Самодельный миллиомметр
Диапазон измеряемых на практике сопротивлений условно делят на три части: малые сопротивления (менее 10 Ом), средние сопротивления (от 10 Ом до 1 МОм) и большие сопротивления (более 1 МОм). Эти границы достаточно приблизительны и могут различаться. Наиболее распространенные аналоговые и цифровые тестеры и мультиметры предназначены, в основном, для измерения средних сопротивлений. Однако необходимость измерения малых сопротивлений (менее 1 Ом) возникает достаточно часто, например, при проверке обмоток трансформаторов, контактов реле, шунтов и др.
«Измерение сопротивлений основано на преобразовании их величины в ток или напряжение, поэтому при малом сопротивлении получается небольшое падение напряжения либо ток мало отличается от режима короткого замыкания. Если увеличить измерительный ток, на измеряемом сопротивлении может рассеиваться недопустимо большая мощность, в результате чего может «сгореть» резистор. Кроме того, за счет нагрева резистора меняется его сопротивление, что приводит к дополнительной погрешности измерения (температурная погрешность)». Это выдержка одной из статей, которую я нашел в сети. Попробуем разобраться, так ли это страшно на самом деле.
Ну с температурной погрешностью и со сгоранием в нашем случае мы повременим, так как в основном резисторы, сопротивление которых будем измерять, изготавливаются из проволоки. Теперь немного посчитаем. В приборе, схему которого я хочу предложить используется два режима измерения сопротивления. При стабильном токе в 1А (шкала 1 деление = 0,002 Ом) и при стабильном токе 0,1А (шкала 1 деление = 0,02 Ом). Это для головки показанной на фото 1. Как видно из фото, измерительная головка имеет ток полного отклонения 100мкА. Цена маленького деления — 2мкА. 
И так, при токе в 0,1А прибор будет измерять сопротивление с 0,02 Ома до 1-го Ома. Т.е. отклонение стрелки на последнее деление шкалы будет соответствовать одному Ому. Допустим меряем 1 Ом. Р=I2•R. Мощность выделяемая на измеряемом резисторе будет равна 0,01Вт. Теперь посчитаем мощность, которая может выделиться на измеряемом резисторе сопротивлением 0,1 Ом при токе 1А. Р = 1•1•0,1 = 0,1Вт = 100мВт. Так что конец Света отменяется. Ток в 1А и 0,1А я выбрал для простоты расчетов, нам же потребуется ток немного другой величины – это связано с конкретным сопротивлением рамки измерительной головки.
Стабилизация тока в схеме осуществляется транзистором VT1 TIP107 и микросхемой DA2 К153УД2. Выбор этой микросхемы связан с ее возможностью работать при входных напряжениях близких к напряжению питания. Транзистор TIP107 можно заменить на КТ973 с любой буквой. Принцип работы приборчика, как вы уже догадались, заключается в измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при прохождении через его определенного стабильного тока. Какой ток нам нужен на самом деле? Сопротивление рамки у моего измерительного прибора равно 1200Ом, ток полного отклонения – 0,0001А, значит, если мы будем использовать эту головку в качестве вольтметра, нам потребуется подать на ее напряжение величиной = U = I•R = 0,0001• 1200 = 0,12В = 120мВ для отклонения стрелки на последнее деление шкалы. Это означает, что именно такое напряжение должно упасть на сопротивлении в 1 Ом на пределе измерения прибора от 0,02Ома до 1Ома. Значит на данном пределе измерения нам надо пропустить через измеряемый резистор стабильный ток величиной I = U/R = 0,12/1 = 0,12A = 120мА. Тоже самое можно рассчитать и для другого предела, там потребуется ток величиной 1,2А.
Идем дальше. Схема собрана. Перед первым включением тумблер SB1 надо разомкнуть, а резистор R2 выставить в среднее положение (резистор подстроечный многооборотный). Выходные клеммы прибора замкнуты контактами кнопки SB2. Головка пока не подключена. Параллельно резистору R4 = 1Ом подключаем мультиметр, включаем питание и резистором R2, выставляем на нем напряжение примерно 1,2В, что будет соответствовать току, проходящему через него, величиной в 1,2А. Подключаем к клеммам резистор величиной 1Ом, нажимаем на кнопку SB2 – падение напряжения на резисторе R4 не должно измениться, это будет говорить о том, что стабилизатор тока работает. Теперь подключаем эталонный резистор величиной 0,1 Ома. Я брал резистор С5-16МВ1 с процентным отклонением в 1%. Этого для радиолюбителя вполне достаточно. Я думаю, что многие из вас, так же как и я, вряд ли обращают внимания на процентное отклонение сопротивления используемых резистор, да если оно еще и закодировано латинскими буквами. Далее подключаем головку, опять жмем на кнопку «Измерение» и резистором R2 уже окончательно точно выставляем стрелку прибора на последнее деление шкалы. Это мы настроили предел измерения от 0,002 Ома до 0,1 Ома. После этого замыкаем тумблер SB1 и резистором R3 выставляем напряжение на резисторе R4 равное примерно 0,12В, что соответствует току стабилизации 0,12А. К клеммам подключаем якобы эталонный резистор 1 Ом, нажимаем на кнопку «Измерение» и опять же резистором R3 устанавливаем стрелку на последнее деление. Получили предел измерения от 0,02 Ома до 1 Ома. На этом регулировка закончена.
При сборке прибора транзистор VT1 и микросхему DA1 обязательно установите на радиаторы. На таком радиаторе, что показан на фото2, микросхема нагревается до температуры +42С при работе с током 1А. Контакты кнопки «Измерение» должны выдерживать с лихвой ток 1А. От качества этой кнопки напрямую зависит суровая жизнь измерительной головки. Если каким либо образом нарушится контакт, а к клеммам в это время не будет подключен измеряемый резистор, то все напряжение 5В попадет на головку. Операционный усилитель, резисторы и конденсатор установлены на небольшой печатной плате, остальные детали соединены проводниками. В качестве сетевого трансформатора можно применить ТВК -110Л1 от старых телевизоров. Правда придется в нем заменить провод вторичной обмотки на ток 1,2А. Как рассчитать диаметр провода можно посмотреть здесь. Есть еще одна возможность улучшить прибор – сделать его приставкой к цифровому мультиметру — использовать мультиметр вместо измерительной головки, тогда на пределе измерения напряжения оного — 200мВ, можно будет измерять сопротивление резисторов… сейчас посчитаем. Работаем со стабильным током 0,1А, который протекает по измеряемому резистору. Мультиметр показывает 1мВ = 0,001В, значит сопротивление резистора будет равно R = U/I = 0,001В/0,1А = 0,01 Ом. Для тока 1А и при показаниях мультиметра опять таки же 1мВ, сопротивление измеряемого резистора будет = 0,001/1 = 0,001Ом. У меня мультиметр измеряет напряжение до 0,1мВ, значит я могу измерять сопротивления до 0,0001 Ома. К недостаткам этого прибора можно отнести неудобство пользования. Им нельзя например замерить активное сопротивление обмотки двигателя или трансформатора на предмет межвиткового замыкания, потому как нет щупов. Ну все равно во многих случаях он может быть полезен. Успехов всем. До свидания. К.В.Ю. Скачать рисунок печатной платы.
В практике радиолюбителя приходится встречаться с необходимостью измерения низкоомных сопротивлений (до 1 Ом). Решить эту задачу и предназначен простой миллиомметр. Этим устройством можно с достаточной для радиолюбителя точностью измерять сопротивления от 0,0001 до 1 Ома.
При измерении малых сопротивлений с помощью цифровых мультиметров последовательно с измеряемым сопротивлением, назовём его Rx, неизбежно включено сопротивление соединительных проводов, переходное сопротивление входных клемм или гнёзд, контактов переключателя и т.п. Это сопротивление (Rпр.) находится в пределах 0,1…0,4 Ом. Вследствие вышеуказанных причин, реально измеренное сопротивление будет больше Rx на некоторую величину (Rx+Rпр.). Погрешность может доходить до 50 % при измерении очень малых сопротивлений. Для больших сопротивлений эта ошибка невелика, и её можно не учитывать.
Из изложенного понятно, что надо исключить влияние соединительных проводов и т.п. на результат измерения очень малых сопротивлений. Существует метод измерения низкоомных сопротивлений по 4-зажимной схеме на постоянном токе. Применение данного метода полностью исключает влияние соединительных проводов на результат измерения малых сопротивлений. Этот метод используется в данном миллиомметре. Кратко рассмотрим суть метода измерения по 4-зажимной схеме.
На рис.1 (слева) приведена схема измерения сопротивления по 2-зажимной схеме. Красным цветом показан путь измерительного тока. Как видим, ток протекает и через измеряемый резистор и через сопротивление проводов (Rпр) мультиметра, что вносит погрешность в результат измерения. Сопротивление вольтметра не оказывает влияния на измерение Rx, так как обладает очень большим (до 10 МОм) внутренним сопротивлением Rвх. На рис.1 (справа) показана 4-зажимная схема измерения. Из схемы понятно, что сопротивление проводов не оказывает влияния на результат измерения, так как включено последовательно с очень большим внутренним сопротивлением вольтметра. Измерительный ток протекает только через резистор Rx.
Вот схема миллиомметра (рис.2).
Источником питания схемы является батарея с напряжением 9 В. Выключателем SB напряжение от батареи подаётся на микросхему стабилизатора напряжения типа 7806. Конденсатор С1 служит для подавления скачков напряжения. Резисторы R1, VR2 необходимы для установки выходного напряжения микросхемы в пределах 6 В. Потенциометром VR2 устанавливается точная величина выходного напряжения величиной 6В. Потенциометром VR3 устанавливается выходной ток, протекающий через измеряемый резистор Rx равный 100мА (0,1 А). Поскольку резистор VR3 имеет относительно большое сопротивление по сравнению с измеряемым Rx, то погрешность, возникающая при этом вследствие наличия сопротивлений Rx (от 1 мОм до 1 Ом ), будет оказывать влияние на величину тока 100мА в пределах не более 2%.
Конструкция миллиомметра
Внешний вид и вид на монтаж деталей миллиомметра показан на фото 1, 2 и 3. Монтаж деталей выполнен навесным способом, микросхема на радиатор не устанавливалась. В качестве потенциометров VR2, VR3 использованы многооборотные резисторы для более точной установки напряжения и тока. Корпус прибора пластмассовый, размеры 11*6*4 см. Клеммы К1 иК2 металлические. Выключатель питания типа МТ-1.
Подготовка к измерению сопротивления
Подсоединить щупы цифрового вольтметра к клеммам К1 и К2. Подать напряжение от источника питания на схему, включив выключатель SB. Потенциометром VR2 установить выходное напряжение величиной 6 В при неподключённом резисторе Rx. Далее, отключив SB, переключаем мультиметр на измерение тока (щупы остаются на прежнем месте), включаем SB и потенциометром VR3 устанавливаем величину выходного тока 0,1А.
Проведение измерений
Для начала возьмём несколько резисторов известной величины (0,1; 0,2; 0,5 Ом) и измерим их сопротивление, чтобы убедиться в работоспособности миллиомметра.
Не включая питание под клеммы К1 и К2, зажимаем выводы измеряемого сопротивления. Щупы цифрового вольтметра устанавливаем в гнёзда клемм К1 и К2, а предел измерения на отметку 200мВ. Включаем питание и считываем показания прибора.
Допустим, величина измеренного напряжения 22,3 мВ. Ток ранее был установлен 100мА. Делим напряжение на ток и получаем искомое сопротивление. В нашем случае: Rx=22,3: 100= 0,223 Ом. Конечно, принято делить вольты на амперы, чтобы получить Омы, но так удобнее, не надо переводить мВ и мА в вольты и амперы. Точно также измеряем другие эталонные резисторы. Но всё-таки вспомним, что 1 В-1000мВ; 100мВ-0,1В; 10мВ-0,01В; 1мВ-0,001В; 1А-1000мА; 100мА-0,1А. В моём мультиметре наименьший предел измерения — 200мВ, цена деления — 0,1 мВ. Входное сопротивление — около 10 МОм. То есть теоретически можно измерить сопротивление величиной 0,001 Ом (1мОм). Вольтметры с низким входным сопротивлением для наших измерений не годятся.
Итак, мы определили, что проведенные измерения дали реальный результат. Теперь переходим к измерению неизвестного сопротивления. В качестве неизвестных сопротивлений будем использовать шунты из разобранных авометров. При измерении сопротивления самого большого шунта падение напряжения составило 0,5 мВ, ток 100 мА.
Величина сопротивления шунта, рассчитанная по закону Ома, получилась 0,005 Ом. Сопротивление малого шунта, измеренного миллиомметром, равно 0,212 Ом (падение напряжения — 21,2 мВ).
Практическое применение миллиомметр может найти при подборе шунтов для зарядных устройств, измерении сопротивлений в оконечных каскадах усилителей низкой частоты и других устройств, где необходимо измерение малых сопротивлений (переходное сопротивление контактов выключателей, реле и др.).
Измерение низкоомных сопротивлений можно производить и при токах более 0,1 А. Для этого необходимо собрать стабилизатор тока на соответствующий ток. Схемы стабилизаторов приведены на рис.3.
Стабилизатор включается в схему вместо потенциометра VR3. Конечно, это повлечёт за собой установку микросхемы и транзистора на радиаторы соответствующего размера, а также к увеличению размеров прибора.
Сопротивления менее 1мОм (1000 мкОм) измеряют с помощью микроомметров. Измерительный ток может быть величиной до 150 А. Напряжение большой роли не играет.
Если необходимо изготовить шунт для зарядного устройства, а нихрома, константана, манганина нет, то можно воспользоваться шпилькой подходящего диаметра, как показано на фото 9.
Материал шпильки — сталь, бронза, медь и т.п. Передвигая один из контактов по шпильке добиваются нужного сопротивления шунта. Расчёт сопротивления шунта несложен. Будут вопросы — обсудим.
В данной статье мы попробуем научиться измерять малые сопротивления. У радиолюбителей иногда возникает потребность точно определить сопротивление шунта при изготовлении или ремонте амперметра, чтобы он в свою очередь также точно показывал свои единицы измерения или в других целях. Но как это сделать, когда мультиметр не имеет шкалы измерения милли Ом, маркировка либо отсутствует, либо совсем не известна и не понятна? Большинство измерительных приборов имеют минимальную шкалу 200 Ом для измерения сопротивления и 3,5 — 4 разряда, при закорачивании щупов там уже примерно 0,7 Ом, при измерении сопротивления 0,1 Ом ничего не меняется, беда. Сейчас поправим.
Предлагаю использовать для этой цели мостовую схему измерения. Что такое мост должны представлять все, на этом останавливаться не будем. Составим мост из резисторов, подадим на него какое либо напряжение и будем его же измерять, хотя можно и ток измерять, разницы не будет, что более точное у нас под рукой, то и выбираем. Так а причем здесь измерение малого сопротивления? Терпение, все по порядку из далека. Есть такая замечательная вещь как баланс моста. Произведение сопротивлений противоположных плеч моста, при условии его сбалансированности, будут одинаковы. А напряжения и токи при сбалансированности моста будут взаимокомпенсировать друг друга и в сумме дадут 0.
( Пусть R0 это R3, а Rx это R4 )
Итак, исходя из вышеперечисленного, если в мост поставить вместо одного из резисторов наше малое сопротивление произвольного номинала, а другой резистор сделать переменным или подстроечным (по схеме используем два переменных резистора для точности балансировки моста, особенно в том случае, когда под рукой нет многооборотистых переменных резисторов), чтобы добиться баланса моста. Такую схему можно использовать для измерения шунтов и малых сопротивлений:
Схему было собирать лениво, тем более, что плату изготовить нужно достаточно времени, поэтому навесным монтажом был изготовлен подопытный образец схемы. Здесь резисторы R1 и R2 не 1%, но подбирались максимально близкие к сопротивлению заданного номинала, погрешность сопротивления не превышала 0,5 % при комнатных условиях.
Но нужно знать как получить точное значение измеряемого сопротивления. Во первых, главное особенностью такое схемы является то, что с помощью нее "умножается" измеряемое сопротивление. А это значит, что необходимость в шкале на милли Омы в мультиметре отпадает. Сопротивление в 0,1 Ом уже можно будет измерять на шкале в кило Омы. Только измерение будет теперь не прямым, а косвенным, придется использовать немного математики и подсчитывать конечный результат измерения.
Определимся какой диапазон номиналов будем измерять (имеется ввиду малое сопротивление или сопротивление шунтов). Для этого нужно выбрать номиналы переменных резисторов:
По схеме используем два переменных резистора для большей точности взаимодействия, 1 кОм и 100 Ом. Такое сопротивление переменных резисторов позволит измерить максимально большое сопротивление в 1,1 Ом, минимальное с сохранением точности измерения 0,01 Ом (при Rx=0,01 Ом R0 должно быть 10 Ом, которые также нужно достаточно точно измерять своим мультиметром)
И номиналы постоянных резисторов, чтобы мост легко балансировался и было удобно подсчитать номинал шунта или малого сопротивления:
Кратность резисторов относительно друг друга лучше всего брать именно такой — 10, 100, 1000, чтобы быстро подсчитать конечный результат, хотя никто не запрещает брать не круглые числа, чтобы потом считать еще и с калькулятором. По схеме это отношение 100.000 к 100, то есть умножитель на 1000.
Собираем схему. Использовать можно любые подстроечные или переменные резисторы, но для большей точности советую взять многооборотистые подстроечные или переменные резисторы, а постоянные использовать с допуском не более 1%, а лучше еще меньше. В качестве элемента питания по схеме используется "Крона" на 9 вольт, можно заменить на любой другой источник. Конденсаторы на случай использования блоков питания для фильтрации. Схема в нашей конфигурации сопротивлений потребляет 90 мА от батарейки 9 В, поэтому для частых измерений, конечно, целесообразней использовать блок питания. Схема собрана, теперь изучаем методику измерения. После подсоединения измеряемого сопротивления, необходимо подать на схемку напряжение, не важно какое, но чем больше оно, тем больше точность, устанавливаем измеритель на предел 200 mV и приступаем к процессу балансировки моста путем вращения подстроечного резистора до появления полного нуля на вольтметре. Это значит, что мост сбалансирован и все выражения теперь справедливы к нашей схеме. Далее измеряем сопротивление подстроечного резистора и вычисляем значение малого сопротивления:
или более красиво вот так
(219 Ом * 100 Ом)/100 кОм получаем 0,219 Ом сопротивление шунта (смотри видео).
Или проще полученный результат необходимо разделить на 1000 (так как 100кОм/100Ом будет 1000 — наш умножитель) в нашем случае. И что же мы видим? Да! Это и есть сопротивление, которое мы измеряли 0,219 Ом (
0,22 Ом). В пределах хорошей точности, а если учитывать погрешности при измерении и взаимодействии со схемкой — идеально.
Теперь не нужно будет ломать голову, когда возникнет необходимость в подобных измерениях. Схема проста, но не многие знают о ней.
К статье прилагается печатная плата для изготовления мини приставки к мультиметру и проект Proteus для любопытных проверить это чудо, но ленивых, чтобы собрать схему.
