Этот несложный прибор позволяет измерять постоянное и переменное напряжения, постоянный и переменный токи, сопротивление, емкость, индуктивность и температуру [1]. “Сердцем” универсального измерительного прибора является милливольтметр постоянного и переменного напряжений (полоса частот от 20 Гц до 100 кГц) с пределом измерения 100 мВ. Схемы входной цепи прибора при измерении различных параметров приведены на рис. 1.
Постоянное и переменное напряжения (рис. 1, а) поступают на милливольтметр через делитель напряжения. Максимальный коэффициент деления — 104, что позволяет измерять прибором напряжение до 1000В (поддиапазоны 0,1; 1; 10; 100 и 1000 В). Однако подавать на него напряжение более 300В не следует — практически все оно будет приложено к верхнему по схеме резистору делителя, и он может выйти из строя. Возможное решение проблемы — изготовить его из нескольких последовательно включенных резисторов.
Переменный и постоянный токи измеряют по падению напряжения на образцовых резисторах (рис. 1, б). В качестве некоторых из них используются резисторы, входящие в основной делитель напряжения. Пределы измерения тока — до 100 мА (поддиапазоны 100 мА, 1, 10, 100 мкА и 1 мА).
Переменный ток и переменное напряжение до 10В прибор измеряет в полосе частот от 20 Гц до 100 кГц. Так как делитель напряжения не имеет частотной компенсации, то при измерении больших напряжений полоса измеряемых частот сужается.
Рис.1.
Сопротивление прибор измеряет на пяти поддиапазонах: 100, 10 и 1 кОм; 100 и 10 Ом, задавая ток через исследуемый резистор (рис. 1, в). Чтобы избежать применения токозадающего резистора сопротивлением 100 МОм на поддиапазоне 1 МОм, питающее напряжение снижают до 1 В. При этом, правда, возрастает (до 10 %) погрешность измерений из-за “неидеальности” источника тока.
Такой же метод используется и для измерения индуктивности (рис.1. г), только на токозадающие резисторы подается от встроенного в прибор генератора переменное напряжение 1В (эффективное значение) частотой 159 Гц.
Подобный выбор частоты обеспечивает нужный коэффициент пропорциональности между измеряемым милливольтметром напряжением и индуктивностью (2nF для этой частоты 1000). Здесь поддиапазоны — 100. 10 и 1 Гн, 100 и 10 мГн.
При измерении емкости на конденсатор также подается напряжение от генератора (рис. 1, д.). Напряжение, снимаемое с включенного последовательно с ним относительного низкоомного резистора, пропорционально его емкости.
Поддиапазоны — 100, 1000 пФ; 0,01; 0,1 и 1 мкФ при измерениях R, L и С можно использовать один и тот же входной делитель напряжения, что заметно упростит конструкцию прибора.
Принципиальная схема прибора с общим входным делителем приведена на рис. 2. Основные входные клеммы — Е2 и ЕЗ. Для упрощения коммутации в приборе измеряемый конденсатор подключают к клеммам Е1 и Е2. Выбор режима измерения осуществляется переключателем SA2, а пределов измерений — SA1.
Рис.2.
Милливольтметр постоянного переменного напряжений собрав ша операционном усилителе DA1. Диоды VD1 и VD2 совместно с резистором R8 защищают его от перегрузок по входу. Предел измерения зависит от тока полного отклонения измерительного прибора РА1 и сопротивления резистора R10 (при 100 мкА и 1 кОм — 0,1 В). Балансировку прибора по постоянному току осуществляют резистором R9. Цепочка R11C3 корректирует показания милливольтметра для отсчета эффективного значения измеряемых переменных составляющих.
Достоинство подобного варианта милливольтметра — возможность измерения как переменных, так и постоянных напряжений (любой полярности) без каких-либо коммутаций. Последнее, правда, определяет необходимость иметь в милливольтметре индикатор полярности постоянного напряжения. Он выполнен на операционном усилителе ОУ DA2. Индицируют полярность два светодиода: один — со свечением зеленого цвета (указывает на отрицательную полярность), а другой — красного (указывает на положительную).
При измерении переменного тока и напряжения светятся оба диода, балансируют индикатор подстроечным резистором R16. Генератор на частоту 159 Гц (рис. 3, а) собран по широко известной схеме со стабилизацией выходного напряжения диодами, включенными встречно-параллельно. Выходное напряжение устанавливают подстроечным резистором R5.
Рис.3.
Схема узла измерения температуры (узел Т) приведена на рис. 3, б. Датчиком является кремниевый диод, который подключают к клеммам Е2 и ЕЗ (анодом к клемме Е2). Нижний предел измерений (0 °С) устанавливают подстроечным резистором R3, а верхний (100 °С) — резистором R9.
Питают прибор от двухполярного стабилизированного источника напряжением 10В. Напряжение 1В получают от резистивного делителя (9 кОм/1 кОм).
Таблица 1.
|
Положения SA2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Измеряемый параметр |
U |
I |
0,1 А |
R |
1М |
С |
L |
t |
Детали
Операционный усилитель МАВ355 заменяется на К574УД2, К554УД2 и на многие другие современные ОУ (возможно изменение верхнего частотного предела измерений на переменном токе), остальные — на К140УД7 (полный аналог), диоды VD1 и VD2 (рис. 2 и рис. 3,а) — на КД503, КД521 и др., диоды VD3— VD6 (рис. 2) — на Д18 и другие высокочастотные германиевые.
Таблица 2.
|
Положения SA1 |
SA1 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Пределы
измерений
|
U |
В |
300 |
100 |
10 |
1 |
0,1 |
- |
|
I |
мкА |
1000 |
100 |
10 |
1 |
0,1 |
- |
|
R |
кОм |
- |
0,01 |
0,1 |
1 |
10 |
100 |
|
С |
мкФ |
1 мк |
0,1 мк |
0,01 мк |
1000 |
100 |
- |
|
L |
Гн |
0,01 |
0,1 |
1 |
10 |
100 |
- |
|
t |
°C |
- |
- |
- |
- |
- |
0...100 |
При конструировании прибора переключатели необходимо снабдить указателями измеряемого параметра SA2 (табл. 1) и предела измеряемого параметра для SA1 (табл. 2).
Материал подготовил Ю. Замятин, (UA9XPJ)
Литература:
1. Horsky J., Horsky P. Universalni meridlo.— Amaterske Radio, 1990, №1, s. 9.
