Главная » Измерения
Призовой фонд
на декабрь 2017 г.
1. Спектроанализатор Arinst SSA-TG LC
Крокс
2. Термометр Relsib WT51
Рэлсиб
3. 1000 руб
PCBWay
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 (10) | 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
+1
unreal691 #
А/час => А*час
Ответить
0
4uvak #
Автор, это никакой не контроллер заряда! Функция у него другая - защита li-ion банки от аварийных режимов работы, иными словами плата защиты АКБ. 2,4В это очень низкий порог. Надо его повысить хотя бы до 3В. Подробнее как повысить этот порог до любого значения 2,4-28В я описал ещё 8 лет назад.
http://vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=1975
Ответить
0

[Автор]
andro #
Ещё раз повторяю, 2,4 В - это нижний порог литий-ионного аккумулятора и процесс измерения ёмкости как раз и должен заканчиваться на этом напряжении. Конечно это плата защиты, но в данном случае она выступает в качестве контроллера разряда, а не заряда как Вы написали. Она обесточивает схему при полной разрядке аккумулятора.
Ответить
0
4uvak #
И много ли аккумулятор энергии отдает между 3 и 2,4В? Не все аккумуляторы можно до такого напряжения разряжать. Промышленные измерители емкости li-ion, li-po не разряжают аккумулятор ниже 3В
Ответить
0

[Автор]
andro #
Будет интересно, если Вы приведёте факт.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

USB осциллограф DSO-2090
USB осциллограф DSO-2090
Мультиметр Mastech MS8239C Мультиметр Mastech MS8268
вверх