Домашний мастер при ремонте квартиры своими руками сталкивается с необходимостью подключения светильников, розеток и выключателей по разным схемам. Такая деятельность требует выполнения электрических измерений и знания основных правил безопасности при работе под напряжением.
Наши советы помогут вам оптимально выбрать мультиметр для этих целей и понять основные правила безопасной работы с ним как в бытовой электропроводке, так и для ремонта подключаемых к ней приборов.
В материале статьи сравниваются два типа устройств измерителей: стрелочных аналоговых и цифровых. Это позволит оценить различные технологии замеров, сравнить их возможности, сделать выбор подходящей конструкции.
Составное слово мультиметр обозначает своей первой частью «мульти» - много функций, которые выполняет этой прибор, а второй «метр» – измерение электрических величин.
Он позволяет определять:
Следует учесть, что прибор может иметь другие названия:
На техническом языке его называют прибор многофункциональный измерительный.
Поясняющая картинка из интернета с человечками призвана объяснить взаимосвязь процессов, происходящих в электрике, которые позволяет анализировать мультиметры любой конструкции.
Напряжение источника в вольтах старается пропихнуть ток в амперах через оказываемое ему противодействие сопротивлением в омах. Для анализа этих трех задач в мультиметр включены 3 отдельных измерительных прибора:
Кратко рассмотрим их функции.
За основу действия аналоговых приборов принята измерительная головка магнитоэлектрической системы.
При протекании через нее электрического тока поворачивается подвижная рамка с противодействующей пружиной и прикрепленной к ним стрелкой, указывающей на шкале его силу в микроамперах - тысячных долях ампера. На таком диапазоне протекают токи через измерительную головку.
Однако амперметр замеряет не доли ампера, а целые и даже значительно большие значения. Такие величины тока способны выжечь все токопроводящие магистрали головки. Чтобы этого не произошло, их ограничивают параллельным подключением калиброванного электрического сопротивления, называемого шунтом.
Принцип шунтирования дополнительным сопротивлением уменьшает величину протекающего через головку тока и делает его пропорциональным входному значению. За счет этого шкалу градуируют в амперах, а не в тысячных его долях.
В цифровых приборах используются датчики токи, которые работают по микропроцессорным технологиям.
Та же измерительная головка подключается последовательно к добавочным сопротивлениям - токоограничивающим резисторам. Шкала прибора градуируется в вольтах.
Переключатель режимов у амперметра и вольтметра позволяет расширять пределы измерения.
Цифровой вольтметр работает от датчика напряжения.
Принцип замера сопротивления раскрыт в статье о .
Омметр также работает с помощью измерительной головки.
Для этого используется встроенный источник напряжения, который выдает строго эталонную величину. Ее при подготовке омметра к работе необходимо вручную откалибровать.
Замеряемое сопротивление подключается к гнездам прибора. Через него проходит ток, ограничивающийся в зависимости от номинала резистора. Он отклоняет стрелку омметра на величину, пропорциональную значению электрического сопротивления.
Шкала омметра просто градуируется в омах.
Цифровые приборы вычисляют значение сопротивления по результатам информации, получаемой от датчиков тока и напряжения, но работают также от встроенного источника питания. Ручная калибровка им не требуется.
Рассмотрим на примере тестера Ц4324.
Сразу бросаются в глаза многофункциональная шкала в несколько рядов и переключатели режимов с большим рабочим диапазоном.
Заводская схема внутренних соединений представлена на фото ниже.
Более подробно назначение шкалы измерительной головки показано на картинке.
При каждом замере необходимо анализировать положение стрелки на определённом диапазоне, соответствующем роду току и проверяемому сигналу.
Положения центрального переключателя разбиты на три главных сектора (амперметра, вольтметра и омметра) выделенные красными стрелками. При работе следует определять не только диапазон измеряемой величины, но и форму сигнала.
Внутренняя конструкция этого типа мультиметра намного сложнее, а внешние органы выполнены проще для пользователя. В качестве образца выберем одну из типовых моделей с минимальным количеством автоматических настроек.
Вместо стрелочного указателя и сложной шкалы работает дисплей, а положением центрального переключателя можно выбрать все режимы измерения в любом секторе.
Подключение измерительных проводов выполняется к двум гнездам из трех:
Любой мультиметр сам ничего не измеряет. Он показывает только те величины, которые подготовил пользователь в созданном им режиме. Ошибки показаний чаще всего связаны с невнимательной работой человека.
Рассмотрим однотипные операции, которые необходимо выполнять на стрелочном и цифровом мультиметре.
Выбираем соответствующий режим нажатием средней кнопки снизу и выставляем предел измерения больший, чем напряжение у замеряемой батарейки - 3 V.
Потребуется оценить полярность подключения проводов. Если пустить ток в обратном направлении через измерительную головку, то стрелка просто упрется в стопор слева от нуля. Замер не получится.
Для снятия отсчета необходимо выбрать правильно ту шкалу напряжения, на которой стоит знак постоянного тока. Следует учесть ее кратность на соответствующем положении переключателя.
Обращаем внимание, что подобная операция относится к опасной и требует повышенного внимания.
Нажимаем до фиксации правую кнопку снизу со значком «~». Выбираем центральным переключателем соответствующий режим вольтметра и на нем положение 300 V. Только после этого устанавливаем концы в контакты розетки.
Со шкалы снимаем показания 250 V. Методика пользования ею та же, как и в предыдущем случае.
Положение переключателей и работа со шкалой выполняется по предыдущей методике.
Пальчиковая батарейка на 1,5 V выдала на лампочку 6,3 V ток 142 мА.
В этом режиме важно:
Для измерения потребуется нажать одновременно две левых кнопки и установить переключатель на значок омов. Отсчет показания по шкале Ω получился 1,5. Такое сопротивление у нити накаливания в холодном состоянии.
Режим измерения сопротивлений мультиметром создан для проверки резисторов и других элементов радиоэлектронных устройств. Он не предназначен для оценки качества изоляции диэлектрического слоя. Мощность источника питания недостаточна для подобного измерения.
Оценку сопротивления изоляции кабелей и проводов выполняют специальными приборами, питающимися от мощных источников: ручных генераторов или бытовой сети 220 либо встроенных преобразователей с комплектом батареек. Их называют мегаомметрами.
Три приведенных опыта с малогабаритной лампочкой накаливания и батарейкой позволяют показать, что мощность источника энергии и потребителя следует правильно подбирать по нагрузке и напряжению.
1,5 V у батарейки и 6,3 у лампочки - явное несоответствие. Источник работает в аварийном режиме и не справляется с задачей: нить еле-еле светится. Ему искусственно создан режим перегрузки.
Аналогичный случай может произойти и в бытовой сети 220, где , снимающий питание с оборудования с выдержкой времени.
Подключая любой потребитель в электрическую сеть всегда оценивайте его возможность надежной работы и способность защит устранять аварийные ситуации.
Потребуется только установить центральный переключатель в положение замера напряжения на соответствующем пределе (=2 V), вставить провода в гнезда прибора и подключить их к проверяемой батарейке. Результат сразу отображается на табло.
Если полярность подключения источника к мультиметру перепутана, то на табло отобразится знак минус. Значит замер надо повторить, перевернув провода на батарейке.
Этот прием используют для определения полярности источника.
Когда замер выполняется на большем пределе, то точность результата будет занижена. Необходимо соблюдать соответствие величин.
Вначале переключатель режимов устанавливают в положение «~600 V», а затем проверяют напряжение в розетке.
У нас получился результат 231 вольт.
Мультиметр врезают в цепь тока, предварительно переключив его в режим амперметра и установив на соответствующую позицию измерений. Мы имеем показание 145 мА на пределе 200.
Знак минус перед значением тока свидетельствует о том, что полярность подключения проводов прибора в схему перепутана. Ток через него идет в обратном направлении.
Электрикам, часто сталкивающимися с измерениями, рекомендуем приобрести мультиметр с разъемным магнитопроводом трансформатора тока -клещами. Им удобно выполнять безразрывное подключение и быстрый замер.
Центральный переключатель мультиметра установлен в положение 200 Ω, а результат 9,75 отображен на табло.
Таким же способом прибор работает на шкале kΩ. На приведенном фото даже завышен предел измерения сопротивления. На результате это особенно не сказывается, хоть и влияет.
Цифровой мультиметр в отличие от аналогового стрелочного имеет такую дополнительную функцию. Она позволяет просто определять наличие электрического контакта внутри проверяемой цепи.
В замкнутой и разомкнутой схеме меняется индикация на табло, а у многих моделей приборов дополнительно появляется звуковой сигнал.
Режим прозвонки создан для анализа маленьких сопротивлений, характерных для цепей тока. Но им не стоит пользоваться в цепях напряжения. Особенно он удобен для проверки полупроводниковых элементов.
Еще одна полезная функция для радиолюбителей, называемая на их сленге «пищалкой». Мультиметр выдает высокочастотные сигналы, которые позволяют проверять тракты звуковых усилителей и различные каналы передатчиков или приемников.
У владельцев стрелочных приборов такой функции нет. Они вынуждены делать подобный генератор своими руками.
Еще одна полезная функция цифрового мультиметра, которая также встречается на более сложных конструкциях стрелочных моделей.
Для проверки биполярного транзистора достаточно правильно вставить его ножки в соответствующее гнездо, учитывающее структуру p-n-p или n-p-n полупроводникового перехода. Для этого создано четыре контактных отверстия, в которые устанавливают ножки за счет поворота корпуса в одну из сторон.
У исправного транзистора сразу высвечивается коэффициент усиления h21.
Эта же функция на стрелочных тестерах требует снятия показаний и выполнения математических расчетов.
Мультиметр создан для измерения электрических величин и позволяет работать под напряжением. Его корпус и провода выполнены с , так и по нормативам .
Качество защиты цифровых приборов выше, а их дизайн более продуман. Однако, даже при их пользовании следует быть внимательным и осторожным, соблюдать рекомендации производителя.
Любой цифровой мультиметр можно вывести из строя неправильным обращением при его несомненных преимуществах перед стрелочным прибором:
Стрелочные старые тестеры требуют еще больше внимания: при неправильном подключении к цепям токам или напряжения, особенно в бытовой сети 220, элементы их внутренней схемы выгорают. Если калибровочные резисторы еще можно заменить, то с контактами переключателей и кнопок ситуация ремонта усугубляется.
Но чаще всего у них выходит из строя токопроводящая пружинка или обмотка измерительной головки. В этой ситуации ремонт обходится дороже покупки нового цифрового мультиметра.
Начинающим радиолюбителя можно посоветовать собрать достаточно простой измерительный прибор называемый авометром. Его активно используют при ремонте настройки различных аналоговых электронных устройств. Авометр сочетает в себе амперметр, вольтметр, а иногда еще и испытатель транзисторов и диодов. Конечно, любой китайский мультиметр не чем не уступает по функциональности, но не в надежности, а тем более в ремонтопригодности.
Схема простого авометра |
Омметр: микроамперметр ИП1, источник питания напряжением 1,5 В и добавочные рези-сторы R1 «Уст. 0» и R2. Перед началом измерения щупы устройства соединяют, и с помощью подстроечного резистора R1 стрелку микроамперметра выводят на конечную отметку шкалы, являющуюся нулем омметра. Затем щупами касаются выводов участка цепи и по шкале омметра определяют полученное значение сопротивления.
Четырехпредельный вольтметр состоит из той же головки микроамперметра ИП1 и добавочных резисторов R3-R6. С резистором R3 отклонение стрелки микроамперметра на всю шкалу соответствует напряжению 1 В, с резистором R4-3 В, с резистором R5- 10 В, с резистором R6-30 В.
Миллиамперметр пятипредельный: 0-1, 0-3, 0-10, 0-30 и 0-100 мА. Пределы измерений задает универсальный шунт из резисторов R7-R11, к которому через кнопку подключен микроамперметр.
Конструкция авометра показана на рисунке выше. Головка микроамперметра типа М49 с сопротивлением рамки 300 Ом. С функцией гнезд Гн1-Гн11 отлично справляется часть десятиконтактного разъема. Резисторы R9-R11 типа МОИ, остальные МЛТ.
Калибровка вольтметра и миллиамперметра заключается в подборе добавочных резисторов и универсального шунта под максимальные значения напряжения и тока соответствующих пределов измерения, а омметра - к разметке шкалы по эталонным резисторам.
Калибровку вольтметра и микроамперметра можно осуществить по схеме ниже:
Параллельно источнику питания напряжением 13,5 В подсоедините переменный резистор Rp сопротивлением 2-3 кОм, который используется для регулировки, а между его движком и нижним контактом,- параллельно соединенные образцовые вольтметры. Предварительно движок регулировочного сопротивления установите в крайнее нижнее положение, а калибруемый вольтметр подсоедините на первый предел измерений до 1 В. Постепенно увеличивайте подаваемое напряжение, установите на вольтметре по образцовому вольтметру напряжение. Если при этом стрелка настраиваемого вольтметра не доходит до последней отметки шкалы, это говорит о том, что сопротивление добавочного резистора R3 оказалось выше, чем должно быть, а если уходит за пределы шкалы, то ниже. Точно так же повторите, но при напряжениях 3 и 10 В, регулируя резисторы R4 и R5.
Для калибровки миллиамперметра нужен: эталонный миллиамперметр на ток до 100 мА и два переменных резистора - пленочный (СП, СПО) сопротивлением 5 10 кОм и проволочный на 50-100 Ом. Первый регулировочный резистор предназначен для подгонки резисторов R7-R9, второй R10 и R11 универсального шунта.
Шкала самодельного авометра может выглядеть как на рисунке ниже. Верхняя из них предназначена для измерения сопротивлений, нижняя шкала вольтметра и миллиамперметра. Их надо возможно точнее начертить по форме шкалы микроамперметра. Затем осторожно извлекаем магнитную головку из корпуса и наклеиваем новую шкалу, точно совместив дугу шкалы омметра с прежней шкалой. В описанном самодельном авометре использован микроамперметр на ток 300 мкА с сопротивлением рамки 300 Ом. При таких параметрах микроамперметра относительное входное сопротивление вольтметра будет около 3,5 кОм/В. Увеличить его и тем самым уменьшить влияние вольтметра на режим измерения можно только применением более чувствительной головки микроамперметра. Но при замене микроамперметра с более чувствительной головкой надо учитывать его параметры I и К, а также пересчитать сопротивление всех сопротивлений авометра. Таким методом можно проверить или откалибровать любой стрелочный или цифровой вольтметр (амперметр). В качестве эталонного рекомендуется использовать цифровой прибор заводского исполнения.
Всем привет! Сегодня в обзоре Зажимы Кельвина с Ebay. В любительской радиотехнике, часто необходимо измерять маленькие сопротивления, потому мечтал купить для этой цели Миллиомметр. Периодически задаю на Али и Ebay в поиск фразу «milliohm metеr», читаю найденные варианты и со вздохом ухожу от компьютера, т.к. цены на эти приборы не радуют, тем более во время кризиса, где и так с деньгами не «густо». Собственно требования к измерению маленьких сопротивлений у меня не высокие, мне не нужно измерять микроомы, или что-то подобное с точностью до 6 знака после запятой. Но иногда бывает необходимость измерить сопротивление контактов выключателя, подобрать шунт к амперметру, да и часто просто необходимо подобрать наиболее подходящий резистор из кучки подобных… Потому появилась идея сделать самостоятельно бюджетный измерительный прибор, способный измерять, достаточно точно, сопротивления в диапазоне от 0.001 Ома и до 2 Ом. Всем, кому интересно, прошу под Кат… Внимание:
Много фото (трафик)!!!
Для любителей придраться к словам, метрологам и тем у кого просто плохое настроение
Сразу в начале обзора, хочу расставить некоторые точки над «i». В обзоре не будет описано ни одного точного измерительного прибора, имеющего сертификат поверки Средства Измерения. Некоторым мой обзор может показаться бессмысленным, или «обзором для обзора». Что-ж всем не угодить… Но может кому-нибудь мой обзор будет полезным. Своими обзорами я преследую всего 2 цели: 1. Популяризовать любительскую радиотехнику. Вдруг у кого-то тоже «зачешутся руки», и захочется чего-нибудь собрать. 2. Мне просто нравится делиться тем, что я сделал, потому обзоры я пишу и для своего удовольствия, в том числе. Если Вам не нравятся мои обзоры, поставьте меня в черный список, и читайте более интересные обзоры нижнего белья. Тем более, сейчас весна и девушки, как я надеюсь, еще не раз нас порадуют красивыми фотографиями!)))
Все запчасти куплены за свои деньги, пунктом 18 тут даже не пахнет… Всем же «самоделкиным» и любителям читать обзоры в теме «Сделано руками», Добро пожаловать (Ласкаво просимо, қош келдіңіз)… Задавайте вопросы в комментариях, конструктивная критика приветствуется, орфографические ошибки указывайте в личку, постараюсь их исправить…
Изначально планировалось, что питанием самодельного миллиомметра будет литиевый аккумулятор 18650, ну и соответственно кучка китайских плат, что не раз уже обозревались на нашем сайте: модуль зарядки, модуль защиты от переразряда и плата бустер (в народе «повышайка»), т.к милливольметр работает при напряжении от 8 и до 12В. Потому решил протестировать хватит ли напряжения литиевого аккумулятора, что бы стабилизатор тока на Lm317 гарантировано выдавал ток на уровне 100мА. Наскоро прикрутил на ножки LM317 резистор с сопротивление около 12Ом я собрал тестовую схему. Схема подключения очень простая, я приведу картинку, иллюстрирующую подключение радиодеталей, только вместо измеряемого резистора у нас будет подключен амперметр:
Как видно на серии фотографий (gif), стабилизация тока начинается примерно от 4В и ток стабильный в широком диапазоне напряжений. Таким образом мы видим, что стабилизатор тока работает.
В ходе первичных испытаний, на предмет возможности использования литиевого аккумулятора, меня постигло тяжкое разочарование… Стабилизатор тока устойчиво давал стабильный ток, начиная от 4-4.5В… Таким образом, при разряде аккумулятора до 3В, ток становился 80мА, а значит ни о какой точности измерений, при использовании питания от литиевого аккумулятора, говорить не приходится. Придется переходить к плану Б… Если не получается задумку реализовать на батарейном питании, будем делать на питании от сети.
На Banggood была заказан , с двумя независимыми каналами на 12 и 5 Вольт. Меня в этом блоке подкупили 2 вещи: независимые каналы 5 и 12 вольт, что при выбранной схемотехнике, очень важно, т.к. стабилизатор тока и милливольтметр должны быть запитаны от гальванически не связанных блоков питания. И наличие, хоть какого-то фильтра на входе ИИП, что для не дорогих китайских источников питания редкость. Благодаря скидке, о которой узнал на нашем сайте «Муське», волшебном слове «elec», мне эта плата обошлась в 4.81 USD, вместо изначальной цены 5.66 USD (надеюсь эта скидка не тянет на п.18)))) Плата уже едет в Казахстан, осталось только дождаться её… Заодно и протестируем этот импульсный источник питания.
Пока посылка едет из Китая, нарисуем структурную схему нашего самодельного Миллиомметра. Схема очень простая и её повторить может даже начинающий радиолюбитель или просто любой человек, у которого руки растут из нужного места, даже если он ничего не понимает в радиотехнике)))) Схему можно собрать, просто глядя на картинку и в качестве милливольтметра использовать любой мультиметр на диапазоне 200мВ.
Единственное, что нужно будет сделать, это найти плюсовой (+) вывод источника питания 5 Вольт самостоятельно и подключить его к 3 ножке микросхемы LM317. Я на схеме указал подключение к источнику питания чисто схематически, без указания полярности, т.к. заранее не известно где будет плюсовой вывод китайского ИИП. Если делать миллиомметр- приставку для мультиметра, то можно использовать любой блок питания на 5В от сотового телефона и т.п. Питание для милливольтметра тогда не нужно, т.к. у мультиметра свое собственное батарейное питание.
Собираем испытательный стенд, где мы проверим работоспособность нашего миллиомметра. Поскольку источник питания еще не приехал, вместо него используем 2 лабораторных блока питания. 5 вольт для питания LM317 и 12В для питания милливольтметра:
Собираем стабилизатор тока, я просто распаял 2 резистора (постоянный и подстроечный, включенный параллельно) на ножках Lm-ки. Получился вот такой «колхоз»:
Подключаем к резисторам мультиметр в режиме измерения сопротивлений и подстроечным резистором приблизительно выставляем сопротивление 12.5 Ом. Более точно подгоним сопротивление по амперметру:
Готовим испытательные резисторы… У нас это будет 3 китайских проволочных, у них стоит индекс «J», что указывает, что точность резистора ±5% и 2 советских резистора С5-16, с точностью ±1%. Точнее у меня нет, думаю, что этого будет вполне достаточно…
Подсоединяем к щупам Кельвина резистор 0.13 Ом ±1%, подключаем всю конструкцию к блокам питания, амперметр показал ток 98мА, первым делом подстроечным резистором выводим ток до 100мА:
Смотрим, значение напряжения падения на резисторе 0.13 Ом, я так же подключил мультиметр, чтобы проверить правильность показаний купленного в Китае милливольтметра. Как мы видим показания совпадают, никаких подстроек делать не нужно… Напряжение падения на резисторе 13мВ, что равняется сопротивлению 130мОм, или 0,13Ом. (по правилам миллиомы пишутся с маленькой буквы «м», а мегаомы с большой буквы «М»)
Как вы видите наш самодельный миллиомметр работает и имеет достаточную для радиолюбительства точность. Остальные измерения я спрячу под спойлер, кому интересно можете поглядеть, остальным же немного сэкономлю трафик))))
Измерения низкоомных резисторов
Измерение резистора 0.3 Ом ±1%
Измерение резистора 0.1 Ом ±5%
Измерение резистора 0.22 Ом ±5%
И наконец, измерение резистора 1 Ом ±5%
Выводы: Используя мультиметр (или милливольтметр), щупы Кельвина и маленькую кучку радиодеталей, можно за час «на коленке» собрать вполне приличный миллиомметр приставку, позволяющую достаточно точно для радиолюбительской практики измерять малые сопротивления. На этой оптимистичной ноте заканчиваю обзор. Всем мира, добра и весны в душе!!!
Неподкупный метролог из отдела ОТК
Всегда следил за моей работой практически неподкупный метролог и представитель отдела ОТК по кличке Фокс.
UPD: Из-за дебатов в комментариях, решил добавить эксперимент с заменой 4-х проводной схемы на 2-х проводную…
Вариант 1. Схема по Кельвину…
Вариант 2 Замыкаем проволочными перемычками контакты в щупах Кельвина (видно хорошо на фото проволочные перемычки. Сопротивление резистора увеличилось на 1мОм
А теперь меняем 4-х проводную схему на 2-х проводную… Провода толстые 1.5мм, зажимы припаяны… Смотрим на сопротивление 0.13 Ом резистора… Выводы делаем самостоятельно… 
UPD2: Благодаря нашему камраду mikas перепаял перемычку десятичной точки на Милливольтметре. Теперь сопротивление показывает сразу в нужном формате. На снимке резистор 0.13Ом
А это резистор 1 Ом
UPD3: Я все-таки заставил работать самодельный миллиомметр от двух аккумуляторов 18650. (от одного не получилось, хоть стояло 2 преобразователя, но показания вольтметра сильно зависело от сопротивления тестируемого резистора. Потому с одним питанием ну никак не получится)
Вот что получилось… Это питание стабилизатора тока. Цепочка: Аккумулятор 18650- плата зарядки и защиты (два в одном)- бустер (повышайка с частотой 1мГц) до 5В.
Собираем в кучу:
Далее добавляем еще один аккумулятор 18650 - бустер (повышайка) до 10В для питания милливольтметра. Вот такая получается «ацкая» конструкция…
Без фото самого девайса, вроде как обзор не полный. Корпус сделал из подручных материалов (переходник для двух прямоугольных труб для кухонной вытяжки, куплен в хозяйственном магазине за 550 тенге), кривовато, но зато сам))) Начинка ещё не вставлена, до сих пор не приехал ИИП.
UPD4: Закончил я сборку прибора. Прибор работает от 2 аккумуляторов формата 18650 и 14500 (большой силовой токовый, малый питание милливольтметра) Стоит 2 платы зарядки с защитой АКБ, и 2 повышающих модуля: на 5В для источника тока и на 10В для питания милливольтметра. Дальше только фотографии, что получилось…
На последнем фото зарядка… Пока каналы отдельные, потом соединю 2 канала на один вход.
Вот теперь точно всё!!! Свою миссию по обзору самодельного миллиоммметра я выполнил до конца. Всем бобра!!!))))
Планирую купить +71 Добавить в избранное Обзор понравился +100 +185Омметр, который мы предлагаем построить радиолюбителям, отличается от большинства приборов такого рода тем, что имеет линейную шкалу. Этим омметром и пользоваться удобней, и налаживать его проще.
Почему шкала омметра большинства измерительных приборов не линейная? Дело в том, что измеряемая цепь в таких приборах является частью делителя напряжения или плечом моста (при мостовой "схеме измерения) и ток через нее непостоянен - он зависит от сопротивления цепи. Причем зависимость эта нелинейная, что и определяет характер шкалы отсчета стрелочного индикатора прибора.
Другое дело, если через измеряемую цепь пропускать строго постоянный (по значению) ток и измерять падение напряжения на ней. Тогда согласно закону Ома падение напряжения будет прямо пропорционально сопротивлению цепи, а значит, шкала индикатора (в данном случае вочьтмет-ра) будет линейной.
Прежде чем рассказать о практической схеме омметра с линейной шкалой, познакомимся с его упрощенной схемой, приведенной на рисунке 1. На транзисторе Т собран стабилизатор тока. Поскольку напряжение на базу транзистора снимается с кремниевого стабилитрона Д, ток в цепи эмиттера будет стабилен и зависеть только от -сопротивления резистора R3. Стабильным будет и ток коллектора, протекающий через измеряемый резистор Rx с неизвестным сопротивлением. Поэтому
вольтметр ИП будет измерять напряжение, прямо пропорциональное сопротивлению подключаемых резисторов.
Выбор резистора Ra определяется возможными изменениями тока базы транзистора при установке различного тока эмиттера. А задаваемый ток эмиттера, в свою очередь, определяется выбранным пределом измерения. При малых значениях измеряемого сопротивления ток эмиттера выбирают большим, но не превышающим значения предельно допустимого тока для данного транзистора. Нижний предел тока эмиттера зависит от возможного минимального обратного тока коллектора (I к. о.) данного транзистора. Для измерения резисторов с большим сопротив тением нужио выбирать транзисторы с возможно ма лым значением тока I к. о. Кроме того, для предупреждения шунтирующего влияния вольтметра ИП его входное сопротивление должно быть значительно больше (по крайней мере, на порядок) предельного значения измеряемого сопротивления. Исходя из этих соображений и была выбрана практическая схема (рис. 2) омметра с линейной шкалой.
В качестве стабилизатора тока применен транзистор структуры п-р-п с обратным током коллектора не более 1 мкА. Значение
Токи, напряжения и сопротивления радиолюбитель измеряет обычно одним комбинированным прибором - авометром. Такой прибор совмещает в себе амперметр, миллиамперметр, вольтметр и омметр, основы построения которых рассмотрены в предыдущем разделе книги.
Какие виды и пределы измерений должен обеспечивать такой комбинированный прибор?
Налаживая или ремонтируя радиоаппаратуру, радиолюбителю приходится измерять постоянные и переменные напряжения от долей вольта до нескольких сотен вольт. Если же речь идет только о транзисторных конструкциях, то в этом случае верхний предел измерений напряжений не превышает, как правило, 20.. 30 В.
Постоянные токи приходится измерять в пределах от долей миллиампера до сотен миллиампер или даже нескольких ампер, если, например, имеют дело с мощными транзисторами. Измерять переменные токи звуковой частоты приходится значительно реже. Поэтому описываемым авометром не предусмотрено измерение переменных токов.
Наконец, сопротивления, с измерением которых радиолюбителю приходится сталкиваться^ могут быть в пределах от единиц Ом до нескольких мегаом.
Описываемым авометром можно измерять: постоянный ток до 500 мА (пределы измерений: 1, 10, 100 и 500 мА), постоянные напряжения до 500 В (пределы: 1, 10, 100 и 500 В), переменные напряжения до 500 В (1, 10, 100 и 500 В) и сопротивления от 1 Ом до 5 МОм (пределы: 1 Ом...5 кОм, 10 Ом.., 50 кОм, 100 Ом...500 кОм и 1 кОм...5 МОм). Относительное входное сопротивление вольтметра постоянного тока-около 10 кОм/В.
Принципиальная схема авометра изображена на рис. 21, а. Чтобы легче разобраться в работе прибора, отдельно показаны его упрощенные схемы, используемые при измерении постоянного тока (рис. 21,6), постоянных напряжений (рис. 21, в), переменных напряжений (рис. 21, г) и сопротивлений (рис. 21, д).
Измерительным прибором авометра служит микроамперметр М24 (РА1) с током полного отклонения стрелки 1я=100 мкА и сопротивлением рамки Rh= = 645 Ом. Для микроамперметра с другими значениями 1и и RB сопротивления всех резисторов авометра надо, естественно, перерассчитать.
При измерении постоянного тока параллельно микроамперметру подключают универсальный шунт, состоящий из резисторов R2 - R9 с общим (расчетным) сопротивлением 4355 Ом. Отводы от точек соединения резисторов R2 и R3, R4 и R5, R6 и R7 не используются (они нужны при измерении сопротивлений), поэтому на рис. 21,6 эти элементы шунта заменёны резисторами R2+R3, R4+R5 и R6+R7.
При измерении постоянных и переменных напряжений универсальный шунт отключается, что необходимо для сохранения высокого входного сопротивления вольтметра. В зависимости от рода (постоянное или переменное) и значения измеряемого напряжения последовательно с микроамперметром включается один из добавочных резисторов R14 -R17 (рис. 21, в) или RIO -R13 (рис. 21, г).
Вольтметр переменного тока отличается от вольтметра постоянного тока наличием в нем диодов VD1, VD2’ и сопротивлениями добавочных резисторов, которые, как указывалось ранее, меньше сопротивлений соответствующих резисторов вольтметра постоянного тока примерно в 2,2 раза.
Прибор для измерения сопротивлений заметно отличается от простейших омметров, схемы которых были рассмотрены в предыдущем разделе (см. рис. 13). В этом приборе при измерении сопротивлений параллельно микроамперметру подключается универсальный шунт, состоящий из резисторов R2, R3-fR4, R5+ -fR6 и R7+R8+R9. Сопротивления резисторов шунта и добавочных резисторов R18 - R21 подобраны так, что входное сопротивление омметра R вх НЭ ВТОрОМ пределе («ХЮ»), в 10 раз больше RBX первого предела («XI»), равного 50 Ом, на третьем («ХЮО»)-в 10 раз больше RBX второго предела, а на четвертом («ХЮ00»)- в 10 раз больше RBX третьего предела. Функции шунта омметра выполняют резисторы универсального шунта микроамперметра. Но отводы от точек соединения резисторов R3 и R4, R5 и R6, R7 - R9 при измерении сопротивлений не используются.
На первых трех пределах омметра («X1«ХЮ», «ХЮО») к универсальному шунту подключены цепи, каждая из которых состоит из одного элемента 332 (Ql, G2 или G3) и резистора (R19, R20 или R21). Для измерений на четвертом пределе («ХЮ00») к омметру через гнезда XS1, XS2 подключают внешний источник питания напряжением 9 В. Им могут быть две батареи 3336JI, соединенные последовательно, или блок питания, входящий в комплект описываемых приборов.
Вся коммутация в авометре (подключение и отключение универсального шунта, резистора R1, с помощью которого устанавливают на нуль стрелку прибора при измерении сопротивлений) осуществляется с помощью одного переключателя SA1. В положении «Q» к микроамперметру подключается универсальный шунт и резистор R1, а в положении «гпА»-только универсальный шунт. Диоды VD1 и VD2 постоянно подключены к микроамперметру, но, поскольку их обратное сопротивление составляет сотни килоом, они практически не оказывают на него шунтирующего действия. Элементы Gl - G3 омметра при измерении тока и напряжения -не отключаются от шунта, что также сделано с целью упрощения коммутации авометра.
Описываемый прибор - универсальный. И не только потому, что с его помощью можно измерять ток, напряжение и сопротивление, но еще и потому, что его микроамперметр может быть использован в некоторых других измерительных приборах радиолюбительской лаборатории. С этой целью на переднюю панель авометра выведены гнезда XS3 и XS4 («100 мкА»), соединенные непосредственно с зажимами микроамперметра. Надо только помнить, что при таком использовании микроамперметра переключатель SA1 должен находиться в положении «V».
Конструкция и детали. Общий вид авометра показан на рис. 22, а конструкция его корпуса и размещение в нем деталей даны на рис. 23. Несущим элементом конструкции является корпус 2. На его передней стенке с внутренней стороны закреплен микроамперметр 5. Корпус последнего имеет спереди выпуклость высотой около 3 мм, поэтому к передней стенке он крепится не непосредственно, а через прокладку 4. На передней стенке авометра закреплены также две колодки 15 с гнездами XS5 - XS20, колодка 12 с гнездами XS3, XS4 и XS21, переменный резистор R1 («Уст. 0») и переключатель вида измерений SA1. Для крепления колодок с гнездами использованы винты МЗХ8 с потайной головкой. Уголки 7 и 13 для крепления крышки 6 соединены с корпусом заклепками 8, а ножки 10 - заклепками 9.
Монтажная плата 16 (на рис. 23 показана штриховыми линиями) с резисторами R2 - R21, диодами VD1, VD2 и элементами Gl - G3 закреплена винтами МЗХ28 с потайными головками. Винты пропущены через трубчатые стойки 11 и ввинчены в средние резьбовые отверстия колодок.
Надписи, поясняющие назначение ручек управления и гнезд, выполнены на полосах цветной бумаги и прикрыты накладкой 1 из прозрачного бесцветного органического стекла. Для крепления накладки к передней стенке корпуса использованы гайки переменного резистора и переключателя, один из винтов крепления колодки 12 и два винта 3 (М2Х5), которые ввинчены с обратной стороны стенки. Колодка 14 с гнездами XS1 и XS2 закреплена на уголке 13 одним винтом МЗХ6.
Корпус, крышка и уголки изготовлены из листового алюминиевого сплава АМц-П; пригоден также мягкий дюралюминий. Разметка передней стенки корпуса показана на рис. 24.
Изготавливая крышку, надо добиваться сопряжения ее с корпусом, т. е. так подогнать размеры, чтобы она не выступала за габариты корпуса.
Наиболее ответственные детали авометра - гнезда. От тщательности их изготовления во многом зависит надежность работы прибора. Конструктивно все гнезда одинаковы. Для удобства изготовления они объединены в четыре группы, каждая из которых смонтирована на отдельной колодке. Устройство одной из таких групп показано на рис. 25. Каждое гнездо (рис. 25, а) образовано отверстием в колодке 15 и контактом 20, закрепленным на ней винтом 21. Форма контакта такова, что его нижняя (по рисунку) часть наполовину перекрывает отверстие под штепсель, поэтому при подключении эта часть контакта поднимается (рис. 25, б) и давит на штепсель, благодаря чему обеспечивается надежный электрический контакт.
Колодки 12, 14 и 15 (рис. 25, в) изготавливают из листового гетинакса, текстолита, стеклотекстолита или органического стекла. Всего для авометра нужно изготовить две колодки 15 и по одной колодке 12 и 14.
Для контактов (их потребуется 21 шт.) надо использовать твердую латунь (например, JIC59-1) или бронзу толщиной 0,5 мм.
Уголки 7 и 13 (см. рис. 26) изготавливают из того же материала, что и корпус авометра, ножки 10 - из любой пластмассы подходящей толщины. Штеп-сели 23 и щупы 26 вытачивают из латунного прутка диаметром 4 мм, а их корпуса 24 и 25 - из текстолита, органического стекла или другого изоляционного материала. Более подробно о технологии изготовления деталей корпуса, гнезд и некоторых других деталей, используемых не только для авометра, говорится в разделе «Технологические советы».
ками 19. Стойки 11, создающие необходимый зазор между монтажной платой и гнездовыми колодками 15, изготовлены из органического стекла (можно применить гетинакс или текстолит). Их наружный диаметр 6, а длина - 20 мм.
Резисторы R4 и R6 - R9 универсального шунта изготовлены из манганино-эого провода в эмалевой и шелковой изоляции (ПЭШОММ, ПЭГОМТ). Для резисторов R4, R6 и R7 надо использовать провод диаметром 0,08...0,1 мм, а Для резисторов R8 и R9 - 0,15...0,2 мм. Пригодны, разумеется, другие высокоомные провода, например, из константана. Каркасами служат резисторы МЛТ-0,5 сопротивлением не менее 200 кОм.
Длину провода, необходимую для получения заданного сопротивления, можно определить с помощью моста для измерения сопротивлений или образцового омметра. Чтобы при калибровке шкалы прибора можно было более точно подобрать сопротивления резисторов, длину их проводов увеличивают на 5...10%.
Резистор R1 может быть как проволочным, так и непроволочным (например, СП-I). Важно лишь, чтобы его сопротивление было 2...3 кОм, а габариты не превышали размеров резистора СП-1.
Остальные резисторы, примененные в авометре,- МЛТ-0,5. Для упрощения налаживания авометра их следует взять с несколько большим (примерно на
10...15%) сопротивлением, чем указано на принципиальной схеме. Тогда при калибровке легко подобрать нужное сопротивление, подключая параллельно им резисторы сопротивлением в 7...10 раз большим. Можно поступить и по-другому: каждый отдельный резистор. заменить двумя-тремя соединенными последовательно и при калибровке подбирать резисторы меньшего сопротивления. Так, резистор R2 можно составить из двух резисторов сопротивлением 1,5 кОм и 240 Ом, резистор R3 - из резисторов сопротивлением 2 кОм и 110 Ом, R14 - из резисторов сопротивлением 9,1 кОм и 270 Ом и т. д.
Переключатель вида измерений SA1 - тумблер ВТЗ на три положения и два направления. Можно использовать любой другой переключатель, обеспечивающий Необходимую коммутацию, например галетный, но в этом случае придется несколько увеличить размеры авометра.
Градуировка. Полностью смонтировав авометр, проверяют правильность всех соединений и только после этого приступают к градуировке его шкал. Начинают ее с калибровки шкалы постоянных токов по схеме, показанной на рис. 28, а. Эдесь GB - батарея, составленная из трех элементов 373, РАг - градуируемый Миллиамперметр, РАо - образцовый прибор, например промышленный миллиамперметр класса 0,2.„0,6 или авометр в режиме измерения тока, Ra - проволочный переменный резистор сопротивлением 50...100 Ом, R6 - резистор СП-I сопротивлением 5...10 кОм, SA - выключатель любого типа. Перед калибровкой резистор Ra полностью вводят (движок в верхнем - по схеме - положении), а Re - выводят. Переключатель SA1 авометра устанавливают в положение «шА»,
штепсели соединительных проводов вставляют в гнезда «Общ.» и «500 мА». Затем, плавно изменяя сопротивление резистора Ra, устанавливают по шкале образцового прибора ток 500 мА и сравнивают его с показанием измерительного прибора авометра. Если сопротивление резистора R9 универсального шунта больше расчетного, то стрелка налаживаемого прибора уйдет за последнюю отметку шкалы. Отматывая провод с резистора R9 и следя за показаниями образцового миллиамперметра, стрелку устанавливают на последнюю отметку.
После этого питание выключают, снова полностью вводят резистор Ra и переставляют штепсель соединительного провода в гнездо «100 мА» налаживаемого прибора. Вновь включив питание и изменяя сопротивление резистора Ra, устанавливают стрелку образцового прибора на отметку 100 мА и, подбирая сопротивление резистора R8, добиваются отклонения стрелки калибруемого прибора точно до последней отметки шкалы.
Аналогично калибруют шкалу прибора и на остальных пределах измерения постоянного тока (10 и 1 мА). Только при этом подбирают сопротивления резисторов R6 и R4, а ток в измерительной цепи регулируют переменным резистором Re.
Калибровку прибора необходимо повторить в таком же порядке, чтобы внести в шунт поправки, компенсирующие изменение сопротивлений резисторов R9, R8, R6 и R4. При необходимости сопротивления этих резисторов подгоняют еще раз, чтобы на всех пределах измерений показания налаживаемого и образцового миллиамперметров стали одинаковыми.
Шкалу вольтметра постоянных напряжений калибруют по схеме, показанной на рис. 28, б. Здесь GB - батарея, составленная из трех соединенных последовательно батарей 3336Л, R - переменный резистор сопротивлением 2... 3 кОм, PUr - градуируемый вольтметр, PU0 - образцовый вольтметр. Перед калибровкой переключатель SA1 авометра переводят в положение «V», а соединительные провода включают в гнезда-«Общ.» и «1 В». Образцовый вольтметр переключают на такой же или ближайший больший предел измерений, а движок переменного резистора R устанавливают в нижнее (по схеме) положение. После этого включают питание и, плавно перемещая движок резистора R, устанавливают стрелку образцового вольтметра на отметку 1 В. Сопротивление резистора R14 калибруемого вольтметра подбирают таким, чтобы стрелка микроамперметра установилась точно на последнюю отметку шкалы.
Точно так же калибруют вольтметр и на остальных пределах измерений, подбирая резисторы R15 (предел 10 В), R16 (предел 100 В) и R17 (предел 500 В). На последних двух пределах вместо батареи QB включают выпрямитель с соответствующим выходным напряжением, а в измерительную цепь включают переменный резистор сопротивлением 510...680 кОм (вместо
Шкалы постоянного тока и напряжения практически линейны, поэтому шкала микроамперметра, имеющая оцифрованные отметки 0, 10, 20, 30, ..., 100, может использоваться при измерении любых постоянных токов и напряжений. Изменяется только цена делений. Так, на пределах 1 и 10 мА (В) показания, отсчитанные по шкале микроамперметра, надо делить соответственно на 100 и 10, а на пределе 500 мА (В) - умножать на 5.
Шкалы переменных напряжений нелинейны. Поэтому кроме калибровки последней отметки на каждом пределе измерений придется дополнительно наносить на шкалу и все оцифровываемые отметки (обычно не более девяти).
Измерительная цепь для градуировки шкал переменных напряжений такая ке, как и при калибровке шкалы постоянных напряжений (рис. 28, б), только вместо батареи или выпрямителя используют автотрансформатор или трансформатор питания с обмотками на 5, 10 и 250...500 В, а в качестве образцового прибора - вольтметр переменного тока. Установив штепсель соединительного провода градуируемого вольтметра в гнездо «1 В», резистором R устанавливают по шкале образцового прибора напряжение 1 В. Затем, подбирая резистор R10, устанавливают стрелку градуируемого вольтметра на последнюю отметку шкалы. После этого градуируют шкалу вольтметра, т. е. наносят на нее риски, соответствующие напряжениям 0,9; 0,8; 0,7 Вит. д., измеренным образцовым прибором. Если деления шкалы получились очень неравномерными (по сравнению со шкалой постоянных напряжений), следует заменить диоды VD1, VD2, после чего градуировку повторить.
10 В, подбирают резистор R11 и градуируют шкалу вольтметра через 1 В. Аналогично градуируют шкалу предела 100 В (но уже через 10 В), предварительно подобрав резистор R12.
Если автотрансформатор или повышающая обмотка трансформатора не обеспечивают напряжения 500 В, откалибровать последний предел можно по средней отметке (50 В) шкалы предела 100 В. В этом случае, переставив щуп градуируемого прибора в гнездо «500 В», устанавливают по образцовому вольтметру напряжение 250 В и подбирают такое сопротивление резистора R13, при котором стрелка микроамперметра отклоняется точно до отметки 50 В.
Поскольку шкалы разных пределов переменных напряжений практически совпадают и отличаются только ценой делений, при измерениях можно пользоваться одной шкалой, умножая (или деля) показания, отсчитанные по шкале Прибора, на определенное число. Так, если на шкалу нанесены отметки от 0 до 16, то при работе на первом пределе («1 В») показания прибора надо делить на 10, а на третьем и четвертом пределах - умножать соответственно на 10 и 50.
В последнюю очередь подбором резисторов R18 -R21 подгоняют входные сопротивления омметра на разных пределах измерения. Для этого переключатель SA1 авометра переводят в положение «£2», штепселя соединительных проводов вставляют в гнезда «-Общ.» и «XI» и, соединив щупы друг с другом, резистором R1 устанавливают стрелку прибора на нулевую отметку шкалы омметра (т. е. на последнюю отметку шкалы микроамперметра). Затем к щупам прибора подключают резистор, сопротивление которого равно входному сопротивлению этого предела измерений (50 Ом). Резистор такого сопротивления можно составить из двух резисторов сопротивлением, например, 30 и 20 или 39 и
11 Ом, соединенных последовательно. Подбором сопротивления резистора R21 стрелку микроамперметра устанавливают точно на середину шкалы.
Аналогично подгоняют входные сопротивления омметра на остальных пределах измерений. На втором пределе («ХЮ») к входу омметра подключают образцовый резистор сопротивлением 500 Ом, на третьем («ХЮ0»)-резистор сопротивлением 5 кОм, на четвертом («X1000») - резистор сопротивлением 60 кОм. На последнем пределе к омметру через гнезда XS1 и XS2 необходимо подключить батарею или выпрямитель с выходным напряжением 9 В.
Образцовые резисторы, обеспечивающие заданные входные сопротивления омметра для разных пределов измерения, следует составлять из прецизионных
отклонением от номинала не более ±5%."
Шкалу омметра лучше всего градуировать расчетным путем, пользуясь формулой, приведенной на с. 16. Поскольку шкала общая для всех пределов из-мерений (изменяется только цена ее делений), градуировку производят на каком-либо одном пределе, например первом («XI»)- Диапазон измерений на этом пределе - примерно от 5 (0,1 R„x) до 500 Ом (IORbx). Считаем, что шкала микроамперметра, используемого в авометре, имеет 100 делений. Задаемся со-противлением Rx = 5 Ом. Следовательно, отклонение стрелки прибора до 90-го деления шкалы будет соответствовать сопротивлению Rx=5 Ом.
Точно так же рассчитывают отметки шкалы, соответствующие измеряемым сопротивлениям 10, 20, 30 и т. д. до 100 Ом, а затем через каждые 100 Ом до 500 Ом. Участки между соседними отметками делят на несколько частей, что облегчает отсчет промежуточных значений измеряемых сопротивлений. Отметка сопротивления, равного Rsx данного предела измерений, будет точно посередине шкалы.
Шкалу омметра, входные сопротивления которого уже подогнаны, можно отградуировать и по образцовым резисторам. Для этого потребуются образцовый омметр или авометр заводского изготовления и переменные резисторы сопротивлением 10...15, 50...100 и 600...800 Ом. Вначале к образцовому омметру присоединяют первый из этих резисторов и по шкале прибора устанавливают сопротивление 5 Ом. Затем, не изменяя положения движка этого резистора, подключают его к градуируемому омметру и на шкале сопротивлений делают отметку, соответствующую сопротивлению 5 Ом. Далее, используя этот и другие переменные резисторы, точно так же наносят на шкалу отметки, соответствующие сопротивлениям до 500 Ом.
Закончив градуировку, шкалу микроамперметра осторожно снимают и вычерчивают дополнительные шкалы переменных напряжений и сопротивлений, пользуясь отметками, нанесенными при градуировке. Дополнительные отметки между оцифрованными точками шкалы переменных напряжений получают путем деления отрезков дуг на равные части. Шкала описанного здесь авометра показана на рис. 29.
Шкалу авометра можно также начертить на листе ватмана в увеличенном масштабе, затем фотографическим способом уменьшить ее до нужных размеров и наклеить на металлическое основание шкалы микроамперметра.
