Главная » Измерения
SunFounder
Призовой фонд
на февраль 2023 г.
1. 50 руб.
От пользователей

Миллиомметр - приставка для мультиметра

Самые бюджетные модели портативных мультиметров, к примеру DT838, имеют, как правило, небольшую погрешность измерения напряжения постоянного тока - не более 0,5%. Более дорогие мультиметры, такие как MS8265, ещё лучше - 0,1% на пределе 2...200В, не говоря уже о профессиональных моделях. Однако, всех их связывает один общий недостаток - разрешающая способность при измерении сопротивления лежит в диапазоне 0,1 Ом, реже 0,01 Ом, а двухпроводная схема измерения не позволяет избавиться от влияния собственного сопротивления проводов, что при закороченных щупах уже даёт измеренное значение сопротивления отличное от нуля. На практике это означает, что измерение сопротивления менее 0,1...0,5 Ом не позволяет судить о его реальном значении в силу больших погрешностей измерения, а также об малых изменениях сопротивления на фоне относительно больших значений. Предлагаемая конструкция поможет избавиться от этих недостатков. Схема устройства представлена ниже.

  

Принцип работы устройства основан на измерении падения напряжения при пропускании через резистор либо других компонентов стабильного тока 10 мА.

Устройство запитывается от трёх гальванических элементов 1,5В. Микросхема DA1 - повышающий преобразователь напряжения, обеспечивающий двухполярное питание измерительного ОУ DA4. Большинство компонентов DA1 - C1...C4, C6, C7, L1, R1...R4, VD3 - соответствуют стандартной схеме включения MC34063 в качестве повышающего преобразователя напряжения. Уровень положительного выходного напряжения рассчитывается по формуле Uвых = ((R4/R3)+1)*1,25 и составляет в данном случае около 16,5В. Конденсатор C3 задаёт частоту преобразования DA1 около 30 кГц. Резистор R2 ограничивает максимальный ток ключа DA1, его номинал меньше необходимого, но это повышает КПД преобразователя в целом. Элементы C4, C5, C8, C9, DA2, VD1, VD2 обеспечивают стабильное питание -12В для ОУ DA4. Работают они следующим образом. Выходной ключ DA1, выв.1, открываясь, замыкает дроссель L1 на "массу", что начинает накопление энергии в последнем. При размыкании ключа (высокий уровень на выв. 1 DA1) происходит высвобождение тока, накопленного дросселем L1 через диод VD3 на конденсаторы C6, C7, что ведёт к повышению напряжения на последних, а также к заряду конденсатора C4 через диод VD1. Следующий шаг - снова замыкание ключа DA1 на "массу" - дроссель L1 вновь начинает накапливать энергию, а заряд на конденсаторе C4 передаётся через диод VD2 на накопительную ёмкость C5, и далее - на стабилизатор DA2. И так цикл за циклом. Таким образом, положительное напряжение питания DA4 стабилизируется самим преобразователем DA1, а отрицательное - линейным стабилизатором DA2. Это позволяет полностью избавиться от влияния питающего напряжения устройства на результаты измерения ОУ DA4. Стабилизатор DA3 представляет собой источник стабильного тока. Величина тока в нагрузке определяется по формуле Iвых(А)= 1,25/(R5+R6). Стабильный ток, протекающий через измеряемое сопротивление, вызывает на нём падение напряжения, которое посредством ОУ DA4 усиливается в 100 раз, и оно равняется Uвых(В) = (Rx*0,01)*100. Коэффициент усиления по напряжению постоянного тока для ОУ DA4 равно R10/((R8+R9)+1), так что на выходе устройства получаем Uвых(В) = (Rx*0,01)*(R10/(R8+R9)+1)). Иными словами, один милливольт на выходе устройства соответствует одному миллиому измеряемого сопротивления.

Элементы R7, VD4, VD5 защищают вход DA4 от перегрузки по входному напряжению. Конденсатор С10 ограничивает усиление ОУ по переменному току, устраняя влияние внешних помех на результат измерения. В случае короткого замыкания на выходе устройства резистор R11 ограничивает максимальный выходной ток DA4 на уровне не более 15 мА. Поскольку резистор R11 включен в цепь ООС DA4, влияния на измерения он не оказывает. Резисторы R12, R13 необходимы для установки нулевого выходного напряжения ОУ DA4 при закороченных измерительных щупах. Добавление резистора R13 делает настройку нуля более плавной. Для увеличения точности измерения сопротивления применена четырёхпроводная схема включения. Измерительный ток протекает по проводам разъёмов XS3.2 и XS2.2. Падение напряжения на этих проводах, хоть и не велико, но всё же вызывает погрешность при измерении. Для её компенсации непосредственное измерение производится через провода XS3.1 и XS2.1, которые также подключены к точкам измерения сопротивления. Токи, протекающие через измерительные провода исчезающе малы, в отличие от измерительных, и это позволяет компенсировать падение напряжения на последних. Фото собранного устройства представлено ниже.

Потребляемый миллиомметром ток при разомкнутых измерительных зажимах в диапазоне питающего напряжения от 3В до 6,2В составляет 62...30 мА, при закороченных зажимах 115...58 мА соответственно. Питающее напряжение обеспечивает гарантированную работу устройства в диапазоне от 3В до 9В. На самом деле, в зависимости от производителя DA1, минимальное напряжение, при котором миллиомметр сохраняет точность и работоспособность может равняться 2,6В. Эта величина менее 3В, заявленных в даташите, поэтому результаты работы устройства необходимо проверять на практике, если в этом есть необходимость. Максимальное выходное напряжение (худшее значение) для ОУ AD711JN составляет +Uпит - 2В, таким образом, при питании миллиомметра +16,5...-12В максимальное измеряемое сопротивление составит 14,5 Ом - на выходе устройства будет 14,5В. Это и ограничивает максимальное измеряемое сопротивление. Разрешающая способность миллиомметра - 1 мОм. В зависимости от используемого мультиметра минимальное измеренное значение сопротивления может составлять 0,1 мОм и даже меньше, но значащее значения - один милливольт.

Настройка устройства начинается с проверки работы преобразователя на DA1. При подаче питания на устройство, собранного без ошибок и с исправными компонентами, на выводах 4 и 7 ОУ DA4 должно быть напряжение, равное -12В и +16,5В соответственно. Измеренные значения могут отличаться в зависимости от разброса номиналов сопротивления R3, R4, а также от реального выходного напряжения стабилизатора DA2. Далее, подключив измерительные зажимы от XS2, XS3 к миллиамметру постоянного тока (мультиметру) посредством подстроечного резистора R6 устанавливаем величину стабильного тока равного 10,00 мА. Затем закорачиваем измерительные зажимы. Контролируя выходное напряжение на XS4 и подстраивая сопротивление резистора R12, добиваемся значения, близкого к нулевому.

Не стоит забывать, что установленное значение нулевого напряжения на выходе зависит от температуры окружающей среды. Входное напряжение смещения для AD711 равно 0,3 мВ. При коэффициенте усиления равным 100 получаем на выходе миллиомметра напряжение до +-30 мВ при закороченных измерительных щупах. Оно устанавливается практически до нуля при помощи подстроечного резистора R12. А вот с температурным дрейфом входного напряжения смещения в данном случае ничего поделать нельзя. У ОУ AD711 оно составляет 0,007 мВ на градус. Умножив этот параметр на 100, получаем уже 0,7 мВ на изменение температуры всего на 1 градус Цельсия. При изменении температуры на 3 градуса получаем смещение уже 2,1 мВ, а это уже многовато для низкоомных шунтов, например, сопротивлением 0,0025 Ом.

Выходом из этой ситуации является настройка нуля для текущей температуры окружающей среды перед проведением измерения, то есть проверка и дополнительная подстройка, при необходимости, нулевого выходного напряжения при закороченных измерительных зажимах. Очень важно подобрать номиналы резисторов R8...R10 как можно ближе к указанным в схеме номиналам. Они должны быть обязательно металлоплёночными. Идеальный вариант - С2-29, С2-10, можно использовать С2-33, МЛТ, MFR, но с проверкой и подбором сопротивления последних. Самый главный компонент устройства - измерительные зажимы. Именно от них в большей степени зависит точность измерения.

Они изготовлены из обычных зажимов "крокодил". Напильником стачиваются зубья у губок, к ним по размеру припаивается медная площадка, облуживается. Измерительные провода также припаиваются к ней с внутренней стороны, это способствует минимальному сопротивлению контакта с выводами измеряемых компонентов.

А теперь главное - проверка работоспособности и точности измерения устройства. Для этого набирается несколько резисторов с известным сопротивлением и допуском. Измеряем их сопротивление:

   

 

Сводная таблица результатов измерения (на фото только часть измеряемых резисторов):

По результатам измерений видно, что относительная погрешность всех измеренных значений меньше, чем заводской допуск резисторов. Можно считать, что настройка устройства на этом завершена. Если принять, что заводское сопротивление соответствует на 100% указанному номиналу, то суммарная погрешность измерения будет равна сумме относительной погрешности мультиметра и относительной погрешности между заводским номиналом резистора и измеренным значениям миллиомметра. В зависимости от применяемого мультиметра эта погрешность может составлять 1% и менее. В том случае, если номиналы резисторов R8...R10 не удалось подобрать с необходимой точностью, измеренное значение сопротивления можно корректировать с помощью подстройки значения стабильного тока посредством резистора R6.

Плата миллиомметра при помощи латунных стоек крепится к батарейному отсеку со встроенным выключателем:

 

Собранное устройство:

ОУ DA4 AD711JN без изменения разводки печатной платы можно заменить на LF411. Однако, напряжение смещения у этого ОУ больше - до 2 мВ, а температурный дрейф достигает 0,02 мВ на градус, что приведёт к большей нестабильности измеряемого сопротивления. Возможно применение ОУ общего назначения TL071, TL081. Однако их характеристики не позволяют проводить достоверные измерения от 0,001 Ом, в этом случае придётся ограничиваться разрешающей способностью в 0,01 Ом. Вместо DA4 также подойдут другие инструментальные ОУ, такие как AD744, OP27 и прочие, однако в этом случае придётся вносить изменения в конструкцию печатной платы, поскольку схемы коррекции нуля на выходе у них отличаются от AD711 и его подобным ОУ.

И напоследок - устройство будет полезно не только при измерении сопротивления резисторов, но и переходного сопротивления контактов переключателей, реле, держателей предохранителей, а также сопротивления обмоток трансформаторов и прочих устройств.

Сопротивление контактов держателя для предохранителя:

Сопротивление замкнутых контактов переключателя:

Сопротивление замкнутых контактов реле:

Сопротивление замкнутых контактов реле:

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
C1 Электролитический конденсатор1000мк х 10в1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C2, C7, C9 Конденсатор0.1мк3 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C3 Конденсатор1000 пФ1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C4 Конденсатор10мк х 63в1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C5, C6 Электролитический конденсатор470мк х 25в2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C8 Электролитический конденсатор10мк х 25в1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
C10 Конденсатор2200 пФ1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
DA1 DC/DC импульсный конвертер
MC34063A
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
DA2 Линейный регулятор
LM79L12
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
DA3 Линейный регулятор
LM317L
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
DA4 операционный усилительAD711JN1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
L1 дроссель470 мкГн1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R1 Резистор
180 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R2 Резистор
0.2 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R3, R7 Резистор
10 кОм
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R4 Резистор
120 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R5 Резистор
100 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R6 Подстроечный резистор100 Ом1 3296WПоиск в магазине ОтронВ блокнот
R8, R11 Резистор
1 кОм
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R9 Резистор
10 Ом
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R10 Резистор
100 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R12 Подстроечный резистор10 кОм1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
R13 Резистор
47 кОм
1 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VD1...VD3 Диод Шоттки
1N5818
3 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
VD4, VD5 Выпрямительный диод
1N4148
2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
XS1...XS4 Клеммник301-021-124 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
DA1, DA4 Панель DIP-08 SCSM цанговаяПанель DIP-08 SCSM цанговая2 Поиск в магазине ОтронВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 1
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

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

Средний балл статьи: 4.9 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (19) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
-2
Беляев Сергей Львович #
Автор, кто Вас так учил питать ОУ асимметричным питанием, да ещё в прецизионной схеме с претензией на измерительный девайс? Сколько раз Вы уже наступали на одни и те же грабли, но, похоже, до Вас это никак не доходит! Питание ОУ должно быть корректным и строго симметричным, особенно, в измерительной схеме! Посмотрите, как это сделано в схеме Константина! И успехов Вам в изучении основ схемотехники!
Ответить
+1

[Автор]
Grenik #
ОУ не знает, какое у него питание, у него нет вывода "земля". Симметричное или нет - не важно. Вы почитайте литературу, там всё написано.
Ответить
-1
Беляев Сергей Львович #
У вас на схеме вход ОУ включен на “землю” через диод VD4 и диод VD5, и после этого вы утверждаете, что ОУ не знает где “земля”? Неужели так трудно было добавить всего один стабилизатор, по аналогии с DA2, и сделать нормальное симметричное питание для ОУ? И на характеристиках вашего девайса это отразилось бы только положительно?! ИМХО.
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Для чего нужны диоды VD4, VD5 написано в статье. К питанию ОУ и "земле" они не имеют никакого отношения. Скиньте ссылку на источник, где указаны требования к симметричному питающему напряжению ОУ. Как насчет однополярного питания ОУ - оно симметричное, или как? Как же усилитель работает-то с ним в Вашем представлении?
Ответить
-2
vlad-kompozit #
Согласен, замечание существенное. Питание должно быть симметричным, всё остальное от лукавого.
Ответить
+1

[Автор]
Grenik #
Я уже спрашивал ссылку на источник, где указано требование к симметричному питанию ОУ. Тишина... Это потому что таких требований нет, всё зависит от схемы включения ОУ и от тех задач, которое оно должно выполнять. А всё остальное - да, от лукавого.
Ответить
-1
Беляев Сергей Львович #
Всё дело в том, что существуют ОУ, работающие от однополярного питания, а существуют – которые требуют двуполярного питания. ОУ в вашей схеме относится ко второй группе. Поэтому и питание должно быть симметричным двуполярным для достижения максимальных точностных характеристик. Требование симметричности следует из классических правил проектирования, которые вы принципиально игнорируете. Возможно, вас больше устраивает нетрадиционно-ориентированный подход к проектированию, тогда и понятно, почему питание ОУ во всех ваших схемах получается асимметричным.
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Ссылку, на требование симметричного питания ОУ, я уже об этом писал. Не нашли таки? Какие правила "классического проектирования"? Очень интересно ознакомиться.
Отредактирован 14.01.2023 11:16
Ответить
-2
vlad-kompozit #
Это подразумевается само-собой. Я в ужасе от ваших познаний.
Ответить
+2
Starik #
Уважаемый автор, большое Вам спасибо за очень продуманное, полезное устройство. Отдельное спасибо за хорошее, понятное описание. Здоровья Вам и успехов в новом году.
Ответить
+1
Иван #
Автору плюсов в карму за рабочую и простую схемку! Поставил TL081IP ибо других в наличии не было, но мне и так хватит.
Ответить
0
alexeim2005 #
Вопрос: смысл делать этот девайс? Сейчас распродажа на Али можно купить полноценный любительский мост XJW01 в корпусе за 3500₽. А если хочется поковыряться, купить кит и самому спаять...
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Сейчас практически всё можно купить, и не только на Али. Усилители, акустику, зарядники для аккумуляторов, блоки питания... Список можно продолжить. Самодельные конструкции уже давно стали предметом творчества, а не способом получить "девайс", которого нет в магазине...
Ответить
0
alexeim2005 #
Речь шла об инструменте, вы ради творчества надеюсь не будете делать полотно для ножовки?
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Что-то буду. Масса людей, при том финансово обеспеченных, чего только не делают ради творчества, а уж инструмент практически в первую очередь. Ножи, топоры, молотки с приспособлениями) Из стальной проволоки можно сделать пилки для лобзика, выпиливать нервюры и лонжероны, мастерить авиамодели. Так многие чувствуют себя живыми...
P.S. Готовый сабвуффер в машину - неужели мало кто это себе позволить может? Однако сколько статей на эту тему...
Ответить
+1
Петя #
Я для той же цели применил куда более простую схему. ГСТ на ИМС LT1084, с питанием от 6В АКБ. ГСТ настроен на ток 1А. Поэтому, подключенный к измеряемому сопротивлению мультиметр показывает сопротивление в мОм непосредственно, и безо всяких усилителей и преобразователей для их питания. Единственное НО - мне надо так же применить кельвиновский метод подключения. А сейчас ГСТ приходится подключать одной парой крючков, а мультиметр - второй. Это не так удобно.
Ответить
0

[Автор]
Grenik #
Да, хороший способ. Но всё-таки 1А выдержат не все компоненты. Да и хотелось бы что-то менее затратное в плане потребления энергии при измерениях.
Ответить
0
Петя #
Я измеряю током 1А обычно низкоомные и сильнотоковые компоненты. Шунты, резисторы, мосфеты, контакты переключателей, обмотки трансформаторов и дросселей. За 3 года эксплуатации мне не разу не приходилось столкнуться с перегрузкой компонента измерительным током. Может, где нибудь это и возможно.
Измерение длится несколько секунд. Расход АКБ мизерный.
Мне больше мешает его излишний вес и размер. Но на это есть литиевые АКБ 18650. Для них уместно собрать ГСТ на ОУ и мосфете, а не использовать интегральный стабилизатор, на котором падает слишком много.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

UNI-T UT-61A
UNI-T UT-61A
Лазерный модуль 650нм 5мВт Сатфайндер
вверх