Как сделать простой вольтметр своими руками – схемы и рекомендации

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:

R=(Uп/Iи)-Rп, где

• 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.

Подготовка платы

Детали монтируются на самодельной плате из фольгированного текстолита. Для закрепления элементов в плате высверливаются отверстия. Плату, на которой можно собрать цифровой вольтметр своими руками, можно изготовить самостоятельно. Предварительно на куске плотного картона располагаются заготовленные элементы. Выводами необходимо проткнуть картон. После этого рисуют соединяющие проводники, согласно схеме. Далее рисунок переносится на текстолит. Лаком или эмалью покрываются соединительные дорожки, после чего плату протравливают в растворе и тщательно промывают.

Раствор готовится из следующих компонентов:

• 100 мл перекиси водорода (3%);
• 30 г. (1 ст. л) лимонной кислоты;
• 5 г. (ч. л.) поваренной соли.

К сведению. В случае необходимости можно добавить воды и подогревать раствор, это поможет процессу проходить быстрее. Данная пропорция рассчитана на объём раствора, позволяющий обработать текстолит площадью 10 см2.

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.

Детали

Для сборки вольтметра необходимы следующие компоненты:

• микросхемы СА31162 и КР514ИД2;
• транзисторы КТ361 – 3 шт.;
• резисторы постоянные мощностью 0,125 Вт, номиналом: 1кОм – 4 шт.; 470 Ом – 7 шт.; 470 кОм – 1 шт.; 4,7 кОм – 1 шт.; 820 кОм – 1 шт.;
• переменные резисторы: 5,1 кОм (регулировка режима «предел») и 47 кОм (регулировка «установка нуля»)
• конденсаторы: 0,22 мФ – 2шт.; 6800 пФ; электролитический на 100 мФ*150 В;
• индикаторы АЛ324Б – 3 шт.

Детали можно брать б/у, с выводами достаточной длины для успешного монтажа. Транзисторы ключей подбираются с одинаковыми сопротивлениями переходов или с близкими значениями.

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.

Сборка и настройка

Плату помещают в подходящий по размерам корпус и закрепляют винтами. Тут же необходимо предусмотреть место для аккумулятора и установку гнезда для подзарядки. На переднюю панель выводятся клеммы подключения измерительных щупов и рабочие оси переменных резисторов. Снаружи корпуса устанавливается и индикатор показаний результатов.

Самодельный вольтметр на СА31162 в особой настройке не нуждается. Резистором R4 на приборе калибруется «ноль» при аналогичной величине Uвх. Резистором R5 калибруют пределы измерения по заранее известной величине Uвх.

Самодельная конструкция цифровых вольтметров, выполненная на качественных компонентах, не уступает заводским изделиям. Аналогичные схемы можно собрать на АЦП типа КР572ПВ2, КР572ПВ5. Вместо дешифратора на логике ТТЛ, указанного в схеме, допустимо применять детали на логике КМОП (МОП), предварительно согласовав такую сборку с микросхемой АЦП.

Какие типы бывают

Аппараты такого рода относятся к приборам, выполняющим непосредственный отсчёт при определении значения напряжения. Основным требованием к таким устройствам считают высокое внутреннее сопротивление. При параллельном подключении к участку, на котором нужно протестировать величину напряжения, он не должен оказывать на него никакого влияния.

Если провести классификацию приборов, измеряющих напряжение, то можно выделить следующие пункты:

• особенность (принцип) работы;
• цель применения;
• структуру и методы использования.

Приборы делят на два вида: электромеханические и электронные. Первые представляют собой конструкцию, в которую входят электромеханический механизм и отображающее результат устройство. Вторые делятся на приборы аналоговые и цифровые.

Внимание! Название «электромеханический» означает, что все эти конструкции: электромагнитные, магнитоэлектрические и другие, производят отклонение электроизмерительной системы под воздействием электричества. Электромеханический вольтметр электромагнитной системы

Электромеханический вольтметр электромагнитной системы

Аналоговые устройства в дополнение к набору шунтов включают в свой состав усилитель. Это узел, позволяющий увеличить нижний интервал измерений и повысить Rвх, а также проводить измерение постоянного и переменного напряжения.

Цифровой вольтметр отображает на дисплей данные в цифровом формате. Схема допускает преобразование напряжения в электрический код при помощи аналого-цифрового устройства.

Тестеры по цели применения позволяют выполнять следующие опции:

• измерение разности потенциалов постоянного тока;
• определение величины напряжения переменного тока;
• замеры импульсных напряжений;
• фазочувствительные измерительные аппараты;
• универсальные устройства;
• приборы избирательного (селективного) действия.

Структура, строение и способы использования позволяют применять вольтметры для стационарного размещения, щитового расположения и для измерений в полевых условиях (переносные).

Сопротивление электрической схемы

Сопротивление, которое образуется в системе, зависит от количества знаков в цепи. В данном случае следует понимать, что шкалы вольтметров могут сильно отличаться. Отношение измеряемой величины прямо пропорционально напряжению. Дополнительно нужно учитывать помехозащищенность, которая также влияет на сопротивление устройства. Тут следует отметить, что именно цифровой встраиваемый вольтметр отличается большими амплитудами.

В данном случае это оказывает большое влияние на возникновения помех в цепи. Наиболее частой причиной резкого скачка считают неправильную работу блока питания. При этом средняя частота устройства может нарушаться. Таким образом, на входе в цепи имелось, к примеру, 50 Гц, а на выходе получилось 10 Гц. Как результат, в соединительном проводе образуется сопротивление. Постепенно это приводит к утечке, а происходит это в месте, где находятся клеммы. В данном случае проблема может быть решена путем заземления этого участка. В итоге помехи переходят на входную цепь и частота в приборе стабилизируется.

Разновидности МИ по назначению

В соответствии с целевым предназначением, МИ подразделяют на следующие типы:

1. Грунтовые модели, предназначенные для изысканий под землей в верхних слоях почвы. Приборы этой категории наиболее распространены среди поисков металлов и кладоискателей, способных собрать металлоискатель своими руками в домашних условиях. Простейшая самоделка обладает низкой точностью и не всегда различает металлы разного вида. Профессиональные приборы могут выявить небольшие золотые крупинки, проигнорировав прочие металлы.
2. Глубинные модели, рассчитанные на обнаружение целей на глубине до 6 метров. Однако «увидеть» они могут только крупные предметы площадью свыше 400 кв. см. Глубинные приборы востребованы инженерными службами в качестве трассоискателей, геологами – как специализированные георадары для поисков самородного золота и т.п.
3. Подводные устройства металлопоиска, работающие под водой. К ним предъявляются повышенные требования к герметичности поисковой системы. Условия работы подводного МИ в морской и пресной воде значительно различаются. У подводных детекторов используется только звуковая индикация.

Обратите внимание! Подводные МИ можно применять на поверхности в режиме обычного грунтового металлоискателя. Поисковикам необходимо только подогнать длину штанги и положение упора, чтобы было удобнее пользоваться прибором

1. Специальные металлодетекторы:

• охранные устройства для обнаружения металлоизделий в багаже, в одежде либо на теле человека при досмотре;
• промышленные металлодетекторы в составе конвейерных линий, сигнализирующие о наличии металлов в продукции;
• армейские приборы, обобщенно называемые миноискателями;
• детекторы, настроенные исключительно на золотые предметы.

На рис. ниже показан ручной досмотровый металлодетектор.

Особенности девайса

Как сделать электронный светодиодный вольтметр-термометр на микроконтроллере в машину из калькулятора своими руками? Как осуществляется подключение вольметра с амперметром в автомобиле в прикуриватель? Сначала рассмотрим основные особенности автомобильных вольтметров.

Основное назначение устройства заключается в замере параметра напряжения в автомобильной сети. Аналоговые и ламповые девайсы оборудуются шкалой со стрелочным указателем, но в машину лучше поставить цифровой гаджет. В таких приборах все параметры выводятся на дисплей. Стрелочные девайсы постепенно отходят на второй план, сегодня они являются морально устаревшими (видео опубликовано каналом Китай в SHOPe).

Разновидности

Вольтметры могут быть или стандартными, или комбинированными:

1. Ключевой особенностью стандартных вольтметров являются довольно небольшие габариты, это дает возможность поставить девайс абсолютно в любом месте салона в авто. На практике такие устройства чаще всего подключаются к прикуривателю. При таком подключении вольтметр сможет фиксировать напряжения в сети как при заведенном, так и на заглушенном силовом агрегате. В первом случае рабочий параметр должен составить 13.5-14.5 вольт, во втором около 12.5 В.
2. Комбинированные устройства. Такие девайсы могут быть также оборудованы тахометрами, амперметрами и даже термометрами. Комбинированные вольтметры считаются более функциональными устройствами, поэтому они более востребованы на рынке.

Налаживание

В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11-10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр.

Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра. Далее, налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W.

Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.

Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но мне показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.

По этой же схеме можно сделать и автомобильный вольтметр. Схема такого прибора показана на рисунке 4. Схема от показанной на рисунке 1 отличается только входом и схемой питания. Этот прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть, измеряет напряжение, поступающее на него как питающее.

Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в схеме на рисунке 1, то есть для измерения в пределах 0. 99.9V.

Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7. 16V. Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1.

Что понадобится

— микроконтроллер Arduino Uno — текстовый ЖК экран — пара резисторов на 10 кОм — выпрямительный диод — клемник — макетная плата — соединительные провода «папа-папа»

Микроконтроллер Arduino Uno умеет измерять напряжение на контактах для подключения аналоговых устройств. Плата рассчитана на постоянный ток напряжением до 5 вольт, более высокое напряжение может повредить плату. Некоторые батарейки выдают больше, например «Крона» — 9 вольт. Чтобы не повредить плату, добавлю простой делитель напряжения — он позволит справиться с 10 вольтами.

Соберу вольтметр на макетной плате: так можно быстро менять схему, добавлять новые детали и исправлять ошибки. С паяльником это намного труднее.