Вольтметр с растянутой шкалой позволяет измерять узкий диапазон напряжений, например от 10 до 15 вольт. Это удобно в случае контроля заряда-разряда аккумулятора для автомобиля или других аналогичных случаев, когда важно отслеживать точные значения напряжений в небольшом диапазоне, их колебания. Рассчитать и сделать такой вольтметр несложно самостоятельно.
Суть вольтметра
В некоторых случаях применение обычного вольтметра с линейной шкалой может быть не очень удобным. Например для контроля напряжения заряда-разряда автомобильного или другого подобного аккумулятора более удобен вольтметр со шкалой не от нуля а, скажем, от значения 10 вольт. Так как до более низких значений такие аккумуляторы обычно не разряжаются, а если разряжаются, то это говорит лишь об их неправильной эксплуатации, вероятной неработоспособности и значительной потере ёмкости.
Таким образом, вольтметр с растянутой шкалой дает возможность отслеживать значения именно в рабочем диапазоне напряжений (например 10 … 15 вольт). И даже незначительные отклонения значений при этом хорошо видны, отображаются более наглядно.
В качестве стрелочного индикатора (измерительной головки) можно применить любой подходящий по размеру, например от старого тестера (вольтметра, амперметра, омметра и др.) или даже малогабаритные стрелочные индикатора уровня записи/воспроизведения от звуковой радиоэлектронной аппаратуры. При этом потребуется лишь рассчитать параметры номиналов используемых в схеме деталей и откалибровать шкалу индикатора под новые значения. Как это сделать и рассказываем ниже.
Схема вольтметра
Схема предельно простая, она показана на рисунке-иллюстрации ниже.
В основе схемы лежит пороговый элемент, в качестве которого применён стабилитрон VD1 с необходимым значением напряжения стабилизации. Второй аналогичный стабилитрон VD2 включён встречно-последовательно с первым чтобы снизить температурную нестабильность схемы при работе в условиях больших колебаний окружающей температуры.
Напряжение Uр (разностное) на резисторе R будет равно разности между значениями входного напряжения схемы и напряжением стабилизации стабилитронов (Uстаб). И прибор, соответственно, покажет изменение этой разницы в пределах от до 2Uр.
И тогда сопротивление резистора R можно рассчитать по следующей несложной схеме:
здесь 2Uр — предел измерения прибора в вольтах,
Iстаб — допустимый максимальный ток стабилитронов в амперах.
Значение сопротивления при этом получится в Омах)
Например в случае аккумуляторной батареи с номинальным рабочим напряжения 12 вольт подойдут два стабилитрона с напряжением стабилизации:
Тогда и нижний предел измерений прибора будет равен 10 вольтам. Если в качестве измерительной головки взять вольтметр с пределом измерения 0…3 вольта , то сопротивление резистора R будет равно 120 Ом. При этом шкалу вольтметра нужно будет переградуировать в значениях от 10 до 13 (15) вольт.
Для того, чтобы измерить напряжение аккумуляторной батареи автомобиля обычно используется цифровой прибор, поскольку обычный стрелочный не позволяет сделать это с необходимой точностью — ведь ошибка даже в несколько десятых вольта может привести к неправильной оценке состояния аккумулятора или работы генератора.
С другой стороны, для контроля напряжения аккумуляторной батареи совеем не нужна большая часть шкалы, поскольку измерять напряжение приходится в достаточно узком диапазоне – 10 … 15 В. Таким образом, если растянуть шкалу для измерения только в указанном интервале, то стрелочный прибор справится с задачей не хуже гораздо более дорогого цифрового. Постройкой именно такого вольтметра мы сегодня и займемся.
Принципиальная схема вольтметра, работающего в диапазоне 10…15 В представляет собой мост, в диагональ которого включен микроамперметр с током полного отклонения 50 мкА ( к примеру, М1690А). В одно плечо моста включен стабилитрон VD1 с токоограничивающим резистором R1, в другое — делитель, состоящий из резисторов R3, R4, R5. Резистор R2 служит для задания диапазона измерения. Переключатель S1, который в режиме «Перевозка» закорачивает головку РА1 и препятствует колебаниям стрелки при тряске, служит для безопасной транспортировки прибора. На месте VD1 вместо указанного на схеме может работать Д818 с любым буквенным обозначением, в качестве РА1 – любой микроамперметр с током полного отклонения 50 …100 мкА. Резисторы R2 и R5 имеет смысл использовать многооборотные (к примеру, СП3-36 и СП5-2В).
Резисторы типа СП3-36 нужного нам номинала широко использовались в электронных селекторах каналов телевизоров 3-4 поколения выпуска СССР
Поскольку шкала нашего прибора практически линейна, уже перед настройкой ее можно проградуировать, поставив в начало значение 10 В, а в верхний предел — 15 В. Всю шкалу между этими значениями равномерно градуируем с необходимой точностью.
Для настройки прибора понадобится регулируемый источник питания напряжением 0 … 15 В и контрольный вольтметр с наиболее возможной точностью измерения. Налаживание прибора выполняется в следующей последовательности:
1. Подключаем БП к зажимам нашего прибора (Х1 и Х2) и плавно увеличиваем напряжение до 10 В, постоянно контролируя его по образцовому вольтметру.
2. При напряжении 10 В подстройкой резистора R5 устанавливаем стрелку измерительного прибора РА1 на нулевую отметку.
3. Увеличиваем напряжение до 15 В и подстройкой резистора R2 устанавливаем стрелку прибора РА1 на конечную отметку шкалы.
При необходимости несколько раз повторяем пункты 2, 3 и при точных верхнем и нижнем показаниях прибора настройку можно считать законченной. На регулировочные винты наносим по капле краски или любого лака, а саму схему помещаем в ударопрочный корпус подходящих размеров.
Прибор будет полезен автолюбителям для измерения с высокой точностью напряжения на аккумуляторе, но он может найти и другие применения, где требуется контролировать напряжение в интервале 10. 15 В с точностью 0,01 В.
Рис. 1 Вольтметр с растянутой шкалой
Известно, что о степени заряженности автомобильного аккумулятора можно судить по его напряжению. Так, у полностью разряженного, разряженного наполовину и полностью заряженного аккумулятора оно соответствует 11,7, 12,18 и 12,66В.
Для того чтобы измерить напряжение с такой точностью, нужен либо цифровой вольтметр, или стрелочный с растянутой шкалой, позволяющий контролировать интересующий нас интервал.
Схема, приведенная на рис. 1, позволяет, используя любой микроамперметр со шкалой 50 мкА или 100 мкА, сделать из него вольтметр со шкалой измерения 10. 15 В.
Схема вольтметра не боится неправильного подключения полярности к измеряемой цепи (в этом случае показания прибора не будут соответствовать измеряемой величине).
Для предохранения микроамперметра РА1 от повреждения при перевозках используется включатель S1, который при закорачивании выводов измерительного прибора препятствует колебаниям стрелки.
В схеме использован прибор РА1 с зеркальной шкалой, типа М1690А (50 мкА), но подойдут и, многие другие. Прецизионный стабилитрон VD1 (Д818Д) может быть с любой последней буквой в обозначении. Подстроечные резисторы лучше использовать многооборотные, например R2 типа СПЗ-36, R5 типа СП5-2В.
Для настройки схемы потребуется блок питания с регулируемым выходным напряжением О. 15 В и образцовый вольтметр (удобней, если он будет цифровым). Настройка заключается в том, чтобы, подключив блок питания к зажимам Х1, Х2 и постепенно увеличивая напряжение до 10 В, добиться резистором R5 "нулевого" положения стрелки прибора РА1. После этого напряжение источника питания увеличиваем до 15 В и резистором R2 устанавливаем стрелку на предельное значение шкалы измерительного прибора. На этом настройку можно считать законченной.
Рис. 2. Схема для более точного измерения сетевого напряжения
На основе данной схемы прибор можно выполнить многофункциональным. Так, если выводы микроамперметра подключать к схеме через галетный переключатель 6П2Н, можно сделать режим обычного вольтметра, подобрав добавочный резистор, а также тестер для проверки цепей и предохранителей.
Прибор можно дополнить схемой (рис. 2) для измерения перемен- ного сетевого напряжения. При этом шкала у него будет от 200 до 300 В, что позволяет более точно измерять сетевое напряжение.
