Среднеквадратичный амперметр | Все своими руками






Среднеквадратичный амперметр

Рубрика: Измерения

Самодельный среднеквадратичный амперметр

Определение многих параметров радиоэлектронной аппаратуры в конечном итоге сводится к измерению переменных напряжений различной формы.

     На практике радиолюбителю приходится сталкиваться со всеми четырьмя значениями переменного напряжения: средним значением — Uо, средневыпрямленным — Uср.в, среднеквадратичным — U и пиковым — Um. Среднее значение напряжения равно его постоянной составляющей; средневыпрямленное значение — среднему значению абсолютной величины переменного напряжения; среднеквадратичное — корню квадратному из среднеарифметического значения квадратов мгновенных значений напряжений за данный отрезок времени, а пиковое — наибольшему мгновенному значению напряжения за время измерения Т.

      Естественно, что и вольтметры переменного напряжения также подразделяются на линейные, показания которых пропорциональны Uср.в, квадратичные, показания которых пропорциональны U, и импульсные, показания которых пропорциональны Um. Но наибольший интерес для радиолюбителей представляет среднеквадратичное значение напряжения, так как именно ему пропорциональна мощность выделяемая на нагрузке. Поэтому шкалы вольтметров всех типов градуируются в среднеквадратичных значениях напряжения синусоидальной формы. И нельзя забывать, что показания такого вольтметра будут верны только при измерении напряжения данной формы. Типичными случаями ошибочного применения линейных вольтметров являются измерение уровня помех и шумов, пульсации постоянных питающих напряжений, напряжения гармоник, напряжений импульсной формы и т. п. В большинстве случаев результаты измерений оказываются существенно заниженными что приводит к искусственному завышению параметров качества (т.е. уменьшению уровня помех, шумов, напряжения пульсаций, коэффициента гармоник и т. д.) исследуемых устройств.
Вольтметры истинных среднеквадратичных значений, показания которых верны для напряжений любой формы, значительно сложнее линейных. Это обусловлено необходимостью применения для выпрямления квадратичных детекторов. Построить такой вольтметр можно используя операционные усилители.

Среднеквадратичный вольтметр, shema4

     Измерение тока различной формы сводится в итоге тоже к измерению падения напряжения на сопротивлении шунта. Схема среднеквадратичного амперметра, предназначенного для калибровки измерительных головок для амперметров импульсных зарядных устройств (тиристорных, транзисторных), представлена на рисунке. Измеряемый ток прибора 15 ампер. Выбор данного предела был обусловлен наличием у меня головки от тестера Ц4313, у которого шкала имеет тридцать делений, 15-ть кратно 30-ти. Сложность схемы кажущаяся и при правильном монтаже начинает работать сразу.

Самодельный среднеквадратичный амперметр, vid_obchei

     Напряжение падающее на сопротивлении шунта Rш поступает на каскад выделения абсолютной величины напряжения, выполненного на элементе DA1.1 микросхемы К1401УД2А по схеме двухполупериодного выпрямителя. Положительна волна напряжения со входа проходит на преобразователь через резистор R4 напрямую, а отрицательная полуволна инвертируется и подается через резистор R7. На элементах DA1.2 и DA1.3 собран непосредственно сам среднеквадратичный преобразователь. С выхода преобразователя постоянное напряжение, соответствующее среднеквадратичному входного, с движка подстроечного резистора R9, подается на вольтметр (R10, измерительная головка.) Можно подключить и внешний вольтметр, например мультиметр. В качестве шунта я использовал десять двухваттных резисторов включенных параллельно (что было в наличии) Фото 1. Можно конечно поставить один проволочный на 0,1 Ома. При прохождении через него среднеквадратичного тока величиной 15А, на нем будет выделяться мощность Р = I2•R = 225•0,1 = 22,5Вт. Не забывайте это.
     Рассчитать сопротивление добавочного резистора R10 для вашей измерительной головки, можно заглянув сюда. Рассчитывайте сопротивление на напряжение 0,1 вольта, недочеты компенсируете резистором R9. Калибровка прибора проста. Пропускаете через прибор постоянный ток в любом направлении известной величины (например 3 ампера) и резистором R9 устанавливаете стрелку вашего прибора на третье деление шкалы. Показания прибора, при изменении полярности подключения, должны быть примерно одинаковы. В противном случае, изменяя величину резистора R4, можно выровнять напряжения полуволн. Шкала линейная, поэтому хватит и одного раза калибровки. Лучше в середине шкалы.
vid2
Питание прибора у меня сетевое, но можно сделать его и от батареек, например применить две «Кроны». Внешний вид прибора и его внутренности показаны на фото1. Времени на дизайн у меня нет, поэтому я обошелся без предохранителя, без выключателя сети, без индикатора включения и т.д. Вы я надеюсь доведете прибор до ума. Старайтесь делать лучше – хреново само получится. Теперь имея такой прибор вы можите спокойно рисовать нелинейные и довольно точные шкалы для своих зарядных устройств, а если не лень, то просто спаять эту платку и вставить в зарядное, домотав на трансформатор две обмотки для ее питания. Скачать рисунок печатной платы. Успехов всем. До свидания. К.В.Ю.

Литература:
Среднеквадратичный милливольтметр. Н. Сухов Радио 1981 №11 стр.53
Регулируемый регулятор мощности В.Тушнов Схемотехника 2003 №3 стр.4
Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах (1988) стр.117-120

Просмотров:23 547
22 комментария




22 комментария к “Среднеквадратичный амперметр”

  • Игорь
    24 марта, 2015, 14:46

    К1401УД2А можно заменить на что-нибудь из более старых ОУ? Я так посмотрел особо критичных параметров у К1401УД2А не заметил. Как вы считаете?

  • admin
    24 марта, 2015, 18:44

    Здравствуй, Игорь. Данную микросхему можно заменить на LM324N, которая часто встречается в блоках питания ПК. Или одинарными ОУ отечественного производства. Так как прибор простенький, то особых требований к ОУ нет.

  • Айнур
    9 сентября, 2016, 9:45

    Здравствуйте автору данной статьи!

    Сделал автомобильное зарядное с тиристорным управлением зарядного тока. Настало время разобраться с амперметром. У меня была измерительная головка на 30 А, без шунта (НШ 75mV). я на нем переделал шкалу до 10 А в программе фронт дизайнер, подобрал шунт. При подгонке шунта использовал самодельный ЛБП из компьютерного БП. Шунт подобрал, ЗУ в корпус собрал, амперметр не точный. Для точного измерения среднеквадратичного (действующего) значения тока обязательно собирать плату по данной статье и устанавливать его в корпус?

  • admin
    9 сентября, 2016, 11:46

    Привет, Айнур. Можно просто собрать этот прибор, он является законченной конструкцией, и по нему откалибровать прибор в ЗУ. Но шкала амперметра в ЗУ не будет линейной. Прибор оставить для будущих поделок.

  • Игорь
    24 ноября, 2016, 13:02

    Можно выбрать напряжение питания не +/-5В, а другое, например,+/-12В, из каких соображений было выбрано +/-5В?

  • admin
    26 ноября, 2016, 15:42

    Привет, Игорь. Можно и +\-12В. 5 вольт выбрано из соображения возможности питания прибора от двух крон.

  • Сергей
    18 октября, 2021, 11:07

    Здравствуйте. Можно ли сборку транзисторов заменить двумя стабисторами, или 4 транз. кт315?

  • admin
    18 октября, 2021, 13:27

    Привет Сергей. В данной схеме используется сборка из-за того, что в ней транзисторы с малым разбросом параметров, это необходимое условие для данной схемы. Поищи буржуйские аналоги, они есть.

  • Сергей
    22 октября, 2021, 15:33

    Здравствуйте. Ещё вопрос): Могу ли я включить среднеквадратичный амперметр на выходе трансформатора по переменке, и по нему откалибровать амперметр постоянного тока уже на выходе после выпрямителя? Амперметр будет работать в тиристорной зарядке.

  • Сергей
    22 октября, 2021, 15:51

    этот мультиметр оснащён системой измерения среднеквадратического значения (True RMS)и его показание для переменного тока равно значению постоянного тока с эквивалентной работой. Система True RMS позволяет получить при измерении достоверное среднеквадратическое значение, как для синусоидального, так и для несинусоидального сигнала, например треугольных или прямоугольных импульсов... Выдержка из мануала))))

  • admin
    22 октября, 2021, 21:49

    Привет Сергей, Если двухпериодная схема зарядки, то можно откорректировать, а если однополупериодная то ни чего не получается. Слишком большие промежутки между импульсами. В этом случае придется долго подбирать конденсаторы, участвующие процессе преобразования. В таких случаях я поступал след. образом. Берешь фарную лампочку ватт на 60 и подключаешь в аккумулятору, замерив ее ток потребления. Берешь вторую такую же и подключаешь к заряному. Лампочки накрываешь двумя тремя листками бумаги. И регулируя ток зарядного, добиваешься одинакового светового пятна у обоих ламп, при этом корректируешь показания амперметра у зарядного. Глаз человека довольно точный прибор. На счет документации — в ней не указан не частотный диапазон, не максимальная скважность измеряемых импульсов. Любая схема имеет свои возможности в заданном диапазоне параметров измеряемых величин.

  • Сергей
    22 октября, 2021, 22:35

    Достоверные показания при крест факторе не более 3... это что?

  • admin
    23 октября, 2021, 0:51

    Крест-фактор – это отношение величины амплитуды максимального значения тока к его действующему значению. Подробнее в комменте не изложишь. Подробнее в Сети или в соответ. литературе с графиками.

  • Сергей
    23 октября, 2021, 0:53

    У тиристорного зарядника он больше 3?

  • admin
    23 октября, 2021, 12:04

    Это зависит от вторичного напряжения. Чем больше разница между вторичным напряжением и «нужным» для зарядки тем больше крест-фактор. Ток в пике может достигать 30А и более.

  • Сергей
    23 октября, 2021, 13:49

    Спасибо.

  • admin
    23 октября, 2021, 14:31

    На том стоим.

  • Сергей
    24 октября, 2021, 16:05

    Здравствуйте. Подойдёт вместо транзисторной сборки диодная матрица из 4 диодов типа 2дс523гм?

  • Сергей
    24 октября, 2021, 16:12

    Можно сделать прибор для подбора диодов у меня много кд522 4148...лень просто)) Такой вариант в принципе возможен? Если матрица не подойдёт.

  • Сергей
    24 октября, 2021, 16:53

    Можно использовать для измерения постоянного тока шунта схему ПРОСТОЙ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНЫЙ Н.Сухов?

  • admin
    24 октября, 2021, 19:43

    Матрица подойдет и отдельные диоды подойдут, если их ВАХ близки.

  • admin
    24 октября, 2021, 19:45

    Можно, я же предлагал почти тоже самое.