Maak je eigen multimeter

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Gevoelige meterbeweging (Radio Shack-catalogus # 22-410)
• Keuzeschakelaar, enkelpolig, multi-throw, break-before-make (Radio Shack-catalogus # 275-1386 is een 2-polige eenheid met 6 standen die goed werkt)
• Multi-turn potentiometers, PCB-montage (Radio Shack-catalogus # 271-342 en 271-343 zijn respectievelijk 15-turn, 1 kΩ en 10 kΩ "trimmer" -eenheden)
• Geassorteerde weerstanden, bij voorkeur zeer nauwkeurige metaalfilm- of draadgewonden typen (Radio Shack-catalogus # 271-309 is een assortiment metaalfilmweerstanden, +/- 1% tolerantie)
• Kunststof of metalen montagedoos
• Drie "banaan" jack-stijl bindingsposten, of andere terminalhardware, voor aansluiting op potentiometercircuit (Radio Shack-catalogus # 274-662 of gelijkwaardig)

Het belangrijkste en duurste onderdeel van een meter is de beweging :het eigenlijke naald-en-schaalmechanisme wiens taak het is om een ​​elektrische stroom om te zetten in mechanische verplaatsing waar deze visueel kan worden geïnterpreteerd.

De ideale beweging van de meter is fysiek groot (voor het gemak van kijken) en zo gevoelig mogelijk (vereist minimale stroom om volledige afbuiging van de naald te produceren).

Hoogwaardige meterbewegingen zijn duur, maar Radio Shack heeft een aantal van acceptabele kwaliteit die redelijk geprijsd zijn.

Het model dat in de onderdelenlijst wordt aanbevolen, wordt verkocht als een voltmeter met een bereik van 0-15 volt, maar is in feite een milliampèremeter met een afzonderlijk bijgesloten bereik ("multiplier").

Het kan goedkoper zijn om een ​​goedkope analoge meter aan te schaffen en deze alleen voor de beweging van de meter uit elkaar te halen.

Hoewel de gedachte om een ​​werkende multimeter te vernietigen om zelf onderdelen te maken misschien contraproductief klinkt, is het doel hier leren , geen meterfunctie.

Ik kan geen weerstandswaarden specificeren voor dit experiment, omdat deze afhankelijk zijn van de specifieke meterbeweging en gekozen meetbereiken.

Zorg ervoor dat u zeer nauwkeurige weerstanden met een vaste waarde gebruikt in plaats van weerstanden met koolstofsamenstelling.

Zelfs als u koolstofsamenstellingsweerstanden vindt met precies de juiste waarde(n), zullen die waarden in de loop van de tijd veranderen of "afdrijven" als gevolg van veroudering en temperatuurschommelingen.

Natuurlijk, als de stabiliteit van deze meter op lange termijn je niet interesseert, maar hem alleen voor de leerervaring bouwt, doet de precisie van de weerstand er niet toe.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 8:"DC-meetcircuits"

LEERDOELSTELLINGEN

• Om het ontwerp en het gebruik van de voltmeter te tonen
• Om het ontwerp en het gebruik van de ampèremeter te tonen
• Reostat-bereikbeperking
• Kalibratietheorie en praktijk
• Soldeeroefening

SCHEMATISCH DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Eerst moet u de kenmerken van uw meterbeweging bepalen. Het belangrijkste is om de afbuiging op volledige schaal te kennen in milliampère of microampère.

Om dit te bepalen, sluit u de meterbeweging, een potentiometer, batterij en digitale ampèremeter in serie aan.

Stel de potentiometer af totdat de beweging van de meter exact op de volledige schaal is afgebogen. Lees het display van de ampèremeter om de volledige huidige waarde te vinden:

Pas op dat u niet te veel stroom op de meterbeweging toepast, aangezien bewegingen zeer gevoelige apparaten zijn en gemakkelijk kunnen worden beschadigd door overstroom.

De meeste bewegingen van de meter hebben een volledige afbuigingsstroom van 1 mA of minder, dus kies een potentiometerwaarde die hoog genoeg is om de stroom op de juiste manier te beperken, en begin met testen met de potentiometer op maximale weerstand gedraaid. Hoe lager de volledige stroomwaarde van een beweging, hoe gevoeliger deze is.

Nadat u de volledige stroomwaarde van uw meterbeweging hebt bepaald, moet u de interne weerstand nauwkeurig meten.

Om dit te doen, koppelt u alle componenten los van het vorige testcircuit en sluit u uw digitale ohmmeter aan op de bewegingsterminals van de meter.

Noteer dit weerstandsgetal samen met het volledige huidige cijfer verkregen in de laatste procedure.

Misschien wel het meest uitdagende onderdeel van dit project is het bepalen van de juiste bereikweerstandswaarden en het implementeren van die waarden in de vorm van reostaatnetwerken.

De berekeningen staan ​​beschreven in hoofdstuk 8 van deel 1 (“Metering Circuits”), maar hier wordt een voorbeeld gegeven.

Stel dat de beweging van uw meter een nominale waarde van 1 mA en een interne weerstand van 400 had.

Als we de benodigde bereikweerstand willen bepalen (“R_multiplier ”) om deze beweging een bereik van 0 tot 15 volt te geven, zouden we 15 volt (totaal aangelegde spanning) moeten delen door 1 mA (volledige stroom) om de totale sonde-naar-sonde-weerstand van de voltmeter (R =E/I).

Voor dit voorbeeld is die totale weerstand 15 kΩ. Van dit totale weerstandscijfer trekken we de interne weerstand van de beweging af, waardoor 14,6 kΩ overblijft voor de bereikweerstandswaarde.

Een eenvoudig reostaatnetwerk om 14,6 kΩ (instelbaar) te produceren, zou een potentiometer van 10 kΩ zijn die parallel is geschakeld met een vaste weerstand van 10 kΩ, allemaal in serie met een andere vaste weerstand van 10 kΩ:

Eén positie van de keuzeschakelaar verbindt direct de beweging van de meter tussen de zwarte Common bindingspaal en de rode V/mA bindend bericht.

In deze positie is de meter een gevoelige ampèremeter met een bereik dat gelijk is aan de volledige nominale stroomsterkte van de beweging van de meter.

De positie ver met de klok mee van de schakelaar ontkoppelt de positieve (+) aansluiting van het uurwerk van een van beide rode bindingsposten en sluit deze rechtstreeks aan op de negatieve (-) aansluiting.

Dit beschermt de meter tegen elektrische schade door deze te isoleren van de rode testsonde, en het "dempt" het naaldmechanisme om verder te beschermen tegen mechanische schokken.

De shuntweerstand (R_shunt ) die nodig zijn voor een ampèremeterfunctie met hoge stroomsterkte, moet een eenheid met lage weerstand zijn met een hoge vermogensdissipatie.

Je zult zeker niet gebruik hiervoor 1/4 watt-weerstanden, tenzij u een weerstandsnetwerk vormt met meerdere kleinere weerstanden in parallelle combinatie.

Als u van plan bent een ampèremeterbereik van meer dan 1 ampère te hebben, raad ik u aan een dik stuk draad of zelfs een dun stuk plaatmetaal te gebruiken als de "weerstand", op de juiste manier gevijld of ingekerfd om precies de juiste hoeveelheid weerstand te bieden.

Om een ​​zelfgemaakte shuntweerstand te kalibreren, moet u uw multimetereenheid aansluiten op een gekalibreerde bron van hoge stroom, of een hoge stroombron in serie met een digitale ampèremeter ter referentie.

Gebruik een kleine metalen vijl om de dikte van de shuntdraad af te scheren of om de plaatmetalen strip in kleine, voorzichtige hoeveelheden in te kerven.

De weerstand van je shunt neemt bij elke slag van de vijl toe, waardoor de beweging van de meter sterker afbuigt.

Onthoud dat u de exacte waarde altijd in langzamere en langzamere stappen (bestandslagen) kunt benaderen, maar u kunt niet "achteruit" gaan en verlagen de shuntweerstand!

Bouw eerst het multimetercircuit op een breadboard terwijl u de juiste bereikweerstandswaarden bepaalt en voer daar alle kalibratie-aanpassingen uit.

Voor de uiteindelijke constructie soldeert u de componenten op een printplaat.

Radio Shack verkoopt voor het gemak printplaten die dezelfde lay-out hebben als een breadboard (catalogus # 276-170). Voel je vrij om de lay-out van de componenten te veranderen van wat wordt getoond.

Ik raad je ten zeerste aan om de printplaat en alle componenten in een stevige doos te monteren, zodat de meter duurzaam is afgewerkt.

Ondanks de beperkingen van deze multimeter (geen weerstandsfunctie, onvermogen om wisselstroom te meten en lagere precisie dan de meeste gekochte analoge multimeters), is het een uitstekend project om te helpen bij het leren van fundamentele instrumentprincipes en circuitfunctie.

Een veel nauwkeurigere en veelzijdigere multimeter kan worden geconstrueerd met veel van dezelfde onderdelen als er een versterkerschakeling aan wordt toegevoegd, dus bewaar de onderdelen en onderdelen voor een later experiment!

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad voor basis ampèremeter
• Werkblad voor basis voltmetergebruik
• Ontwerpproject:werkblad voltmeter