Разработка цифрового вольтметра

Вольтметр на базе микроамперметра

Если в вашем распоряжении не окажется готового вольтметра Ц24, рис.4, то вместо него можно применить любой микроамперметр с током полного отклонения стрелки 100… 1500 мкА, например, М2001/1,М2003-М1. При применении более чувствительного микроамперметра, резистор R2 должен быть установлен на значительно большее сопротивление

При выборе микроамперметра нелишним будет обратить внимание на то, какое у него должно быть рабочее положение – вертикальное или горизонтальное

Для калибровки прибора используют автотрансформатор и мультиметр. При отсутствии профессионального измерительного оборудования можно воспользоваться любительскими мультиметрами «среднего класса», например, типа MY-67, MY-68, М320, TJ1-4M.

Желательно наличие не менее трех контрольных приборов, одновременно включенных параллельно калибруемому измерителю. К сожалению, популярные у многих цифровые мультиметры низшей ценовой категории серий М-8хх, обычно не обеспечивают приемлемой точности измерений напряжения переменного тока 50 Гц.

Изготовленный прибор можно смонтировать, например, на корпусе установленного в гараже предохранительного щитка, магнитного пускателя или зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Если найдется свободное место на передней панели лабораторного блока питания, корпусе сетевого разветвителя, водонагревателя или другого устройства с сетевым питанием, то установка такого вольтметра повысит эксплуатационные качества модернизированного аппарата.

Высокое входное сопротивление цифровых мультиметров может дать ошибочный результат при измерении напряжений у источников питания при обрыве в измеряемой цепи. Или, например, при измерении ЭДС севшего гальванического элемента CR2032 мультиметром с входным сопротивлением 20 МОм без нагрузочного резистора дает результат 3.2 В, а при измерении напряжения стрелочным мультиметром ТЛ-4М с входным сопротивлением 30 кОм результат был 1.8 В. В таких ситуациях удобнее пользоваться вольтметрами с относительно низким сопротивлением.

Принципиальная схема несложного вольтметра постоянного тока показана на рис.5. В наличии имелся распространенный в прошлом веке щитовой микроамперметр М4200 со шкалой на 75 В. Чтобы не изготавливать другую шкалу, было решено на его основе изготовить вольтметр с четырьмя диапазонами: 0.75, 7.5, 75 и 750 В. Входное сопротивление вольт-метра на диапазоне 0.75 В составляет около 0.75 кОм. на других диапазонах кратно этому значению, т.е. на диапазоне «750 В- – 750 кОм.

При нажатой кнопке SA1.1 вольтметр работает на диапазоне «0.75» В. Напряжение на РА1 поступает через токоограничительный резистор R1, терморезистор RT1 с положительным температурным коэффициентом сопротивления и замкнутые контакты переключателя SA1. Диоды VD1, VD2 защищают PVI от повреждения при перегрузке.

В случае, если, например, на вход вольтметра будет ошибочно подано сетевое напряжение 230 В переменного тока или его выпрямленное значение с конденсатора фильтра 300…350 В, терморезистор RT1 быстро разогреется, его сопротивление резко увеличится, ток в цепи будет ограничен до 2.5 мА, что безопасно для R1, VD1, VD2, PV1. В случае если бы в цепи вместо терморезистора был включен только один R1 соответствующего сопротивления, этот резистор был бы мгновенно поврежден.

Таким образом, из-за человеческих ошибок и отсутствия у недорогих измерительных приборов элементов защиты в мире было повреждено немало мультиметров. Некоторые цифровые мультиметры средней и высокой ценовой категории оснащаются такой же защитой на терморезисторе или электромагнитным выключателем.

При нажатии на кнопку SA1.2 в цепь включается токоограничительный резистор R3, вольтметр будет работать на диапазоне «7.5 В». При включении диапазона «75 В- последовательно с R3 включается резистор R4, а на диапазоне «750 В» ток на PV1 будет поступать через все токоограничительные резисторы в измеряемой цепи.

Прибор дополнительно оснащен узлом «индикатора фазы», собранном на R2, HL1. Хотя этот узел может быстро определить фазный провод в сетевой розетке, как и многочисленные «отвертки- индикаторы», его назначение несколько иное – оперативно отслеживать утечки сетевого напряжения во вторичную цепь в незаземленных источниках питания. Это необходимо для оценки рисков повреждения при работе с устройствами, содержащими полевые, СВЧ транзисторы, МОП, КМДП микросхемы, чувствительные к повреждениям диоды, светодиоды.

Конструкция многодиапазонного вольтметра

Наш простой вольтметр постоянного тока, описанный выше, можно расширить, используя ряд последовательных сопротивлений, каждое из которых рассчитано на определенный диапазон напряжения, которые можно выбирать по одному с помощью одного многополюсного переключателя, что позволяет нашему аналоговому вольтметру измерять более широкий диапазон уровней напряжения одним движением.

Этот тип конфигурации вольтметра называется многодиапазонным вольтметром, при этом диапазоны выбираются в зависимости от количества положений переключателя, например, 4-позиционный, 5-позиционный и т.д.

Двухполюсник и его эквивалентная схема

Двухполюсник представляет собой электрическую цепь, содержащую две точки присоединения к другим цепям. Бывает два вида электрических цепей:

• цепи, содержащие источник тока или напряжения;
• двухполюсники, не являющиеся источниками.

Первые характеризуются электрическими параметрами: силой тока, напряжением и импедансом. Для расчёта параметров таких двухполюсников предварительно производят замену реальных элементов цепи на идеальные элементы. Комбинация, которая получается в результате подобной замены, называется эквивалентной схемой.

Внимание! При работе со сложными электрическими схемами с учётом того, что устройство работает на одной частоте, допустимо преобразовывать последовательные и параллельные ветви до получения простой схемы, доступной для расчёта параметров. Второй вид двухполюсников можно охарактеризовать только величиной внутреннего сопротивления

Второй вид двухполюсников можно охарактеризовать только величиной внутреннего сопротивления.

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

1. От 0 вольт до единицы.
2. От 0 вольт до 10В.
3. От 0 В до 100 вольт.
4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

R=(Uп/Iи)-Rп, где

• Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
• Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
• Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

Соединение микроконтроллеров с периферией (Микроконтроллеры и периферия)

Двухканальный стабилизированный диммер (с подробнейшим описанием) (ATmega16, asm)
03.08.2013
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Введение

Несмотря на бурное развитие сверх ярких светодиодов, в широкой продаже пока не появились светодиодные…
Просмотров: 5793

Cхемотехника и программирование устройств фазового регулирования (ATtiny2313, C)
24.11.2011
Кто из вас не хотел изготовить себе сенсорный диммер с возможностью дистанционного управления светом? Наверное, многие. Так вот и я…
Просмотров: 6162

Цифровой инклинометр (акселерометр) MMA7260Q (ATmega32, AD7799, C)
10.06.2011
Инклинометр — устройство, предназначенное для измерения угла наклона различных объектов, относительно гравитационного поля…
Просмотров: 5869

Динамическая индикация индикатора по последовательной шине (ATmega8, 74HC595, C)
17.02.2011

Девяти разрядный семисегментный индикатор с последовательной шиной выполнен на двух микросхемах 74HC595D. Индикатор стоял в…
Просмотров: 6110

Использование графического LCD WG12864A (ATmega8, C)
25.12.2010
Наряду с символьными ЖК, современные производители выпускают разнообразные графические индикаторы. Если у символьных, как правило,…
Просмотров: 5004

Применение семи сегментных LED модулей HT1611, HT1613, МТ10Т7-7 (asm)
24.12.2010
Практически любое микроконтроллерное устройство имеет те или иные устройства индикации. В простейшем случае это всего несколько…
Просмотров: 5295

Шаговые двигатели — Stepper motors (AT90S2313, asm)
24.12.2010
Шаговые двигатели уже давно и успешно применяются в самых разнообразных устройствах. Их можно встретить в дисководах, принтерах,…
Просмотров: 20090

Подключаем тачскрин к AVR — The AVR based USB HID Touchscreen Mouse (ATmega168, C)
19.11.2010
Примечание от администрации сайта eldigi.ru.
Данная статья является поучительным примером по подключению резистивного сенсорного экрана…
Просмотров: 5284

LCD2USB — подключение LCD индикатора к компьютеру через USB (ATmega8, C)
04.10.2010
Цель LCD2USB — подсоединить текстовые дисплеи на основе контроллера HD44780 к персональным компьютерам (PC) через USB. LCD2USB разрабатывался как…
Просмотров: 6727

Приёмник RC5 на AVR контроллере (ATmega16, C)
25.09.2009
На рисунке сверху — структура посылки передатчика. По первым двум стартовым битам вычисляется период Р. Затем, как видно из рисунка,…
Просмотров: 3276

Подключение знакосинтезирующего LCD 4×16 к USB (AT90S2313, C)
01.07.2009
Данный проект представляет из себя LCD дисплей 4×16 подключаемый к USB. Проект реализован на довольно дешёвом и доступном МК AT93S2313 формы Atmel….
Просмотров: 3037

Управление большим количеством нагрузок через USB/COM порт (PIC18F252, C)
15.02.2009
Цель устройства — обеспечить контроль большого числа цифровых нагрузок через компьютер. Основные применение — автоматическое…
Просмотров: 5722

Музыкальный Звонок на MMC/SD карте (ATmega32, C)
17.03.2008
Простые однотональные мелодии на сегодняшний день уже не могут вызвать восторга у благодарных слушателей. За примерами далеко ходить…
Просмотров: 9378

История создания

Прародителем всех современных вольтметров стал своеобразный указатель «электрической силы», о которой еще никто ничего толком не знал. Его изобретателем стал русский физик Георг Рихман. Датой этого открытия считается 1745 год. Показатели измерялись с помощью небольших весов рычажного типа, которые колебались в зависимости от воздействий электричества. Этот основной принцип используется во всех современных вольтметрах.

Процесс измерения вольтажа прибора

Модернизированная версия прибора появилась в 1830-х годах благодаря Фарадею, но не осталось никаких доказательств этому. Следующий по счету прибор был придуман Морицом Якоби в 39 году 19 века, когда тот смог превратить гальванометр в прибор для измерения характеристик электрического тока.

Серьезным этапом модернизации стало изобретение француза д’Арсонваля, придумавшего гальванометр для измерения магнитных и электрических полей. При их изменении прибор показывал разные значения.

Георг Рихман — один из первых изобретателей вольтметра

Важно! Русские ученые П. Яблочков и М

Добровольский также внесли огромный вклад в развитие прибора. Добровольский, в частности, создал амперметр и электромагнитный вольтметр. Кроме них, над этим работал и Н. Славянов. Рабочий металлург на пушечных заводах придумал амперметр на 1000 Ампер в 1880-х.

После утверждения Ампера и Вольта в качестве электротехнических величин в международных стандартах. Немец Фридрих Циппенбон изобрел первое устройство, которое официально было названо «вольтметр».

Старинный вольтметр

По назначению все вольтметры делятся

Вольтметры переменного тока, как и постоянного используются для измерений в сетях с соответствующим типом тока, а вот селективные – могут отделять гармоническую составляющую сложного сигнала, и определять среднеквадратическое значение напряжения.

Импульсный вольтметр обычно используют для измерений амплитуды постоянных импульсных сигналов, а также они способны точно определить амплитуду одиночного импульса.

Фазочувствительные приборы могут измерять изменения составляющих комплексных напряжений, благодаря чему становится возможным точное исследование амплитудно-фазовой характеристики усилителей, и прочих подобных схем.

По принципу действия различают электронные (цифровые или аналоговые), и электромеханические вольтметры (электромагнитные, термоэлектрические, а также магнитоэлектрические, электродинамические и электростатические).

Все электромеханические приборы, за исключением термоэлектрических, по сути, являются обычным измерительным механизмом с показывающим устройством. Во всех них для расширения пределов измерений применяются дополнительные сопротивления.

Термоэлектрический вольтметр использует для замеров электродвижущую силу одной или нескольких термопар, которые греются из-за тока входящего сигнала. Они более точны и компактны, в сравнении с электромеханическими измерителями напряжения.

Электронные вольтметры в свою очередь подразделяются на цифровые и аналоговые.

Цифровой вольтметр преобразует постоянное значение напряжения в цифровой сигнал, который и выводится на табло прибора. Делается это при помощи аналого-цифрового преобразователя.

В аналоговых вольтметрах помимо магнитоэлектрического измерителя и дополнительных резисторов в обязательном порядке присутствует измерительный усилитель, позволяющий в несколько раз повысить внутреннее сопротивление прибора, и соответственно – улучшить точность показаний.

Классификация вольтметров

Для измерения синусоидального напряжения с частотой близкой к 50 Герцам используется вольтметр переменного тока. Наиболее часто в аналоговых приборах встречается электромагнитная система. Она имеет нелинейную шкалу, что усложняет снятие показаний.

Селективные вольтметры рассчитаны на измерение среднеквадратического значения отдельной гармонической составляющей напряжения. В его основе лежит электронный вольтметр, рассчитанный на работу с постоянным током. По принципу действия прибор похож на супергетеродинный радиоприемник.

Фазочувствительные вольтметры называются вектрометрами. Они применяются для измерения комплексных напряжений. Одной из популярных сфер их применения является векторное управление асинхронными двигателями с помощью преобразователей частоты. Одна шкала вольтметра показывает действительную составляющую напряжения, а вторая отображает мнимую. Опорное напряжение, необходимое для работы аппарата, может генерироваться как самим прибором, так и с помощью внешнего источника. Благодаря данному устройству можно легко получить амплитудно-фазовую характеристику, позволяющую контролировать правильность работы ключей полупроводниковых четырехполюсников.

Основные характеристики прибора

Правильно подключить вольтметр поможет знание его устройства и принципов работы. Вид обычного переносного вольтметра известен каждому. Это прямоугольная коробка с фронтальным экраном, рычажками, кнопками и разъемами для контактов. Он оборудуется ручкой, на которую его можно ставить в приподнятом положении, также она служит для его переноски. Есть также очень компактные варианты, похожие на амперметр. Это просто маленькая коробочка с клеммами и шкалой со стрелкой.

Некоторые приборы, схожие с амперметром, отличить можно по знаку V на табло. В схемах его изображают такой же буквой, но в кружке. Так же как у первого, на одном его конце есть знак «+». Его обязательно подсоединяют к плюсовому концу источника, то есть к точке с положительным значением цепи. В противном случае указатель будет показывать в противоположную правильному направлению сторону.

Таблица характеристик цифрового вольтметра.

Чем больше сопротивление внутри устройства, тем лучше, поскольку в таком случае сопротивление имеет наименьшее влияние на объект измерения, поэтому показания его более точны и диапазон применения шире.

Есть достаточно разнообразное количество модификаций:

• по принципу функционирования (электромеханические, статические, электронные);
• по назначению (импульсные, постоянного/переменного тока, чувствительные к фазе, селективные, универсальные);
• стационарные, щитовые, переносные.

Более техническое определение вольтметра звучит так: гальванометр с большой чувствительностью, значительным сопротивлением, оборудованный табло, на котором отображаются показатели разности потенциалов, или электровозбудительный показатель в вольтах.

2.4.1 Кодоимпульсные цифровые вольтметры

В кодоимпульсных (с поразрядным уравновешиванием) цифровых вольтметрах реализуется принцип компенсационного метода измерения напряжения. Структурная схема подобного вольтметра представлена на рис. 2.13.

Измеряемое напряжение U’х полученное с входного устройства, сравнивается с компенсирующим напряжением UК, вырабатываемым прецизионным делителем и источником опорного напряжения. Компенсирующее напряжение имеет несколько уровней, квантованных в соответствии с двоично-десятичной системой счисления. Например, двухразрядный цифровой вольтметр, предназначенный для измерения напряжений до 100 В, может включать следующие уровни напряжений: 80, 40, 20, 10, 8,4,2, 1 В.

Рисунок 2.13 Структурная схема кодоимпульсного вольтметра

Сравнение измеряемого U’x и компенсирующего UK напряжений проводят последовательно по командам управляющего устройства, Процесс сравнения показан на рис. 2.14.

Управляющие импульсы Uу через определенные интервалы времени переключают сопротивления прецизионного делителя таким образом, что на его выходе последовательно возникают напряжения: 80, 40, 20, 10, 8, 4, 2, 1В; одновременно к соответствующему выходу прецизионного делителя подключают устройство сравнения. Если UK > U’x, то с устройства сравнения поступает сигнал Uср на отключение в делителе соответствующего звена, так, чтобы снять сигнал UK. Если UK

Использование прибора

Для измерения достаточно только подать сигнал на вход (аналоговый, либо цифровой, либо установить кварц) и выбрать энкодером режим.
В верхней строке экрана отображается результат измерения, в нижней — название режима.

Режим	Измеряемая величина	Метод	Формат отображения
1.Frequency (16)	Частота	Подсчёт с предделителем на 16	F=99,999,999 Hz
2.Frequency	Частота	Подсчёт без предделителем	f=9,999,999 Hz
3.Time HL, f	Частота	Длительность периода	v= 9,999.999 Hz
4.Time HL, rpm	Изменений в минуту	Длительность периода	u= 9,999,999 rpm
5.Time HL, us	Длительность периода следования	Длительность периода	t=99,999,999 us
6.Time H	Длительность «высокой» части периода	Длительность периода	h=99,999,999 us
7.Time L	Длительность «низкой» части периода	Длительность периода	l=99,999,999 us
8.PW ratio H	Доля «высокой» части периода	Длительность периода	P=100.0%
9.PW ratio L	Доля «низкой» части периода	Длительность периода	p=100,0%

В режиме тестера кварцев прибор успешно работал с разными резонаторами от 4 МГц до 27МГц.
С часовыми кварцами генератор, увы, совсем не запускается, для них придётся делать отдельную приблуду.

О приборе

Частотомер — полезный прибор в лаборатории радиолюбителя (особенно, при отсутствии осциллографа).
Кроме частотомера лично мне часто недоставало тестера кварцевых резонаторов — слишком много стало приходить брака из Китая. Не раз случалось такое,
что собираешь устройство, программируешь микроконтроллер, записываешь фьюзы, чтобы он тактировался от внешнего кварца и всё — после записи фьюзов
программатор перестаёт видеть МК. Причина — «битый» кварц, реже — «глючный» микроконтроллер (или заботливо перемаркированый китайцами с добавлением,
например, буквы “А» на конце). И таких неисправных кварцев мне попадалось до 5% из партии.
Кстати, достаточно известный китайский набор частотомера с тестером кварцев на PIC-микроконтроллере и светодиодном дисплее с Алиэкспресса мне
категорически не понравился, т.к. часто вместо частоты показывал то ли погоду в Зимбабве, то ли частоты «неинтересных» гармоник
(ну или это мне не повезло).

Прибор имеет 9 режимов измерения:

1. Измерение частоты с предделителем на 16, время измерения — 0.25 сек, результат в Гц.
2. Измерение частоты без предделителя, время измерения — 0.25 сек, результат в Гц.
3. Измерение периода следования импульсов и вычисление частоты на его основе, результат в 0.01 Гц.
4. Изменение циклов в минуту (без предделителя), вычисляемых по измеренному периоду, результат в rpm.
5. Измерение длительности полного цикла, результат в микросекундах.
6. Измерение длительности высокого полупериода, результат в микросекундах.
7. Измерение длительности низкого полупериода, результат в микросекундах .
8. Длительность высокого полупериода в процентах.
9. Длительность низкого полупериода в процентах.

Модули вольтметры цифровые

Большим преимуществом блоков является относительно низкая цена и отсутствие напряжения питания, они питаются от напряжения которое одновременно измеряют. Производитель дает диапазон напряжения 2,6 — 30 В. Для начала протестируем их при разных значениях напряжения. Питание от преобразователя и литий-ионных аккумуляторов. Сравнивать будем показания с измерителем UNI-T UT210E, а также с ANENG. Модули имеют на плате небольшой потенциометр для коррекции показаний.

Бывает что настройка модуля при низком напряжении требует и коррекции на верхних рабочих диапазонах этого модуля. Для повышения точности тем потенциометром можете откалибровать показания по эталонному прибору и после процедуры рекомендуем капнуть лак для ногтей, чтобы обездвижить его. После калибровки они станут достаточно точные.

Точность этих индикаторов будет приемлемой во многих устройствах, особенно учитывая низкую цену этих модулей (можно купить за менее 100 рублей). Индикаторы автоматически переключают диапазон — после превышения значения 9,99 В отображаются только десятичные части, то есть одна цифра после запятой.

Типы вольтметров

Аналоговые вольтметры

Включает отклоняющий тип индикаторных измерителей напряжения. Аналоговый вольтметр можно разделить на три категории.

• Инструменты с подвижной катушкой
• Движущиеся железно
• Электростатический вольтметр

Инструменты с подвижной катушкой

Тип измерительных приборов с подвижной катушкой Аналоговые вольтметры доступны в двух типах. Они есть:

• Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом
• Инструменты с подвижной катушкой

Инструменты с подвижной катушкой с постоянным магнитом

Инструменты с постоянными магнитами с подвижной катушкой реагируют только на постоянный ток. Эти инструменты имеют постоянный магнит для создания магнитного поля. Катушка намотана на кусок мягкого железа и вращается вокруг собственной вертикальной оси. Когда ток течет через катушку, отклоняющий крутящий момент генерируется в соответствии с уравнением силы Лоренца.

Приборы с подвижной катушкой типа «Динамо» состоят из двух катушек. Одна катушка зафиксирована, а другая катушка вращается вокруг нее. Взаимодействие двух полей создает отклоняющий момент.

Инструменты с подвижным железом

Инструменты с подвижным железом используются в цепях переменного тока и подразделяются на инструменты с простым подвижным железом, типом динамометра и индукционным. Он состоит из мягкого железа, содержащего подвижные и неподвижные катушки.

Взаимодействие потоков, создаваемых этими элементами, создает отклоняющий момент. Диапазоны расширены за счет удержания резисторов последовательно с катушкой.

Электростатический вольтметр

Он работает по электростатическому принципу, когда отталкивание между двумя зарядовыми пластинами отклоняется от указателя, прикрепленного к пружине.

Эти приборы используются для измерений переменного и постоянного тока высокого напряжения. Это высокочувствительные приборы, способные измерять минимальное напряжение заряда, а также напряжение высокого диапазона почти 200 кВ.

Вакуумный ламповый вольтметр

Эти типы инструментов могут работать как с переменным / постоянным напряжением, так и с измерениями сопротивления. Эти устройства используют электронный усилитель между входом и счетчиком.

Если это устройство использует вакуумную лампу в усилителе, то это называется вакуумным ламповым вольтметром (VTVM). VTVM используются в измерениях переменного тока высокой мощности.

Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления электрическим поведением устройства. Они также известны как униполярные транзисторы. Вольтметр на основе полевых транзисторов использует это свойство полевых транзисторов при измерении напряжения.

Цифровой вольтметр (DVM)

DVM отображает напряжение с помощью светодиодов или ЖК-дисплеев для отображения результата. Прибор должен содержать аналого-цифровой преобразователь. Устройство содержит запрограммированный микроконтроллер, АЦП и ЖК-дисплей для обеспечения точного цифрового отображения аналоговых значений от 0 до 15 вольт постоянного тока.

Они используются из-за таких свойств, как точность, долговечность и уменьшают ошибки параллакса.

Измерение напряжения

Когда электрические заряды находятся в равновесии, напряжение между любыми двумя точками цепи равно нулю, а если по цепи течет ток (движение заряда), то между двумя или более различными точками цепи будет существовать напряжение.

Используя гальванометр, мы можем измерить не только ток, протекающий между двумя точками, но и разность напряжений между ними, согласно закону Ома, поскольку эти величины пропорциональны друг другу. Таким образом, используя градуированный вольтметр, мы можем измерить разность потенциалов между любыми двумя точками цепи.

Но как преобразовать прибор, работающий с током, в прибор, который можно использовать для измерения напряжения? Отклонение измерительного прибора с подвижной катушкой на постоянном магните пропорционально силе тока, проходящего через его подвижную катушку.

Если его полномасштабное отклонение (FSD) умножить на внутреннее сопротивление подвижной катушки, то измеритель можно заставить считывать напряжение вместо тока, превратив таким образом измеритель с подвижной катушкой на постоянном магните в вольтметр постоянного тока.

Однако из-за конструкции подвижной катушки большинство измерителей PMMC являются очень чувствительными приборами, которые могут иметь полномасштабный ток отклонения, номиналы IG всего лишь 100 мкА (или меньше). Если, например, сопротивление подвижной катушки RG составляет 500Ω, то максимальное полномасштабное напряжение, которое мы могли бы измерить, составит всего 50 мВ (V = I*R = 100 мкА x 500Ω).

Поэтому для того, чтобы чувствительная подвижная катушка вольтметра PMMC могла измерять более высокие значения напряжения, нам необходимо найти способ уменьшить измеряемое напряжение до значения, которое измеритель может выдержать, и это достигается путем установки резистора, называемого умножителем, последовательно с внутренним сопротивлением катушки измерителя.

Предположим, что мы хотим использовать наш гальванометр 100 мкА, 500 Ом для измерения напряжения в цепи до 1,0 вольта. Очевидно, что мы не можем подключить измерительный прибор напрямую для измерения 1 вольта, поскольку, как мы видели ранее, максимальное напряжение, которое он может измерить, составляет 50 милливольт (50 мВ). Но, используя закон Ома, мы можем рассчитать значение последовательного резистора RS, которое необходимо для получения полномасштабного движения измерителя при измерении разности потенциалов в один вольт.

Таким образом, если ток, при котором гальванометр дает полное отклонение шкалы, составляет 100 мкА, то необходимое последовательное сопротивление RS рассчитывается как 9,5 кОм. Таким образом, гальванометр можно превратить в вольтметр, просто подключив последовательно с ним достаточно большое сопротивление, как показано на рисунке.

Проекты на основе Arduino ATmega

Микроконтроллер в современной электронике – основа для любого устройства, начиная от простой мигалки на светодиодах, до универсальных измерительных приборов и даже средств автоматизации производства.

Можно сделать тестер с 11 функциями на микроконтроллере atmega32.

Устройство имеет крайне простую схему, в которой использовано немногим более дюжины деталей. Однако вы получаете вполне функциональный прибор, которым можно производить измерения. Вот краткий перечень его возможностей:

1. Прозвонка цепи с возможностью измерять падение напряжения на переходе диода.
2. Омметр.
3. Измеритель ёмкости.
4. Измерение активного сопротивления конденсатора или ESR.
5. Определение индуктивности.
6. Возможность счёта импульсов.
7. Измерение частоты – пригодится в диагностике, например, для проверки ШИМ источника питания.
8. Генератор импульсов – тоже полезен в ремонте.
9. Логический анализатор позволит просмотреть содержимое пачек цифровых сигналов.
10. Тестер стабилитронов.

Для радиолюбителей будет полезно иметь качественное оборудование, но станция стоит дорого. Есть возможность собрать паяльную станцию своими руками, для этого нужна плата Arduino, имеющая в своем составе микроконтроллер atmega328.

Для продвинутых радиолюбителей есть возможность собрать более чем бюджетный осциллограф. Мы опубликуем данный урок в дальнейших статьях.

Для этого вам понадобится:

1. Arduino uno или atmega
2. Tft дисплей 5 дюйма.
3. Небольшой набор обвязки.

Или его упрощенный аналог на плате Nano и дисплее от nokia 5110.

Такой осциллографический пробник станет полезным для автоэлектрика и мастера по ремонту радиоэлектронной аппаратуры.

Бывает, что управляемые модули удалены друг от друга или возможностей одной ардуино не хватает – тогда можно собрать целую микроконтроллерную систему. Чтобы обеспечить связь двух микроконтроллеров стоит использовать стандарт RS 485.

На фото приведен пример реализации такой системы и ввода данных с клавиатуры.

Делаем вольтметр на базе Arduino

Обычно при построении различных вольтметров на базе Arduino предполагают, что напряжение питания Vcc строго равно 5В. Но это далеко не так, точнее – совсем не так. Как результат – немалая погрешность в измерениях.

Малоизвестной особенностью Arduino и многих других AVR является возможность измерения внутреннего опорного напряжения 1.1В.

Эта возможность может быть использована для повышения точности функции Arduino analogRead ()или для измерения питающего напряжения (Vcc), что обеспечивает средство мониторинга напряжения питания (например, батареи) без задействования драгоценного аналогового входа.

Другие «знатоки» считают, что указание analogReference(INTERNAL) или DEFAULTболее чем достаточно.

Разброд и шатания в стане «специалистов» не желающих копнуть чуть глубже, чем первая страница выдачи поиска гугла.

Зачем всё это

Не проще ли просто мигать светодиодиками как все и радоваться жизни, что вы — крутые микроэлектронщики ?

Есть как минимум две причины, чтобы точно и правильно измерить напряжение, подаваемое на ваш Arduino (Vcc). Первая причина — если наш проект на батарейках или аккумуляторах и мы хотим следить за напряжением Vcc как мерилом уровня заряда батарей.

Вторая — когда питание производится от батареи или от USB, Vcc не будет равно 5В, так что, если мы хотим сделать точные аналоговые измерения мы должны либо использовать внутреннее опорное напряжение 1.1В, либо внешнее опорное напряжение.

Почему?

Даже официальная документация по Arduino analogReadтакже приводит нас к этому неправильному допущению. Факт, что напряжение по умолчанию не 5.0 вольт.

Если ваше питание не идеально отрегулировано или если вы работаете от батареи, это напряжение может немного изменяться. Вот пример, иллюстрирующий проблему:

double Vcc = 5.0; // не всегда так int value = analogRead(0); double volt = (value / 1023) * Vcc; // правильно если Vcc = 5.0В

Я экспериментальным путем выяснил, что на разных ПК при питании от USB напряжение пина 5V на Arduino составляет около 4.5В; при питании от аккумулятора типа «Крона» (8.4В) — 4.97В.

Для того, чтобы точно измерить аналоговое напряжение, нам нужен точный источник опорного напряжения. Большинство AVR микросхем обеспечивают три возможных источника:

• внутренний источник 1.1В (в некоторых 2.56В)
• внешний опорный источник
• Vcc

Внешний источник опорного напряжения является наиболее точным, но требует дополнительного оборудования. Внутренний reference стабилен, но имеет погрешность +/- 10%. Голый Vcc полностью ненадежен в большинстве случаев.

Выбор внутреннего reference оправдан, но в большинстве случаев мы бы хотели измерять более широкий диапазон, поэтому выбор Vcc является наиболее практичным, но потенциально наименее точным и в некоторых случаях полностью ненадежным!

Как правильно

Многие AVR чипы, включая серию ATmega и многие из ряда Attiny обеспечивают средства для измерения внутреннего опорного напряжения. Зачем это кому-то надо? Причина проста — путем измерения опорного напряжения мы можем определить точное значение Vcc.Вот как это делается:

Сначала устанавливаем опорное (reference) напряжение в значение Vcc
Измеряем внутреннее опорное напряжение
Рассчитываем величина Vcc

Наше измеренное напряжение

Vcc * (АЦП-измерение) / 1023

которое, как мы знаем равно 1.1В. Согласно даташиту на ATMEGA 328 оно может быть равно:

• минимально 1.0В,
• обычно 1.1В,
• максимально 1.2В.

Забегая вперед скажу, что эта константа требует ручной калибровки, у меня она получилась равной 1.179В.

АЦП у Arduino имеет разрядность 10 бит, это означает, что входное напряжение от 0В до 5В преобразовывается в целочисленное значение от 0 до 1023. Вот откуда здесь число 1023.

Далее рассчитываем Vcc и получаем:

Vcc = 1.1 * 1023 / АЦП-измерение

Другими словами, вся фишка в том, чтобы выяснить реальное напряжение питания Vcc, читая internal 1.1V reference и используя Vcc в качестве эталона. Затем с помощью простой математики высчитываем реальное Vcc.

Кусок кода функции выглядит так:

ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1); ADCSRA |= _BV(ADSC); // Начало преобразований while (bit_is_set(ADCSRA,ADSC)); // измерение uint8_t low = ADCL; // сначала нужно прочесть ADCL – это запирает ADCH uint8_t high = ADCH; // Разлочить оба float result = (high

↑ Итого

И в заключении еще несколько фото вольтметра.

Заводское состояние

С выпаяным индикатором, вид спереди

С выпаяным индикатором, вид сзади

Индикатор тонирован автомобильной тонировочной пленкой (20%) для уменьшения яркости и улучшения видимости индикатора на свету. Очень рекомендую его затонировать. Обрезков тонировочной пленки вам с удовольствием дадут бесплатно в любом автосервисе, занимающемся тонировкой.

Также в Интернете встречаются иные модификации этого модуля, но суть переделок от этого не меняется — если Вам попался не такой модуль, просто скорректируйте схему по плате, выпаяв индикатор или прозвонив цепи тестером и вперед!

Enjoy!