4 необходимо подобрать на каждом пределе. На плате предусмотрены контактные площадки для установки дополнительных керамических конденсаторов типоразмера 0805. Обратите внимание, что для облегчения налаживания резистор R5 на плате составлен из двух, соединённых последовательно (на рис. 4 они обозначены R5′ и R5»).
Калибровка измерителя ЭПС описана в статье [1]. Если резисторами R14, R15 не удаётся выставить нулевые показания при замкнутых гнёздах «Cx» [5], а это возможно при установке транзистора VT3 с малой проходной ёмкостью и конечного сопротивления замкнутых контактов секции переключателя SA2.2, следует параллельно выводам затвор-сток транзистора подключить керамический конденсатор ёмкостью несколько десятков пикофарад и повторить налаживание. На печатной плате для конденсатора типоразмера 0805 предусмотрены контактные площадки. На рис. 6 показана приставка с мультиметром при измерении конденсатора номинальной ёмкостью 3300 мкФ.
Рис. 6. Приставка с мультиметром при измерении конденсатора номинальной ёмкостью 3300 мкФ
При частом использовании приставки контакты переключателя SA2 могут быть подвержены износу. Нестабильность сопротивления замкнутых контактов секции SA2.2 приведёт к увеличению погрешности измерения ЭПС. В таком случае целесообразно вместо механических контактов SA2.2 применить переключательный полевой транзистор, аналогичный IRLML6346 (VT2), с сопротивлением открытого канала не более 0,05 Ома. Вывод истока транзистора соединяют с общим проводом, стока — с выводом истокатранзистора VT2, затвора — с выводом 14 DD1.
Файл печатной платы в формате Sprint LayOut 5.0 можно скачать здесь.
Литература
1. Глибин С. Измеритель ЭПС — приставка к мультиметру. — Радио, 2011, № 8, с. 19, 20.
2. Глибин С. Замена микросхемы 74АС132 в измерителе ЭПС. — Радио, 2013, № 8, с. 24.
3. Преобразователь ёмкость-напряжение. — Радио, 1984, № 10, с. 61.
4. CMOS Rail-to-Rail General-Purpose Amplifiers AD8541/AD8542/AD8544.
— URL: http://www. analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD8541 _8542_8544. pdf (8.10.14).
5. Технический форум журнала «Радио”. Измеритель ЭПС — приставка к мультиметру. — URL: http://www.radio-forum.ru/ forum/viewtopic.php?f=1&t=1870&start = 10 (8.10.14).
Автор: С. Глибин, г. Москва
Также предлагались устройства на базе микроконтроллеров с цифровой шкалой, но не все имеют дело с микроконтроллерами и их прошивкой, устройство получается неоправданно сложным и относительно дорогим. Поэтому в журнале «Радио» сделали разумную рациональную схему — цифровой тестер есть у любого радиолюбителя, а стоит он копейки. Я внес минимальные изменения. Корпус — от неисправного «электронного дросселя» для галогенных ламп. Питание — аккумулятор «Крона» 9 Вольт и стабилизатор 78L05 . Переключатель убрал — очень редко можно измерить LowESR в диапазоне до 200 Ом (если хочется, то использую параллельное соединение). Изменены некоторые детали. Микросхема 74HC132N , транзисторы 2N7000 (то92) и IRLML2502 (сот23). В связи с увеличением напряжения с 3 до 5 вольт не было необходимости подбирать транзисторы.
При тестировании устройство нормально работало от напряжения свежей батареи 9,6 В до полностью разряженной 6 В.
Кроме того, для удобства использовал резисторы smd.
Все smd элементы отлично паяются паяльником ЭПСН-25. Вместо последовательного соединения R6R7 использовал параллельное соединение — так удобнее, на плате предусмотрел подключение переменного резистора параллельно R6 для подстройки нуля, но оказалось, что «ноль» стабилен во всем диапазоне напряжений I указано.
Сюрпризом было то, что в конструкции «разработанной в журнале» была перепутана полярность подключения VT1 — перепутаны сток и исток (поправьте, если ошибаюсь). Я знаю, что транзисторы будут работать и при таком включении, но для редакторов такие ошибки недопустимы.
Точность показаний в диапазоне 0,01.
..0,1 Ом позволила отбросить сомнительные и не выбрасывать старые выпаянные конденсаторы, но имеющие нормальную емкость и ESR. Устройство простое в изготовлении, детали доступны и дешевы, толщина дорожек позволяет протягивать их даже спичкой.
На мой взгляд, схема очень удачная и заслуживает повторения.
Хорошо! Халява закончилась. Хочешь файлы и полезные статьи — помоги!
В среде радиолюбителей мультиметр часто называют тестером. Но все же правильнее будет использовать «мультиметр», так как он имеет дополнительные функции, и помимо напряжения и тока измеряет в широком диапазоне и другие показатели. У современного прибора устройство довольно сложное, но интересно разобраться в принципах работы, чтобы понять, как происходят измерения.
По представлению измеряемых показателей мультиметры делятся на аналоговые (стрелочные) и цифровые. В аналоговых тестерах отклонение стрелки на градуированной шкале показывает результат измерения. Цифровые мультиметры отображают информацию в виде чисел на жидкокристаллическом или аналогичном экране. Принципиальная схема мультиметра со стрелкой выглядит проще, чем у его аналога, поэтому часто для цифрового прибора в инструкции приводится функциональная или блок-схема.
По конструкции их также можно разделить на два типа:
Самые простые . Представляют собой микроамперметр с набором высокоточных резисторов большого и малого номинала, а для измерения сопротивления имеют встроенный источник питания.
Стационарные мультиметры работают от сети переменного или постоянного тока.
Как правило, это высокоточные приборы сложной схемы, используемые в лабораториях и различных сервисных центрах.
Конструкция мультиметра стационарного типа такова, что в нем используются преимущества аналоговых и цифровых приборов. Например, управляемый микропроцессором ЖК-экран представляет информацию в удобной для чтения форме. Помимо цифровых показаний выдает изображение шкалы и стрелок в положении, соответствующем сигналу, как на аналоговом мультиметре.
На рисунке показана принципиальная схема мультиметра. Это самый простой вариант. Как видите, у него три шунтирующих резистора с номиналами 0,5 Ом, 4,6 Ом и 46,3 Ом.
Дополнительные резисторы номиналом 950 Ом, 10 кОм и 100 кОм предназначены для измерения напряжения в трех диапазонах: 3 В, 30 В и 300 В. Сопротивление измеряется при подключении к контактам Rx измеряемой нагрузки. Перед измерением при закороченных контактах измерительных щупов переменный резистор R3 устанавливают на ноль по шкале измерения сопротивления. Этот тестер предназначен только для измерения постоянного тока. Чтобы он мог измерять переменный ток, в схему необходимо ввести выпрямительные диоды. Это связано с тем, что магнитоэлектрический механизм микроамперметра в силу своего принципа действия может измерять только постоянный ток.
Схема мультиметра, если он стрелочный, немного меняется от прибора к прибору. Могут быть и другие значения сопротивления из-за применения разных микроамперметров, но суть от этого не изменится.
Поэтому ремонтировать их несложно, в отличие от цифровых тестеров.
В настоящее время большинство мультиметров, выпускаемых промышленностью, являются цифровыми. Это понятно. Благодаря использованию современной элементной базы с высоким входным сопротивлением стало возможным создание многоразрядных точных аналого-цифровых преобразователей электрического сигнала. Это, в свою очередь, позволило уменьшить погрешность измерения, а использование цифровой индикации обеспечило простоту считывания информации. В случае со стрелочными мультиметрами это затруднительно, так как при погрешности 0,2% и более снять точное показание будет практически невозможно из-за плотного расположения делений на шкале.
Принципиальная схема мультиметра на интегральных схемах сильно зависит от типа используемых микросхем, поэтому для анализа принципа работы прибора удобнее пользоваться блок-схемой, которая одинакова для всех цифровых тестеров.
На рисунке показана блок-схема цифрового мультиметра. Он показывает, как происходят измерения постоянного и переменного тока, а также сопротивлений.
Аттенюатор — это устройство в цепи, уменьшающее входной сигнал в определенное число раз, чтобы он находился в нормированном диапазоне, например, 0-1 мВ. В зависимости от конкретной реализации диапазон может быть другим.
Операционный усилитель очень чувствителен и имеет большой коэффициент усиления. Он реагирует на единицы микровольт на своем входе, а коэффициент усиления позволяет установить от единицы до нескольких тысяч. При этом он имеет огромное входное сопротивление, из-за чего практически не вносит ошибок. На его основе можно создавать очень точные мультиметры и другие измерительные приборы. Так, при попадании напряжения с аттенюатора на вход операционного усилителя он усилит его в определенное число раз, а также не превысит допустимых пределов.
На вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) поступит сигнал, не превышающий диапазон преобразования.
Требовалось предварительное усиление, чтобы преобразователь мог его оцифровать и отобразить на цифровом индикаторе. Схемы аналого-цифровых преобразователей весьма разнообразны, а некоторые из них выполнены в виде отдельной микросхемы, что очень удобно при создании компактных мультиметров.
При измерении переменного тока дополнительно используется прецизионный выпрямитель. При необходимости измерения сопротивления его подключают к преобразователю, представляющему собой генератор опорного тока с делителями. Этот ток проходит через измеряемое сопротивление, на нем происходит падение напряжения. Это падение усиливается, оцифровывается и отображается на цифровом индикаторе.
При любых измерениях сигналы поступают через коммутатор. Он может быть механическим или электронным. В автономных портативных мультиметрах используется механический переключатель.
Хотя принципиальная схема мультиметра цифрового типа не представлена, проанализировав структуру прибора, можно найти отличия его от аналогового типа.
Мультиметры Arrow, чтобы измерить какой-либо параметр, переведите его в силу тока и только потом измеряйте. А цифровые тестеры, используя преимущества операционных усилителей, их огромное внутреннее сопротивление, преобразуют все поступающие сигналы в напряжения и только потом производят измерения.
Большинство мультиметров выглядят как маленькие коробочки с циферблатом или ЖК-дисплеем сверху. Обозначения на мультиметре практически одинаковы и не зависят от типа прибора и схемы. Итак, под экраном находится переключатель режимов измерения. Значки отображаются вокруг типа и диапазона измеренного значения:
С правой стороны есть три слота. Верхний, с номером 10А, используется при измерении постоянного тока до 10 ампер. Среднее значение используется для измерения во всех остальных случаях. Нижняя розетка для подключения нулевого провода, рядом с ней показан знак заземления, как на схеме. Количество диапазонов и их пределы, типы измеряемых величин могут различаться, но в целом будут одинаковыми.
на устройство и внешний вид также влияют на дополнительные функции, предоставляемые производителем. Итак, теперь есть тестеры со встроенными токоизмерительными клещами. Они позволяют измерять ток, не разрывая проводник, достаточно зажать его зажимами.
Помимо мультиметра в комплект поставки входят щупы и руководство по эксплуатации. Обычно содержит схему, технические характеристики, правила использования устройства и требования безопасности.
В практической работе с компактными и малогабаритными (а их сейчас большинство) электрическими схемами и приборами приходится очень часто подключаться для измерения параметров цепи в очень небольших помещениях, где точки измерения буквально «сидят» друг над другом. О качестве наших измерительных приборов говорить не приходится — китайский одноразовый ширпотреб.
Чтобы иметь возможность пользоваться такими устройствами, их нужно «довести до ума». Расскажу на примере бытового тестера (мультиметра). Самое слабое звено — контактные гнезда на самом устройстве и щупы с проводами.
гелиевых перьевых ручек б/у. К проводам припаял иголки, в верхней части корпусов просверлил отверстия, стянул провода с иголками, вставил иглы в вместо писчих узлов, посадил на клей. Теперь я могу подключиться к любой точке цепи и через изоляцию, и через лаковые покрытия, и буквально друг над другом. Я советую! Сэкономьте и нервы, и время!
Каждый владелец китайского мультиметра DT830 и ему подобных моделей наверняка сталкивался с некоторыми неудобствами при эксплуатации, незаметными на первый взгляд.
Например, постоянный разряд батареи из-за того, что забыли поставить переключатель в положение выключено.
Или отсутствие подсветки, непрактичные провода и многое другое.
Все это можно легко модифицировать и довести функциональность вашего дешевого мультиметра до уровня отдельных профессиональных зарубежных моделей. Рассмотрим по порядку, чего не хватает и что можно добавить в работу любого мультиметра без особых капитальных затрат.
Замена провода и щупов мультиметра
Прежде всего, с чем сталкиваются 99% пользователей дешевых китайских мультиметров, так это с выходом из строя некачественных измерительных щупов.
Во-первых, наконечники щупов могут сломаться. При прикосновении к окисленной или слегка ржавой поверхности для измерения эта поверхность должна быть слегка отшлифована, чтобы обеспечить хороший контакт. Удобнее всего это сделать, конечно же, с помощью самого щупа. Но как только вы начнете чесать, в этот момент кончик может отломиться.
Во-вторых, сечение проводов, идущих в комплекте, тоже не выдерживает никакой критики. Мало того, что они хлипкие, так это ещё и повлияет на погрешность мультиметра.
Особенно когда сопротивление самих щупов при измерениях играет немалую роль.
Чаще всего обрыв провода происходит в местах соединения на штекерном контакте и непосредственно на припайке острого наконечника щупа.
Когда это произойдет, вы удивитесь, насколько на самом деле тонкие провода внутри.
При этом мультиметр должен быть рассчитан на измерение токовых нагрузок до 10А! Как это можно сделать с таким проводом не понятно.
Вот реальные данные замеров потребляемого тока для фонариков, сделанные с помощью штатных щупов, входящих в комплект и с помощью самодельных щупов сечением 1,5мм2. Разница в погрешности, как видите, более чем существенная.
Вставные контакты в разъемах мультиметра также со временем разбалтываются и ухудшают общее сопротивление цепи при измерениях.
В общем, однозначный вердикт всех владельцев мультиметров DT830 и других моделей — щупы необходимо модифицировать или менять сразу после покупки инструмента.
Если вы счастливый обладатель токарного станка или у вас есть знакомый токарь, то ручки щупов можно сделать самостоятельно из какого-нибудь изолирующего материала, например кусков ненужной пластмассы.
Наконечники щупов изготовлены из заточенного сверла. Само сверло представляет собой закаленный металл, и вы можете безопасно соскоблить сажу или ржавчину, не рискуя повредить зонд.
При замене штекерных контактов лучше всего использовать эти штекеры, применяемые в аудиоаппаратуре для гнезд динамиков.
Если у вас совсем колхоз или других вариантов под рукой нет, то в крайнем случае можно использовать обычные контакты от разборной вилки.
Также они идеально подходят под разъем на мультиметре.
При этом не забудьте заизолировать термотрубкой концы, которые будут торчать за пределы мультиметра, в местах припайки проводов к вилке.
Когда нет возможности изготовить щупы самостоятельно, то корпус можно оставить прежним, заменив только провода.
В этом случае возможны три варианта:
После замены такие провода будет очень легко собрать в пучок и не запутаться.
Во-вторых, они рассчитаны на огромное количество изгибов и сломаются не раньше, чем выйдет из строя сам мультиметр.
В-третьих, погрешность измерения из-за их большего сечения по сравнению с исходными будет минимальной. То есть везде есть плюсы.
Если делать длинные провода до 1,5 м, с учетом всех соединений сопротивление на них может достигать нескольких Ом!Важное замечание: при замене проводов не следует стремиться делать их намного длиннее тех, что шли в комплекте. Помните, что длина провода, как и его сечение, влияет на общее сопротивление цепи.
Те, кто не хочет заниматься самоделками, могут заказать на Алиэкспресс готовые качественные силиконовые щупы с множеством насадок.
Чтобы новые щупы с проволокой занимали минимум места, их можно скрутить по спирали. Для этого на трубку наматывается новый провод, обматывается изолентой для фиксации и все это дело пару минут прогревается строительным феном. В результате вы получите этот результат.
В дешевой версии такой фокус не пройдет. А при использовании строительного фена для прогрева утеплитель и вовсе может всплыть.
Доработка крепления мультиметра
Еще одно неудобство при измерении мультиметром — отсутствие третьей руки. Приходится постоянно держать мультиметр в одной руке, а другой работать с двумя щупами одновременно.
Если замеры происходят на рабочем столе, то проблем нет. Отложите инструмент, освободите руки и работайте.
А что если мерить напряжение в щитке или в распределительной коробке под потолком?
Проблема решается просто и недорого. Для того, чтобы иметь возможность закрепить мультиметр на металлической поверхности, на обратную сторону прибора с помощью горячего клея или двустороннего скотча приклейте обычные плоские магниты.
И ваше устройство ничем не будет отличаться от дорогих зарубежных аналогов.
Еще одним вариантом недорогой модернизации мультиметра с точки зрения удобного его размещения и установки на поверхности при проведении измерений является изготовление самодельного стенда. Для этого вам понадобятся всего 2 скрепки и термоклей.
А если у вас совсем нет поблизости поверхности, на которой можно разместить инструмент, что делать в таком случае? Потом можно использовать обычную широкую резинку, например от подтяжек.
Делаешь кольцо из резинки, пропускаешь через тело и все. Таким образом, мультиметр можно удобно закрепить прямо на руке, как часы.
Во-первых, теперь мультиметр больше никогда не выпадет из рук, а во-вторых, показания всегда будут перед глазами.
Крышки для зондов
Шипы на концах щупов достаточно острые, чтобы можно было больно уколоть. Некоторые модели поставляются с защитными колпачками, некоторые нет.
Они тоже довольно часто теряются. Но помимо опасности уколоть палец, они еще и защищают контакты от поломки, когда мультиметр находится в сумке вперемешку с другим инструментом.
Чтобы не покупать запчасти каждый раз, их можно изготовить самостоятельно. Возьмите обычный колпачок от гелиевой ручки и смажьте кончик щупа любым маслом.
Это делается для того, чтобы колпачок не прилипал к поверхности в процессе изготовления.
Затем залейте внутреннюю поверхность колпачка горячим клеем и наденьте его на острый кончик.
Дождаться, пока горячий клей застынет и спокойно снять получившийся результат.
Подсветка мультиметра
Функция, которой не хватает мультиметру в плохо освещенных местах, это подсветка дисплея. Решить эту проблему несложно, достаточно подать заявку:
Проделайте отверстие в боковой части корпуса для выключателя. Приклейте отражатель под индикатор индикации и припаяйте два провода к контактам короны.
От них подается питание на выключатель и далее на светодиоды. Структура готова.
В конечный результат самодельной доработки подсветки мультиметра будет выглядеть так:
Аккумулятор с подсветкой разряжается намного быстрее, поэтому обязательно выключайте выключатель при достаточном естественном освещении.
Замена заводной головки в мультиметре на литий-ионный аккумулятор от телефона
В последнее время стало очень популярно переделывать мультиметр с заменой блока питания от оригинальной короны на литий-ионный аккумулятор от сотовых телефонов и смартфонов.
Для этих целей помимо самой батареи понадобятся платы заряда-разряда. Их покупают на Алиэкспресс или других интернет-магазинах.
Плата защиты от переразряда у таких аккумуляторов изначально встроена в аккумулятор в верхней его части. Это необходимо для того, чтобы батарея не разряжалась сверх номинального значения. допустимые нормы(примерно 3 вольта и ниже).
Зарядная плата не позволяет заряжать аккумулятор выше 4,2 вольта (ссылка на aliexpress).
Кроме того, вам понадобится плата, повышающая напряжение с 4В до требуемых 9В (ссылка на aliexpress).
Сама батарея компактно размещена на задней крышке и не мешает ее закрытию.
Сначала на повышающем модуле необходимо установить выходное напряжение 9 вольт. Подключаем его проводами к еще не переделанному мультиметру и отверткой выкручиваем нужное значение.
Вам придется сделать отверстие в корпусе для разъема зарядки micro или mini usb.
Сам повышающий модуль находится в том месте, где должна быть заводная головка.
Обязательно убедитесь, что проводка от модуля к аккумулятору имеет необходимую длину. В дальнейшем это позволит без проблем снять крышку, а разрубив корпус пополам, при необходимости заняться внутренней доработкой мультиметра.
После размещения всех деталей внутри осталось припаять проводки по схеме и залить все горячим клеем, чтобы при перемещении устройства ничего не двигалось.
Желательно залить термоклеем не только корпус, но и контакты с проводами, чтобы продлить срок их службы.
Существенным недостатком такого мультиметра на литий-ионном аккумуляторе является его работа, точнее не работа при отрицательных температурах.
Стоит вашему мультиметру долго полежать зимой в багажнике автомобиля или в сумке, и вы сразу вспомните батарейный крон.
А подумайте, была ли полезна такая переделка? В конечном итоге, конечно, решать вам, исходя из условий эксплуатации устройства.
Доработка кнопки включения и выключения на мультиметре
Последний вариант ревизии мультиметра с переходом на литий-ионные аккумуляторы целесообразно еще больше усовершенствовать, поставив кнопку выключения в цепи питания преобразователя на аккумулятор.
Во-первых, сам преобразователь потребляет небольшой ток даже в дежурном режиме, когда мультиметр не работает.
Во-вторых, благодаря этому переключателю не нужно лишний раз щелкать сам мультиметр, чтобы его выключить. По этой причине многие устройства преждевременно выходят из строя.
Одни дорожки стираются раньше времени, другие начинают укорачиваться между собой. Так что кнопка выключения всего устройства сразу будет очень кстати.
Еще один совет от опытных пользователей китайских мультиметров — чтобы переключатель прослужил долго и исправно работал, сразу после покупки разберите и смажьте точки скольжения шариков переключателя.
А на плате дорожки рекомендуется смазать техническим вазелином. Так как новые устройства не имеют смазки и переключатель быстро изнашивается.
Кнопку можно сделать как во внутреннем оформлении, если найдется свободное место, так и во внешнем. Для этого вам придется просверлить всего два микроотверстия для силовой проводки.
Фонарик в мультиметре
Еще одним нововведением мультиметра является дополнительный фонарик. Часто приходится использовать прибор для поиска повреждений в распределительных щитах и распределительных шкафах подвалов, коротких замыканий электропроводки в помещениях, где нет света.
В схему добавлен обычный белый светодиод и кнопка специально для его включения. Проверить, на сколько хватит светового потока от данного светодиода, очень просто. Для этого даже не нужно разбирать его.
Поместите анодную ветвь диода в разъем E, а катодную ветвь в разъем C (анодная ветвь длиннее катода). Все это делается в разъемах режима измерения транзисторов на блоке P-N-P.
Светодиод будет светиться при любом положении переключателя и погаснет только при самостоятельном выключении мультиметра. Чтобы смонтировать все это внутри, нужно найти на плате необходимые выводы и припаять два провода к эмиттеру (разъем Е) и коллектору (разъем С). В разрыв провода впаивается кнопка и крепится через отверстие в корпусе мультиметра.
Закрепите все горячим клеем и получите переносной мультиметровый фонарик.
Изображение Чтобы проиллюстрировать типичный мультиметр
Мультиметр является многофункциональным инструментом. По определению он объединяет несколько четко определенных инструментов и мультиплексирует элементы управления для простоты.
Большинство мультиметров имеют 3 входных клеммы. Обычно вы будете использовать только COM Вход и В/мА/Ом (часто черный и красный соответственно, но не на образце). Третий вход используется для измерения особо больших токов. Некоторые мультиметры имеют 4 входа для более точных измерений с использованием датчика Кельвина. В портативных устройствах это обычно наблюдается на измерителях LCR.
В режиме вольтметра необходимо всегда проводить измерения в параллельно с измеряемой цепью, цепь с питанием
Основной функцией вольтметра является измерение напряжения, разности потенциалов в двух точках цепи.
Практически все цифровые мультиметры будут иметь функцию вольтметра.
На типичном устройстве, показанном на изображении, режимы вольтметра выбираются между 9:00 и 1:00 на циферблате. Плоская полоса представляет режим постоянного тока, а волнистая линия представляет собой переменный ток. Любой режим можно безопасно использовать взаимозаменяемо (влияя только на точность показаний) при условии соблюдения номинальных значений напряжения. Некоторые мультиметры предлагают автодиапазон функция, не требующая явного выбора диапазона на циферблате.
Некоторые способы использования цифрового мультиметра в режиме вольтметра для автомобильных целей
Определение наличия управляющего напряжения на сигнальной линии, например линия управления реле, топливные форсунки
Установление наличия питающего напряжения на различных цепях
Измерение выходного напряжения регулятора/генератора или аккумулятора
В режиме амперметра необходимо всегда выполнять измерения в серии с цепью, питаемой от цепи
Основной функцией амперметра является измерение электрического тока.
В режиме амперметра он повредит цифровой мультиметр и, возможно, перегорит предохранитель в автомобиле, если вы подключите цифровой мультиметр параллельно к цепи под напряжением, то есть таким образом, чтобы он измерял напряжение в режиме вольтметра.
На типичном устройстве, показанном на изображении, режимы амперметра выбираются между 1:00 и 4:00 на циферблате. Обратите внимание, что настройка максимального диапазона на этом устройстве (и многих других) требует использования альтернативного сильноточного входа.
Используя амперметр, при диагностике цепи под напряжением, которая должна быть включена (например, лампа с включенным выключателем), полученное показание проинформирует вас о типе неисправности в цепи, показание высокого тока означает короткое замыкание, нулевой ток означает разомкнутую цепь.
Некоторые способы использования цифрового мультиметра в режиме амперметра для автомобильных целей
В режиме омметра вы должны выполнять измерения в параллельно цепи, цепь должна быть обесточена
Омметр измеряет сопротивление между двумя клеммами.
Сопротивление определяет величину тока, потребляемого устройством при фиксированном напряжении питания. Обычно «аналоговые» компоненты автомобиля, такие как фары, реле, переключатели, предохранители и т. д., имеют относительно низкое сопротивление, от нескольких до 100 Ом или около того. Сопротивление других компонентов (например, датчиков, форсунок) можно сравнить со спецификацией для обнаружения отказа.
На типичном устройстве, показанном на изображении, режимы омметра выбираются между 6:00 и 9:00 на циферблате часов. Обратите внимание, что на этом устройстве настройка 2000 (2 кОм) мультиплексирована для считывания непрерывности (подробнее об этом позже), второстепенные режимы часто выбираются вездесущей «заметной кнопкой без опознавательных знаков». Нет никакого вреда (кроме риска не получить показаний) в выборе неправильного диапазона на устройстве
Некоторые способы использования цифрового мультиметра в режиме омметра для автомобильных целей
Проверка сопротивления электрических компонентов, таких как форсунки, фары, реле
Идентифицируйте короткие замыкания и обрывы цепи, иногда у вас очень низкоомные «не очень короткие замыкания», которые не вызывают звуковой сигнал измерителя непрерывности
Проверить целостность предохранителя
Емкость
Редко встречается на дешевых цифровых мультиметрах и никогда на автомобильных, используется для проверки емкости.
Много предостережений по использованию и не самая полезная функция для ремонта и диагностики автомобилей
Тестер непрерывности цепи
Несколько дублирует режим омметра с точки зрения диагностических возможностей. Основным преимуществом является громкий звуковой сигнал, который он издает при обнаружении непрерывности, что позволяет вам сфокусировать взгляд не на dmm
Проверка диодов
напряжение, необходимое для включения диода.
Рабочий цикл
Полезная автомобильная функция, позволяющая диагностировать электрические компоненты двигателя, использующие широтно-импульсную модуляцию, например. форсунки
Измеритель оборотов
Полезная автомобильная функция, определяющая обороты двигателя по шуму, создаваемому в линии подачи.
Характеристики транзистора
Забавный режим «hfe» и трехштырьковый разъем предназначены для тестирования бета-версии транзистора.