No Image

Приставка к мультиметру для измерения малых сопротивлений

СОДЕРЖАНИЕ
7 просмотров
21 января 2020

В радиолюбительской практике иногда требуется измерить малые сопротивления значение которых ниже 1 Ом, например, в случае проверки обмоток трансформаторов на короткое замыкание, контактов реле, различных шунтов,. Как же осуществить измерение малых сопротивлений величиной в милиомы или микроомы? Как известно из курса электротехники, измерение сопротивлений основано на эффекте преобразовании их величины в ток или напряжение. На этом принципе и основывается схема приставки к мультиметру.

Измерение малых сопротивлений схема приставки к мультиметру – милиомметр

Эта простая схема используется при измерении малых значений сопротивления – от 0,001 до 1.999 ом. Нам потребуется отдельный аккумулятор для питания радиолюбительской конструкции. Напряжение питания стабилизируется ИМС LM317LZ. Подстроечное сопротивление необходимо точно настроить на ток 100 мА, чтобы обеспечить высокую точность и малую погрешность.

Печатная плата показана на рисунке ниже и ее проще всего сделать по технологии ЛУТ. При сборке конструкции постарайтесь сократить длину монтажных проводов до минимума.

На экран стандартного цифрового мультиметра D830 будет выведено значение в Омах, от 0,001 до 1.999 Ом. Для проверки прибора определите номинал несколько параллельно соединённых одноомных сопротивлений.

Измерение малых сопротивлений схема основанная на аналоговом способе

Если хотите, то можете спаять не просто приставку, а полностью готовый самостоятельный прибор. В этом аналоговом милиомметре применяются два режима определения сопротивления. При стабильном токе в 1А шкала 1 деление = 0,002 Ом и при стабильном токе 0,1А шкала 1 деление = 0,02 Ом. При токе в 0,1А прибор сможет определить сопротивление от 0,02 Ома до одного Ома.

Принцип работы устройства основан в определении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при прохождении через него заданного стабильного тока. Сопротивление рамки у стрелочного измерительного устройства 1200 Ом, ток полного отклонения равен 0,0001 А, значит, если мы применим этот индикатор в роли вольтметра, необходимо подать на него напряжение U = IхR = 0,0001х1200 = 0,12 В = 120 мВ для отклонения стрелки на последнее деление шкалы. Именно это напряжение должно упасть на сопротивлении в 1 Ом на пределе измерения прибора от 0,02 Ома до 1 Ома. Значит на этом пределе нам требуется пропустить через измеряемый резистор стабильный ток I = U/R = 0,12/1 = 0,12A = 120 мА. По аналогии рассчитываем предел и для других значений.

Принцип работы этой схемы основывается на методе измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при заранее известном значении тока протекающего через него. На транзисторе VT1 создает постоянное значение тока, а его стабильность поддерживает операционный усилитель, который осуществляет управление VT1.

номинал постоянного тока в момент измерения сопротивлений до 20 Ом -10 мА и 100 мА при измерении до 2 Ом. Для стабильной работы приставки, микросхема DA1, запитана от стабилизатора напряжения 78L05. Тумблером SA1 осуществляется выбор предела измерений. Кнопку SA3 нажимаем только в момент измерений. Для защиты вольтметра в схему добавлен диод VD1.

Сперва ручки переменных сопротивлений R2 и R5 устанавливаем в средние положения. затем на конструкцию подают напряжение 8-24 В. Постоянную величину тока, протекающего через замеряемое сопротивление, задаем следующим методом. Необходимо щупы точного амперметра подключить к зажимам измеряемого сопротивления. Переключатель SA1 поставить в положение замера сопротивлений до 2 Ом, затем нажимаем на SA3 и путем изменения переменного сопротивления R5 выставляем ток 100 мА. Далее SA1 установить в положение до 20 Ом, нажимаем SA3 уже R2 настраивают ток 10 мА. Повторяют это способ калибровки тока несколько раз, а затем движки переменных сопротивлений покрыть лаком или краской.

В повседневной практике радиолюбителя пожалуй ни одна из измеряемых электрических величин не бывает часто столь малой и не требует такого точного её измерения как сопротивление. Наименьший предел измерения сопротивления, имеющийся в большинстве цифровых мультиметров, составляет 200 ом. Отсюда естественным образом следует, что точное измерение сопротивлений с меньшими значениями практически невозможно. В качестве примера можно назвать измерение сопротивления обмоток трансформатора или подбор шунта для измерительной головоки. Выходом в создавшейся ситуации будет изготовление приставки к уже имеющемуся мультиметру.

Выбор пал на радиоконструктор (повторяемость схем в набор высокая + готовая печатная плата + стоимость деталей вполовину меньше чем в рознице) и на его основе была собрана вот такая приставка. Корпусом послужила подходящая коробочка из пластмассы.

Схема приставки миллиомметра

Работа схемы приставки миллиомметра основана на определении падения напряжения на предмете измерения, при протекании через него фиксированного тока. Ток формируется генератором на транзисторе. Работой транзистора управляет усилитель на микросхеме TL062, которая питается стабилизированным напряжением от микросхемы 78L05. Предел измерений изменяется при помощи переключателя SA1. Диод, подключённый параллельно объекту измерения предохраняет мультиметр при включении приставки без измеряемого компонента. Особо следует заметить, что кнопка SB1 включается только исключительно на время проведения измерений. От себя добавил в схему светодиод с ограничивающим резистором номиналом 1,2 кОм для индикации включения («оживил» конструкцию).

Печатная плата довольно компактная, но можно сделать её ещё меньше, особенно применив смд компоненты.

А на существующую плату дополнительно свободно поместились:

  • разъём подключения питания
  • радиаторы на транзистор и стабилизатор
  • основание под кнопку включения приставки

На нижней части корпуса были смонтированы штыри соединяющие приставку с гнёздами мультиметра.

Конструкция помещённая в корпус, имеет совсем уже другой вид.

Для настройки приставка присоединяется к гнёздам мультиметра «mA» и «СОМ», предел измерения ставиться на 200 mA постоянного тока, подводится питание (9 вольт) к разъёму, переключатель в положении «отжат» (измерение до 2 Ом) нажимается кнопка включения и отвёрткой, через отверстие в верхней части корпуса, устанавливается, регулировкой резистора R7, ток 100mA.

Затем переключатель переводиться в положение «нажат» (измерение до 20 Ом) и устанавливается, регулировкой резистора R4, ток 10mA.

Для производства измерений приставка присоединяется уже к гнёздам «СОМ» и «V», предел измерения ставиться 200 mV постоянного напряжения. На фото на пределе измерения приставки «до 2 Ом» 1% резистор сопротивлением 0,33 Ом.

А это 1% резистор сопротивлением 1 Ом на пределе «до 20 Ом». Точность измерения приставкой очень даже достаточная, что позволяет решать все вопросы по измерению малых сопротивлений возникающих в процессе занятий электроникой. Скачать архив с описанием можно по ссылке. Собрал и опробовал приставку Babay.

Автор материала: Nusik1975 aka Андрей Бучнев

Понадобилось мне как-то изготовить шунт на 50 миллиОм. Но под рукой не оказалось прибора, чтобы измерить такое сопротивление. Имеющиеся в интернете схемы либо были сложны для повторения, либо это были 2-х проводные схемы, не обеспечивающие нужной точности измерений, либо нужно было подбирать какие-то детали. Ни одна из схем меня не устроила. Как и всегда, было принято решение разработать устройство самому.

Предлагаемая приставка имеет следующие особенности:

  • простота конструкции при минимуме деталей;
  • сборка доступна даже начинающему радиолюбителю;
  • дешевизна приставки;
  • диапазон измерений от 6 мОм до 3 Ом;
  • высокая достоверность измерений;
  • лёгкость настройки;
  • нет необходимости в пересчёте показаний мультиметра;
  • питание от порта USB.

Прибор выполнен как приставка к мультиметру. Он будет полезен при изготовлении шунтов, замере малых величин сопротивления. Им можно замерить сопротивление дорожек на печатной плате, отрезка медного провода и т.п.

Схема приставки:

Согласно расчёту, приставка позволяет измерять сопротивления от 6 миллиОм до 3 Ом. На практике были проверены резисторы от 1 миллиОм до 2,2 Ом.

Поскольку требовалось разработать измерительное устройство, а не показометр, его было необходимо проверить на более точном приборе, чтобы убедится в корректности измерений. В качестве эталонного миллиомметра был использован мультиметр Agilent 34410A, откалиброванный в соответствии с технологией производителя, в сервис-центре Keysight Technologies. Калибровка обеспечивает погрешность измерения, не превышающую 0.010% + 0.004% (показания + диапазон) на диапазоне до 100 Ом. С его помощью был протестирован магазин сопротивлений, которые потом были измерены данной приставкой. Тем самым точность приставки была проверена методом сравнения с эталоном.

По результатам тестирования выяснилось, что несмотря на высокое качество и достаточно малую погрешность мультиметра Agilent 34410A, его погрешности измерений (0.010% + 0.004%) недостаточно, чтобы определить абсолютную погрешность измерения приставки. Поэтому привожу результаты замеров разных резисторов, а вам оставляю возможность рассудить самостоятельно, достаточна ли точность приставки для ваших задач.

С результатами измерений вы можете ознакомиться в таблице:

В современных профессиональных мультиметрах используется 4-х проводная схема подключения измеряемой цепи, с применением зажимов Кельвина.

Такое включение позволяет с высокой точностью измерять малые сопротивления, поскольку компенсирует сопротивление проводов, щупов и сопротивление контакта щупа с измеряемой цепью. В отличие от 2-х проводной схемы, в результат измерения не вносятся значительные погрешности при измерении сопротивлений в единицы Ом, не говоря уже о миллиОмах.

Поэтому, при разработке было решено использовать именно 4-х проводную схему измерения. Для измерения сопротивления через резистор пропускается заранее известный фиксированный ток, установленный с максимально возможной точностью. Для этого используются 2 из 4 проводов. Двумя другими проводами производится измерение падения напряжения на резисторе. Схема соединения с использованием щупов Кельвина частично компенсирует сопротивление контакта щупов с исследуемой цепью. Для простоты преобразования Ом в Вольты, ток через измеряемый резистор был выбран 50 мА. При меньшем токе начинает появляться нежелательная погрешность, которая складывается из погрешности приставки и погрешности мультиметра.

Для подачи на измеряемый резистор фиксированной величины тока, используется схема драйвера тока. Она состоит из: источника опорного напряжения на микросхеме MCP1525, операционного усилителя AD8541 и транзистора VT1. С помощью подстроечного резистора R2 устанавливается требуемый ток драйвера. Так как при измерении малых сопротивлений падение напряжения на измеряемом резисторе мало, был использован усилитель токового шунта на микросхеме MAX4372T. Он позволяет усилить напряжение на его входе ровно в 20 раз. К нему и подключается мультиметр в режиме вольтметра или милливольтметра. При отсутствии измеряемого резистора и подключенном питании на выходе приставки присутствует напряжение около 4,5-5 вольт.

Все компоненты приставки, за исключением подстроечного резистора R2, резистора R3 и разъёма mini-USB, размещены на одной стороне платы. Обратная сторона используется как экран. В местах сверловки под выводы R2 и R3, выводах на щупы и на мультиметр, отверстия раззенкованы с обратной стороны, для предотвращения короткого замыкания с экраном. По периметру платы просверлены отверстия, через которые земляной полигон соединяется с противоположной стороной. Резистор R3 убран в ПВХ трубочку.

Резистор R2 выбран многооборотный, типа СП5-2, но можно ограничиться и обычным подстроечным резистором.

Настройка устройства сводится лишь к тому, чтобы подстроечным резистором выставить ток 50 мА. Для этого к входам приставки C+ и C- подключается мультиметр в режиме измерения постоянного тока и на USB разъём подаётся питание. Поворачивая движок подстроечного резистора, выставляем ток 50 мА. Желательно выставить ток как можно точнее, поскольку некорректное выставление тока драйвера будет вводить погрешность в формулу пересчёта сопротивления в напряжение. Советую даже при возможности использовать более точный мультиметр. Настройка закончена.

Формула пересчёта

Согласно закону Ома, R=U/I. Ток нам заранее известен- 50мА. Заранее известен коэффициент усиления MAX4372T, он равен 20. А поскольку 20*0.05А=1, то на каждый измеренный приставкой Ом приходится 1В напряжения, измеренный мультиметром.

Считывание показаний с мультиметра производится следующим образом. Если мультиметр находится в режиме вольтметра, то показания на его дисплее будут в Омах. Если мультиметр в режиме милливольтметра, то показания в миллиОмах. Ничего умножать, делить, вычитать, компенсировать, сбрасывать ноль, и т.п., как в ряде других конструкций, не нужно. Здесь проявляется главное удобство работы с данной приставкой. Если на мультиметре есть режим измерения милливольт, и он, к примеру, имеет предел 400 mV, то в этом режиме мультиметра мы можем измерить резисторы до 400 мОм. Резисторы больше этого номинала следует измерять уже на режиме вольтметра, и показания будут в Омах.

Сборка приставки

Корпус был выбран стандартный, из линейки Gainta, модель G431.

Печатная плата с односторонним монтажом, для упрощения изготовления. Однако, применён двусторонне фольгированный текстолит. С другой стороны платы он служит экраном. Для соединения его с земляным полигоном, по периметру платы просверлены отверстия, и в них пропущен монтажный провод, пропаянный с обеих сторон. При изготовлении печатной платы я заклеиваю скотчем фольгу на противоположной стороне, и она не стравливается в растворе. Мини-USB разъём выполнен на своей маленькой плате, на обратной стороне которой также находится фольга. Эта платка вместе с напаянным на неё разъёмом паяется встык к основной плате. Питание с разъёма подается на основную плату посредством небольшого отрезка монтажного провода. Разводку платы сначала делал под установку разъёма, но затем разъём был вынесен отдельно. В архиве в одном файле 2 платы: основная и платка для разъёма mini-USB. Крепление платы в корпусе производится двумя саморезами по диагонали.

Проводники от зажимов до приставки были выполнены экранированным проводом МГТФ-Э 0.12, но можно использовать любой экранированный провод. Главное, чтобы каждый из 4 проводов был в своём экране, для исключения влияния наводок. Зажимы Кельвина приобретались на широко известно китайском ресурсе, стоимость их небольшая. Каждый провод от приставки припаивается к своей губке зажима, а экраны припаиваются к земляному полигону платы. Экраны проводов со стороны зажимов никуда не подключаются. Провода от зажимов до приставки уложены попарно в свои термоусадочные трубки.

Так как при замере малых сопротивлений счёт идёт на милливольты, проводники от приставки до мультиметра также были выполнены проводом МГТФ-Э 0.12. Они уложены внутрь термоусадочной трубки, и лишь на конце разветвляются. Для подключения приставки к мультиметру в запасах были найдены советские штыревые разъёмы с подпружиненным штырём. Пришлось их немного модифицировать, отрезав резьбовую часть. Можно также использовать широко распространённые banana-plug (бананы).

Питание приставки должно быть в диапазоне 4.5-5.5В. Рекомендуется запитка от 5 вольт ровно. Источник питания должен обеспечивать ток не менее 0.1А. Можно, к примеру, использовать USB порт компьютера. Если будет использоваться какое-либо зарядное устройство для портативной техники, обязательно проверьте его выходное напряжение. Оно не должно быть выше 5,5 вольт.

Обзор и тестирование миллиомметра в ролике:

Авторы устройства:

Nusik1975 aka Андрей Бучнев

Комментировать
7 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector