Главная » Измерения
Призовой фонд
на октябрь 2017 г.
1. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
2. 1000 руб
PCBWay
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 100 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Измеритель ёмкости аккумуляторов (С линейным стабилизатором)

В этой статье мы поговорим об одном из способов практического применения электромеханических часов в радиолюбительской практике. В одной из статей мы собирали схему питания и управления для таких часов, а в другой мы мотали электромагнитную катушку для этой схемы. Здесь же мы рассмотрим как можно очень просто и точно измерить емкость литий-ионного аккумулятора с применением электромеханических часов. Ранние статьи Вы можете посмотреть по ссылкам:

Преимущество электромеханических часов в том, что после пропадания питания стрелки часов показывают время, когда это произошло. На самом деле в устройстве можно применить любые электромеханические часы, которые после остановки показывают время, которое было при пропадании напряжения питания. Основой устройства является линейная электронная нагрузка, задающая постоянный стабильный ток потребления. В данном случае выбран ток нагрузки 500 мА, что бы можно было измерять емкость небольших аккумуляторов. Если планируется измерять емкость только мощных источников, то нужно будет увеличить ток нагрузки, так как в противном случае придется очень долго ждать и шкалы устройства может быть недостаточной для измерения. Для точного же измерения емкости аккумуляторов до 1000 мА/час не следует превышать указанное значение тока нагрузки. В перспективе можно сделать переключатель, но он будет вносить некоторую погрешность, и поэтому я отказался от него. 

Данное устройство обладает следующими параметрами:

Технические характеристики устройства:

  • Напряжение измеряемого аккумулятора
  • Предел измерения емкости
  • Разрядный нагрузочный ток
  • Погрешность измерения
  • Индикация измеряемого значения
  • Температура окружающей среды
  • 3,7 Вольт
  • до 6 А/час
  • 500 mA
  • 5 %
  • шкала
  • 5 - 45 °C

Предел измерения с меньшей стороны обуславливается погрешностью, а с высшей стороны шкалой, размером в 12 часов. Погрешность зависит от разрешения шкалы и от стабильности нагрузочного тока. А за 12 часов с током нагрузки 500 мА можно измерить емкость аккумулятора до 6000 мА/час.

Рассмотрим блок-схему и принцип работы устройства:

Блок-схема устройства

Напряжение полностью заряженного аккумулятора через контроллер разряда подается на электронную нагрузку и на схему питания и управления электромеханических часов. После запуска механизма часов они начинают отсчет времени и происходит разряд аккумулятора заданным стабильным током. Все это время светится светодиод, сигнализирующий о работе устройства и о процессе разрядки аккумулятора. При достижении напряжения на аккумуляторе своего нижнего предельного значения, контроллер разряда обесточивает всю схему, светодиод гаснет напоминая о конце процесса измерения, часы останавливаются и показывают емкость данного аккумулятора. Так как емкость определяется по формуле

Е [А * час] = I [А] х T [час]

а потребляемый стабильный ток в нашем случае равен 500 мА или что то же самое 0,5 А, то аккумулятор емкостью в 1 А/час полностью разрядится за 2 часа и двенадцатичасовой шкалы часов хватит максимум на аккумулятор с емкостью 6 А/час. 

Контроллер разряда отключает нагрузку при снижении напряжения аккумулятора ниже определённого значения. Он взят из аккумулятора мобильного телефона Samsung с напряжением 3,7 В.

Аккумулятор

Обязательно нужно измерить напряжение отсечки, при котором он будет отключать нагрузку. Оно должно быть в районе 2,4 - 3,0 Вольта. Как правило у таких контроллеров общим является плюс питания, а цепь минуса управляется переходом полевого транзистора.

Принципиальная схема контроллера

В качестве электронной нагрузки взят линейный стабилизатор тока, у которого в отличие от импульсного и входной и выходной ток одинаков и стабилизирован в широком пределе напряжений. Нагрузкой стабилизатора тока является низкоомный резистор, хотя при надлежащем отводе тепла от силового управляющего транзистора можно и вообще отказаться от резистора и просто замкнуть выход. 

Часы можно использовать любые электромеханические скорректировав питающее напряжение и доведя его до нужного значения. Так как большинству часов необходимо напряжение 1,5 В, а напряжение исследуемого аккумулятора будет меняться от 2,4 до 4,2 В то понадобиться простой стабилизатор напряжения для питания часов. Я использовал доработанные часы "Янтарь" со встроенным стабилизатором, которые мы ремонтировали в предыдущей статье.

Часы "Янтарь"

Принципиальная схема получившегося измерителя емкости представлена на рисунке.

Принципиальная схема измерителя емкости

Напряжение с исследуемого полностью заряженного аккумулятора через предохранитель подается на контроллер разряда, который при подключении аккумулятора закрыт и не пропускает ток. Параллельно его входу подключен обратно смещённый диод, который защищает устройство от переполюсовки, во время которой он проводит ток в прямом направлении и сжигая предохранитель обесточивает цепь. Кратковременным нажатием кнопки "пуск" контроллер разряда запускается и подает напряжение на часы и электронную нагрузку. Предварительно обнуленные часы начинают отсчет времени, а электронная нагрузка разряжает аккумулятор заданным стабильным током. В зависимости от устройства часов может понадобится одновременный запуск их механизма. В моем случае необходимо предварительно установить стрелки на нулевую отметку и затем запустить маятник часов.

Обнуление часов перед измерением

Так же в моих часах установлен светодиод подсветки шкалы одновременно сигнализирующий о работе устройства.

Измеритель ёмкости аккумуляторов в собранном виде

Электронная нагрузка представляет из себя линейный стабилизатор тока на германиевых транзисторах прямой проводимости. Транзистор Q1 стабилизирует напряжение на базе составного транзистора из элементов Q2 и Q3. В цепь эмиттера управляющего транзистора Q3 включен резистор R2, с которого напряжение отрицательной обратной связи подается на базу транзистора Q1. Подбором этого резистора осуществляется установка нужного тока стабилизации измеряя его в разрыве КТ1. Конденсатор C1 блокирует питание по высокой частоте шунтируя возможные помехи и наводки предотвращая некорректную работу устройства.

Рисунок платы с навесным монтажом представлен ниже:

Рисунок навесного монтажа

Между выводами "-bat" и "-clock" подключена кнопка пуска. На выводы "+bat" и "-bat" подается напряжение с исследуемого аккумулятора. С выводов же "-clock" и "+clock" подается питание на электромеханические часы для измерения. Плата контроллера разряда приклеивается на двусторонний скотч. Управляющий транзистор Q3 ставится на радиатор площадью 10-12 см2 который винтами крепится к основной плате. 

Под это устройство так же разработана печатная плата, вид которой сверху и снизу показан на рисунках:

Вид печатной платы сверху

Вид печатной платы снизу

Я начертил шкалу для замены стандартного циферблата часов. Привожу вид этой шкалы, а ниже прилагаю вариант для печати в формате PDF.

Шкала прибора

Внутренняя шкала для часовой стрелки разбита на шесть основных делений по 1000 мА/час с промежуточными делениями по 500 мА/час и делениями между ними по 100 мА/час. Внешняя шкала для минутной стрелки и каждое большое деление показывает 100 мА/час с промежуточными маленькими делениями по 10 мА/час. Так же прилагаю исходный файл шкалы для тех, кому нужно будет подогнать размеры или внести изменения.

Вот так выглядит напечатанная шкала:

Напечатанная шкала прибора

Далее я приклеил ее поверх циферблата часов с помощью тонкого двойного скотча:

Стандартный циферблат часов

Тонкий двойной скотч для приклеивания шкалы

Шкала прибора поверх циферблата часов

Вот так это выглядит в собранном виде:

Собранный прибор со шкалой

Сама плата устройства из за размеров радиатора не поместилась в корпус часов. Ее я установил в перерезанную пластиковую бутылку и вывел провода через горлышко подключив по назначению:

Фотография платы с навесным монтажом

Помещённая в корпус бутылки плата устройства

В качестве предохранителя я использовал отрезок медного провода диаметра 0,1 мм в эмалевой изоляции. Настройка устройства заключается в установке потребляемого тока в контрольной точке КТ1 подбором сопротивления резистора R2. Этот резистор я сделал из нихромовой проволоки и подбором ее длины добился нужного показания амперметра. Вы же можете поставить резистор немного большего сопротивления, например 0,33 Ом, и подключая параллельно другие резисторы с сопротивлением 1-10 Ом установить нужный ток потребления.

Формула расчета общего сопротивления параллельно соединенных резисторов

Схема показала довольно хорошую стабильность при изменении температуры и напряжения питания. С помощью данного устройства также можно измерять ёмкость "power bank"-ов с напряжением 5 Вольт.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Bat1 Аккумулятор3.7 V1 Исследуемый аккумуляторПоиск в LCSCВ блокнот
F1 Предохранитель1A1 Поиск в LCSCВ блокнот
D1 Выпрямительный диод
1N4001
1 Поиск в LCSCВ блокнот
S1 Кнопкабез фиксации1 Для запускаПоиск в LCSCВ блокнот
BMC1 Контроллер разряда1S1 DW01Поиск в LCSCВ блокнот
C1 Электролитический конденсатор100 мкФ1 Поиск в LCSCВ блокнот
CL1 ЧасыЭлектромеханические1 Поиск в LCSCВ блокнот
R1 Резистор
1.5 кОм
1 Поиск в LCSCВ блокнот
R2 Резистор
0.22 Ом
1 ПодборПоиск в LCSCВ блокнот
R3 Резистор
1 Ом
1 Поиск в LCSCВ блокнот
Q1, Q2 Биполярный транзистор
МП41
2 Поиск в LCSCВ блокнот
Q3 ТранзисторП6051 Поиск в LCSCВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 5 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (5) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
+1
zeconir #
Автор, ты реально суров. МП41..42 и П60х это нечто. Но в целом, если не брать во внимание уже "раритетные" детали, устройство получилось интересным.
Ответить
+1

[Автор]
andro #
Я уважаю старичков :)))
Ответить
+1
murzik #
Очень понравился нетрадиционный авторский подход к проектированию. Пять с плюсом!
Ответить
0

[Автор]
andro #
Благодарю!
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическая мощность?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Конструктор: DDS генератор сигналов
Конструктор: DDS генератор сигналов
Мини гравер 125 Ватт Радиореле 220В
вверх