Вольтметр з точністю 0,1 В

Можливість передчасного виходу з ладу дорогоцінного акумулятора змушує автолюбителя ретельно стежити за роботою реле-регулятора напруги та станом бортової електромережі автомобіля. Напруга в ній не повинна відрізнятися більше ±3% від оптимальної величини, яка визначається для цих умов експлуатації акумуляторної батареї та залежить від кліматичної зони, місця установки акумулятора і його технічного стану, режиму експлуатації автомобіля. Чим точніше буде підтримуватися оптимальна напруга при підзарядці акумуляторної батареї, тим довше вона прослужить.

Велике значення має правильна робота автомобільного генератора. При підвищенні напруги генератора вище оптимального на 10-12% (близько 0,15 В) термін служби акумуляторної батареї та електроламп скорочується в 2-2,5 рази.

Щоб точно виконувати всі необхідні регулювання, потрібен спеціальний вольтметр, що вимірює напругу в діапазоні 13-15 В з точністю до 0,1 В. Купити такий прилад важко, але виготовити подібний з розтягнутою в діапазоні 10-15 В шкалою зможуть багато. Підвищена точність вимірювань, лінійна шкала у всьому діапазоні вимірювань, відсутність власного джерела живлення, підвищена надійність (за рахунок передбачених у пристрої елементів зашити, які не впливають на точність вимірювань), можливість регулювання зони "розтяжки" шкали - відмінні риси даного приладу. Виконано він на базі операційного підсилювача і є вимірювачем різниці напруг.

Технічні характеристики вольтметра

• Діапазон вимірюваних напруг, В . . . від 10 до 15
  Досяжна похибка вимірювань при температурі 20±5°С, не гірше, % ...0,5
  Дискретність, В . . . 0,05
  Вхідний опір, не менше, кОм . . . 0,75
  Діапазон робочих температур, °С . . . від -10 до +35
  Габарити (з мікроамперметром М906), мм . . . 65х105х120

Рис.1

Питається вольтметр безпосередньо від об'єкта вимірювання. Початкове зміщення, відносно якого проводиться вимірювання, встановлюється опором ланцюга резисторів R3, R4 (див. принципову схему рис.1), а величина зворотного зв'язку (що визначає коефіцієнт посилення ОУDA1 і, відповідно, ступінь "розтяжки" діапазону) задається опором ланцюга резисторів R5, R6.

Джерело опорної напруги на стабілітроні VD3 забезпечує також зміщення потенціалу на неінвертуючому вході DA на величину, рівну приблизно половині вимірюваного падіння напруги, що необхідно для роботи ОУ з однополярним живленням.

Опір резистора R7 залежить від чутливості мікроамперметра РА і величини максимального вихідного напруги операційного підсилювача відносно катода стабілітрона VD3.

Діоди VD1, VD2 забезпечують захист ОУ, а VD4, VD5 - мікроамперметра від перевантаження по струму. VD1 забороняє проходження струму негативної полярності через резистор R1 і операційний підсилювач. Можливе проходження струму через стабілітрон VD3, зміщений у прямому напрямку, діод VD2 і резистори R2-R4. Таким чином між входами DA (виводи 3,2) встановиться різниця потенціалів не більше 0,7 В. Аналогічне падіння напруги буде на виводі 3 відносно виводу 4 ОУ.

Таким чином забезпечується надійний захист ОУ від помилки при підключенні полярності.

У вольтметрі застосовані постійні резистори типу МЛТ, в якості підстроювальних бажано використовувати багатообертні типу СП5-2, СП5-3, СП5-14. Допустимо використовувати й інші типи ОУ, наприклад, К140УД7 або К140УД1А, К553УД1 з відповідними ланцюгами корекції. Діоди - будь-які малопотужні кремнієві. Стабілітрон КС147А можна замінити на КС156А, але, ймовірно, тоді погіршиться температурна стабільність вольтметра і знадобиться уточнити номінали резисторів R1-R3. Мікроамперметр - М906 або М24 з струмом повного відхилення 50 мкА і шкалою, що відповідає вибраній зоні вимірювання. Можливе застосування й інших стрілочних приладів зі струмом повного відхилення до 1 мА, але в цьому випадку необхідно підібрати величину резистора R5, виходячи з вибраного значення падіння напруги на ньому (близько 1,5 В). Можна також використовувати авометр в режимі мікроамперметра. Тоді даний пристрій буде виконано у вигляді приставки до тестера.

При відсутності дефектних елементів і помилок в монтажі налагодження вольтметра зводиться до його калібрування. Цю операцію виконують за допомогою регульованого джерела живлення з вихідною напругою 9-16 В і зразкового вольтметра, бажано цифрового, наприклад В7-16, ФЗО, ВР-11.

Підстроювальні резистори встановлюють у середнє положення і на вхід вольтметра подають напругу 12-13 В, контролюючи його по зразковому приладу. Стрілка налагоджуваного вольтметра повинна відхилитися від нульового значення. Потім на виході джерела живлення встановлюють напругу 10 В (±0,05 В) і резистором R4 переводять стрілку вольтметра на нульове ділення шкали. Після цього, збільшивши вимірювану напругу до 15 ± 0,05 В, резистором R6 встановлюють стрілку на кінцеве ділення шкали. Повторивши зазначені операції для 10 В і 15 В, досягають найбільш точної настройки вольтметра в робочому діапазоні 13-14,5 В.

Під час налаштування реле-регулятора напругу вимірюють безпосередньо на клемах акумулятора.

На рис.2 наведена друкована плата зі схемою розташування елементів. Плата встановлюється на контактні болти мікроамперметра М906 і поміщається разом з ним у коробку.

Рис. 2

В. Баканов, Е. Качанов, м. Чернівці, Моделіст-Конструктор №12, 1990 р., с.27

Список радіоелементів