Вольтметр среднеквадратичных значений - приставка к мультиметру. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Приставка расширяет возможности цифровых мультиметров серии 83х, она позволяет измерять среднеквадратичные значения переменного напряжения различной формы, а с дополнительным шунтом - и тока. Питается приставка от внутреннего стабилизатора АЦП мультиметра, не требует налаживания, проста в повторении и обеспечивает высокую точность измерений.

Об измерении среднеквадратичных (другие названия - действующее, эффективное, а в английской аббревиатуре - RMS) значений напряжения и тока в радиотехнической литературе разговор шел не раз. Поэтому для тех радиолюбителей, у кого такой измерительный прибор отсутствует и нет возможности его приобрести, может представлять интерес сделать его самостоятельно для домашней лаборатории. Задача упрощается, если выполнить подобный прибор на основе специализированной микросхемы AD736 в виде приставки к цифровому мультиметру с питанием от его внутреннего стабилизатора. Схема такой приставки для измерения среднеквадратичного значения переменного напряжения различной формы приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема приставки для измерения среднеквадратичного значения переменного напряжения различной формы (нажмите для увеличения)

Основные технические характеристики

• Пределы измерения, В....... 0,2; 2; 20
• Диапазон частот при измерении напряжения в интервале 0,1....1
• максимального значения для каждого предела измерения, Гц, не менее....... 50...10000
• Погрешность измерения напряжения в указанном выше интервале и диапазоне частот, %, не более ....... 2
• Входное сопротивление, МОм ...... 1
• Потребляемый ток, мА, не более ....... 0,8

С более подробными возможностями и особенностями, определяющими характеристики вольтметров, собранных на основе микросхемы AD736, которая применена в приставке, можно ознакомиться в [2].

Измеряемое переменное напряжение поступает на гнезда "U_вх" и через разделительный конденсатор С1 - на резистивный делитель R1 -R3, с помощью которого задают предел измерения выбором соответствующего положения переключателя SA1. С его подвижного контакта оно поступает на вход микросхемы DA1 AD736JN. Резистор R4 и диоды VD1, VD2 - защитные. Они защищают микросхему DA1 от выхода из строя от повышенного напряжения, которое может появиться на ее входе при ошибочном выборе предела измерения. Ёмкости конденсаторов С2 и С3 выбраны согласно рекомендациям по применению микросхемы и могут быть изменены в зависимости от специфики применения приставки: аудиовольтметр, вольтметр средних значений и т. п. Сигнал с выхода микросхемы DA1 в виде постоянного напряжения положительной полярности поступает на вход "VΩmA" мультиметра для последующего измерения.

Микросхема AD736 требует для питания двухполярный источник напряжения. Минимальные требования к напряжению питания - +2,8 В и -3,2 В. Поэтому для питания приставки от встроенного стабилизатора АЦП мультиметра +3 В применен преобразователь отрицательного напряжения с высоким КПД, собранный на микросхеме DA2, описание которого приведено в [3]. Преобразователь обеспечивает питание микросхемы напряжением -5,5 В.

Приставка собрана на плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Чертеж печатной платы и расположение на ней элементов показаны на рис. 2. Фотография собранной приставки представлена на рис. 3. На плате установлены три перемычки из луженого провода. Их запаивают до монтажа остальных элементов. Микросхемы DA1 и DA2 - в корпусе DIP8. Конденсаторы С1, С4 - выводные керамические, импортные аналоги К10-17Б. Оксидные конденсаторы - импортные выводные (в исполнении mini). Резисторы - выводные мощностью 0,125 или 0,25 Вт. Штырь ХР1 "NPNc" - подходящий от разъема или отрезок луженого провода подходящего диаметра. Отверстие под него в плате сверлят "по месту" после установки штырей ХР2, ХР3. Штыри ХР2 "VΩmA" и ХР3 "СОМ" - от щупов для мультиметра. Входные гнезда XS1, XS2 "U_вх" - клеммник винтовой 350-02-021-12 серии 350 фирм DINKLE, DEGSON. Переключатель SA1 - движковый серий MSS, MS, IS, например, MSS-23D19 (MS-23D18).

Рис. 2. Чертеж печатной платы и расположение на ней элементов

Рис. 3. Собранная приставка

Приставка не требует налаживания. При работе с ней переключатель рода работ мультиметра устанавливают в положение измерения постоянного напряжения на пределе 200 мВ. Для указанной выше точности измерения сопротивления резисторов R1, R2 в делителе можно выбрать из номинального ряда Е12 (10%) или Е24 (5%) следующим образом. Во-первых, выборкой 900 и 90 кОм из резисторов с номинальными сопротивлениями 910 и 91 кОм соответственно. Во-вторых, резистор R1 можно установить сопротивлением 1 МОм, R2 - 100 кОм, R3 - 11,1 кОм, отобрав из резисторов 11 кОм. Впрочем, вариаций здесь много с учетом "все чуть больше" или "все чуть меньше". Перед подключением приставки к мультиметру следует проконтролировать потребляемый ею ток от другого источника питания напряжением 3 В, имеющего защиту по току, чтобы не вывести из строя встроенный маломощный стабилизатор напряжения питания АЦП в случае неисправности какого-либо элемента или случайного замыкания токоведущих дорожек платы.

Входное сопротивление приставки можно увеличить до 10 МОм. Для этого достаточно все сопротивления резисторов входного делителя R1-R3 увеличить в десять раз. Сохранения частотного диапазона, если это необходимо, добиваются, делая делитель частотнонезависимым. В этом случае, как известно, параллельно каждому резистору делителя необходимо подключить конденсатор соответствующей емкости. На плате со стороны печатных проводников для этих конденсаторов предусмотрены соответствующие контактные площадки. Эти конденсаторы - поверхностно монтируемые, типоразмеров 0805, 1206. Ориентировочно постоянная времени каждой такой RC-цепи равна 100 мкс и подбирается по известной методике налаживания входных делителей измерительных приборов.

Наличие обратного тока защитных диодов VD1, VD2 (1N4148) может внести дополнительную погрешность в измерения. Для ее исключения необходимо применить диоды с обратным током не более 1...2 нА при обратном напряжении 5 В, например, FDLL300A или отобрать из имеющихся. Измерить обратный ток можно любым мультиметром на пределе 200 мВ с входным сопротивлением 1 МОм. Катод диода подключают к плюсу источника питания, а анод - последовательно со щупами мультиметра к минусу. Показания в милливольтах будут численно равны обратному току в наноамперах. При входном сопротивлении прибора, равном 10 МОм, показания следует разделить на десять.

Для измерения среднеквадратичных значений переменного тока, например, тока холостого хода сетевых трансформаторов, блоков питания на их основе, импульсных источников питания и других подобных устройств, приставку полезно дополнить измерительным шунтом с зажимами. Для этого необходимо подключить к клеммам "U_вх" резистор сопротивлением 1 Ом с двумя проводами в изоляции, к противоположным концам которых припаивают зажимы, например, "крокодил". Если установить резистор мощностью 2 Вт, можно проводить измерения переменного тока на пределах 200 мА и 2 А, что будет соответствовать положениям переключателя SA1 "200 мВ" и "2 В". Авторский вариант приставки с таким шунтом, подключенной к мультиметру, показан на рис. 4.

Рис. 4. Авторский вариант приставки с шунтом, подключенной к мультиметру

При проверке авторской приставки на точность измерения напряжений треугольной и прямоугольной форм (меандр) частотой 10, 50, 500 и 5000 Гц показания мультиметра отличались от показаний образцового вольтметра не более 1 % в интервале 0,1...1 максимального значения на каждом пределе измерения.

Литература

1. Долгий А. Что показывает вольтметр переменного тока? - Радио, 2006, № 6, с. 23-27.
2. AD736 Low Cost, Low Power, True RMS-to-DC Converter. - URL: analog. com/static/imported-files/data_sheets/ AD736.pdf.
3. Глибин С. Получение удвоенных двухполярных напряжений в преобразователе на микросхемах серии ICL7660. - Радио, 2015, № 3, с. 35.

Автор: С. Глибин

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Металлургия бронзового века 06.02.2003 На юге Иордании археологи раскопали медеплавильную фабрику, заваленную при землетрясении оползнем примерно в 2700 году до н.э. Фабрика отлично сохранилась, почти как дома Помпеи. Видны 70 помещений - цехов. В них, насколько можно понять, работа шла по принципу конвейера за много веков до Форда. Производственный процесс начинался с обработки медной руды и заканчивался выпуском слитков меди, бронзовых топоров, долот и других изделий, вплоть до бронзовых булавок. Предполагают, что они шли в основном на экспорт.

Другие интересные новости:

▪ Термоустойчивый биопластик

▪ Очистка воды целлюлозой

▪ Неожиданное свойство йогурта

▪ Инициативность женщины влияет на отношения в паре

▪ Глобальное потепление сместило земную ось

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Интересные факты. Подборка статей

▪ статья Охотно мы дарим, что нам не надобно самим. Крылатое выражение

▪ статья Действительно ли у коровы четыре желудка? Подробный ответ

▪ статья Главный специалист по электросвязи. Должностная инструкция

▪ статья Экономическая оценка биогазовых технологий. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Устойчивая открытка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026