Автомобильная аккумуляторная батарея весьма чувствительна к зарядному напряжению, которое поддерживает на ее клеммах регулятор напряжения. Отклонение напряжения заряда на 2...3% от оптимального значения сокращает срок службы батареи почти в полтора раза. Заряд батареи постоянным напряжением, в принципе, не может быть полным. При напряжении 13,9...14,1В она заряжается на 80...90% номинальной емкости. Батарея, заряженная меньше чем на 75% емкости зимой и меньше чем на 50% летом, быстро выходит из строя. Наибольший срок службы батарея имеет при поддержании зарядного напряжения с погрешностью не более чем 0,7%. Для контроля напряжения заряда необходим вольтметр класса точности не хуже 0,5.

Технические данные вольтметра:

Уровень заряженности батареи………………………… 0,5...1,0

Напряжение заряда, В …………………………………13,7...14,3

Падение напряжения на соединении, В……………… 0...0.5

Погрешность контроль напряжения, % …………………0,2

Ток, потребляемый от бортсети, А……………………… 0,02

Температура окружающей среды, °С………………. -30...+40

Размеры, в мм……………………………………….. 145x110x60

Масса, г……………………………………………………. 250

Существует рекомендация периодически заряжать батарею от сетевого источника питания постоянным током, даже если нет претензий к работе батареи. Необходимость заряда определяют ареометром по плотности электролита или точным вольтметром по ЭДС батареи. При уменьшении заряженное™ от 100% до 50% номинальной емкости ЭДС батареи, уменьшается с 12,6В до 12,1 В. Для контроля ЭДС батареи с погрешностью 5% (абсолютная погрешность контроля ЭДС должна быть не более 0,05 В) необходим вольтметр, имеющий погрешность не более 0,4%. Стрелочный вольтметр класса 0,5 является довольно массивным лабораторным прибором. Далеко не каждый малогабаритный цифровой мультиметр с автономным питанием имеет погрешность не более 0,4% при измерении постоянного напряжения. Кроме того, такой мультиметр довольно дорог. Предлагаемый вольтметр автомобилиста предназначен для контроля уровня заряженности аккумуляторной батареи, напряжения заряда батареи и контроля качества соединений в цепях борт сети.

 

Контрольный вольтметр (рис.1) состоит из:

индикатора подключения R1, HL1, HL2.VD1;

-добавочных резисторов R2, R3;

измерительного моста R4...R7, VD2;

стрелочного индикатора VD3, VD4, R8, РА1;

коммутирующих и вспомогательных элементов.

Измерительный мост имеет нелинейный элемент— стабилитрон VD2. Уравновешенность измерительного моста зависит от положения подвижного контакта подстроечного резистора R5 и от напряжения на диагонали питания.

При уравновешенном измерительном мосте ток через микроамперметр РА1 равен нулю.

Напряжение на диагонали питания, при котором измерительный мост уравновешен, подстроечным резистором R5 устанавливают равным 12В. Регулировочным резистором R2 и подстроечным резистором R3 устанавливают на розетке Х1 и на вилке Х2 значение контролируемого напряжения U, при котором измерительный мост уравновешен.

При сопротивлении подстроечного резистора R8 равном нулю, и напряжении на диагонали питания измерительного моста равном 12,25 В и 11,75 В, ток через прибор РА1 равен соответственно +50 мкА и -50 мкА. Подстроечным резистором R8 чувствительность измерительного моста устанавливают в пределах от 200 мкА/В до 50 мкА/В. Диоды VD3, VD4 защищают микроамперметр от чрезмерной перегрузки. При ошибочной полярности подключения конт-

рольного вольтметра светодиоды HL1 и HL2 не светятся, а стрелка микроамперметра зашкаливает вправо. В пределах напряжения U, приведенных в технических данных, шкала контрольного вольтметра линейна.

При показанных на схеме положениях кнопки SB1 и переключателя SA1 вольтметром контролируют напряжение и качество соединений в цепях. Качество соединения характеризуется переходным сопротивлением Rc и падением напряжения UC=I-RC на соединении от тока I в цепи. Абсолютное значение напряжения Uc является разностью напряжения источника питания Uи и напряжения потребителя Un. Эту разность контролируют вольтметром. К розетке Х1 подключают проводники, имеющие на концах однополюсные вилки и щупы. Щупы подключают к источнику питания, которым является аккумуляторная батарея или бортовой генератор, и ручкой управления регулировочного резистора R2 устанавливают стрелку прибора РА1 на нулевую риску. Затем щупы подключают к бортовому потребителю. Прибор РА1 покажет напряжение -Uс = Uп - Uи.

Порядок действий в процессе измерения напряжения Uc может быть и обратным. Щупы подключают к потребителю; управляя резистором R2, устанавливают стрелку прибора РА1 на ноль. Затем щупы подключают к источнику питания. Прибор РА1 покажет напряжение +Uс = Uи - Uп.

При обрыве в цепи светодиоды HL1 и HL2 не светятся, а ток через микроамперметр равен нулю.

В другом положении переключателя SA1 контролируют напряжение заряда батареи бортовым генератором, а при нажатой кнопке SB1 — уровень заряженности батареи. При контроле уровня заряженности батареи из салона автомобиля используют вилку Х2, рассчитанную на подключение к гнезду прикуривателя, расположенному на приборной панели автомобиля. Заряженность батареи контролируют при отключенных бортовых потребителях, не ранее чем через несколько часов после выключения двигателя или после отключения батареи от зарядного устройства. При полной заряженности батареи стрелка прибора РА1 устанавливается на риске +50 мкА ("П"), при заряженности на 75% — на нулевой риске ("3/4"), а при заряженности на 50% — на риске -50 мкА ("1/2").

 

Передняя панель вольтметра автомобилиста приведена на рис.2.

Его собирают в пластмассовой коробке, которая разделена внутренней перегородкой на два отсека.

Отсек принадлежностей предназначен для хранения вилки Х2 со шнуром и разноцветных проводников со щупами.

В приборном отсеке объемным монтажом смонтированы остальные элементы контрольного вольтметра.

Отсек принадлежностей имеет сдвижную крышку с вырезом для шнура вилки Х2. В боковой стенке коробки имеются отверстия против шлицов подстроечных резисторов R3, R5, R8.

Светодиоды HL1, HL2 подсвечивают шкалу и стрелку прибора РА1 слева и справа.

Светодиоды установлены на цилиндрических пластмассовых стойках, имеющих высоту 8 мм и диаметр 10 мм. В стойках на расстоянии 3 мм друг от друга просверлены два осевых отверстия диаметром 1,8 мм под выводы светодиодов.

Надписи на передней панели содержат пояснения о контролируемых величинах и их значениях в привычной для водителя форме.

Точность контрольного вольтметра зависит от стабильности во времени и термостабильности элементов измерительных цепей.

Резисторы R2...R8 — проволочные. Резистор R2 — ППЗ-40 (ППЗ-41); R3 и R8 — СП5-4В (СП5-4В1); R5 — СП5-3 (СП5-1В); R4, R6 и R7 — С5-25Ф (С5-17 В). Температурный коэффициент напряжения стабилизации прецизионного стабилитрона Д818А имеет наименьшее абсолютное значение при токе 4 мА. Резистор R7, обеспечивающий необходимое значение тока через стабилитрон, должен иметь сопротивление, приведенное на схеме, с допуском не хуже 10%. Остальные резисторы могут иметь допуск до 20%. В процессе контроля напряжения ток через стабилитрон VD2 изменяется на 2...4%. Подстроечный резистор, имеющий две подвижные системы, можно заменить двумя подстроечными резисторами. Прецизионный стабилитрон VD2 можно заменить на Д818Е. Ток через стабилитрон Д818Е должен быть равен 9 мА. Резистор R1 — МЛТ. Кремниевые диоды VD1, VD3, VD4 должны быть рассчитаны на ток не менее 20 мА. Светодиоды HL1, HL2 могут быть любыми. Розетка Х1 — РД-1. Переключатель SA1 — МТД-3. Кнопка SB1 — КМД2-1. Микроамперметр М4206 класса 2,5 имеет по 10 делений в левой и правой частях шкалы.

Микроамперметр может быть и другого типа со шкалой "50 - 0 - 50". Применяя микроамперметр более высокого класса точности, погрешность контрольного вольтметра можно уменьшить.

 

Для сравнения технических данных вольтметра, собранного по мостовой схеме, испытан и вольтметр с растянутой шкалой.

Фрагмент схемы вольтметра с растянутой шкалой приведен на рис.3. В обеих конструкциях применяемые элементы идентичны.

В вольтметре с растянутой шкалой можно использовать миллиамперметр вместо микроамперметра. С прибором РА1 класса 2,5 на ток 0.. .50 мкА погрешность вольтметра с растянутой шкалой составляет 1 % при температуре окружающей среды 20°С.

Растянутая шкала вольтметра неравномерна по определению, и требуется доработка шкалы прибора РА1 или применение градировочной таблицы. В вольтметре с растянутой шкалой ток через стабилитрон изменяется в пределах от нуля до 8 мА, а температурный коэффициент напряжения стабилизации стабилитрона изменяет абсолютное значение и знак.

 

В связи с этим термостабильность вольтметра с растянутой шкалой ниже, чем термостабильность мостового. Для получения погрешности, меньшей 0,2% при температуре 20°С, в вольтметре с растянутой шкалой необходимо применить прибор РА1 класса 0,5, то есть лабораторный прибор. Ориентировочные размеры передней панели стрелочного прибора, в зависимости от его класса точности, приведены в таблице.

Налаживают контрольный вольтметр с применением цифрового вольтметра класса 0,1 и стабилизированного источника питания, имеющего выходное напряжение, регулируемое в пределах 11,5... 14,5 В. Переключатель SA1 устанавливают в положение, приведенное на схеме. Подвижный контакт резистора R2 переводят в правое по схеме положение. На розетку Х1 подают напряжение 12 В. Резистором R5 устанавливают стрелку микроамперметра РА1 на нулевую риску. При напряжении U = 12,5В верхним по схеме подвижным контактом резистора R8 устанавливают стрелку микроамперметра на риску +50 мкА. При напряжении U = 11,5В ток через микроамперметр должен быть равен -50 мкА.

Подают на вход напряжение U = 14,5 В. Вращая ручку резистора R2, проверяют возможность установки стрелки микроамперметра РА1 в пределах шкалы. Переключатель SA1 включают. Напряжение U устанавливают равным 14 В. Верхним по схеме подвижным контактом резистора R3 устанавливают стрелку микроамперметра на нулевую риску. При напряжении U =14,3В нижним подвижным контактом резистора R8 устанавливают стрелку прибора РА1 на риску +50 мкА. При напряжении U = 13,7В ток через микроамперметр должен быть равен -50 мкА.

Устанавливают напряжение U = 12,35 В. Удерживая нажатой кнопку SB1, нижним подвижным контактом резистора R3 устанавливают стрелку РА1 на нулевую риску. При напряжении 12,6 и 12,1В ток через микроамперметр должен быть равен соответственно + 50 и - 50 мкА. Резистором R8 цена одного деления микроамперметра М4206 может быть установлена в пределах от 0,025В до 0,1 .В.

А. Трифонов