Приветствую всех. Поведу сегодня речь о вольтметре. Что такое вольтметр многие помнят из школьных уроков физики 8 класса. А если быть точнее, то вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) - измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. (Согласно определению Википедии)
Идеальный вольтметр должен обладать бесконечно большим внутренним сопротивлением. Поэтому чем выше внутреннее сопротивление в реальном вольтметре, тем меньше влияния оказывает прибор на измеряемый объект и, следовательно, тем выше точность и разнообразнее области применения. К нашему прибору к сожалению это не относится, поскольку по проводам, с помощью которых производим измерения подается ток для питания схемы и индикаторов.
По принципу действия наш вольтметр электронный, цифровой. Это значит, что микросхема, которая установлена внутри измеряет сигнал и преобразует его в цифровой вид для удобства восприятия.
В прошлом веке распространены были стрелочные вольтметры, типа таких:
Впрочем они и сейчас широко используются.
Но возможно Вам более знакомы другие картинки:
индикатор уровня/вольтметр в магнитофоне
или даже в автомобиле семейства ВАЗ классика
У стрелочных вольтметров есть существенный недостаток - подвес катушки со стрелкой, которые требуют бережного отношения и призваны работать только в одном положении (в противном случае возрастает погрешность при измерении). Этого недостатка нет у электронных приборов. Советская промышленность освоила специализированные микросхемы типа 572ПВ2 и 572ПВ5, но они тоже морально устарели.
Доставка:
Обычный пакет, никаких пупырок и прочей защиты.
Дошло обычной почтой без трека примерно за 40 дней с момента заказа.
Заявленные характеристики и реальность:
-Диапазон измерения 3.2-30 Вольт.
-Защита от неправильного включения
Установлен диод защитный.
-При напряжении ниже 10 Вольт точность 0.01 В +-1 знак
-При напряжении выше 10 Вольт точность 0.1 В
-Красный цвет светодиодов
В продаже есть и с другими цветами семисегментных индикаторов
-Не требует питания
На самом деле питается от проводов на которых производится измерение
-Измерение производится по двум проводам
-Дисплей состоит и 3х светодиодных семисегментных индикаторов высотой 0.56 дюйма что соответствует примерно 14 мм
-Время обновления данных 5 раз в секунду
-Максимально изменяемое напряжение 30 Вольт
Ограничено стабилизатором на плате
-Минимальное 3.2 Вольта.
По факту примерно от 3.6 Вольта.
-Заявленная точность:
0.01В при измерении до 10В и 0.1В от 10В и выше, не более 1%±1знак
Соответствует (АЦП 12 бит)
-Диапазон температур -10℃~65℃
-Размеры: 48мм x 29мм x 22мм (L*W*H)
Посадочное отверстие: 46*27мм
-Ток потребления не более 20mA
Ток потребления зависит от цифр на индикаторе - чем больше горит сегментов, тем больше потребляемый ток, но не более 20 мА
Внешний вид с небольшими подробностями:
Размеры соответствуют заявленным, что не удивительно. Поэтому на них подробно останавливаться не буду.
Язычки для фиксации вольтметра в окне:
Плата немного болтается в корпусе, «лечится» каплей герметика или клея.
Пустой корпус и защитная пленка, она же выполняет роль светофильтра:
Пленка с лицевой стороны матовая, благодаря чему бликов при засвете относительно немного:
Индикатор на 3 знака. Даже пленку не сняли:
Фото для сравнения
Пленка «работает при засвете» С бликами достаточно приемлемо:
параметры читаемы.
Дошли наконец и до платы:
Пайка вполне аккуратная, следов флюса не обнаружено.
D1 защитный диод не дает выйти из строя компонентам при неправильном подключении (неправильная полярность). U2 стабилизатор 7133H Holtek (3.3 Вольта) от него питается микросхема. На основании того, что на стабилизаторе (серия low drop) падает минимум 0.1 Вольта, а так же на диоде падает не менее 0.2 Вольта, поэтому минимальное питание вольтметра, при котором гарантированы стабильные значения должно быть не менее 3.6 Вольта. Что не совпадает с заявленным продавцом. Резисторы 221 (8штук) ограничивают ток сегментов индикаторов.
Маркировка на контроллере удалена. Изначально я подумал, что используется какой то PIC16, но я не нашел в каталоге корпуса с 16 ногами, поэтому все же склонился к мысли о контроллере серии Holtek . В любом случае АЦП 12 бит избыточен для 30 Вольт и точности 1 знак после запятой. С небольшой натяжкой можно было бы использовать 8 бит АЦП.
Испытания:
Сводятся к банальному сравнению с существующими приборами.
Не обращайте внимания на минусовые показания, это у нас электрики так пользуются, а я сразу и не заметил.
Скрутки проводов для одновременного подключения- не выход из положения. Использовал пружинные клеммники wago.
Заявлена работа от 3.2 Вольта, но внутренний стабилизатор требует минимум 3.4 Вольта на входе.
забыл переключить на больший диапазон
Вообщем точность относительно высокая и даже обнаружилось что токоизмерительные клещи занижают показания, поэтому их как ориентир я буду игнорировать.
Плату я не замораживал, но пробовал греть феном примерно до +50С. Результаты не изменились.
Оккупировала детское кресло
неудачное фото
Небольшое не обязательное видео о бликах и частоте обновления показаний для наглядности:
Выводы:
Различные самоделки - прямое предназначение. Если произвести герметизацию щелей, то можно использовать как защищенные IP 67. Одна из причин подвигших меня купить данные вольтметры - заканчиваются старые запасы стрелочных вольтметров. Я применяю их в самодельных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов на базе трансформатора для электронных ламп. К сожалению фотографий законченного устройства ни одной нет - потребители на мою просьбу прислать фото в работе игнорируют. Ссылку на посторонний ресурс размещать не буду, по желанию можно в личку отправить.
Существуют в продаже и более дешевые варианты вольтметров - без корпуса.
Плюсы:
Исполнение корпуса с рамкой (щитовое исполнение) дает возможность закрыть глаза на неточно изготовленое посадочное отверстие
Большие и яркие цифры
Существуют несколько цветов
Экран почти не дает бликов
Точность соответствует +-1 последнему знаку
Минусы:
Питание требует от 3.6 Вольта (заявлено 3.2)
Плата незначительно болтается в корпусе.
Цифровой амперметр на светодиодах – удобный способ отображения информации, при котором имеет значение не только модуль измеряемой величины (что, кстати, значительно удобнее определять не по отклонению стрелочного индикатора, а по величине столбчатой диаграммы, или при помощи мини-дисплея), но и частоту изменения этого параметра.
Описание схемы
Светодиоды не отличаются большой мощностью, но использовать их в слаботочных электрических цепях допустимо и целесообразно. В качестве примера можно рассмотреть схему получения цифрового амперметра для определения силы тока в аккумуляторной батарее автомобиля, при номинальном диапазоне значений в 40…60 мА.
Вариант внешнего вида амперметра на светодиодах в столбик
Количество использованных светодиодов определит пороговое значение тока, при котором в работу будет включаться один из светодиодов. В качестве операционного усилителя можно использовать LM3915, либо подходящий по параметрам микроконтроллер. На вход будет подаваться напряжение через любой низкоомный резистор.
Удобно отражать результаты измерения в виде столбчатой диаграммы, где весь, практически используемый диапазон тока будет разделяться на несколько сегментов по 5…10 мА. Плюсом LED является то, что в схеме можно использовать элементы разного цвета – красного, зелёного, синего и т.д.
Для работы цифрового амперметра потребуются следующие компоненты:
- Микроконтроллер типа PIC16F686 с АЦП на 16 бит.
- Настраиваемые джамперы для выхода конечного сигнала. Можно, как альтернативу, применить DIP-переключатели, которые используются в качестве электронных шунтов или сигнальных замыканий в обычных электронных цепях.
- Источник питания постоянного тока, который рассчитан на рабочее напряжение от 5 до 15 В (при наличии стабильного напряжения, что контролируется вольтметром, подойдёт и 6 В).
- Контактная плата, где можно разместить до 20 светодиодов типа SMD.
Электрическая схема амперметра на LED источниках Последовательность размещения и монтажа амперметра
Входной сигнал по току (не более 1 А) подаётся от стабилизированного блока питания через шунтирующий резистор, допустимое напряжение на котором не должно быть более 40…50 В. Далее, проходя через операционный усилитель, сигнал поступает на светодиоды. Поскольку значение тока во время прохождения сигнала изменяется, то соответственно будет изменяться и высота столбика. Управляя током нагрузки, можно регулировать высоту диаграммы, получая результат с различной степенью точности .
Монтаж платы с SMD-компонентами, по желанию пользователя, можно размещать либо горизонтально, либо вертикально. Смотровое окошко перед началом тарировки необходимо перекрывать тёмным стеклом (подойдёт фильтр с кратностью 6…10 х от обычной сварочной маски).
Тарировка цифрового амперметра состоит в подборе минимального значения нагрузки по току, при которой светодиод будет светиться. Варьирование настройки производится экспериментально, для чего в схеме предусматривается резистор с небольшим (до 100 мОм) сопротивлением. Погрешность показаний такого амперметра обычно не превышает нескольких процентов.
Вы знали, что можно переделать старый вольтметр в амперметр? Как это сделать — смотрите видео:
Как настраивать регулировочный резистор
Для этого последовательно устанавливают силу тока, которая проходит через определённый светодиод. В качестве контрольного прибора можно использовать обычный тестер. Вольтметр включается в схему перед микроконтроллером, а амперметр – после него. Для исключения влияния случайных пульсаций подключается также сглаживающий конденсатор.
Практическим плюсом изготовления прибора своими руками (светодиодов не должно быть менее четырёх) является устойчивость схемы при значительных изменениях первоначально заданного диапазона силы тока. В отличие от обычных диодов, которые при коротком замыкании выйдут из строя, светодиоды просто не загораются.
Св-диоды как измерители тока в аккумуляторной батарее автомобиля, не только экономят заряд и сохраняют аккумуляторы, но и позволяют более удобным способом считывать показания.
Аналогичным образом можно построить и цифровой вольтметр. В качестве источников света для такого варианта применения подойдут элементы на 12 В, а наличие дополнительного шунта в схеме вольтметра позволит более рационально использовать всю высоту столбчатой диаграммы.
Это описание простого псвевдоаналогового вольтметра. Чтение измеренного значения происходит в виде точек светодиодов, стилизованных по типу стрелочнового датчика (хотя можно сделать и в виде LED линейки), но измерение происходит в цифровой форме, с использованием микроконтроллера. Вольтметр был создан в качестве дополнения к регулируемому блоку питания и был сделан из имеющихся под рукой радиоэлементов.
Схема принципиальная
Вольтметр состоит из двух частей: дисплея и измерительного модуля. Здесь обычный блок питания 5 В, МК Atmega8 с внешним источником опорного напряжения и регистры с 32 светодиодами.
Простой LED вольтметр — схема цифровой части
Основной диапазон измерений напряжения 1-32 В с разрешением 1 В, но решено ещё добавить автоматическое изменение диапазона на 0,1-3,2 В с разрешением 0,1 В.
Простой LED вольтметр — схема индикатора
Принцип действия основан на измерении напряжения с помощью двух преобразователей ADC0 и ADC1. Преобразователь ADC1 используется для определения диапазона измерения. Значение с этого датчика позволяет контролировать и добавлять резистор R9 через пин порта PC2 — образуя делитель 1:10, или отключая его. Для напряжений 0,1-3,2 V входное напряжение с CON2 подается через резистор R8 и поступает непосредственно на вход преобразователя ADC0. Если напряжение превысит заданное значение 3,3 вольта, то происходит переключение с низкого диапазона, (загорается зеленый диод LED33), на диапазон высокий.
Чтобы использовать такой вольтметр для блока питания 15 В, можно вместо делителя 1:10 установить делитель 1:4, что как раз и дает диапазон до 16 В с разрешением 0,5 В. Так как не каждому понравится переключение диапазонов, можно от этого отказаться и сделать один диапазон, соединив R9 непосредственно на массу, разрезав соединение с контактом PC2, ADC1 неиспользованный, вы можете также подключить к массе.
Диоды D2-D5 (вместе с R8, R10), представляют собой простейшую защиту преобразователей от подачи напряжения выше, чем напряжение питания Atmega, то есть 5 В. Конденсаторы C7, C8 дополнительно фильтруют расчетное напряжение. От внутреннего опорного напряжения Atmega отказались из-за его нестабильности. Образцовое напряжение выполнено на TL431. Значение опорного напряжения было зафиксировано на уровне 3,3 В. Точная настройка осуществляется с помощью потенциометра. Резисторы R3 и R4 позволяют подобрать диапазон регулировки напряжения потенциометра.
Питание аналоговой части МК также выполнено типично, с использованием дросселя 10 мкГн и конденсатора 100 нФ. Разделили массу цифровую и аналоговую.
Напряжение измерения передаются последовательно в регистры сигналами, маркированными как CLK, D и С., которые выводятся на разъем CON4.
Переключение режимов
Вольтметр может работать в режиме «светящейся точки» по стандартной настройке, или в режиме LED линейки. Изменение режима осуществляется изменением состояния контакта PB0, pin 14. Подключение к массе — это режим точечный, отсоединение этого контакта от массы — перевод в режим линейки.
Транзистор T1, R6, R7 и LED1 образуют простой источник тока, благодаря чему можно избежать необходимости применения отдельных резисторов для каждого из 32 светодиодов дисплея. Ток такого источника тока определяется номиналом R7. Вольтметр выполнен на односторонних печатных платах. Файлы и прошивка — .
Схема бортового автомобильного вольтметра с индикацией на приведена на рисунке ниже:
Прибор представляет собой шестиуровневый линейный индикатор, в интервале от 10 до 15 вольт. DA1, на К142ЕН5Б на выводе 8, выдает напряжение 6 вольт для питания цифровой микросхемы DD1 типа К561ЛН2. Инверторы микросхемы К561ЛН2 служат пороговыми элементами, представляя собой нелинейные усилители напряжения, а резисторы R1 – R7 задают смещение на входах этих элементов. входное напряжение инвертора превысит пороговый уровень, на его выходе появится напряжение низкого уровня, светодиод на выходе соответствующего инвертора будет светиться.
Печатная плата бортового светодиодного вольтметра со схемой расположения деталей на ней, размером 80х45 мм изображена на рисунках ниже:
При налаживании бортового светодиодного вольтметра, вместо аккумулятора подключают лабораторный стабилизированный источник на 10 вольт, установив временно подстроечный резистор, вместо резистора R1. Изменяя сопротивление R1, добиваются момента включения светодиода HL1. Остальные уровни устанавливаются автоматически. При детальной проверке остальных уровней, уточняются сопротивления R2 – R6, соответственно.
Практически вся техника, которую выпускают в наши дни, содержит в себе светодиоды. Они буквально окружают нас со всех сторон, начиная от ламп и фонариков, заканчивая определением напряжения буквально во всей бытовой технике. Их часто используют для подсветки экранов, управления различными приборами и т.д.
Чаще всего в технике используются светодиоды пяти цветов:
- белые,
- красные,
- зеленые,
- желтые,
- синие.
Так же они могут создавать инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Именно такие незаменимы в системах управления: пульты для телевизоров, кондиционеров и другой бытовой техники.
Мы рассмотрим способ применения светодиодов в определении напряжения устройств. Основной прибор для измерения напряжения – вольтметр. Как же тут могут пригодиться светодиоды? Они и станут нашими видимыми индикаторами.
Обычно, как образец приводят пример вольтметра на основе 12 светодиодов. Соответственно он может индексировать напряжение в диапазоне от 0 до 12 вольт. Такое устройство можно весьма эффективно использовать для измерения блоков питания, которые можно регулировать. Незаменимым он будет так же для радиолюбителей, в частности для создания небольших приборов дома.
Светодиоды – индикаторы
Использование светодиода в качестве индикатора тоже имеет свои законы, которые нужно знать, если вы собираете прибор своими руками.
- Важно соблюдать полярность. Светодиод – полупроводниковый прибор, который имеет два вывода: катод и анод. Работать он будет только в случае прямого включения.
- Граница напряжения. Для каждого светодиода она своя. Если превысить это значение – он сломается.
- Как индикаторы рекомендуется применять светодиоды, которые достаточно ярко горят при напряжении 5 мА.
Вольтметры на светодиодах
Если погрешность вольтметра составляет не более 4%, то его можно смело назвать индикатором. Такое устройство можно легко сделать своими руками при помощи светодиодов. Вы сможете использовать такой вольтметр для индикации микросхем под напряжением 5 вольт. Индикаторами будут 6 светодиодов в границах 1,2 – 4,2 вольт с промежутком через 0,6 вольт. Светодиоды должны потреблять 60 микроампер.
Принцип работы индикатора основан на фиксации падения напряжения в переходах: база – эмиттер транзисторов и прямых падений на диодах (0,6 вольт).
Схему такого вольтметра легко найти в интернете.
Как собрать вольтметр для аккумулятора автомобиля?
Этот вольтметр можно использовать как для 12-вольтного аккумулятора, так и для зарядных устройств, либо вообще самостоятельно.
Индикатор будет состоять из 10 светодиодов с разницей значения в четверть вольт. Измерение напряжения будет в диапазоне 10,25 – 15 вольт.
Питание осуществляется от напряжения, которые вы будете измерять.
Основой схемы такого вольтметра являются две поликомпараторные микросхемы с линейным законом индикации.
Микросхема – это набор из 10 компараторов и резисторов, которые образуют делитель напряжения. У компаратов на выходе есть ключевые каскады для того, чтобы управлять светодиодами. Для того, чтобы микросхемы работали последовательно, резисторные делители включены именно в таком (последовательном) порядке.
Светодиоды устанавливаем в одну линию. Вы можете взять как светодиодные линейки, так и 10 отдельных светодиодов. Для вольтметра подойдут светодиоды любого типа.