Вольтметр с растянутой шкалой для автомобиля
Автомобильный вольтметр с растянутой шкалой
Для того, чтобы измерить напряжение аккумуляторной батареи автомобиля обычно используется цифровой прибор, поскольку обычный стрелочный не позволяет сделать это с необходимой точностью — ведь ошибка даже в несколько десятых вольта может привести к неправильной оценке состояния аккумулятора или работы генератора.
С другой стороны, для контроля напряжения аккумуляторной батареи совеем не нужна большая часть шкалы, поскольку измерять напряжение приходится в достаточно узком диапазоне – 10 … 15 В. Таким образом, если растянуть шкалу для измерения только в указанном интервале, то стрелочный прибор справится с задачей не хуже гораздо более дорогого цифрового. Постройкой именно такого вольтметра мы сегодня и займемся.
Принципиальная схема вольтметра, работающего в диапазоне 10…15 В представляет собой мост, в диагональ которого включен микроамперметр с током полного отклонения 50 мкА ( к примеру, М1690А). В одно плечо моста включен стабилитрон VD1 с токоограничивающим резистором R1, в другое — делитель, состоящий из резисторов R3, R4, R5. Резистор R2 служит для задания диапазона измерения. Переключатель S1, который в режиме «Перевозка» закорачивает головку РА1 и препятствует колебаниям стрелки при тряске, служит для безопасной транспортировки прибора. На месте VD1 вместо указанного на схеме может работать Д818 с любым буквенным обозначением, в качестве РА1 – любой микроамперметр с током полного отклонения 50 …100 мкА. Резисторы R2 и R5 имеет смысл использовать многооборотные (к примеру, СП3-36 и СП5-2В).
Резисторы типа СП3-36 нужного нам номинала широко использовались в электронных селекторах каналов телевизоров 3-4 поколения выпуска СССР
Поскольку шкала нашего прибора практически линейна, уже перед настройкой ее можно проградуировать, поставив в начало значение 10 В, а в верхний предел — 15 В. Всю шкалу между этими значениями равномерно градуируем с необходимой точностью.
Для настройки прибора понадобится регулируемый источник питания напряжением 0 … 15 В и контрольный вольтметр с наиболее возможной точностью измерения. Налаживание прибора выполняется в следующей последовательности:
1. Подключаем БП к зажимам нашего прибора (Х1 и Х2) и плавно увеличиваем напряжение до 10 В, постоянно контролируя его по образцовому вольтметру.
2. При напряжении 10 В подстройкой резистора R5 устанавливаем стрелку измерительного прибора РА1 на нулевую отметку.
3. Увеличиваем напряжение до 15 В и подстройкой резистора R2 устанавливаем стрелку прибора РА1 на конечную отметку шкалы.
При необходимости несколько раз повторяем пункты 2, 3 и при точных верхнем и нижнем показаниях прибора настройку можно считать законченной. На регулировочные винты наносим по капле краски или любого лака, а саму схему помещаем в ударопрочный корпус подходящих размеров.
Вольтметр с растянутой шкалой для автомобиля
Нередко в практике бывают ситуации, когда величину напряжения в какой-либо точке схемы нужно измерять с повышенной точностью. Однако это не всегда удается. В тестерах часто после поддиапазона 25 В идет сразу 100 В, и в диапазоне 30. 35 В точность измерения весьма мала. Предлагаемая схема позволяет разделить весь диапазон измерения напряжения на 2 части и любую из них растянуть по всей шкале измерительного прибора.
Для примера возьмем вольтметр для контроля напряжения автомобильной аккумуляторной батареи. Если на аккумуляторе будет 12,5 В и выше, то он заряжен полностью, 12,25 В — заряд составляет 50% от полной емкости, а 12,0 В — осталось всего 25% энергии. При включенном стартере напряжение не должно быть ниже 10,5 В. При полных оборотах двигателя на аккумуляторе — 14,5 В. Как видно, нас интересует лишь участок от 10 до 15 В, и если этот участок растянуть на всю шкалу вольтметра, то измерения будут намного точнее. Останется только проградуировать шкалу. В качестве микроамперметра можно применить головку М467-ЗС, служащую для контроля уровня записи в магнитофонах или индикатором настройки приемника. Данное устройство представляет собой измерительный мост. Его плечи — это стабилитрон VD1 и резисторы R1, R3 и R4. Вращая движок резистора R4, находим положение, когда при входном напряжении 10,0 В потенциалы в точках А и В одинаковы. Это будет начало шкалы. Затем на вход подается U=15 В, и резистором R2 стрелка измерительного прибора устанавливается на последнее деление шкалы. Это будет конечный предел измерения.
Дата последнего изменения этого узла 05.04.2021
Вольтметр с растянутой шкалой. Расчёт диапазона измерений
Такой вольтметр в отличие от обычного позволяет с большой точностью измерить напряжение в некотором заданном диапазоне. Например для контроля напряжения автомобильного аккумулятора очень удобен будет вольтметр со шкалой от 10 до 15 вольт, так как он дает возможность отслеживать даже незначительные изменения напряжения в этом диапазоне.
Примечание автора: далее в тексте статьи будет использован нестандартный значок «дельта»
Поскольку такой значок отсутствует на клавиатуре, я стану обозначать его как ^U.
Для того, чтобы сделать шкалу «растянутой», в измерительную схему достаточно добавить пороговый элемент, например стабилитрон с необходимым значением напряжения стабилизации. А если добавить ещё один такой стабилитрон, включённый встречно, то это значительно уменьшит суммарную температурную нестабильность всей схемы, которая представлена на рисунке ниже:
Напряжение на входе схемы распределяется между резистором R и стабилитронами VD1 VD2. Если падение напряжения на стабилитронах неизменно, то на резисторе оно будет равно разности между входным значением и напряжением стабилизации стабилитронов Uстаб. И тогда прибор покажет не значение входного напряжения, а только его изменение в пределах от 0 до 2^U.
Сопротивление резистора R можно рассчитать обычным способом для схем стабилизации:
R = 2^U / Iстаб.max, где 2^U — предел измерения прибора, Iстаб — ток стабилитронов.
На практике, для контроля напряжения двенадцативольтовой кислотной аккумуляторной батареи можно использовать два стабилитрона с напряжением стабилизации каждого по 10 вольт, резистор R сопротивлением 120 Ом и вольтметр с пределом измерения 3 вольта. Шкалу вольтметра в этом случае следует проградуировать в значениях от 10 до 13 вольт.
Вольтметр с растянутой шкалой
Обычно для измерения напряжений используют обыкновенный вольтметр, но если возникает необходимость в точном контроле напряжения, изменяющегося в небольшом диапазоне (к примеру, контроль состояния аккумуляторной батареи), то гораздо удобнее использовать вольтметр с растянутой шкалой. Предлагаемый вольтметр достаточно прост, не имеет дефицитных деталей и позволяет достаточно точно (до сотых вольта) измерить напряжение в диапазоне 11…13 В.
Схема представляет собой классический измерительный мост, в диагональ которого включен измерительный прибор PA1. Одно плечо, состоящее из элементов VD4R3R4, является опорным, второе (R2VT1VD3) – измерительным. Элементы моста подобраны таким образом, что при напряжении на входе устройства в 11 В мост сбалансирован и на измерительной головке напряжение отсутствует. При увеличении напряжения свыше 11 В стрелка начинает отклоняться и достигает своего максимального значения при напряжении на входе в 13 В. Для уменьшения влияния температуры окружающей среды на показания вольтметра использован прецизионный стабилитрон КС405А (VD3). На месте РА1 можно использовать любой микроамперметр с током полного отклонения 50…100 мкА.
Для наладки вольтметра понадобится регулируемый источник питания и контрольный вольтметр. Сначала напряжение на входе устанавливают величиной 11 В и подстроечным резистором R3 устанавливают стрелку прибора РА1 на нулевую отметку. Затем напряжение на входе увеличивают до 13 В и резистором R6 устанавливают стрелку прибора на конечную отметку. Операции повторяют несколько раз до получения желаемой точности. Затем изменяя напряжение источника в указанном диапазоне, градуируют всю шкалу.
Известно, что о степени заряженности автомобильного аккумулятора можно судить по его напряжению. Так, у полностью разряженного, разряженного наполовину и полностью заряженного аккумулятора оно соответствует 11,7, 12,2 и 12,63В. Для того чтобы измерить напряжение с такой точностью, нужен либо цифровой вольтметр, или стрелочный с растянутой шкалой, позволяющий контролировать интересующий нас интервал. Данный прибор будет полезен автолюбителям для измерения с высокой точностью напряжения на аккумуляторе, но он может найти и другие применения, где требуется контролировать напряжение в интервале 10. 15 В с точностью 0,1 В.
Схема, приведенная на рисунке, позволяет, используя любой микроамперметр со шкалой 50 мкА или 100 мкА, сделать из него вольтметр со шкалой измерения 10. 15 В.
Схема вольтметра не боится неправильного подключения полярности к измеряемой цепи (в этом случае показания прибора не будут соответствовать измеряемой величине).
Для предохранения микроамперметра РА1 от повреждения при перевозках используется включатель S1, который при закорачивании выводов измерительного прибора препятствует колебаниям стрелки.
В схеме использован прибор РА1 типа М1690А (50 мкА), но подойдут и, многие другие. Прецизионный стабилитрон VD1 (Д818Д) может быть с любой последней буквой в обозначении. Подстроечные резисторы лучше использовать многооборотные, например R2 типа СПЗ-36, R5 типа СП5-2В.
Для настройки схемы потребуется блок питания с регулируемым выходным напряжением О. 15 В и образцовый вольтметр (удобней, если он будет цифровым). Настройка заключается в том, чтобы, подключив блок питания к разъему Х1 и постепенно увеличивая напряжение до 10 В, добиться резистором R5 «нулевого» положения стрелки прибора РА1. После этого напряжение источника питания увеличиваем до 15 В и резистором R2 устанавливаем стрелку на предельное значение шкалы измерительного прибора. На этом настройку можно считать законченной.