Универсальный тестер из доступных деталей
Тестер (см. рис.) позволяет измерять постоянное напряжение и ток, переменное напряжение, прозванивать электрические цепи, проверять диоды, транзисторы и электролитические конденсаторы, а также измерять электрические сопротивления. Входное сопротивление вольтметра постоянного тока 20 кОм/В. Для измерения постоянных и переменных напряжений в приборе предусмотрены четыре предела: 0-5, 0-25, 0-125, 0-500 В; для постоянного тока - три предела: 0-250, 0-50, 0-5 мА. Все шкалы линейные.
Количество пределов можно изменять в зависимости от размеров корпуса прибора, измерительной головки РА и переключателей SA1 и SA2, используемых в тестере.
Особенность данного прибора в том, что при выборе режима работы "~U" (переключателем SA1) можно точно измерять переменные напряжения, а также контролировать любые напряжения постоянного тока, не заботясь о полярности подключения щупов прибора. Кроме этого, обеспечивается определение типа тока, текущего в исследуемой цепи (постоянный или переменный).
Допустим, что в режиме измерения "~U" (диапазон 0-25 В) обнаружено напряжение 20 В. Для определения тока в цепи переключатель SA1 переводим в положение "=U". Если прибор на этом пределе ничего не показывает, то тип тока в исследуемой цепи переменный. Если на пределе "=U" есть показания, то ток в цепи постоянный, а его полярность и величину можно определить по выбранному пределу измерения. В этом состоит одно из отличий предлагаемого тестера от промышленного, в котором на пределе "~U" возможность проверки постоянного напряжения не реализована.
Принцип работы прибора прост. Все измерения выполняют, как и в обычном промышленном тестере. В приборе имеются два переключателя. Переключателем SA1 можно выбрать режим работы (Омы, ~U, =U, =I). Переключателем SA2 рабочие положения: Омы, 5 В, 25 В, 125 В, 500 В, 5 мА, 50 мА, 250 мА.
Для измерения сопротивлений (только килоомы) и прозвонки цепей необходимо установить SA1 в положение "Омы ~U", а SA2 - в положение "Омы". Резистором R2 установить "0" омметра. Шкала должна быть предварительно проградуирована на основе известных величин сопротивлений резисторов. Ввиду того, что омметр имеет один предел измерения, где измеряемые токи не превышают 50 мкА, длительность работы источника питания может составлять до 5 лет. Пределы измеряемых сопротивлений (для РА1 на 0-50 мА) составляют от 0,5 до 300 кОм. Шкала для измерения сопротивлений - нелинейная (килоомы).
Детали. В схеме применены общедоступные детали. Прибор собран в корпусе размерами 210x65x55 мм, хотя можно использовать и любой другой подходящих размеров. Схема собрана методом навесного монтажа. Монтажный провод сечением 0,1...0,12 мм2. Номиналы резисторов R4-R10 не зависят от измерительной головки РА1. Например, если будет применена измерительная головка на 0-100 мкА, то номиналы резисторов R4-R10 будут такими же, как и в схеме, однако входное сопротивление вольтметра при этом уменьшится до 10 кОм/В. Соответственно при этом пределы измерений изменятся до 0-10, 0-50, 0-250, 0-1000 В, так как измерительная головка проградуирована кратно 100. Все вышеуказанные резисторы R4-R10 должны быть прецизионными мощностью 0,5 Вт каждый, в крайнем случае допустимо применение резисторов МЛТ-0,5. Предохранитель FU1 на 0,1 А (100 мА). В связи с тем, что предохранитель защищает схему и измерительную головку РА, рекомендуется использовать эталонный. Измерительная головка РА1 типа M42305 со шкалой 0-50 мкА. В качестве SA1, SA2 используют переключатели типа ПМ2 (SA1 - двухплатный на три положения, паспорт 3П6Н; SA2 - четырехплатный, паспорт 11П4Н). Максимально допустимый ток для ПМ2 250 мА, с учетом этого и выбран максимальный предел измерений =250 мА. VD1 - типа КЦ403А, Б, В. В качестве гнезда для щупов применена розетка РД1-1. Элемент питания - любой малогабаритный на 1,5 В. Резистор R2 типа СП3-9а. Резистор R11 - проволочный, R12 - мощностью 2 Вт, R13 - мощностью 1 Вт.
Налаживание. Переключатель SA1 переводят в положение "Омы ~U", переключатель SA2 - в положение "5 В". Подавая от источника переменного синусоидального напряжения на вход тестера напряжение 5 В, резистором R4 добиваются соответствия показаний РА1 напряжению, подаваемому на вход тестера. Сопротивление резистора R1=100 кОм, R4=100-82=18 кОм. Далее выбирают номиналы резисторов R5 (487 кОм), R6 (2,49 МОм) и R7 (10 МОм). Подавая на вход тестера от источника переменного напряжения напряжение 20-25 В, подбирают номинал R10, добиваясь соответствия входного напряжения показаниям РА1. После подбирают номинал резистора R9, подавая на вход тестера синусоидальное напряжение 100-125 В. Показания РА1 должны соответствовать входному напряжению. Аналогично подбирают сопротивление резистора R8 (входное синусоидальное напряжение 400-500 В).
Подбор резисторов R11-R13 (так называемых шунтов, подключаемых параллельно РА1) рекомендуется выполнить отдельно еще до подключения головки РА1 в схему. В соответствии с законом Ома, I=U/R. Стабилизированный источник постоянного тока - любое напряжение. После проверки токов с шунтами R11-R13 надписывают необходимые пределы измерения тока.
При этом полученные пределы могут отличаться от авторских.
Следует обратить особое внимание на то, что общее суммарное сопротивление резисторов R1, R4 и Явнутр головки РА1 должны составлять 100 кОм, так как это предел измерения ипост = 5 В. Согласно формуле закона Ома I = и/R = 5В/100000 Ом = 50 мкА.
Несколько слов о точности прибора. Проведем расчет точности изготовленного вольтметра для случая измерений по постоянному току при использовании головки РА класса точности 1,5 или 2,5. Для предела "= 5 В" в схеме работают резисторы R1, R4 и Явнутр. головки РА1 (суммарное сопротивление равно 100 кОм).
Допустим, что в схеме установлены резисторы с точностью 2%, т.е. R1 имеет номинал 18 ±0,36 кОм, R4 - 82 ±1,64 кОм, a RBHyTp.ro-ловки РА1 -1 кОм.
Как известно, суммарная ошибка при данном измерении не превышает дифференциала,т.е. |8R1+8R4|=|0,36+1,4|=2 кОм. При этом Явнутр. головки не учитывается ввиду его малой величины. Тогда измерительный номинал резисторов с ошибкой составит 100±2 кОм, что в относительном выражении составит ±2%, т.е. для класса точности головки 1,5 или 2,5% ошибка измерения составит не более 4%. Аналогичные расчеты можно выполнить и для других пределов измерений.
С учетом вышесказанного для повышения точности измерений необходимо более точно подобрать сопртивления резисторов R4-R10 и шунты R11-R13. Для того чтобы измерительные шкалы по переменному току в данном тестере были линейны, необходимо вместо моста VD1 (см. рисунок) установить детектор на четырех германиевых транзисторах разной структуры согласно [1].
Автор: В.Г. Никитенко, О.В. Никитенко, г. Киев
Литература:
1. Зызюк А.Г Многопредельный вольтметр с линейной шкалой // Радюаматор. -1997.- №6. -С.33.К