Все своими руками цифровой вольтметр

Схема вольтметра LM3914

Здесь мы собираемся разработать простой вольтметр. Это просто, потому что он включает в себя только одну микросхему – LM3914 . LM3914 – это микросхема, которая управляет 10 светодиодами на основе значения линейного входного напряжения.

Микросхема обеспечивает десятичный вывод, загораясь необходимым светодиодом в зависимости от значения входного напряжения. Максимальный измерения входного напряжения изменяется в зависимости от опорного напряжения и напряжения питания, мы обсудим, что в более поздней части статьи.

Эта микросхема может быть модифицирована для цепи защиты аккумулятора, цепи амперметра и т. Д., Но здесь мы используем ее для вольтметра. LM3914 – это 10-ступенчатый вольтметр, который означает, что он показывает изменения в 10-битном режиме. Чип измеряет входное напряжение измерения в качестве параметра и сравнивает его со ссылкой, каждый раз, когда напряжение пересекает определенную часть ссылки соответствующий светодиод светится.

Микросхема запрограммирована для непосредственного управления светодиодом, поэтому дополнительное сопротивление не требуется.

Компоненты

Блок питания (5 В)

1K резистор (3 шт.)

10К резистор (2 шт)

LM3914 IC

10 светодиодов

0,1 мкФ конденсатор (2 шт.).

Макет и соединительные провода

Принципиальная схема и рабочая

Внутренняя схема LM3914 показана на рисунке ниже:

Как уже говорилось, LM3914 представляет собой 10-ступенчатый измерительный блок.Это показано на внутренней схеме выше. LM3914 – это комбинация из 10 компараторов. Каждый компаратор представляет собой операционный усилитель с опорным напряжением на своем отрицательном выводе.

Теперь главное здесь в том, что измеряемое напряжение не может быть выше, чем опорное напряжение или напряжение питания чипа. Об этом всегда следует помнить. Для достижения более высокого измерительного напряжения с сохранением входной постоянной мы будем использовать схему делителя напряжения сопротивления. Он просто делит напряжение на основе резисторов.

Рассмотрим схему, образованную сетью, показанной на рисунке:

Итак, при входном напряжении 15 В, R1 = 11 К, R2 = 1 К, мы имеем Vout = 15 (1/11) = 1,5 В (приблизительно).

Опорное напряжение выбирается в зависимости от требований. Контрольное значение должно быть максимальное измеряемое напряжение, мы будем применять к микросхеме. Если мы измеряем переменное напряжение с пиковым напряжением 20 В, мы должны выбрать эталон 20 В.

Ссылка выбрана по уравнению:

Поскольку мы хотим измерять напряжения от 0 до 15, нам нужно выбрать R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K.

С этим мы выбрали опорное напряжение для Vref = 1,25 * 12 = 1. Так что у нас максимальное входное напряжение до 15В.

Тем не менее, важно помнить, что выше, опорное значение больше шага напряжение и уменьшить разрешение. Скажем, со ссылкой на 20В у нас есть шаг 2В, любое напряжение между 2В-4В не поддается измерению

Таким образом, при более высоком напряжении мы имеем меньшую точность.

Поскольку микросхема является 10-ступенчатой, а напряжение составляет 0-15 В, мы имеем 1.Шаг 5В. Таким образом, с каждым шагом 1,5 В в измеряемом напряжении светится дополнительный светодиод.

Соединения, которые сделаны для вольтметра LM3914, схема приведены ниже:

PIN3 —————————- + 5В питание

PIN2 ——————————– заземление

PIN5 —————————– + переменное напряжение

PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ——————- подключен к LEDS

Измерительный уровень для светодиодов идет как,

+1.5 В, + 3,0 В, + 4,5 В, + 6,0 В, + 7,5 В, + 9,0 В, + 10,5 В, + 12,0 В, + 13,5 В, + 15,0 В.

Скажите, что измерительное напряжение составляет 10 В, светится шестой светодиод. Скажем, измерительное напряжение 12,5 В, светится девятый светодиод. Таким образом, с шагом 1,5 В мы можем измерить до 15 В.

Как правильно подключить вольтметр

Тот, кто не знает, но хочет проверить напряжение на каком-то участке электрической сети, должен задаться вопросом – как подключить вольтметр? Это на самом деле серьезный вопрос, в ответе которого лежит простое требование – подключение вольтметра необходимо проводить только параллельно нагрузке. Если будет произведено последовательное подключение, то сам прибор просто выйдет из строя, и вас может ударить током.

Все дело в том, что при таком соединении уменьшается сила тока, действующая на сам измерительный прибор. При этом сопротивлении его не меняется, то есть, остается большим. Кстати, никогда не путайте вольтметр с амперметром. Последний подключается к цепи последовательно, чтобы снизить показатель сопротивления до минимума.

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.

Детали

Для сборки вольтметра необходимы следующие компоненты:

микросхемы СА31162 и КР514ИД2;
транзисторы КТ361 – 3 шт.;
резисторы постоянные мощностью 0,125 Вт, номиналом: 1кОм – 4 шт.; 470 Ом – 7 шт.; 470 кОм – 1 шт.; 4,7 кОм – 1 шт.; 820 кОм – 1 шт.;
переменные резисторы: 5,1 кОм (регулировка режима «предел») и 47 кОм (регулировка «установка нуля»)
конденсаторы: 0,22 мФ – 2шт.; 6800 пФ; электролитический на 100 мФ*150 В;
индикаторы АЛ324Б – 3 шт.

Детали можно брать б/у, с выводами достаточной длины для успешного монтажа. Транзисторы ключей подбираются с одинаковыми сопротивлениями переходов или с близкими значениями.

Как правильно подключить вольтметр

Читать также: Мотоблоки цены отзывы какой лучше в екатеринбурге

И последний вопрос темы – как пользоваться вольтметром, изготовленным самостоятельно. Итак, в вашем приборе два щупа. Один подключается к нулевому контуру, второй к фазе. Так же можно проверить напряжение через розетку, предварительно определив, к какому гнезду запитан ноль, а к какому фаза. Или соединяете параллельно прибор к измеряемому участку. Стрелка измерительного блока покажет величину напряжения в сети. Вот так пользуются этим самодельным измерительным прибором.

Рассмотрены не сложные схемы цифровых вольтметра и амперметра, построенных без использования микроконтроллеров на микросхемах СА3162, КР514ИД2. Обычно, у хорошего лабораторного блока питания есть встроенные приборы, – вольтметр и амперметр. Вольтметр позволяет точно установить выходное напряжение, а амперметр покажет ток через нагрузку.

В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас должны быть цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5.

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.

Цифровые преобразователи вольтметров

На сегодняшний день существует множество различных типов преобразователей, которые устанавливаются в вольтметры. Наиболее распространенными считаются времяимпульсные модели. Дополнительно существуют кодоимпульсные преобразователи.

Отличительной их особенностью от прочих устройств является возможность заниматься поразрядным уравновешиванием. В это время частотно-импульсные модели такой привилегии лишены. Однако с их помощью можно проводить пространственное кодирование, а это в некоторых исследованиях может быть крайне важным. Особенно это касается замеров напряжения в закрытых цепях электричества.

4.4 Определение текущего диапазона измерения

Как было сказано ранее, диапазоны измерения переключаются
последовательным нажатием на кнопку SB1. Для того, чтобы показать какой именно выбран диапазон используются два
светодиода и позиция запятой на семисегментном индикаторе. Рассмотрим состояние
этих индикаторов на примере максимальной величины напряжений, индицируемых в
каждом диапазоне. Эти состояния приведены в таблице 1.

Таблица 1. Состояние индикаторов диапазонов

Диапазон	Индикатор «V»	Индикатор «mV»	Значение
10 В	Включен	Выключен	9,99
1 В	Выключен	Включен	999
100 мВ	Выключен	Включен	99,9

Из таблицы 1 видно, что состояние светодиодов и положение запятой
полностью определяют масштаб измерения.

Поделиться в соцсетях

На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра и амперметра с отдельным токоизмерительным шунтом к блоку питания.

Параметры не ниже выходных БП: Uвх — Никакого спама, только полезные идеи!

Питание прибора должно находиться в рамках 4, В. Это и послужило поводом для написания данной статьи, ведь, скорее всего, мы не одни, которые столкнулись с вопросами подключения WR к цепям измерения.

Нижний начинается не от 0, и даже верхний предел вызывает сомнения, в даташите на HT Holtek он ограничен 24V, оригинального даташита не нашел. 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! С2 — предположительно 0. Первые три шнура чаще всего объединены для удобства.

Метки: вольтметр, амперметр

На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра амперметра первой модели к зарядному устройству из компьютерного блока питания. Поэтому я решил написать специально отдельную статью, в которой подробно расскажу, как и каким образом подключить китайский вольтметр амперметр к зарядному устройству или самодельному регулируемому блоку питания. Таким же образом нужно соединить тонкий красный и желтый контакты. Потребление энергии менее 20 мА.

Подав питание на схему, индикатор начнет светиться. Большинство моделей имеют на своем корпусе специальные резисторы. Не сразу и не вовремя выяснилось, что вход питания у него гальванически связан с минусовым входом шунта. Толстые провода: Черный минус амперметра, синий выход амперметра, красный вход вольтметра. Вывод — вполне сносный измерительный прибор, позволит примерно понять проходящий ток и измерить напряжение, но только до 24 вольт.

Как подключить вольтамперметр к зарядному устройству — подборка схем

Разрешение 0,28 дюйма. Также BY42A можно встретить в двух вариантах исполнения платы, но цветовая маркировка проводов остается прежней. На AliExpress предлагается похожий измеритель на стм8с, но если посмотреть распиновку, это не он. Минус внешнего источника подать на общий провод схемы. Данный вольтметр, амперметр удобен еще и тем, что он реализуется в уже откалиброванном состоянии.

Это вносит ощутимую погрешность при питании индикатора от того-же источника, с которого измеряется ток погрешность вплоть до ампера с моим шунтом на 50А! Дело в том, что если подключить вольтметр амперметр к регулируемому выходу блока питания, то при понижении напряжения менее 4. Достаточно будет подключить зарядное, где установлен вольтамперметр к батареи, и мы увидим какое сейчас на ней напряжение. Здесь весьма часто протягивает руку помощи Алиэкспресс, оперативно поставляя китайские цифровые измерительные приборы. Вольтметр 100V + амперметр 50А подключаем шунт digital voltmeter ammeter

Испытание новой схемы

Теперь согласно схемы и этого фото «вешаем» на вольтметр дополнение: тумблер, предохранитель и два резистора. Тут главное правильно подпаять вновь установленные красный и синий провода, впрочем, не только их.

Блок вольтметр переделываем в А-метр

А вот тут проводов побольше, хотя всё и просто:

«полезная нагрузка» — парой соединительных проводов подсоединён э/двигатель «отдельное питание вольтметра» — аккумулятор с ещё двумя проводами «выход блока питания» — ещё парочка проводов

После подачи питания на вольтметр сразу высветилось «0,01», после подачи питания на электродвигатель измеритель в режиме вольтметра показал напряжение на выходе блока питания равное 7 вольтам, затем переключил в режим амперметра. Переключение производил при отключении подачи питания на нагрузку. В дальнейшем вместо тумблера поставлю кнопку без фиксации, так безопасней для схемы и удобней для эксплуатации. Порадовало то, что всё заработало с первой попытки. Однако показания амперметра были отличные от показаний на мультиметре больше чем в 7 раз.

Китайский вольтметр — амперметр после переделки

Тут и выяснилось, что проволочный резистор вместо рекомендованного сопротивления 0,08 Ом имеет 0,8 Ом. Ошибся в измерении при его изготовлении в подсчёте нулей. Вышел из положения так: крокодил с минусовым проводом с нагрузки (оба чёрные) подвинул по распрямлённой нихромовой спирали в сторону входа с блока питании, тот момент, когда показания мультиметра и доработанного теперь уже ампервольтметра совпали и стали моментом истины. Сопротивление задействованного участка нихромовой проволоки составило 0,21 Ом (мерил приставкой к мультиметру на пределе «2 Ом»). Так что это даже и не плохо получилось, что вместо 0,08 резистор получился 0,8 Ом. Тут как не считай, по формулам, всё равно придётся подгонять. Для наглядности результат своих хлопот записал на видеоролик.

Упрощенная схема кодоимпульсного вольтметра-амперметра

Цифровой вольтметр-амперметр постоянного тока схематически можно представить в виде взаимодействующих элементов электрической цепи. Наиболее важным является входное устройство, которое играет роль источника опорного напряжения. Таким образом, прецизионный делитель связан с прибором сравнения.

В свою очередь, механизмы цифрового отсчета показывают сопротивление электрической цепи. Далее управляющие устройства способны напрямую взаимодействовать с входным прибором и проводить сравнения показателей напряжения сети. Наиболее просто процесс измерения можно представить в виде весов. При этом в системе часто бывают сбои. Связаны они по большей мере из-за неправильного сравнения.

4.5 Алгоритм основной программы

Основная программа должна выполнять следующую инициализирующую последовательность действий:

— проинициализировать порты ввода/вывода;

— установить рабочий режим для АЦП;

— установить начальный диапазон измерения 10 В;

— инициализировать счетчик переполнения таймера tcou;

— инициировать счетчик 5мс интервалов cou01;

— инициализировать указатель адресом буфера индикации;

— разрешить прерывание для таймера Т0;

— запустить таймер;

— глобально разрешить прерывания.

В рабочем цикле программа должна выполнять следующие действия:

— ожидать метку времени 100 мс;

— опросить состояние кнопки SB1, выработать критерий фронта ее нажатия и, в случае необходимости переключить диапазон;

— измерить с помощью АЦП входное напряжение;

— рассчитать код индицируемого значения;

— определить необходимость включения символа «минус»;

— разбить полученное значение на цифры, преобразовать их в семисегментный код и загрузить буфер индикации;

— в зависимости от текущего диапазона включить светодиоды HL1 или HL2 и установить бит для индикации запятой.

Общая блок-схема алгоритма основной программы приведена на рисунке 4.

Это понятие включает в себя ряд приборов и инструментов следующих наименований:

так называемые индикаторы фазы или, проще говоря – индикаторные отвёртки;
двухполюсные индикаторы напряжения;
универсальные пробники;
контрольные приборы (типа «Аркашка»).

Необходимо отметить также, что большинство из приведённых в перечне приборов не занимают, как правило, много места в ремонтном комплекте. Отдельные их образцы вообще переносятся прямо в карманах рабочего снаряжения, где они находятся, образно выражаясь, «всегда под рукой». Последнее утверждение особо касается таких известных приспособлений, какими являются индикаторная отвертка и самодельный контрольный прибор. Особо следует подчеркнуть то обстоятельство, что все эти приборы достаточно надёжны и просты в работе и неплохо замещают (дополняют) относительно габаритный и не всегда удобный в обращении тестер. С их помощью всегда можно разобраться с разводкой электрики в доме.

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.

Сборка электронного вольтметра

Для такого типа устройств рекомендуется использовать программируемые микропроцессоры. Это позволяет существенно упростить конструкцию прибора. При отсутствии навыков программирования можно приобрести чип, который уже имеет прошивку для определения напряжения. Для сборки вольтметра рекомендуют использовать микропроцессор PIC16F676.

Также потребуется индикаторный элемент. В этих целях удобнее использовать электронный циферблат. Можно использовать экран от электронных часов, весов, или других устройств. С микропроцессором PIC16F676 также совместимы жидкокристаллические экраны от калькуляторов.

Для стабильного функционирования процессора и индикаторного элемента потребуется источник постоянного тока. Рекомендуемое выходное напряжение — 5 В. Для питания простого вольтметра ВЧ достаточно элемента питания, сила тока которого не меньше 0.5 ампер.

Оптимальный вариант схемы для изготовления электронного вольтметра представлен выше. Микропроцессор необходимо запрограммировать до момента сборки.

После процедуры необходимо надежно зафиксировать контактные элементы. Если прибор собран правильно, он заработает сразу при подключении источника питания.

Такой прибор можно использовать не только в бытовых условиях. Данный вариант вольтметра можно использовать в автомобиле для определения уровня заряда аккумулятора. В этом случае с устройства снимают собственный элемент питания и устанавливают в разъем прикуривателя. Также аппарат можно подключить к АКБ машины напрямую, предварительно установив плавкий предохранитель.

Тестер. Правила эксплуатации

Когда и как пользоваться индикаторной отверткой правильно, какие существует требования к личной безопасности пользователя?

Перед проверкой скрытой электропроводки следует обесточить помещение. Оголенные электропровода, проверять только тестером, не следует к ним прикасаться руками или проводниками. Нельзя использовать прибор во влажных помещениях, проверять исправность электрических цепей сырыми руками, будет ощутим проходящий через тело ток.

На корпусе инструмента не должно быть трещин, щелей и других повреждений. Если есть даже незначительные повреждения, устройство требуется заменить. Чинить поврежденный тестер не выгодно, покупка нового обойдется дешевле.