Вольтметр в качестве амперметра

Ситуации, когда под рукой должен находиться вольтметр, встречаются достаточно часто. Для этого нет необходимости использовать заводской сложный прибор. Изготовить простенький вольтметр своими руками – не проблема, потому что состоит он из двух элементов: стрелочный измерительный блок и резистор. Правда, необходимо отметить, что пригодность вольтметра определяется его входным сопротивлением, которое состоит из сопротивлений его элементов.

Но необходимо учитывать тот факт, что резисторы есть разные с разными номиналами, а это говорит о том, что от установленного резистора будет зависеть входное сопротивление. То есть, подобрав правильно резистор, можно сделать вольтметр под замеры определенных уровней напряжений сетей. Сам же измерительный прибор чаще оценивается по показателю – относительное входное сопротивления, приходящееся на один вольт напряжения, его единица измерения – кОм/В.

То есть, получается так, что входное сопротивления на разных измеряемых участках разное, а относительная величина – показатель постоянный. К тому же, чем меньше отклоняется стрелка измерительного блока, тем больше относительная величина, а, значит, точнее будут измерения.

Прибор для измерения нескольких пределов

Кто не раз сталкивался с транзисторными конструкциями и схемами знает, что очень часто вольтметром приходится замерять цепи с напряжением от десятков долей одного вольта до сотен вольт. Простой приборчик, изготовленный своими руками, с одним резистором это не осилит, поэтому в схему придется подключить несколько элементов с разным сопротивлением. Чтобы вы поняли, о чем идет речь, предлагаем ознакомиться со схемой, расположенной снизу:

На ней показано, что в схеме установлено четыре резистора, каждый из которых отвечает за свой диапазон измерений:

1. От 0 вольт до единицы.
2. От 0 вольт до 10В.
3. От 0 В до 100 вольт.
4. От 0 до 1000 В.

Номинал каждого резистора поддается подсчету, который проводится на основе закона Ома. Здесь используется следующая формула:

• Rп – это сопротивление измерительного блока, возьмем, к примеру. 500 Ом;
• Uп – это максимальное напряжение измеряемого предела;
• Iи – это сила тока, при которой стрелка отклоняется до конца шкалы, в нашем случае – 0,0005 ампер.

Для несложного вольтметра из китайского амперметра можно выбрать следующие резисторы:

• для первого предела – 1,5 кОм;
• для второго – 19,5 кОм;
• для третьего – 199,5;
• для четвертого – 1999,5.

А вот относительная величина сопротивления этого прибора будет равна 2 кОм/В. Конечно, расчетные номиналы не совпадают со стандартными, поэтому резисторы придется подбирать близкими по значению. Далее проводится финишная подгонка, при которой производится градуировка самого прибора.

Как переделать вольтметр постоянного напряжения в переменное

Показанная на рисунке №1 схема – это вольтметр постоянного тока. Чтобы его сделать переменным или, как говорят специалисты, пульсирующим, необходимо в конструкцию установить выпрямитель, с помощью которого постоянное напряжение преобразуется в переменное. На рисунке №2 вольтметр переменного тока показан схематически.

Данная схема работает так:

• когда на левом зажиме находится положительная полуволна, то открывается диод D1, D2 в этом случае закрыт;
• напряжение проходит через амперметр к правому зажиму;
• когда положительная полуволна находится на правом конце, то D1 закрывается, и напряжение через амперметр не проходит.

В схему обязательно добавляется резистор Rд, сопротивление которого рассчитывается точно так же, как и остальные элементы. Правда, его расчетное значение делится на коэффициент, равный 2,5-3. Это в том случае, если в вольтметр устанавливается однополупериодный выпрямитель. Если используется двухполупериодный выпрямитель, то значение сопротивления делится на коэффициент: 1,25-1,5. Кстати, схема последнего изображена на рисунке №3.

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.

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.

Шунт для амперметра. Или как сделать вольтметр из амперметра и наоборот.

Эту статью я решил написать, когда делал источник питания для своей домашней лаборатории. Из собственного опыта замечено, что на регулируемом блоке питания должен быть вольтметр, для оценки устанавливаемого напряжения. А так же амперметр, для приблизительной оценки тока потребляемого нагрузкой. Решено в новый источник питания установить эти полезные элементы: вольтметр и амперметр. Поискав в ящиках, нашел две подходящих измерительных головки (основной критерий — минимальные размеры). С максимальным током 50мкА и 30мА.

Сначала сделаем вольтметр из амперметра

Итак, перейдем к расчетам.

Самое простое сделать вольтметр из амперметра, я использую второй амперметр. Для расчетов нам понадобятся: максимальный ток отклонения стрелки — в моем случае 30мА, Максимальное напряжение, которое должен измерять наш вольтметр — 30В.

Используя закон Ома находим сопротивление: R=U/I, R=1кОм.

Значит шунт (резистор) сопротивлением 1кОм нужно подключить последовательно с амперметром. При этом мы получим вольтметр. Т.е. если через такую последовательную цепь будет протекать ток в 30мА, то падение напряжения на этом резисторе равно 30В. В моем случае мне даже не нужно изменять шкалу прибора, достаточно наклеить букву "V", чтобы было понятно, что это вольтметр.

Следует помнить, что через такой вольтметр всегда будет течь ток 0-30мА, в зависимости от измеряемого напряжения от 0-30В. А так как он используется в блоке питания это не критично. Так же не следует забывать, что резистор должен быть подходящей можности, которую определим по формуле P = I*I*R получим P=30мА*30мА*1кОм=0,9Вт ставим с запасом не меньше 1Вт.

Надо ещё учесть внутреннее сопротивление прибора. Тогда добавочный резистор считается так: Rд=Uп/Iи-Rи.
Rд — сопротивление добавочного резистора;
Uп — макс. значение выбранного предела измерения напряжения;
Iи — ток полного отклонения выбранного амперметра;
Rи — внутреннее сопротивление (рамки прибора) выбранного амперметра, оно указывается.

Делаем амперметр из амперметра у которого маленькая шкала.

У первого амперметра шкала 50мкА это очень мало, мне нужно 1,5А. Чтобы расширить диапазон измерения амперметра, нужно установить шунт, но не последовательно, а параллельно с измерительной головкой. Получается ток будет разветвляться и одна часть потечет через амперметр, а другая через сопротивление. Нужно подобрать такое сопротивление, чтобы ток в 1,5А делился на два, 50мкА через амперметр, а остальной ток через резистор.

Для расчетов понадобится знать сопротивление амперметра, но так как его я не знаю, то шунт буду изготавливать методом подгона. Для этого нужно взять медную проволоку диаметром 0,8-1мм длинной 1 метр и измерить ток, при котором стрелка отклоняется в крайнее положение.

Для этого понадобится регулируемый источник напряжения и нагрузка, я использовал автомобильную лампочку. Далее таким образом подгоняем шунт увеличивая длину проволоки если нужно уменьшить максимальный ток или укорачиваем проволоку если нужно увеличить максимальное значение шкалы амперметра.

У меня получился вот такой шунт в четыре слоя. Края я проклеил силиконовым клеем.

Следует помнить, что если случайно оторвется шунт, то через микроамперметр потечет большой ток и он выйдет из строя.

Амперметр из вольтметра делается по аналогии с первым вариантом, только шунт устанавливается не последовательно а параллельно. Также бывает, что в вольтметрах устанавливаются внутренние резисторы, убрав которые можно получить амперметр.

Следует помнить что амперметр должен иметь минимальное сопротивление, а вольтметр должен обладать очень высоким сопротивлением.

Затеял я навести порядок на рабочем столе и радикально упрятать в корпус привода для чтения CD-ROM лабораторный блок питания, блок питания паяльника TS-100, USB-хаб и USB-зарядку. Но в последний момент возникла трудность — китайский вольтметр с амперметром не влезли по ширине передней панели привода. Решил я сделать свой, снова на PIC16F690, схему которого я давно публиковал на моём старом сайте. Но под руку попали сдвоенные 7-сегментные индикаторы, которые замечательно вписались по ширине корпуса 30мм. Пришлось ставить четырехразрядные индикаторы и переписывать программу контроллера для более точного расчета напряжения и тока…

Как выяснилось уже в процессе эксплуатации нового измерителя, повышенное разрешение приборов очень удобно при диагностике ремонтируемых устройств или отладке новых. Реже приходится пользоваться тестером для замера тока потребления.

Схема нового вольтметра и амперметра для лабораторного блока питания мало отличается от схемы старого. Но софт переписал с нуля и радикально. Главное отличие в схеме амперметра применен шунт не 0,1 Ом, а 0,01. Это очень уменьшило падение напряжения на нём, но повысило требования к преобразователю тока в напряжение. Так как в качестве усилителя я применил «народный» LM358, пришлось для компенсации напряжения смещения вводить программную коррекцию. При первом включении прибора (обязательно без нагрузки) он измеряет падение напряжения на шунте и смещение ОУ и принимает этот уровень за ноль и сохраняет значение в энергонезависимую память. Далее все измерения производятся относительно запомненного уровня.

Если по какой-то причине Вы захотите произвести снова калибровку нуля, сделать это можно подав питание на плату с нажатой кнопкой калибровки. Прибор сотрет старое значение. Следующее включение амперметра приведет к измерению и сохранению напряжения условного нуля отсчета.

Резистор, подключенный к выводу 4 микроконтроллера, определяет тип используемого экрана — с общим анодом или общим катодом.
Плата рассчитана на индикатор высотой знака 0,36″.
Мой неудачный первый опыт сборки прибора показал, что зелёные индикаторы почему-то светят весьма слабо. Видимо потому, что яркость слабого свечения зеленых индикаторов делится во времени не на три, а на восемь разрядов двух индикаторов.

В архиве три платы (индикатор и два варианта процессорной платы для контроллеров в корпусах SSOP и SOIC), схема и прошивка прибора.

Если у Вас возникнут вопросы или Вы захотите связаться со мной, сделайте это с помощью формы на страничке «Обратная связь»

83 thoughts on “ Вольтметр и амперметр повышенной точности ”

Есть мысль использовать этот измеритель в ЗУ автомобильного аккумулятора. Есть два вопроса по этому поводу:
1. На схеме указан диапазон измеряемого тока 0-4А, можно ли его увеличить до 10А?
2. Какой метод измерения тока в этом приборе? В автомобильных зарядных форма тока далека от идеальной, особенно если сделана на тиристорах, поэтому хотелось бы иметь среднеквадратичный метод измерения, True RMS так сказать.

Спасибо за очередную, простую и функциональную конструкцию.

Доброго дня.
Я думаю, для автомобильного зарядного не обязательно мерить в миллиамперах ток.. Для зарядки лучше подойдет вот эта моя конструкция, тем более с нужной разрядностью и учётом формы тока уже всё нормально:
http://smartelectronix.biz/publ/ochen_prostoj_ampervoltmetr_na_pic16f690/1-1-0-2

Здравствуйте, Eddy. Я заметил, что Вы почти никогда не публикуете исходных кодов к своим разработкам, делитесь только готовыми прошивками. Думаю, что Вы как программист хорошо понимаете их ценность, исходники позволяют делиться опытом, исправлять ошибки, и дорабатывать проекты, использовать программные решения одних проектов в других, читающие их программисты могли бы делиться с Вами своими способами доработки Ваших проектов. Исходники позволяют заранее детально оценить поведение прошивки, и её применимость, думаю я мог бы продолжать перечислять, но у Вас вероятно есть причины их не публиковать ? Может это коммерция ? Но Вы не публикуете исходники даже к самым простейшим проектам, коммерчески не эффективным на мой взгляд. И предложений о продаже я тоже не видел тут. Тогда что за причины ? Раскроете секрет?

Доброго дня, Владимир
Вы практически угадали — я уже очень давно зарабатываю на кусок хлеба разработкой устройств на микроконтроллерах и написанием прошивок к ним. Многие пошли в серию от сотен до десятков тысяч устройств. У меня нет стабильной зарплаты от слова «совсем», т.е. что написал, то и получил. Причём очень часто пишу совсем бесплатно, если разработка не для серийного производства, просто из желания помочь людям.
Вторая причина в том, что я считаю, что учиться надо на примерах, выкладываемых производителями контроллеров и компиляторов — тексты тех документов создаются профессиональными программистами, а не самоучками вроде меня. Они содержат подробное изложение теории и практических советов по решению задачи. У меня нет такого количества свободного времени, чтобы заниматься преподаванием основ программирования. Увы.
Третья причина в том, что я очень сомневаюсь в том, что кто-то будет тратить своё время на улучшение или исправление моих текстов. Свои ошибки я стараюсь устранять самостоятельно и максимально быстро. Если человеку нужен вольтметр, он его либо купит на Алиэкспрессе за полтора доллара, либо соберет себе по материалам одного из опубликованных в сети проектов. За пол часа. А сидеть сутками и ковырять сотни строк математики, вспоминая старшие классы школы или курсы института.. Зачем?

1) причина коммерция вполне понятна.
Но я как раз насчёт тех самых не коммерческих. «умные кнопки», думаю один из них. Помню, я очень удивился не увидев исходников в архиве к этим умным кнопкам. Нужды в них не было,
сам бы такое мог написать, просто любопытство. Я давно слежу за вашими разработками они подкупают простотой схемотехники, это стиль всех ваших схем, ведь «Всё гениальное просто!»
Любопытно было может и тексты Ваши так-же просты и понятны всем 🙂

3)причина «…кто-то будет тратить своё время на улучшение или исправление моих текстов.»
Соглашусь с Вами, что никто не будет тратить своё время на доработку чужих частных проектов, но Вы не учли, что проекты с открытыми исходниками с момента их открытия
перестают быть единолично чьими-то. С исходниками навсегда остаются имена их авторов но сами тексты уже достояние общества, и могут стать самостоятельными и бессмертными как и
имена их авторов. (Имя Линус Торвальдс яркий пример). т.е. тексты уже не совсем Ваши и другие люди часто дорабатывают их не из благородства и альтруизма, а в СВОИХ личных и даже корыстных целях и потом делятся своими трудами просто потому, что понимают ценность своего труда, а поделиться этим ничего им не стоит, время на доработку они всё равно уже потратили. Мне лично всегда интересно узнать оценку своей доработки от авторов программы и особенно приятно когда мою доработку включают в официальный релиз.
Я говорю это из личного опыта. Я помню, участвовал в устранении одного бага биллинговой системы Stargazer украинских разработчиков, наличие бага они подтвердили но сами они не спешили его устранять т.к. не использовали эту часть программы. От денег они отказались, сказали нет времени на это. Я потратил недели на изучение исходников и написание патча, разработчики помогали мне, отвечая на вопросы на форуме, результат я опубликовал на том-же форуме с предложением включить в релиз, увы в релиз мой патч не включили по двум причинам,
1) патч не решал проблему в корне, а лишь помогал её обходить т.е. по факту это «костыль» на большее силёнок не хватило 🙂
2) применение патча гипотетически могло нарушить работу программы в других частях, требовалось длительное тестирование, ради не очень полезного самим разработчикам «костыля» они не хотели тратить на это время и рисковать. Их Stargazer-ы обслуживали тысячи абонентов, а мой стоял в офисе на 50чел. Но в любом случае мой патч остался опубликованным, и всем кто столкнулся с тем-же багом как я, было уже можно решить проблему. Пусть авторы не приняли мой способ решения, но баг, а затем и ошибку в их коде я всё-таки нашёл, значит чем-то помог проекту.

2.1)причина » учиться надо на примерах, выкладываемых производителями…»
и согласен и нет . Так как сказали Вы, так надо только начинать учиться основам, далее этого будет мало.
Например основы от производителя научат вас записывать числа в ячейки EEPROM, но если их много, как их там систематизировать чтобы удобно было работать и самому не запутаться,
придумывайте сами.
Основы от производителя научат вас менять содержимое памяти программ, даже есть готовый модуль от mplab xc8 mcc
Но как там не запутаться и меняя текст строки не затереть случайно исполняемый код придумайте сами.
И однажды мне удалось написать свои очень оригинальные версии модулей для работы с EEPROM и памятью программ. Гениальна даже не реализация, её Вы возможно сможете ещё
улучшить, гениальна сама идея переложить на компилятор заботу о распределении памяти EEPROM и FLASH. Мы ведь не задумываемся об адресах размещения наших переменных и констант в озу и памяти программ, компилятор делает это за нас, но в EEPROM производителями такое не предусмотрено, то-же самое при использовании FLASH памяти программ, её используют поблочно, что ещё геморойнее чем EEPROM, при этом память под константы в этой же самой FLASH компилятор успешно распределяет без нашего участия.
Написанные мной модули позволяют работать с этими типами памяти почти так-же привычно как с ОЗУ. Сначала была идея загнать все данные в одну структуру в ОЗУ и работать с ними привычным способом, а в EEPROM только копировать полностью или частично эту структуру из ОЗУ. Но такой не бережный расход ОЗУ меня не устраивал. И тут пришла идея объявить эту структуру в ОЗУ и не использовать! (не сочтите меня поспешно за идиота) т.к. структура не будет использоваться её можно объявить располагаемой хоть с нулевого адреса ОЗУ где лежат совсем другие данные. Этим данным ничто не угрожает. Эта структура описывает данные хранимые на самом деле в EEPROM, компилятор об этом «не догадывается:)» она позволяет нам привычным способом получать данные о размерности элементов и их смещении относительно начала структуры. Работать с указателями на элементы этой структуры надо ,передавая их в специальную функцию которая вычислит смещение и использует его для чтения или записи нужного элемента из EEPROM!
С памятью программ получилось ещё интереснее, там оказались совсем не нужны виртуальные структуры, ведь компилятор в этой области умеет работать с константами, правда только на чтение 🙂 этот недостаток я и исправил написав функцию, меняющую значение констант по указателю. Т.е. для использования памяти программ в качестве перезаписываемой, объявляем обычные константы, константные структуры и массивы, читаем их обычным способом и перезаписываем передавая указатель в мою функцию.
А теперь скажите, Вы видели подобные примеры от производителей?
Оценив на практике удобство и мощь этих модулей, возник вопрос — почему ни в одном учебнике мне не попалось ничего подобного, я присваиваю новые значения константам и
константным структурам будто они не константы вовсе! Написав тогда собственное решение лучше предлагаемых профессионалами, я понял что они не боги. И у самоучек могут быть не
стандартные решения лучше. Такие удачные изобретения получаются не часто, как настоящие шедевры 🙂 Думаю у каждого опытного программиста есть подобный «брилиант» среди своих наработок, и получить их много в своё распоряжение можно только разбирая чужой код. Самому много такого не придумать нужна слишком «большая удача».
А примеры от производителей конечно грамотны и полезны, но теперь для меня это лишь «инструкция к инструменту» она учит грамотно пользоваться инструментом, но шедевры
делать не научит.

2.2)причина » У меня нет такого количества свободного времени, чтобы заниматься преподаванием основ программирования. Увы.»
Тут мне возразить совсем нечего, в рыночной экономике все участники загружены по максимуму, а кто нет, тот проиграл в конкуренцию.
Публикация исходников вызовет и дилетантские вопросы и не всегда полезные Вам дискусии, с потерей времени.
Надеюсь однако, что наша беседа была Вам полезна.

«Самое важное — не то большое, до чего додумались другие, но то маленькое, к чему пришёл ТЫ сам » /Харуки Мураками/ ©
🙂
И всё же, я считаю что для обсуждения способов реализации той или иной функции есть специализированные форумы программистов.
У этого показометра исходник 550 строк. На Си (PCWHD). Две недели с чистого листа. Зачем это нормальному человеку?
Я проникся кусочком философии Джобса, который стремился спрятать сложность объекта от пользователя — устройство должно быть простым и хорошо выполнять свои функции. У человека не должна болеть голова, где там ошибка. Ему надо чтобы всё работало, а не заниматься самоистязанием с калькулятором и симулятором..
Я думаю, что возможно, когда я смогу хоть малость расслабиться от необходимости добывать кусок насущной пищи и буду считать себя достаточно умелым программистом, начну выкладывать свои труды. А пока сам учусь программированию. Постоянно. Последние лет тридцать. 🙂