Измеритель напряжения и тока цифровой – Цифровые измерители напряжения и тока

ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

   Хочу представить вашему вниманию модернизированную версию показометра для лабораторного блока питания. Добавилась возможность отключать нагрузку при превышении определенного установленного заранее тока. Прошивку улучшенного вольтамперметра можно скачать тут.

Схема цифрового измерителя тока и напряжения

   В схему так же добавилось несколько деталей. С органов управления – одна кнопка и переменный резистор номиналом от 10 килоом до 47 килоом. Его сопротивление не критично для схемы, и как видно может варьироваться в довольно широких пределах. Немножко изменился и внешний вид на экране. Добавил отображение мощности и ампер*часов.

   Переменная тока отключения сохраняется в EEPROM. По этому после выключения не нужно будет все настраивать заново. Для того, чтоб зайти в меню установки тока нужно нажать на кнопку. Поворачивая ручкой переменного резистора надо установить ток, при котором произойдет отключение реле. Оно подключено через ключ на транзисторе к выводу PB5 микроконтроллера Atmega8.

   В момент отключения на дисплее высветиться надпись о том, что максимальный установленный ток был превышен. После нажатия на кнопку мы перейдем снова в меню установки максимального тока. Нужно еще раз нажать на кнопку, чтоб перейти в режим измерения. На выход PB5 микроконтроллера подастся лог 1 и при этом включится реле. Такое слежение за током имеет и свои минусы. Защита не сможет сработать мгновенно. Срабатывание может занять несколько десятков миллисекунд. Для большинства подопытных устройств данный недостаток не критичен. Для человека эта задержка не видна. Все происходит сразу. Новая печатная плата не разрабатывалась. Кто захочет повторить устройство может немного подредактировать печатную плату от предыдущего варианта. Изменения будут не значительны.

   По всем возникшим вопросам обращаемся на форум. Спасибо за внимание. Ампервольтметр допилил Бухарь.

   Форум по измерителям на МК

   Обсудить статью ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

radioskot.ru

Измеритель напряжения и тока — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости

Один из основных приборов в лаборатории радиолюбителярегулируемый источник питания. Для повышения оперативности и удобства работы его полезно дополнить встроенным измери­телем выходного напряжения и тока нагрузки. Описания таких измерителей довольно часто встречаются в Интернете и радио­любительских журналах. Но бывает, что найденное описание не подходит для создания измерителя, подходящего для встраива­ния в конкретный источник питания. Ведь приходится учитывать много факторов, например, располагаемое место для его уста­новки, наличие необходимых деталей. В предлагаемой статье представлен вариант измерителя, который может пригодиться и тем, кто разрабатывает лабораторный блок питания «с нуля», и тем, кто предполагает встроить его в уже готовый блок питания.

Прибор измеряет постоянное на­пряжение от 0 до 51,1 В с дискрет­ностью 0,1 В и постоянный ток от 0 до 5,11 А с дискретностью 0,01 А. Его прототипом послужил измеритель, описанный в [1], довольно простой по схеме и имеющий неплохие парамет­ры. Основная реализованная в нём идея использовать недорогой микро­контроллер заслуживает внимания. Однако необходимость использовать ОУ, способный работать при однополярном питании при близком к нулю выходном напряжении, а также нали­чие дополнительного источника пита­ния накладывают некоторые ограниче­ния на его применение. К тому же индикаторы на плате прототипа расположены неудобно, лучше установить их в ряд по горизонтали и сократить раз­меры передней панели измерителя, приблизив их к габаритам использо­ванных индикаторов.

Принципиальная схема измерителя представлена на рис. 1. Поскольку най­ти применённые в [1] микросхемы 74HC595N (сдвиговые регистры с ре­гистром хранения) не удалось, исполь­зованы микросхемы 74HC164N, в кото­рых регистр хранения отсутствует. Так­же применены индикаторы, облада­ющие гораздо более высокой яркостью при малом токе, что позволило умень­шить потребляемый измерителем ток до 20 мА и отказаться от дополнитель­ного стабилизатора напряжения +5 в.

Рис. 1

К сожалению, использование 74HC164N имеет недостаток — пара­зитное свечение элементов индикатора в моменты обновления их состояния. Но поскольку средняя яркость такого све­чения незначительна и его дополни­тельно ослабляют светофильтры, кото­рыми обычно закрывают индикаторы, это нельзя считать серьёзным недо­статком. К тому же освобождается один из выводов микроконтроллера, который можно использовать, например, для подключения датчика температуры. При этом, правда, придётся внести измене­ния в программу микроконтроллера.

Измеряемое напряжение подают на вход GP0 микроконтроллера DD1 через делитель из резисторов R7 и R9. Кон­денсатор С6 улучшает стабильность по­казаний вольтметра [1]. Сигнал сдатчи­ка тока (резистора R1) поступает на вход GP1 микроконтроллера через ин­вертирующий усилитель на ОУ DA1. В отличие от [1], здесь используется двух­полярное питание ОУ напряжением +/-8 В, поскольку далеко не все ОУ обладают свойством «rail to rail» и кор­ректно работают при однополярном пи­тании и почти нулевом напряжении на выходе. Двухполярное же питание поз­воляет легко решить эту проблему, допускает применение ОУ очень многих типов.

Поскольку напряжение на выходе ОУ может находиться в интервале от -8 до +8 В, для зашиты входа микроконтрол­лера от перегрузки применена ограни­чительная цепь R10VD9. Подстроечным резистором R8 регулируют коэффициент усиления, а подстроечным резисто­ром R11 устанавливают нулевое напря­жение на выходе ОУ. Диоды VD1 и VD2 защищают вход ОУ от перегрузки в слу­чае обрыва датчика тока.

Благодаря сравнительно малому со­противлению датчика тока уход резуль­тата измерения напряжения при изме­нении тока нагрузки от нуля до максимального (5,11 А) не превышает 0,06 В. Если измеритель встраивают в источник напряжения отрицательной полярно­сти, датчик тока можно включить перед выходным делителем напряжения его стабилизатора. При этом падение на­пряжения на датчике тока будет компен­сировано цепью обратной связи стаби­лизатора. Поскольку ток делителя обычно невелик, на показания амперметра он влияния почти не окажет, к тому же это влияние можно скомпенсировать подстрочным резистором R11.

Питают измеритель выходным на­пряжением выпрямителя блока питания через преобразователь на транзисторах ѴТ1 и ѴТ2. Это несколько сложнее, чем в [1], так как требует изготовления им­пульсного трансформатора, зато нет проблем с получением всех требуемых номиналов напряжения. Преобразова­тель напряжения представляет собой простейший двухтактный автогенера­тор, схема которого позаимствована из [1]. Частота преобразования — около 80 кГц.

Благодаря гальванической развязке между входом и выходом преобразова­теля измеритель можно встроить в ста­билизатор напряжения любой поляр­ности. С указанными на схеме транзис­торами он работоспособен при входном напряжении от 30 до 44 В, при этом вы­ходные напряжения изменяются при­близительно от 8 до 12 В. Благодаря то­му что сопротивления резисторов R5 и R6 выбраны довольно большими, пре­образователь не боится замыканий вы­ходов. В таких случаях генерация прос­то срывается.

Напряжение 5 В для питания цифро­вой части измерителя получено с помо­щью интегрального стабилизатора DA2. Стабилизировать напряжения питания ОУ не требуется, поскольку сам он до­статочно устойчив к его изменениям. Напряжение пульсаций с частотой пре­образования подавляют RC-фильтры на входах микроконтроллера DD1. Если же слишком велики пульсации с частотой 100 Гц, рекомендуется воспользоваться способом их снижения, описанным в [1].

Здесь стоит сказать несколько слов о присущей всем цифровым измерите­лям нестабильности младшего разряда результата измерения. Он всегда хаоти­чески изменяется на единицу вокруг ис­тинного значения. Эти флюктуации не являются следствием неисправности прибора, но их нельзя устранить полно­стью, можно лишь уменьшить, усредняя результаты большого числа измерений.

Рис. 2

Рис. 3

Детали измерителя смонтированы на трёх печатных платах из фольгированного с одной стороны изоляционно­го материала. Рассчитаны они на уста­новку микросхем в корпусах DIP. На одной плате (рис. 2) смонтированы индикаторы, на второй (рис. 3) — циф­ровые микросхемы и микроконтроллер. Преобразователь, стабилизатор напря­жения питания микроконтроллера и усилитель сигнала датчика тока уста­новлены на третьей плате (рис. 4).

Рис. 4

Размещение деталей на платах и межплатные соединения показаны на рис. 5. Красными цифрами на нём обо­значены номера выводов импульсного трансформатора Т1 у мест их подключе­ния к плате. Сам трансформатор за­креплён на ней хомутами из изолиро­ванного монтажного провода. Блокиро­вочные конденсаторы С13 и С14 при­паяны непосредственно к выводам пи­тания микросхем DD2 и DD3. Как пока­зала практика, измеритель нормально работает и без этих конденсаторов.

Рис. 5

Платы микроконтроллера и индика­торов соединены кронштейнами из оцинкованной стали толщиной 0,5 мм. Плата преобразователя и усилителя за­креплена двумя винтами М2. Расстоя­ние между платами — около 11 мм. Такой вариант конструкции прибора (рис. 6) занимает меньше места на лицевой панели блока пита­ния, в которую этот прибор должен быть встроен.

Рис. 6

Вместо ОУ КР140УД708 можно применить, напри­мер, КР140УД1408 и мно­жество ОУ других типов. Следует отметить, что они могут требовать иных цепей коррекции, чем КР140УД708. Это следует учесть при про­ектировании печатной платы. Вместо сдвиговых регистров 74НС164 можно использо­вать 74НС4015, но придётся изменить топологию печатных провод­ников платы. Диоды КД522Б можно заменить на КД510А. Подстроенные ре­зисторы R8 и R11 — СП3-19, R9 — им­портный. Постоянные конденсаторы также импортные.

Резистор R1 (датчик тока) можно изготовить из нихромового провода или применить готовый, как это сделано в [1]. Я сделал его из отрезка нихромовой ленты сечением 2,5×0,8 мм и дли­ной (с учётом залуженных концов) около 25 мм, извлечённой из теплового реле ТРН. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце типоразмера 10x6x3 мм, извлечённом из неисправ­ной КЛЛ. Все обмотки намотаны прово­дом ПЭВ-2 диаметром 0,18 мм. Обмот­ка 2-3 содержит 83 витка, обмотки 1-2 и 4-5 — по 13 витков, а обмотка 6-7-8-80 витков с отводом от середины. Если выходное напряжение выпрямителя меньше 30 В, число витков обмотки 2-3 придётся уменьшить из расчёта при­близительно 4 витка на вольт.

Между собой обмотки 1-2-3 и 4-5 изолированы одним слоем конденса­торной бумаги толщиной 0,1 мм, а от обмотки 6-7-8 — двумя слоями такой бумаги. После проверки работоспособ­ности трансформатор пропитан лаком ХВ-784.

Программа микроконтроллера напи­сана в среде MPLAB IDE ѵ8.92 на языке ассемблера MPASM. Предлагаются два её варианта. Файлы первого варианта находятся в папке «Общ. катод» и пред­назначены для прибора со светодиод­ными индикаторами с общими катода­ми разрядов, в том числе теми, что ука­заны на схеме рис. 1. Файлы второго варианта из папки «Общ. анод» следует использовать при установке в прибор светодиодных индикаторов с общими анодами разрядов. Однако на практике этот вариант программы не испытан. Программирование микроконтроллера было выполнено с помощью программы IC-prog и простого устройства, описан­ного в [4].

Налаживание измерителя заключа­ется в установке подстроечным резис­тором R11 нуля на выходе ОУ DA1 при отсутствии тока в измеряемой цепи. Затем в эту цепь подают ток, близкий к пределу измерения, но меньше его.

Контролируя ток образцовым амперметром, подстроенным резистором R8 добиваются равенства показаний образцо­вого и налаживаемого прибо­ров.

Подав и контролируя об­разцовым вольтметром изме­ряемое напряжение, устанав­ливают соответствующие пока­зания на индикаторе прибора подстроечным резистором R9. Подробнее о налаживании написано в [1].

ЛИТЕРАТУРА

  1. Балаев Б. Встраиваемый измеритель тока и напряжения на PIC12F — Радио, 2014, № 12, с. 18-20.
  2. Янгалиев Н. Блок питания на основе преобразователя напряжения для питания галогенных ламп. — Радио, 2005, № 5, с. 36, 37.
  3. Лоскутов И. Как уменьшить пульсации блока питания. — Радио, 1996, N5 4, с. 54
  4. Сизов А. Программирование совре­менных PIC16, PIC12 на PonyProg. — Радио, 2004, №2, с. 31,32.

Скачать оба варианта программы микроконтроллера.

Автор: Е. ГЕРАСИМОВ, станица Выселки Краснодарского края
Источник: Радио №5/2016

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Измеритель напряжения и тока — RadioRadar

Измерительная техника

Главная  Радиолюбителю  Измерительная техника


Один из основных приборов в лаборатории радиолюбителя — регулируемый источник питания. Для повышения оперативности и удобства работы его полезно дополнить встроенным измерителем выходного напряжения и тока нагрузки. Описания таких измерителей довольно часто встречаются в Интернете и радиолюбительских журналах. Но бывает, что найденное описание не подходит для создания измерителя, подходящего для встраивания в конкретный источник питания. Ведь приходится учитывать много факторов, например, располагаемое место для его установки, наличие необходимых деталей. В предлагаемой статье представлен вариант измерителя, который может пригодиться и тем, кто разрабатывает лабораторный блок питания «с нуля», и тем, кто предполагает встроить его в уже готовый блок питания.

Прибор измеряет постоянное напряжение от 0 до 51,1 В с дискретностью 0,1 В и постоянный ток от 0 до 5,11 А с дискретностью 0,01 А. Его прототипом послужил измеритель, описанный в [1], довольно простой по схеме и имеющий неплохие параметры. Основная реализованная в нём идея использовать недорогой микроконтроллер заслуживает внимания. Однако необходимость использовать ОУ, способный работать при однополярном питании при близком к нулю выходном напряжении, а также наличие дополнительного источника питания накладывают некоторые ограничения на его применение. К тому же индикаторы на плате прототипа расположены неудобно, лучше установить их в ряд по горизонтали и сократить размеры передней панели измерителя, приблизив их к габаритам использованных индикаторов.

Принципиальная схема измерителя представлена на рис. 1. Поскольку найти применённые в [1] микросхемы 74HC595N (сдвиговые регистры с регистром хранения) не удалось, использованы микросхемы 74HC164N, в которых регистр хранения отсутствует. Также применены индикаторы, обладающие гораздо более высокой яркостью при малом токе, что позволило уменьшить потребляемый измерителем ток до 20 мА и отказаться от дополнительного стабилизатора напряжения +5 В.

Рис. 1. Принципиальная схема измерителя

К сожалению, использование 74НС164N имеет недостаток — паразитное свечение элементов индикатора в моменты обновления их состояния. Но поскольку средняя яркость такого свечения незначительна и его дополнительно ослабляют светофильтры, которыми обычно закрывают индикаторы, это нельзя считать серьёзным недостатком. К тому же освобождается один из выводов микроконтроллера, который можно использовать, например, для подключения датчика температуры. При этом, правда, придётся внести изменения в программу микроконтроллера.

Измеряемое напряжение подают на вход GP0 микроконтроллера DD1 через делитель из резисторов R7 и R9. Конденсатор C6 улучшает стабильность показаний вольтметра [1]. Сигнал с датчика тока (резистора R1) поступает на вход GP1 микроконтроллера через инвертирующий усилитель на ОУ DA1. В отличие от [1], здесь используется двухполярное питание ОУ напряжением +/-8 В, поскольку далеко не все ОУ обладают свойством «rail to rail» и корректно работают при однополярном питании и почти нулевом напряжении на выходе. Двухполярное же питание позволяет легко решить эту проблему, допускает применение ОУ очень многих типов.

Поскольку напряжение на выходе ОУ может находиться в интервале от -8 до +8 В, для защиты входа микроконтроллера от перегрузки применена ограничительная цепь R10VD9. Подстроечным резистором R8 регулируют коэффициент усиления, а подстроечным резистором R11 устанавливают нулевое напряжение на выходе ОУ. Диоды VD1 и VD2 защищают вход ОУ от перегрузки в случае обрыва датчика тока.

Благодаря сравнительно малому сопротивлению датчика тока уход результата измерения напряжения при изменении тока нагрузки от нуля до максимального (5,11 А) не превышает 0,06 В. Если измеритель встраивают в источник напряжения отрицательной полярности, датчик тока можно включить перед выходным делителем напряжения его стабилизатора. При этом падение напряжения на датчике тока будет компенсировано цепью обратной связи стабилизатора. Поскольку ток делителя обычно невелик, на показания амперметра он влияния почти не окажет, к тому же это влияние можно скомпенсировать подстрочным резистором R11.

Питают измеритель выходным напряжением выпрямителя блока питания через преобразователь на транзисторах VT1 и VT2. Это несколько сложнее, чем в [1], так как требует изготовления импульсного трансформатора, зато нет проблем с получением всех требуемых номиналов напряжения. Преобразователь напряжения представляет собой простейший двухтактный автогенератор, схема которого позаимствована из [2]. Частота преобразования — около 80 кГц.

Благодаря гальванической развязке между входом и выходом преобразователя измеритель можно встроить в стабилизатор напряжения любой полярности. С указанными на схеме транзисторами он работоспособен при входном напряжении от 30 до 44 В, при этом выходные напряжения изменяются приблизительно от 8 до 12 В. Благодаря тому что сопротивления резисторов R5 и R6 выбраны довольно большими, преобразователь не боится замыканий выходов. В таких случаях генерация просто срывается.

Напряжение 5 В для питания цифровой части измерителя получено с помощью интегрального стабилизатора DA2. Стабилизировать напряжения питания ОУ не требуется, поскольку сам он достаточно устойчив к его изменениям. Напряжение пульсаций с частотой преобразования подавляют RC-фильтры на входах микроконтроллера DD1. Если же слишком велики пульсации с частотой 100 Гц, рекомендуется воспользоваться способом их снижения, описанным в [3].

Здесь стоит сказать несколько слов о присущей всем цифровым измерителям нестабильности младшего разряда результата измерения. Он всегда хаотически изменяется на единицу вокруг истинного значения. Эти флюктуации не являются следствием неисправности прибора, но их нельзя устранить полностью, можно лишь уменьшить, усредняя результаты большого числа измерений.

Детали измерителя смонтированы на трёх печатных платах из фольгированного с одной стороны изоляционного материала. Рассчитаны они на установку микросхем в корпусах DIP. На одной плате (рис. 2) смонтированы индикаторы, на второй (рис. 3) — цифровые микросхемы и микроконтроллер. Преобразователь, стабилизатор напряжения питания микроконтроллера и усилитель сигнала датчика тока установлены на третьей плате (рис. 4).

Рис. 2. Печатная плата, на которой смонтированы индикаторы

Рис. 3. Печатная плата, на которой смонтированы цифровые микросхемы и микроконтроллер

Рис. 4. Печатная плата, на которой смонтированы преобразователь, стабилизатор напряжения питания микроконтроллера и усилитель сигнала датчика тока

Размещение деталей на платах и межплатные соединения показаны на рис. 5. Красными цифрами на нём обозначены номера выводов импульсного трансформатора T1 у мест их подключения к плате. Сам трансформатор закреплён на ней хомутами из изолированного монтажного провода. Блокировочные конденсаторы C13 и C14 припаяны непосредственно к выводам питания микросхем DD2 и DD3. Как показала практика, измеритель нормально работает и без этих конденсаторов.

Рис. 5. Размещение деталей на платах и межплатные соединения

Платы микроконтроллера и индикаторов соединены кронштейнами из оцинкованной стали толщиной 0,5 мм. Плата преобразователя и усилителя закреплена двумя винтами М2. Расстояние между платами — около 11 мм. Такой вариант конструкции прибора (рис. 6) занимает меньше места на лицевой панели блока питания, в которую этот прибор должен быть встроен.

Рис. 6. Монтаж прибора

Вместо ОУ КР140УД708 можно применить, например, КР140УД1408 и множество ОУ других типов.

Следует отметить, что они могут требовать иных цепей коррекции, чем КР140УД708.

Это следует учесть при проектировании печатной платы.

Вместо сдвиговых регистров 74НС164 можно использовать 74НС4015, но придётся изменить топологию печатных проводников платы. Диоды КД522Б можно заменить на КД510А. Подстроечные резисторы R8 и R11 — СП3-19, R9 — импортный. Постоянные конденсаторы также импортные.

Резистор R1 (датчик тока) можно изготовить из нихромового провода или применить готовый, как это сделано в [1]. Я сделал его из отрезка нихромовой ленты сечением 2,5х0,8 мм и длиной (с учётом залуженных концов) около 25 мм, извлечённой из теплового реле ТРН. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце типоразмера 10х6х3мм, извлечённом из неисправной КЛЛ. Все обмотки намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 0,18 мм. Обмотка 2-3 содержит 83 витка, обмотки 1 -2 и 4-5 — по 13 витков, а обмотка 6-7-8 —

80 витков с отводом от середины. Если выходное напряжение выпрямителя меньше 30 В, число витков обмотки 2-3 придётся уменьшить из расчёта приблизительно 4 витка на вольт.

Между собой обмотки 1 -2-3 и 4-5 изолированы одним слоем конденсаторной бумаги толщиной 0,1 мм, а от обмотки 6-7-8 — двумя слоями такой бумаги. После проверки работоспособности трансформатор пропитан лаком ХВ-784.

Программа микроконтроллера написана в среде MPLAB IDE v8.92 на языке ассемблера MPASM. Предлагаются два её варианта. Файлы первого варианта находятся в папке «Общ. катод» и предназначены для прибора со светодиодными индикаторами с общими катодами разрядов, в том числе теми, что указаны на схеме рис. 1. Файлы второго варианта из папки «Общ. анод» следует использовать при установке в прибор светодиодных индикаторов с общими анодами разрядов. Однако на практике этот вариант программы не испытан. Программирование микроконтроллера было выполнено с помощью программы IC-prog и простого устройства, описанного в [4].

Налаживание измерителя заключается в установке подстроечным резистором R11 нуля на выходе ОУ DA1 при отсутствии тока в измеряемой цепи. Затем в эту цепь подают ток, близкий к пределу измерения, но меньше его.

Контролируя ток образцовым амперметром, подстроечным резистором R8 добиваются равенства показаний образцового и налаживаемого приборов.

Подав и контролируя образцовым вольтметром измеряемое напряжение, устанавливают соответствующие показания на индикаторе прибора подстроечным резистором R9. Подробнее о налаживании написано в [1].

Оба варианта программы микроконтроллера можно найти здесь.

Литература

1. Балаев Б. Встраиваемый измеритель тока и напряжения на PIC12F675. — Радио, 2014, № 12, с. 18-20.

2. Янгалиев Н. Блок питания на основе преобразователя напряжения для питания галогенных ламп. — Радио, 2005, № 5, с. 36, 37.

3. Лоскутов И. Как уменьшить пульсации блока питания. — Радио, 1996, № 4, с. 54.

4. Сизов А. Программирование современных PIC16, PIC12 на PonyProg. — Радио, 2004, № 2, с. 31, 32.

Автор: Е. Герасимов, станица Выселки Краснодарского края

Дата публикации: 01.06.2016

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net

ИЗМЕРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, ТОКА И ТЕМПЕРАТУРЫ

   Что можно сделать на основе небольшого микроконтроллера Attiny13? Много чего. Например измеритель напряжения, тока, температуры, с выводом результатов на дисплей типа HD44780. Так давайте и соберём это универсальное устройство, которое можно успешно использовать в качестве модуля в блоках питания, зарядках, УМЗЧ и в тех местах, где не требуется очень высокая точность. Размер платы всего 35 х 16 мм.

Схема измерителя U, I, T на Attiny13

  • Диапазон измерения напряжения 0-99V с разрешением 0.1 V.
  • Диапазон измерения тока 0-9.99А с разрешением 10 мА.
  • Диапазон измерения температуры 0-99C с разрешением 0.1C.
  • Потребление тока самого измерителя 35 мА.

   Прежде всего надо знать, в каком диапазоне напряжения прибор будет работать. Чтобы это установить, необходимо рассчитать делитель напряжения. Например, для получения измерения 10 В, делитель должен составлять 1/10 (мы умножаем x 10 потому что напряжение будет в 10 раз больше от базового 1 В), для 30 В будет 1/30 и так далее. Затем необходимо настроить программу, для данного диапазона. Эти 30 В умножаем по 640, а результат разделим на 1023. Полученное число приблизительно записывается в начале программы, постоянной напряжения и надо скомпилировать программу (для диапазона 100 В, 8,2к).

   Измерение тока также мы можем настроить подобным образом, дать другой делитель, другой диапазон, и перечислить, но не буду этого описывать. Здесь нет аналоговой калибровки температуры, потому что она показалась совершенно лишней.

   Температуру корректируем экспериментально в программе, за это отвечает константа const temp. Резистор 1К между массой и выходом датчика устанавливает напряжение, снизить его можно даже до 100 Ом.

Как работает схема

   К точкам V и V+ на плате приложено напряжение, которое мы хотим измерить, к точке GND присоединяемся входом массы блока питания, а к точке В — выход массы (измерение происходит на массе). Между точками GND и V — присоединяется шунт. Питание измерителя осуществляется от точки V и V+ через стабилизатор 7805. На плате есть место на стабилизатор в корпусе TO252, но с успехом можно использовать и более крупный стабилизатор 78L05 в корпусе TO92. Максимальное напряжение, которое можно указать для точки V и V+, для обычной 7805 будет до 35В, для 78L05 будет, конечно, меньше, но не больше 30. Для того, чтобы измерять большие напряжения, чип необходимо пополнить отдельно — на стороне печати, следует прервать путь под потенциометром регулировки напряжения, а питание подать до точки А. Система работает с дисплеем 16х1 с контроллером HD44780 или 16х2.

Видео работы измерителя

   При прошивке микроконтроллера необходимо задать pin reset как обычный pin (включить fusebit RSTDISBL). Перед выполнением этой операции убедитесь, что все хорошо установили, что после выключения сбрасывается, и нет доступа к процессору обычным программатором! Исходники, а также вся остальная документация и файлы, размещены в общем архиве.


el-shema.ru

Подключение Китайского вольтметра амперметра (измерителя тока и напряжения).

 

 

 

Тема: как правильно подключить Китайский измеритель тока и напряжения.

 

Очень полезной штукой является Китайский цифровой измеритель индикатор постоянного тока и напряжения, модуль вольтметра и амперметра. Это достаточно компактное устройство, которое питается от постоянного напряжения от 4 до 28 вольт. Имеет высокую точность измерения тока и напряжения 99%. На своей плате содержит два подстроечных резистора, которыми можно осуществлять коррекцию измеряемых величин. Сам модуль легко может быть вмонтирован в любой корпус (соответствующего размера). Стоимость этого измерителя около 3 баксов.

 

Этот Китайский вольтметр амперметр имеет 5 выводов. Два из которых нужды для непосредственного питания этого устройства, а три других нужны для измерений тока и напряжения. Не у всех есть понимание как правильно нужно подключать данный измерительный модуль. Какие провода к чему относятся. Хотя на самом деле всё достаточно просто. Есть три тонких провода: черный, красный и жёлтый. Питание прибора — это черный (минус) и красный (плюс). Измерение постоянного напряжения — жёлтый и любой черный (тонкий или толстый). Ну, и для измерения постоянного тока используются два толстых провода, тоже красный (плюс) и черный (минус).

 

Если этот модуль Китайского вольтметра амперметра использовать для измерения напряжения от 4 до 28 вольт, то выводы питания устройства можно совместить с выводом измерения напряжения. В итоге мы получим питание модуля от источника, который измеряем. Если же вам удобнее, чтобы питание модуля было отдельно от выводов измерения тока и напряжения, то выводы используем отдельно друг от друга (тонкие провода с красным и желтым цветом).

 

 

Также хочу заметить, что в этом модуле измерителе индикаторе постоянного тока и напряжения (Китайском вольтметре амперметре) имеет значение полюсов на выводах, измеряющих постоянный ток. То есть, если подключить черный толстый провод к выходу источника питания, а красный толстый провод ко входу нагрузки, модуль будет измерять силу тока нормально. Если же черный и красный поменять местами, то измерительный прибор будет показывать постоянно нули.

 

Если говорить о том, хороший или плохой этот Китайский модуль амперметра вольтметра, то на мой взгляд, это хорошее устройство (по крайней мере для своей цены). Как уже говорил, он достаточно компактный и небольшой. Он легко монтируется в корпуса различных устройств (нужно иметь соответствующее прямоугольное отверстие). Удобный экран, имеющий два цвета: напряжение отображается красным цветом, а ток синим. Высокая точность измерения 99%. Его питание потребляет мало электроэнергии. Модуль вполне надежен.

 

 

P.S. С моего опыта различных покупок из Китая данное устройство вполне достойно. То есть, Китай отличается своей как дешевизной (это плюс), так и невысоким качеством (это большой минус). Хотя некоторые вещи всё же при своей цене вполне оправдывают себя. Этот модуль Китайского вольтметра амперметра и стоит около 3 баксов, и работает нормально. Так что кто ещё его не приобретал, советую.

 

electrohobby.ru

Измеритель напряжения, тока, мощности на DIN рейку. Мощная штучка.

Здесь неоднократно были обзоры популярного Ваттметра, мне так же понадобился такой прибор.
Но в силу специфики моей работы я решил взять его, так сказать «на вырост».
Под катом вас ждут фото снаружи, внутри, а так же небольшие измерения.

Я давно думал иметь у себя в хозяйстве прибор для измерения мощности, думал даже сам собрать, но в итоге присмотрел себе готовое устройство.

В первую очередь в этом приборе меня привлекли три вещи, которые кардинально отличают его от известного всем ваттметра, это:

Светодиодный индикатор

Измерение тока до 100 Ампер

Возможность монтажа на DIN рейку.

Фото упаковки и краткое описание прибора

Пришел измеритель в небольшой коробочке, на одной из боковых сторон расписано то, что прибор может измерять.
Переменное напряжение
Переменный ток
Активная мощность
Полную мощность
Коэффициент мощности.

На другой стороне упаковки указаны краткие основные характеристики.

Напряжение 80-300 Вольт

Ток 0-100 Ампер

Размеры упаковки, как часто бывает, подобраны впритык, это и хорошо. Устройство не будет болтаться в своем «домике» во время пути.

Весь комплект состоит из собственно измерителя и инструкции, ничего лишнего.

Инструкция, здесь информации побольше, но вся она на английском языке.

Но ТТХ можно выделить без проблем

Точность измерения — 1% ± 2 знака

Индикация напряжения и тока 4 значный 0.31 дюйма дисплей

Индикация активной и полной мощности, а так же коэффициента мощности — 5 значный 0.31 дюйма дисплей.

При токе менее 10 Ампер, минимальная дискрета отображения 0.01А, при токе более 10 Ампер, соответственно 0.1 А.

Активная мощность — 0-30000 Вт

Полная мощность — 0-30000 ВА

Коэффициент мощности — 0.000-1.000

Скорость измерения, 2 раза в секунду.

Размеры — 54х80х64мм

Устройство рассчитано под установку на стандартную DIN рейку.

Ширина 3 модуля, или 54мм.

Выглядит устройство очень аккуратно. Если бы на нем был логотип АВВ или Ленграна, то я вполне поверил бы. никаких заусенцев, облоя, щелей и пр.

Вверху присутствуют запланированные места под подключение внешнего датчика (у прибора существуют две модификации), у меня вариант со встроенным токовым трансформатором, поэтому эти места закрыты.

Сзади соответственно находится защелка, для фиксации модуля на DIN рейке.

А вот собственно и сам прибор.

Верхние два индикатора отображают напряжение и ток.

Нижний можно переключать в режим отображения активной, полной мощности или коэффициента мощности. Кнопка находится в левом нижнем углу.

В правом нижнем находятся три светодиода, показывающие, какая величина сейчас отображается.

При подаче питания, прибор всегда стартует с отображения активной мощности.

На правой боковой стенке находится схема подключения прибора.

Все лаконично и предельно понятно.

Заглянем внутрь измерителя

Фото внутри

Внутри прибора находятся две платы, трансформатор тока, а так же направляющая трубка, в которую просовываем провод, на котором измеряется ток.

Плата с индикаторами крепится четырьмя шурупами, вторая плата крепится всего одним, хотя место есть под четыре. Но проблем из-за этого я не увидел, так как механической нагрузки на эту плату нет.

Плата блока питания и плата индикации.

А это основная плата, которая занимается измерениями и отображением.

Стоит заметить, все платы хорошо промыты от флюса, криво установленные компоненты отсутствуют, пайка аккуратная, претензий нет.

В устройстве использовано всего две микросхемы, драйвер дисплея tm1640, и контроллер bwl13118, который занимается всем остальным (АЦП, математика). Данные на него я найти не смог, если кто знает что это или какой у него аналог, пишите, добавлю в обзор.

Подозреваю. что это может быть и какой нибудь PIC.

Клеммы достаточно простые и хорошо держат провод, тем более, что через них идет только питание измерителя.

Блок питания выполнен по схеме с гасящим конденсатором, емкость 0,82 мкФ, напряжение 630 Вольт, последнее очень порадовало, часто экономят и ставят конденсаторы на 400 Вольт.

На плате так же установлены резисторы измерения напряжения и нагрузочный резистор для трансформатора тока. Предохранитель, к сожалению, отсутствует.

Конденсатор фильтра выпрямителя, емкостью 470мкФ на напряжение 16 Вольт.

Присутствуют токоограничивающие резисторы.

Первым делом проверил точность измерения входного напряжения.

Результат вполне порадовал.

Так как точность отображения выше, чем у моего мультиметра (3000 против 1999), то на фото заметно, что при отображении выше, чем 0,5 мультиметр отображает 1 знак в плюс, а ниже 0,5 текущее, т.е. усредняет по большему значению.

Дальнейшую проверку точности я убрал под спойлер

Для дальнейшего тестирования приготовил дополнительный кусок кабеля и розетку, что бы удобнее было подключать нагрузки.

Первое же испытание меня несколько удивило, но даже не тем, что прибор немного занижает ток, при этом он все равно вписывается в заявленную производителем точность.

Удивился я тому, что подключив в качестве нагрузки лампу накаливания мощностью 150Вт я увидел мощность всего 122Вт. Не, я понимаю, что лампе лет 20, но пользовались ею немного, остальное время она у меня используется только при проверке блоков питания и очень редко.

В данном случае это не проблема приборов, а проблема нагрузки.

Читал несколько раз, что с датчиками тока такого типа, как применен здесь, для повышения точности желательно, что бы проводник, на котором происходит измерение, находился по центру отверстия датчика тока.

Для этого я взял кусок изоляции коаксиального кабеля, намотал сверху малярного скотча, в месте, где расположен трансформатор, а так же намотал немного изоленты на сам провод, что бы он находился максимально точно в центре.

Точность измерения действительно немного выросла.

Так как нагрузка активная, то прибор показывает полную мощность, такую же как активную.

Коэффициент мощности соответственно равен единице.

В виду того, что я в ближайшее время не смогу найти мощную нагрузку, то пришлось использовать самое мощное, что нашел дома, и что я могу измерить обычным мультиметром.

Для этого теста использован утюг.

По хорошему, можно было измерить сопротивление нагревателя и высчитать ток, но разобрать современный утюг (для измерения сопротивления нагревателя) оказалось не так просто, потому я ограничился сравнением тока со своим мультиметром.

Если принять, что мультиметр показывает точно, то обозреваемый прибор соврал всего на 0,12А при диапазоне измерения до 100А.

Для дальнейших тестов я достал из загашника стрелочный мультиметр с так сказать аппаратным trueRMS 🙂

На этом тесте хорошо видно, почему для измерения тока потребления импульсных блоков питания (без Корректора Коэффициента Мощности необходим прибор с trueRMS. В качестве теста подключен импульсный БП нагруженный примерно на 120 Ватт.

Аналоговый прибор и измеритель показали одинаковый ток в 0.7 А, цифровой обычный мультиметр занизил показания и показал 0.53 А.

Перед началом измерений в аналоговом мультиметре стрелка была установлена на 0.

Полная мощность составила 166 ВА.

Коэффициент мощности при этом соответственно 0.789

Стрелка прибора стоит точно на 0.7 Ампера, лучше конечно было бы использовать соответствующий цифровой прибор, но чем богаты.

Для увеличения измеряемого тока я добавил нагрузку к импульсному блоку питания и еще подключил параллельно его входу лампу накаливания 150 (122) Ватта.

Показания цифрового прибора опять занижены, так как нагрузка имеет емкостную составляющую.

Активная мощность нагрузки составляет 276 Вт.

Полная мощность нагрузки при этом 301 ВА.

Коэффициент мощности немного возрос из-за добавления активной нагрузки и составил 0.910

Так как стрелка не попадает точно на деление шкалы, то я не могу сказать, что показания практически точные, скорее что разбег если и есть, то он стремится к нулю.


На этом этап проверки точности я заканчиваю, если есть идеи проверить. предлагайте.

Резюме.
Плюсы
Качественное изготовление.
Я не смог проверить прибор на больших токах, но проведенные проверки прибор прошел, результаты есть выше.
Удобное исполнение, достаточная функциональность для такого прибора.
Хорошо читаемый дисплей (один из пунктов, почему выбрал такой вариант).
Большой диапазон измерения тока.

Минусы

Отсутствие предохранителя по цепи питания прибора.

Для повышения точности измерения желательно размещение измеряемого провода по центру отверстия.

Мое мнение. Я прибором полностью доволен, предохранитель добавлю позже, не вижу в этом большой проблемы, как разместить провод по центру я показал выше. Плохо, что не получилось испытать на больших токах, хотя бы на 40-50 Ампер. Но пока показания полностью вписываются в заявленную производителем погрешность. Индикатор хороший (мне не совсем понравились приборы с ЖК дисплеем).

Да, совсем забыл, нагрев прибора в процессе измерений и эксплуатации замечен не был.

Измеритель предоставлен для обзора и тестирования магазином eachbuyer.

Надеюсь, что обзор был полезен. Думаю, что найдутся люди, кому пригодится такой прибор.

Можно немного сэкономить при покупке

Магазин проводит акцию, скидка на все товары 8% при вводе купона NEWORDER8

С этим купоном измеритель будет стоить около 20 долларов.

mysku.ru

Цифровой измеритель напряжения и тока

Прибор измеряет постоянное напряжение от 0 до 51,1 В с дискретностью 0,1 В и постоянный ток от 0 до 5,11 А с дискретностью 0,01 А Его прототипом послужил измеритель, описанный в [1], довольно простой по схеме и имеющий неплохие параметры. Основная реализованная в нем идея использовать недорогой микроконтроллер заслуживает внимания. Однако необходимость использовать ОУ, способный работать при однополярном питании при близком к нулю выходном напряжении, а также наличие дополнительного источника питания накладывают некоторые ограничения на его применение.

К тому же индикаторы на плате прототипа расположены неудобно, лучше установить их в ряд по горизонтали и сократить размеры передней панели измерителя, приблизив их к габаритам использованных индикаторов. Принципиальная схема измерителя представлена на сайте www.radiochipi.ru. Поскольку найти применённые в [1] микросхемы 74HC595N (сдвиговые регистры с регистром хранения) не удалось, использованы микросхемы 74HC164N, в которых регистр хранения отсутствует. Также применены индикаторы, обладающие гораздо более высокой яркостью при малом токе, что позволило уменьшить потребляемый измерителем ток до 20 мА и отказаться от дополнительного стабилизатора напряжения +5 В.

К сожалению, использование 74HC164N имеет недостаток паразитное свечение элементов индикатора в моменты обновления их состояния. Но поскольку средняя яркость такого свечения незначительна и его дополнительно ослабляют светофильтры, которыми обычно закрывают индикаторы, это нельзя считать серьезным недостатком. К тому же освобождается один из выводов микроконтроллера, который можно использовать, например, для подключения датчика температуры. При этом, правда, придется внести изменения в программу микроконтроллера.Измеряемое напряжение подают на вход GPO микроконтроллера DD1 через делитель из резисторов R7 и R9. Конденсатор С6 улучшает стабильность показаний вольтметра [ 1).

Сигнал с датчика тока (резистора R1) поступает на вход GP1 микроконтроллера через инвертирующий усилитель на ОУ DA1. В отличие от (1J, здесь используется двухполярное питание ОУ напряжением ±8 В, поскольку далеко не все ОУ обладают свойством rail to rail и корректно работают при однополярном питании и почти нулевом напряжении на выходе. Двухполярное же питание позволяет легко решить эту проблему, допускает применение ОУ очень многих типов. Поскольку напряжение на выходе ОУ может находиться в интервале от 8 до 8 В. для защиты входа микроконтроллера от перегрузки применена ограничительная цепь R10VD9.

Подстроечным резистором R8 регулируют коэффициент усиления, а подстроечным резистором R11 устанавливают нулевое напряжение на выходе ОУ. Диоды VD1 и VD2 защищают вход ОУ от перегрузки в случае обрыва датчика тока. Благодаря сравнительно малому сопротивлению датчика тока уход результата измерения напряжения при изменении тока нагрузки от нуля до максимального (5.11 А) не превышает 0.06 В. Если измеритель встраивают в источник напряжения отрицательной полярности. датчик тока можно включить перед выходным делителем напряжения его стабилизатор».

При этом падение напряжения на датчике тока будет компенсировано цепью обратной связи стабилизатора. Поскольку ток делителя обычно невелик, на показания амперметра он влияния почти не окажет, к тому же это влияние можно скомпенсировать, подстрочным резистором R11.Питают измеритель выходным напряжением выпрямителя блока питания через преобразователь на транзисторах VT1 и VT2. Это несколько сложнее, чем в [1], так как требует изготовления импульсного трансформатора, зато нет проблем с получением всех требуемых номиналов напряжения. Преобразователь напряжения представляет собой простейший двухтактный автогенератор. схема которого позаимствована из [2]. Частота преобразования — около 80 кГц.

Благодаря гальванической развязке между входом и выходом преобразователя измеритель можно встроить в стабилизатор напряжения любой полярности. С указанными на схеме транзисторами он работоспособен при входном напряжении от 30 до 44 В. при этом выходные напряжения изменяются приблизительно от 8 до 12 В. Благодаря тому что сопротивления резисторов R5 и R6 выбраны довольно большими, преобразователь не боится замыканий выходов. В таких случаях генерация просто срывается.

Напряжение 5 В для питания цифровой части измерителя получено с помощью интегрального стабилизатора DA2. Стабилизировать напряжения питания ОУ не требуется, поскольку сам он достаточно устойчив к его изменениям. Напряжение пульсаций с частотой преобразования подавляют RC-фильтры на входах микроконтроллера DD1. Если же слишком велики пульсации с частотой 100 Гц, рекомендуется воспользоваться способом их снижения, описанным в [3].Здесь стоит сказать несколько слов о присущей всем цифровым измерителям нестабильности младшего разряда результата измерения.

Он всегда хаотически изменяется на единицу вокруг истинного значения. Эти флюктуации не являются следствием неисправности прибора, но их нельзя устранить полностью, можно лишь уменьшить, усредняя результаты большого числа измерений. Детали измерителя смонтированы на трёх печатных платах из фольгированного с одной стороны изоляционного материала. Рассчитаны они на установку микросхем в корпусах DIP На одной плате (рис. 2) смонтированы индикаторы, на второй (рис. 3) — цифровые микросхемы и микроконтроллер. Преобразователь, стабилизатор напряжения питания микроконтроллера и усилитель сигнала датчика тока установлены на третьей плате (рис. 4).

Размещение деталей на платах и межплатные соединения показаны на рис. 5. Красными цифрами на нем обозначены номера выводов импульсного трансформатора Т1 у мест их подключения к плате. Сам трансформатор закреплён на ней хомутами из изолированного монтажного провода. Блокировочные конденсаторы С13 и С14 припаяны непосредственно к выводам питания микросхем DD2 и DD3. Как показала практика, измеритель нормально работает и без этих конденсаторов.

Платы микроконтроллера и индикаторов соединены кронштейнами из оцинкованной стали толщиной 0.5 мм. Плата преобразователя и усилителя закреплена двумя винтами М2. Расстояние между платами — около 11 мм. Такой вариант конструкции прибора (рис. 6) занимает меньше места на лицевой панели блока питания, в которую этот прибор должен быть встроен. Вместо ОУ КР140УД708 можно применить, например. КР140УД1408 и множество ОУ других типов Следует отметить, что они могут требовать иных цепей коррекции, чем КР140УД708 Это следует учесть при проектировании печатной платы.

Вместо сдвиговых регистров 74НС164 можно использовать 74НС4015, но придется изменить топологию печатных проводников платы. Диоды КД522Б можно заменить на КД510А. Подстроечные резисторы R8 и R11 — СПЗ19. R9 — импортный. Постоянные конденсаторы также импортные. Резистор R1 (датчик тока) можно изготовить из нихромового провода или применить готовый, как это сделано в (1). Я сделал его из отрезка нихромовой ленты сечением 2,5×0,8 мм и длиной (с учётом залуженных концов) около 25 мм, извлеченной из теплового реле ТРН.

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце типоразмера 10x6x3 мм, извлеченном из неисправной КЛЛ. Все обмотки намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 0,18 мм. Обмотка 2-3 содержит 83 витка, обмотки 1-2 и 4-5 — по 13 витков, а обмотка 6-7-8 80 витков с отводом от середины. Если выходное напряжение выпрямителя меньше 30 В, число витков обмотки 2-3 придётся уменьшить из расчета приблизительно 4 витка на вольт. Между собой обмотки 1-2-3 и 4-5 изолированы одним слоем конденсаторной бумаги толщиной 0,1 мм, а от обмотки 6-7-8 — двумя слоями такой бумаги После проверки работоспособности трансформатор пропитан лаком ХВ-784.

Программа микроконтроллера написана в среде MPLAB IDE v8.92 на языке ассемблера MPASM. Предлагаются два её варианта. Файлы первого варианта находятся в папке «Общ. катод» и предназначены для прибора со светодиодными индикаторами с общими катодами разрядов, в том числе теми, что указаны на схеме рис. 1. Файлы второго варианта из папки «Общ. анод» следует использовать при установке в прибор светодиодных индикаторов с общими анодами разрядов. Однако на практике этот вариант программы не испытан. Программирование микроконтроллера было выполнено с помощью программы IC-prog и простого устройства, описанного в (4).

Налаживание измерителя заключается в установке подстроечным резистором R11 нуля на выходе ОУ DA 1 при отсутствии тока в измеряемой цепи. Затем в эту цепь подают ток. близкий к пределу измерения, но меньше его. Контролируя ток образцовым амперметром, подстроечным резистором R8 добиваются равенства показаний образцового и налаживаемого приборов.Подав и контролируя образцовым вольтметром измеряемое напряжение, устанавливают соответствующие показания на индикаторе прибора подстроечным резистором R9. Подробнее о налаживании написано в (1).

www.radiochipi.ru