Самодельный среднеквадратичный амперметр

Определение многих параметров радиоэлектронной аппаратуры в конечном итоге сводится к измерению переменных напряжений различной формы.

     На практике радиолюбителю приходится сталкиваться со всеми четырьмя значениями переменного напряжения: средним значением — Uо, средневыпрямленным — Uср.в, среднеквадратичным — U и пиковым — Um. Среднее значение напряжения равно его постоянной составляющей; средневыпрямленное значение — среднему значению абсолютной величины переменного напряжения; среднеквадратичное — корню квадратному из среднеарифметического значения квадратов мгновенных значений напряжений за данный отрезок времени, а пиковое — наибольшему мгновенному значению напряжения за время измерения Т.

      Естественно, что и вольтметры переменного напряжения также подразделяются на линейные, показания которых пропорциональны Uср.в, квадратичные, показания которых пропорциональны U, и импульсные, показания которых пропорциональны Um. Но наибольший интерес для радиолюбителей представляет среднеквадратичное значение напряжения, так как именно ему пропорциональна мощность выделяемая на нагрузке. Поэтому шкалы вольтметров всех типов градуируются в среднеквадратичных значениях напряжения синусоидальной формы. И нельзя забывать, что показания такого вольтметра будут верны только при измерении напряжения данной формы. Типичными случаями ошибочного применения линейных вольтметров являются измерение уровня помех и шумов, пульсации постоянных питающих напряжений, напряжения гармоник, напряжений импульсной формы и т. п. В большинстве случаев результаты измерений оказываются существенно заниженными что приводит к искусственному завышению параметров качества (т.е. уменьшению уровня помех, шумов, напряжения пульсаций, коэффициента гармоник и т. д.) исследуемых устройств.
Вольтметры истинных среднеквадратичных значений, показания которых верны для напряжений любой формы, значительно сложнее линейных. Это обусловлено необходимостью применения для выпрямления квадратичных детекторов. Построить такой вольтметр можно используя операционные усилители.

     Измерение тока различной формы сводится в итоге тоже к измерению падения напряжения на сопротивлении шунта. Схема среднеквадратичного амперметра, предназначенного для калибровки измерительных головок для амперметров импульсных зарядных устройств (тиристорных, транзисторных), представлена на рисунке. Измеряемый ток прибора 15 ампер. Выбор данного предела был обусловлен наличием у меня головки от тестера Ц4313, у которого шкала имеет тридцать делений, 15-ть кратно 30-ти. Сложность схемы кажущаяся и при правильном монтаже начинает работать сразу.

     Напряжение падающее на сопротивлении шунта Rш поступает на каскад выделения абсолютной величины напряжения, выполненного на элементе DA1.1 микросхемы К1401УД2А по схеме двухполупериодного выпрямителя. Положительна волна напряжения со входа проходит на преобразователь через резистор R4 напрямую, а отрицательная полуволна инвертируется и подается через резистор R7. На элементах DA1.2 и DA1.3 собран непосредственно сам среднеквадратичный преобразователь. С выхода преобразователя постоянное напряжение, соответствующее среднеквадратичному входного, с движка подстроечного резистора R9, подается на вольтметр (R10, измерительная головка.) Можно подключить и внешний вольтметр, например мультиметр. В качестве шунта я использовал десять двухваттных резисторов включенных параллельно (что было в наличии) Фото 1. Можно конечно поставить один проволочный на 0,1 Ома. При прохождении через него среднеквадратичного тока величиной 15А, на нем будет выделяться мощность Р = I2•R = 225•0,1 = 22,5Вт. Не забывайте это.
     Рассчитать сопротивление добавочного резистора R10 для вашей измерительной головки, можно заглянув сюда. Рассчитывайте сопротивление на напряжение 0,1 вольта, недочеты компенсируете резистором R9. Калибровка прибора проста. Пропускаете через прибор постоянный ток в любом направлении известной величины (например 3 ампера) и резистором R9 устанавливаете стрелку вашего прибора на третье деление шкалы. Показания прибора, при изменении полярности подключения, должны быть примерно одинаковы. В противном случае, изменяя величину резистора R4, можно выровнять напряжения полуволн. Шкала линейная, поэтому хватит и одного раза калибровки. Лучше в середине шкалы.

Питание прибора у меня сетевое, но можно сделать его и от батареек, например применить две «Кроны». Внешний вид прибора и его внутренности показаны на фото1. Времени на дизайн у меня нет, поэтому я обошелся без предохранителя, без выключателя сети, без индикатора включения и т.д. Вы я надеюсь доведете прибор до ума. Старайтесь делать лучше – хреново само получится. Теперь имея такой прибор вы можите спокойно рисовать нелинейные и довольно точные шкалы для своих зарядных устройств, а если не лень, то просто спаять эту платку и вставить в зарядное, домотав на трансформатор две обмотки для ее питания. Скачать рисунок печатной платы. Успехов всем. До свидания. К.В.Ю.

Среднеквадратичный амперметр (1987 Загрузок )

Литература:
Среднеквадратичный милливольтметр. Н. Сухов Радио 1981 №11 стр.53
Регулируемый регулятор мощности В.Тушнов Схемотехника 2003 №3 стр.4
Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах (1988) стр.117-120