Схема вольтметра переменного напряжения

Вольтметры

Схема самодельного цифрового вольтметра на микросхеме КР571ПВ2А и светодиодных индикаторах АЛС324Б. Налаживая ту или иную конструкцию желательно постоянно держать под контролем напряжение питания или ток потребления схемой. Поэтому, во многих лабораторных источниках питания имеются встроенные .

Этот вольтметр предназначен для индикации выходного напряжения лабораторного блока питания, с плавной регулировкой напряжения от 0 до +20V. При незначительной переделке этот прибор можно использовать и как вольтметр для точного измерения напряжения в бортовой сети автомобиля или на аккумуляторной .

Приставка представляет собой ВЧ-детектор, с диодами, смещенными постоянным током. Цепь R3-VD3-VD4 компенсирует постоянную составляющую, так чтобы она не влияла на показания мультиметра. Резистором R3 балансируют мост на нулевые показания мультиметра при замкнутом входе. Источник питания .

Каждый радиолюбитель желает иметь прибор, позволяющий не только проследить прохождение высокочастотного сигнала, но и,при необходимости, настроить контур в резонанс до установки в схему. Выбирая изюминку из уже ранее опубликованных схем (1) мне удалось собрать прибор, позволяющий .

Почему все-таки лампочка? Напряжение на накале кинескопа имеет большой динамический диапазон, ввиду большой его амплитуды во время обратного хода. Мостик, приведенный на рисунке, и обозначеные как А, В,С и D, балансируется при напряжении 2,7 В, что, по сравнению с номинальным напряжением .

Принципиальная схема самодельного высокочастотного милливольтметра для измерения напряжений в диапазоне до 300мВ. Прибор предназначен для измерения переменного напряжения в трех поддиапазонах — до 10 mV, до 30 mV, до 100 mV идо 300mV. Диапазон частоты измеряемого переменного напряжения от 20 Hz .

В большинстве случаев результаты измерений аналоговых величин лучше всего считывать с цифрового индикатора. С этой целью при необходимости применяют различные преобразователи (например, температура-напряжение, фаза напряжение), выходной сигнал которых подают на АЦП и далее на цифровой индикатор .

Прибор предназначен для измерения низкочастотного напряжения переменноготока частотой от 10 Hz до 50 kHz. Можно измерять в трех пределах измерения: до 0,01 V, до 0,01 V и до 1V. Входное сопротивление составляет 910 kOm независимо от предела измерения. Вход прибора от перенапряжения защищен .

Схема высокоомного вольтметра, который предназначен для измерения напряжения постоянного тока. Можно измерять в четырех пределах измерения: до 0,1 V, до 1V, до 10V и до 100V. Входное сопротивление составляет на пределе 0,1V = 100 kOm, на 1V = 1 MOm, на 10V = 10МОm, на 100V = 100Mom. Вход прибора от перенапряжения защищен .

Последние два десятка лет у радиолюбителей популярны малогабаритные цифровые мультиметры с ЖК дисплеем и автономным питанием. Мультиметры низшей ценовой категории, например, из серий М83х, РТ83х дёшевы, но неудобны в использовании, имеют низкую точность измерения, не содержат элементов защит от .

Схема вольтметра переменного напряжения

RMS вольтметр, с функцией защиты от опасных перепадов напряжения в электросети.

Автор: C@at, /c2.at.ua.
Опубликовано 26.08.2017
Создано при помощи КотоРед.

Эта статья, об измерителе сетевого напряжения или другими словами бытовой вольтметр.

Как известно, номинальное значение напряжения в сети (действующее значение) — 220 В. Разумеется, оно не равно в точности 220 В,
Причины отклонений сетевого напряжения могут быть разными: включение и отключение мощной нагрузки, аварии в системе электроснабжения, перегрузка сети и т. д.
Межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97(«……. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения») допускает отклонение от номинального значения до 10%.

Поэтому электроприборы с питанием от сети должны согласно стандартов нормально функционировать при напряжении 198. 242В. Некоторые из них, в частности с импульсными блоками питания, допускают и больший разброс напряжения. Современное высокотехнологичное электрооборудование, как правило, содержащее в своём составе импульсные преобразователи напряжения, допускает широкий диапазон входных напряжений: от 100 до 240В при номинальной частоте от 50 до 60Гц, что позволяет использовать данные электроприборы без преобразователей практически в любой стране мира.
Но не у всех, все высокотехнологичное . , у нас и в этих пределах (при ±10% электроприборы могут функционировать неустойчиво или вообще выйти из строя.
Последнее происходит, к сожалению, довольно часто. К пониженному напряжению сети (160. 180В) чувствительны приборы, имеющие электродвигатели: холодильники, микроволновые печи, стиральные машины, а к повышенному — подавляющее большинство. Наиболее опасна ситуация, когда в сети присутствует межфазное напряжение 380 В и резко увеличиваются токи потребления всех электроприборов. В этом случае часть элементов выходит из строя по причине превышения предельно допустимого напряжения или тока. Так, например, из-за насыщения магнитопровода ток асинхронного двигателя увеличивается в несколько раз. Естественно, все это ведет к порче дорогостоящих приборов, а также увеличивает вероятность возникновения пожара.
Описанное ниже устройство защищает приборы с потребляемой мощностью до 7 кВт, отключая их от электросети при снижении или превышении сетевым напряжением заранее установленных значений (по умолчанию 190 и 245 В).
Сразу стоит оговорить: подобное реле только считывает данные о напряжении, но не влияет на его стабильность.
И речь в этой статье, как по принципу одной схемы собрать сетевой вольтметр, с любым индикатором из рассмотренных ниже трех вариантов схем.

По характеристикам , друг от друга отличий не имеют.

• Вольтметр RMS с цифровым табло (индикация действующего значения напряжения в диапазоне 85. 265В.** 3 );

• Рассчитано на непрерывный режим работы** 5 ;

• После обнаружения отклонения от заданных пределов, отключение фазы защитным реле для обесточивания нагрузки.

• Раздельная установка верхнего и нижнего порогов напряжений в диапазоне 120. 280 В.;

• шаг установки порога отключения: 1Вольт;

• Устанавливаемое посредством системного меню время включения нагрузки по «возвращении» напряжений в заданные пределы в диапазоне : 5-240 сек.;

• Задержка на включение нагрузки 3 сек. после первого включения прибора в сеть ( если напряжение находится в заданных пределах);

• Настраиваемая задержка на отключение реле, при выходе напряжения за заданные пределы, в пределах от 0.2 ms** 2 до 2 секунд ** 1

• Возможность монтажа на DIN-рейку во вводном электрическом щитке и защита всего электрооборудования дома или квартиры;

• Меню системных настроек, осуществляемых посредством трёх клавиш;

• Автоматический выход из системного меню через 20 секунд, при отсутствии нажатий на клавиши навигации;

• Прерывистый звуковой сигнал или мигающий светодиод «ALARM» при выходе напряжении за установленные пределы;

• Тип выходного устройства: реле;

• Коммутируемая способность: 30А/7кВт. (При токовых нагрузках более 32А (мощность более 7кВт), управление защиты осуществлять через магнитный пускатель).

• Питание от контролируемой сети;

• Потребляемая мощность устройства не более 1.5 ватт (с включенным (запитанным) реле защиты) ** 5 .

• Настройки сохраняются в энергонезависимой памяти;

Поблочная схема RMS вольтметра, с функцией защиты изобразить так.

Блок питания-1-_ .
П-1-1 питается от сети по бестрансформаторной схеме, как вариант можно использовать П-1-2, вариант П-1-2 подойдет когда малогабаритность устройства не требуется и RMS вольтметр не нужно устанавливать на DIN рейку .
Входное сетевое напряжение поступает на контакты LI и N колодки X0-1, в защищаемую цепь напряжение подают с контактов LO и N этой колодки. При срабатывании защиты электромагнитное реле Р1 отключает выходное напряжение (силовые дорожки усиливаются слоем припоя).

В случае перегрузки по току, цепь LI должен размыкать, включённый в неё последовательно стандартный автоматический выключатель (механический) (МЭС 441-14-20) с номинальным током 32 А и характеристикой отключения класса С. (На схеме он не показан).

Блок контроллера-2-_ .
Собственно тут сам микроконтроллер DD1 и управление прибором с помощью трёх кнопок на его передней панели Кн3 (+ «Увеличение»), Кн2 (>»настройки») и Кн1-(«Уменьшение»).
Микроконтроллер DD1 постоянно следит за выпрямленным входным сетевым напряжением, после диодного моста оно поступает
через резистивный делитель на вход встроенного десятиразрядного АЦП (вывод 23 DD1(РС0)). Измерение этого напряжения основано на усреднении 200 отсчётов его мгновенного значения, взятых АЦП в течение 20 мс (одного периода сетевого напряжения частотой 50 Гц).
Таймером период сетевого напряжения (20 мс) режется на равномерные интервалы по количеству необходимых выборок, по каждому срабатыванию таймера опрашивается АЦП.
Urms= sqrt(1/T* S[u(t)*u(t)]dt,
где: sqrt — корень квадратный, S — интеграл за период времени от 0 до Т.
Для дискретного способа взятия интеграла формула упроститься до вида
Urms=K*sqrt(1/N*sum(Uadc*Uadc)),
Где: К — поправочный коэффициент, Uadc — значение на выходе АЦП, N — число выборок за время прохождения полуволны синусоиды.
На индикаторе прибора отображается действующее значение напряжения. Оно же используется при задании порогов срабатывания защиты.

Основные технические характеристики измерительной программы микроконтроллера

• Интервал измеряемых значений сетевого напряжения, В . 0. 500
• Верхний порог срабатывания, В . 225. 280** 1
• Нижний порог срабатывания, В . 120. 215** 1
• Настраиваемая задержка на отключение реле , с. до 0.5 ** 1
• Наименьшее время срабатывания, с. 0,2** 4
• Задержка включения после нормализации напряжения, с. 2. 240** 1

Блок индикации-3-_.
И-3-1 это ЖКИ 8х2 (WH0802A-TMI-CT) синий экран, инверсия с белой подсветкой, отличительная черта малое потребление энергии.
Если применять классические ЖКИ 8х2 (WH0802A-YGK-CT) черные символы с желто-зеленой подсветкой, нужно произвести замену в блоке П-1-1 LNK304 на LNK306** 2 или LNK305 тогда соответственно П-1-1 будет иметь выходной ток 225 mA** 2 или 175 mA. Так-же в этом случае можно задействовать вывод 5 DD1(порт РD3), для управления подсветкой при нажатии кнопок.
И-3-2 используем светодиодные 4-х разрядные семисегментные LED индикаторы ОА или ОК (печатная плата, под размер индикатора 0.56″ (14,2мм)).

И вот что здесь получается, по индикации схемы практически разные , но имеют некоторую универсальность , на платку контроллера И-2-1, устанавливается на разъеме И-3-1 индикатор ЖКИ, и на эту же платку с МК, можно устанавливать платку И-3-2 с LED индикатором.
Такое схемное решение будет интересно тем кто желает опробовать этот RMS вольтметр «вживую» в варианте с LED индикатором и ЖКИ индикатором.
Если собирать по этой конструкции, при сборке И-3-2 нужно уделить чуть внимания пайке разъемов, так как разъемы нужно паять с двух сторон платы. в принципе ничего сложного , фото как это сделано имеется внизу этой статьи.

И-3-3 используем индикатор для Nokia5110. (Под каждый вариант схемы V_1,V_2 и V_3 в прикрепленном архиве к статье , соответствующая прошивка V_1,V_2 и V_3)

Схема вариант V_1 (индикатор ЖКИ).

Схема вариант V_2 (индикатор LED).

Схема вариант V_3 (дисплей Nokia5110).

Пару слов про схему с дисплеем Nokia5110. На экране , мы видим графическое отображение напряжения в виде шкалы, видимый диапазон 220V ±10% (от 198V до 242V в пределах нормы).

Довольно наглядно дает представление о состоянии сети в текущий момент, такая небольшая анимация легко воспринимается визуально ,

что даже не вдаваясь в арифметику цифр сразу можно иметь понятие о состояние сетевого напряжения.

Схема RMS вольтметра собрана на односторонних печатных платах.

Простой самодельный вольтметр

Здравствуй дорогой читатель. Иногда возникает необходимость иметь «под рукой» небольшой простенький вольтметр. Сделать такой вольтметр своими руками не составит большого труда.

О пригодности вольтметра для измерения напряжений в тех или иных цепях судят по его входному сопротивлению, которое складывается из сопротивления рамки стрелочного прибора и сопротивления добавочного резистора. Так как на разных пределах добавочные резисторы имеют разные номиналы, то и входное сопротивление прибора будет другим. Чаще вольтметр оценивают его относительным входным сопротивлением, характеризующим отношение входного сопротивления прибора к 1В измеряемого напряжения, например 5кОм/В. Это удобнее: входное сопротивление вольтметра на разных пределах измерений разное, а относительное входное сопротивление постоянное. Чем меньше ток полного отклонения стрелки измерительного прибора Iи, используемого в вольтметре, тем больше будет его относительное входное сопротивление, тем точнее будут производимые им измерения. В транзисторных конструкциях приходится измерять напряжение от долей вольта до нескольких десятков вольт, а в ламповых еще больше. Поэтому однопредельный вольтметр неудобен. Например, вольтметром со шкалой на 100В нельзя точно измерить даже напряжения 1— 5В, так как отклонение стрелки получится малозаметным. Поэтому нужен вольтметр, имеющий хотя бы три — четыре предела измерений. Схема такого вольтметра постоянного тока показана на рис.1. Наличие четырех добавочных резисторов R1, R2, R3 и R4 свидетельствует о том, что вольтметр имеет четыре предела измерений. В данном случае первый предел 0-1В, второй 0-10В, третий 0-100В и четвертый 0-1000В.
Сопротивления добавочных резисторов можно рассчитать по формуле, вытекающей из закона Ома: Rд= Uп/Iи — Rп, здесь Uп — наибольшее напряжение данного предела измерений, Iи – ток полного отклонения стрелки измерительной головки, а Rп – сопротивление рамки измерительной головки. Так, например, для прибора на ток Iи = 500мкА (0,0005А) и рамкой сопротивлением 500 Ом сопротивление добавочного резистора R1, для предела 0-1В должно быть 1,5кОм, для предела 0-10В — 19,5кОм, для предела 0-100В — 199,5кОм, для предела 0-1000 – 1999,5кОм. Относительное входное сопротивление такого вольтметра будет 2кОм/В. Обычно, в вольтметр монтируют добавочные резисторы с номиналами, близкими с расчетными. Окончательно же «подгонку» их сопротивлений производят при градуировке вольтметра путем подключения к ним параллельно или последовательно других резисторов.

Если вольтметр постоянного тока дополнить выпрямителем, преобразующим переменное напряжение в постоянное (точнее — пульсирующее), получим вольтметр переменного тока. Возможная схема такого прибора с однополупериодным выпрямителем показана на рис.2. Работает прибор следующим образом. В те моменты времени, когда на левом (по схеме) зажиме прибора положительная полуволна переменного напряжения, ток идет через диод Д1 и далее через микроамперметр к правому зажиму. В это время диод Д2 закрыт. Во время положительной полуволны на правом зажиме, диод Д1 закрывается, и положительные полуволны переменного напряжения замыкаются через диод Д2, минуя микроамперметр.
Добавочный резистор Rд рассчитывают так же, как и для постоянных напряжений, но полученный результат делят на 2,5-3, если выпрямитель прибора однополупериодный, или на 1,25-1,5, если выпрямитель прибора двухполупериодный — рис.3. Более точно сопротивление этого резистора подбирают опытным путем во время градуировки шкалы прибора. Можно рассчитать Rд и по другим формулам. Сопротивление добавочных резисторов вольтметров выпрямительной системы, выполненных по схеме на рис.2, вычисляют по формуле:
Rд = 0,45*Uп/Iи – (Rп + rд);
Для схемы на рис.3 формула имеет вид:
Rд = 0,9*Uп/Iи – (Rп + 2rд); где rд – сопротивление диода в прямом направлении.
Показания приборов выпрямительной системы пропорциональны средне выпрямленному значению измеряемых напряжений. Шкалы же их градуируют в среднеквадратических значения синусоидального напряжения, поэтому показания приборов выпрямительной системы равны среднеквадратичному значению напряжения лишь при измерении напряжений синусоидальной формы. В качестве выпрямительных диодов используются германиевые диоды Д9Д. Такими вольтметрами можно измерять и напряжение звуковой частоты до нескольких десятков килогерц. Шкалу для самодельного вольтметра можно начертить с помощью программы FrontDesigner_3.0_setup.

Вольтметр.

Вольтметр— это тот прибор, без которого не обойтись при работе с электричеством. Он применяется при необходимости измерения ЭДС — электродвижущей силы, а также напряжения в электрических цепях. Схема подключения прибора к нагрузке- параллельная.

Вольтметры, как и любые электрические приборы должны регулярно проверяться на соответствие техническим характеристикам, ремонтироваться и обслуживаться.

Определение технических характеристик вольтметра, виды вольтметров.

Чтобы определить технические характеристики вольтметра учитываются следующие показатели:

• Внутреннее сопротивление. Хорошо, если такой показатель очень высокий. Значит, влияние прибора к подключенной электрической цепи уменьшается. А соответственно, измерение вольтметром будет точнее.
• Диапазон измеряемых напряжений- также является важнейшей характеристикой при измерении.

Стандартный вольтметр может измерять напряжение от милливольт до тысячи вольт. Но могут использоваться и специальные вольтметры.

Существуют миливольтметры и микровольтметры, которые могут измерить самые маленькие значения напряжения, но сохраняют высокую точность- до миллионных частей вольта. А есть киловольтметры- приборы, для измерения очень высокого напряжения, до 1000 вольт.

Чтобы работать с такими приборами нужны специальные навыки и опыт, допуск к эксплуатации электрических установок с напряжением более 1000 вольт. Это необходимо для избежания поломок приборов, работая с милли- и микровольтметрами или травм при работе с киловольтметрами.

Точность измерения (погрешность). С помощью этого параметра можно установить возможные отличия данных прибора от действующего напряжения в сети.

Вольтметры и их классификация.

Классификация вольтметров зависит от их конструкции, области применения, других параметров. Вольтметры подразделяются по следующим принципам:

1.По принципу действия — вольтметры делят на электромеханические (магнитоэлектрические и электромагнитные и на электронные, например, цифровые, аналоговые.

2.По прямому назначению — например, импульсные, с учетом постоянного, переменного тока и прочие.

3.По способу применения — изначально встроенные (щитовые) и переносные.

Вольтметры электромеханического типа.

Большая чувствительность, а значит и точность имеется у магнитоэлектрических вольтметров. Данные приборы используются чаще в лабораториях. Самыми распространенными вольтметрами являются электромагнитные.

Они недорогие, а их эксплуатация не вызовет затруднений. Хотя есть у них и недостатки — достаточно высокое энергопотребление, примерно 5-7 Вт, а также высокая индуктивность обмоток. Поэтому частота переменного напряжения ведет к существенному влиянию на показания вольтметра. Приборы данного вида оборудуются в распределительных щитках электростанций и производственных помещений, объектов.

Вольтметры электронного типа.

Электронные вольтметры подразделяют на аналоговые и цифровые. В аналоговых приборах есть шкала и стрелка, которая показывает величину напряжения, отдаляясь от нуля. Такие приборы работают следующим образом: входное переменное напряжение переводится в постоянное, увеличивается и направляется на детектор. После этого выходной сигнал и приводит к отклонению стрелки. Чем сильнее отклоняется стрелка, тем сильнее входное напряжение.

При измерении напряжения аналоговыми вольтметрами важно соблюдать полярность подключения прибора. При отрицательном напряжении стрелка будет двигаться в левую сторону от нуля, при положительном — в правую. Если шкала вашего вольтметра не имеет возможности отклонения стрелки в двух направлениях, тогда необходимо красным щупом коснуться точки, которую касалась до этого белым щупом- для измерения отрицательного напряжения. Либо наоборот (цвета щупов могут быть различными).

В цифровых вольтметрах показания о значении напряжения выносятся на электронное табло.

Благодаря схеме универсальных вольтметров можно определять и постоянное и переменное напряжение, в зависимости от установленных переключателей режимов работы и их положения.

Вольтметры цифрового типа.

Измерения цифровыми вольтметрами будут точнее, чем аналоговыми. Измерение осуществляется путем превращения аналогового входного напряжения в цифровой код, который направится на цифровое отсчетное устройство, а затем трансформирует полученный двоичный код в десятичную цифру, которая появится на табло.

Корректность измерения напряжения обусловлена дискретностью входящего в состав прибора аналого-цифрового преобразователя.

Установление типа вольтметра по названию.

Чтобы узнать тип вольтметра, не нужна его техническая документация. Так, в первой букве названия вольтметра содержится информация о типе прибора и принципе его работы. Первая буква «Д» в названии — значит, электродинамический вольтметр; «М» — магнитоэлектрический; «С» — электростатический, «Т» — термоэлектрический; «Ф, Щ» — электронный; «Э» — электромагнитный; «Ц» — вольтметр выпрямительного типа.

Название радиоизмерительных вольтметров начинается с буквы «В». За ней идет цифра, которая обозначает тип прибора, а через тире — две цифры, по которым можно установить модель вольтметра: В2, В3, В4 — приборы постоянного, переменного или импульсного тока. В5 — фазочувствительные вольтметры, В6 — селективные; В7 — универсальные.

Техника безопасности при использовании вольтметров.

Требования соблюдения техники безопасности являются одинаковыми для всех электрических приборов. Во время измерения напряжения важно правильно поставить на приборе тип измеряемого напряжения. Если неверно установить постоянное напряжение, то при подключении к цепи с имеющимся там переменным напряжением, этот прибор может сломаться. Чтобы не ошибиться, нужно знать следующее.

Постоянное напряжение всегда идет со знаком +27 В или -5 В. Также переменное напряжение может обозначаться знаком волны

220 В. Перед самими измерениями необходимо определить диапазон измерения, это очень важно. Например, если нужно исследовать наличие напряжение +27 В, то нужно установить: постоянное напряжение, пределы измерения больше измеряемого напряжения.

Если показатель напряжения в цепи неизвестен, то установите максимально возможный предел измерения. После потихоньку уменьшайте до появления показаний. Если сделать наоборот, то прибор выйдет из строя вследствие перенапряжения.