Простая схема миллиомметра
Fairchild LM317
Занимаясь недавно отладкой своей схемы, я обнаружил короткое замыкание слоя питания на землю. Миллиомметра или тестера с эквивалентными возможностями для поиска коротких замыканий у меня не было. Поэтому я вошел в Интернет, чтобы найти описание простого миллиомметра. Я нашел ответ в технической документации производителя, в который излагались основы четырехпроводного измерения малых сопротивлений. В описанном методе использовалась микросхема источника опорного напряжения, служившая входным каскадом для управляемого источника постоянного тока. Я быстро откопал в куче старых компонентов управляемый стабилизатор напряжения LM317. Между своими выводами VOUT и VADJ эти микросхемы поддерживают напряжение 1.25 В – стабильное напряжение, позволяющее подойти к решению проблемы постоянного тока. Оставалась еще нерешенная проблема диапазона выходных напряжений источника постоянного тока. Схема, над которой я работал, питалась напряжением 3.3 В; таким образом, и напряжение милливольтметра я должен был ограничить этим же значением. При высоком выходном сопротивлении выходное напряжение LM317, включенной в конфигурации источника постоянного тока, равно входному напряжению. Я хотел использовать лабораторный источник питания или батарею 9 В, напряжение которых изжарило бы на плате любую логику 3.3 В. В идеале мне хотелось ограничить напряжение уровнем 1.5 В. В результате я пришел к схеме, изображенной на Рисунке 1.
 | |
| Рисунок 1. | Сделайте собственный миллиомметр из микросхемы регулятора напряжения и нескольких резисторов. |
IC1 управляет базовым током n-p-n транзистора Дарлингтона Q1. Микросхема стабилизирует напряжение, падающее на выбранном резисторе, образуя, таким образом, источник постоянного тока. В зависимости от подключенного эмиттерного сопротивления, выходной ток источника равен либо 10, либо 100 мА. Выключатель S1 позволяет продлить срок службы батареи. Вы можете откалибровать источник тока, подключая резистивную нагрузку между точками A и B и измеряя напряжение на резисторе с помощью цифрового мультиметра. Я использовал 5 и 10 Ом и устанавливал ток 10 мА в одной позиции переключателя S2 и 100 мА в другой. Для измерения малых сопротивлений к проверяемому участку подключите точки A и B. Диапазон измерений мультиметра переключите на милливольты. Мультиметр покажет напряжение, пропорциональное измеряемому сопротивлению. Если вы откалибруете схему по предложенной методике, показания прибора будут соответствовать 10 Ом/В на диапазоне 100 мА, и 100 Ом/В на диапазоне 10 мА.
Для поиска коротких замыканий на печатной плате подключите A и B к точкам печатной платы, между которыми по вашему предположению может находиться участок с коротким замыканием. Подключите один щуп мультиметра к измерительной точке A, а другой используйте для проверки схемы. Неизменное напряжение вдоль трассы печатной платы указывает на то, что ток по нему не течет, и данный проводник не является причиной короткого замыкания. Чтобы локализовать точку короткого замыкания, ищите места с наибольшими показаниями мультиметра на участках с низкими показаниями и места с наименьшими показаниями на участках с высокими показаниями.
Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман
Источник
Точное измерение малых сопротивлений.
Метод применяется в измерениях сопротивлений малой величины, доли Ом, при проверке и изготовлении шунтов, датчиков тока, ремонте измерительных приборов и т.д.
В качестве примера ниже показана часть схемы электроизмерительного прибора с применением точных резисторов, их номиналов и допусков:
Обычным мультиметром, даже цифровым, измерить сопротивление до сотых, а то и тысячных долей Ом невозможно.
Существуют специальные приборы для точного измерения сопротивлений реализованные на принципе баланса моста. Но они мало у кого есть и специально приобретать их не выгодно.
Косвенный метод точного измерения сопротивлений по падению напряжения в большинстве случаев может заменить измерительный мост и легко реализуется. Нужно собрать такую схемку (показана ниже), произвести измерения тока и падения напряжения на измеряемом сопротивлении и по закону Ома определить его номинал.
Дело в том, что цифровые мультиметры измеряют напряжение до довольно точных значений. Мы без труда можем измерить напряжение до единиц милливольт. Напряжение источника питания может быть любым. Подстроечный резистор R нужен для установки тока допустимого значения и удобного для расчета.
Если проверяемый резистор мощный можно выставить ток 1А. В этом случае при показаниях вольтметра 0,33В сопротивление Rх будет равно 0,33 Ом. При таких значениях тока мощность, рассеиваемая на проверяемом резисторе будет равна 1А × 0,33В = 0,33Вт. Эта мощность должна быть меньше указанной на резисторе. При практической проверке были получены значения, указанные на фото ниже:
При токе 1,01А и падении напряжения 0,327В сопротивление проверяемого резистора равно:
0,327В : 1,01А = 0,324 Ом. На проверяемом резисторе указан номинал 0,33 Ом и допуск ±1%. У нас получилось 0,324 : 0,33 =0,982. Это 1,8% что почти в два раза больше 1%. Причина видимо в том, что при таком методе измерения использовались два прибора, амперметр и вольтметр. У каждого из них своя точность и в результате измерения мы получили точность хуже, чем допуск на проверяемом резисторе.
Если за основу измерения брать другой способ, а именно, сравнивать падение напряжения на образцовом резисторе с падением напряжения на проверяемом резисторе. Резисторы соединяются последовательно. Через низ протекает один и тот же ток. Чем больше ток, тем выше будет точность. Главное условие, мощность, рассеиваемая на резисторах не должна превышать допустимую. Соотношение падений напряжений на резисторах в точности будет равно соотношению их сопротивлений. Допустимое отклонение образцового резистора должно быть наименьшим. В идеале 0,1% и менее. Величина его сопротивления максимально приближена к сопротивлению проверяемого резистора. Образцовые резисторы нескольких номиналов можно взять из старых неисправных измерительных приборов. Для примера я измерил сопротивление того же резистора 0,33 Ом используя как образцовый резистор 0,68 Ом ±1%. Схема измерения показана ниже. Вначале измерил падение напряжения на образцовом резисторе Ro.
Затем, тем же вольтметром измерил падение напряжения на проверяемом резисторе Rx.
Отношение падений напряжений на резисторах будет равно отношению их сопротивлений и отсюда легко определить величину сопротивления проверяемого резистора Rx.
Другими словами, если напряжение на проверяемом резисторе Rx в 10 раз меньше, чем напряжение на образцовом резисторе Ro, то и сопротивление проверяемого резистора в 10 раз меньше сопротивления образцового резистора. При этом мы не измеряли ток и для определения падения напряжения использовали один и тот же вольтметр, который в двух случаях имел одинаковую точность. При таком методе точность измерения сопротивления проверяемого резистора в основном будет определяться точностью (допуском) образцового резистора. На практике это выглядит так:
116,9 : 19,3 = 6,057 раз напряжение на образцовом резисторе 2 Ом больше напряжения на проверяемом резисторе 0,33 Ом. Значит и сопротивление проверяемого резистора в 6,057 раз меньше сопротивления образцового резистора:
2 Ом : 6,057 = 0,3302 Ом
Это на 0,06% отличается от указанного на нем с 1% точностью номинала 0,33 Ом. В первом методе измерения сопротивлений мы получили отклонение 1,8%. Последний метод имеет явные преимущества.
Ну и еще для примера я измерил этим методом сопротивление кусочка проводника из нихрома:
На образцовом резисторе падение напряжения 116,8 Ом. При падении напряжения на куске нихрома 4,9мВ его сопротивление будет равно:
2 Ом : (116,8:4,9) = 0,08389 Ом.
При изготовлении датчиков тока и шунтов из проводов важно учитывать изменение сопротивления проводников в зависимости от температуры. Например, у меди температурная зависимость в 26 раз выше, чем у нихрома. Это значит, если изготовить датчик тока из меди, то показания тока будут сильно зависеть от температуры. Ниже приведены две таблицы с данными проводников низкого и высокого сопротивления.
Материал статьи продублирован на видео:
Источник
Измерение малых сопротивлений своими руками
В практике радиолюбителя приходится встречаться с необходимостью измерения низкоомных сопротивлений (до 1 Ом). Решить эту задачу и предназначен простой миллиомметр. Этим устройством можно с достаточной для радиолюбителя точностью измерять сопротивления от 0,0001 до 1 Ома.
При измерении малых сопротивлений с помощью цифровых мультиметров последовательно с измеряемым сопротивлением, назовём его Rx, неизбежно включено сопротивление соединительных проводов, переходное сопротивление входных клемм или гнёзд, контактов переключателя и т.п. Это сопротивление (Rпр.) находится в пределах 0,1…0,4 Ом. Вследствие вышеуказанных причин, реально измеренное сопротивление будет больше Rx на некоторую величину (Rx+Rпр.). Погрешность может доходить до 50 % при измерении очень малых сопротивлений. Для больших сопротивлений эта ошибка невелика, и её можно не учитывать.
Из изложенного понятно, что надо исключить влияние соединительных проводов и т.п. на результат измерения очень малых сопротивлений. Существует метод измерения низкоомных сопротивлений по 4-зажимной схеме на постоянном токе. Применение данного метода полностью исключает влияние соединительных проводов на результат измерения малых сопротивлений. Этот метод используется в данном миллиомметре. Кратко рассмотрим суть метода измерения по 4-зажимной схеме.
На рис.1 (слева) приведена схема измерения сопротивления по 2-зажимной схеме. Красным цветом показан путь измерительного тока. Как видим, ток протекает и через измеряемый резистор и через сопротивление проводов (Rпр) мультиметра, что вносит погрешность в результат измерения. Сопротивление вольтметра не оказывает влияния на измерение Rx, так как обладает очень большим (до 10 МОм) внутренним сопротивлением Rвх. На рис.1 (справа) показана 4-зажимная схема измерения. Из схемы понятно, что сопротивление проводов не оказывает влияния на результат измерения, так как включено последовательно с очень большим внутренним сопротивлением вольтметра. Измерительный ток протекает только через резистор Rx.
Вот схема миллиомметра (рис.2).
Источником питания схемы является батарея с напряжением 9 В. Выключателем SB напряжение от батареи подаётся на микросхему стабилизатора напряжения типа 7806. Конденсатор С1 служит для подавления скачков напряжения. Резисторы R1, VR2 необходимы для установки выходного напряжения микросхемы в пределах 6 В. Потенциометром VR2 устанавливается точная величина выходного напряжения величиной 6В. Потенциометром VR3 устанавливается выходной ток, протекающий через измеряемый резистор Rx равный 100мА (0,1 А). Поскольку резистор VR3 имеет относительно большое сопротивление по сравнению с измеряемым Rx, то погрешность, возникающая при этом вследствие наличия сопротивлений Rx (от 1 мОм до 1 Ом ), будет оказывать влияние на величину тока 100мА в пределах не более 2%.
Конструкция миллиомметра
Внешний вид и вид на монтаж деталей миллиомметра показан на фото 1, 2 и 3. Монтаж деталей выполнен навесным способом, микросхема на радиатор не устанавливалась. В качестве потенциометров VR2, VR3 использованы многооборотные резисторы для более точной установки напряжения и тока. Корпус прибора пластмассовый, размеры 11*6*4 см. Клеммы К1 иК2 металлические. Выключатель питания типа МТ-1.
Подготовка к измерению сопротивления
Подсоединить щупы цифрового вольтметра к клеммам К1 и К2. Подать напряжение от источника питания на схему, включив выключатель SB. Потенциометром VR2 установить выходное напряжение величиной 6 В при неподключённом резисторе Rx. Далее, отключив SB, переключаем мультиметр на измерение тока (щупы остаются на прежнем месте), включаем SB и потенциометром VR3 устанавливаем величину выходного тока 0,1А.
Проведение измерений
Для начала возьмём несколько резисторов известной величины (0,1; 0,2; 0,5 Ом) и измерим их сопротивление, чтобы убедиться в работоспособности миллиомметра.
Не включая питание под клеммы К1 и К2, зажимаем выводы измеряемого сопротивления. Щупы цифрового вольтметра устанавливаем в гнёзда клемм К1 и К2, а предел измерения на отметку 200мВ. Включаем питание и считываем показания прибора.
Допустим, величина измеренного напряжения 22,3 мВ. Ток ранее был установлен 100мА. Делим напряжение на ток и получаем искомое сопротивление. В нашем случае: Rx=22,3: 100= 0,223 Ом. Конечно, принято делить вольты на амперы, чтобы получить Омы, но так удобнее, не надо переводить мВ и мА в вольты и амперы. Точно также измеряем другие эталонные резисторы. Но всё-таки вспомним, что 1 В-1000мВ; 100мВ-0,1В; 10мВ-0,01В; 1мВ-0,001В; 1А-1000мА; 100мА-0,1А. В моём мультиметре наименьший предел измерения — 200мВ, цена деления — 0,1 мВ. Входное сопротивление — около 10 МОм. То есть теоретически можно измерить сопротивление величиной 0,001 Ом (1мОм). Вольтметры с низким входным сопротивлением для наших измерений не годятся.
Итак, мы определили, что проведенные измерения дали реальный результат. Теперь переходим к измерению неизвестного сопротивления. В качестве неизвестных сопротивлений будем использовать шунты из разобранных авометров. При измерении сопротивления самого большого шунта падение напряжения составило 0,5 мВ, ток 100 мА.
Величина сопротивления шунта, рассчитанная по закону Ома, получилась 0,005 Ом. Сопротивление малого шунта, измеренного миллиомметром, равно 0,212 Ом (падение напряжения — 21,2 мВ).
Практическое применение миллиомметр может найти при подборе шунтов для зарядных устройств, измерении сопротивлений в оконечных каскадах усилителей низкой частоты и других устройств, где необходимо измерение малых сопротивлений (переходное сопротивление контактов выключателей, реле и др.).
Измерение низкоомных сопротивлений можно производить и при токах более 0,1 А. Для этого необходимо собрать стабилизатор тока на соответствующий ток. Схемы стабилизаторов приведены на рис.3.
Стабилизатор включается в схему вместо потенциометра VR3. Конечно, это повлечёт за собой установку микросхемы и транзистора на радиаторы соответствующего размера, а также к увеличению размеров прибора.
Сопротивления менее 1мОм (1000 мкОм) измеряют с помощью микроомметров. Измерительный ток может быть величиной до 150 А. Напряжение большой роли не играет.
Если необходимо изготовить шунт для зарядного устройства, а нихрома, константана, манганина нет, то можно воспользоваться шпилькой подходящего диаметра, как показано на фото 9.
Материал шпильки — сталь, бронза, медь и т.п. Передвигая один из контактов по шпильке добиваются нужного сопротивления шунта. Расчёт сопротивления шунта несложен. Будут вопросы — обсудим.
Источник