Електронний амперметр для автомобіля
Пропоноване пристрій призначений для візуального контролю зарядного і розрядного струму автомобільної акумуляторної батареї під час поїздки. Індикатор амперметра - стрілочний, крім того, є світлодіодний індикатор напрямку струму, який включається, коли батарея розряджається.
Наявність інформації про направлення і значенні струму, що протікає через акумуляторну батарею, дозволяє водієві уникнути багатьох аварійних ситуацій. Наприклад, він може своєчасно помітити, що батарея з якоїсь причини не заряджається і запобігти її повну розрядку. Не менш небезпечна ситуація, коли зарядний струм надмірно великий, що може призвести до пожежі і виходу з ладу генератора. Таке трапляється, наприклад, при відмові регулятора напруги.
На сучасних легкових автомобілях зазвичай обмежуються установкою на приладовій панелі контрольної лампи зарядки акумуляторної батареї. Амперметри в ланцюзі зарядки і розрядки батареї, як правило, відсутні, тому їх не буває і в продажу. Щоб отримувати повнішу інформацію про умови роботи батареї, залишається встановити на автомобіль саморобний амперметр. Наприклад, зашунтірованний резистором з невеликим опором звичайний стрілочний мілі або мікроамперметр.
Але далеко не кожен подібний прилад придатний для цієї мети, так як падіння напруги на ньому при струмі повного відхилення стрілки може скласти помітну частку напруги в бортсети автомобіля. Промисловість випускає стандартні вимірювальні шунти для амперметрів, що мають падіння напруги 75 і навіть 50 мВ при номінальному струмі, але для більшості малогабаритних приладів цього недостатньо. Для їх підключення до шунт необхідний підсилювач постійного струму з малим температурним дрейфом нуля. Потрібно також, щоб механізм стрілочного приладу був стійкий до вібрації, а його габарити досить малі для установки на приладовій дошці автомобіля.
Застосовувати на автомобілі амперметр з цифровим відліком недоцільно, перш за все, з тієї причини, що при зміні вимірюваного параметра (струму) цифри на індикаторі швидко змінюються і в його свідченнях важко орієнтуватися.
Стрілочні прилади при паралельному підключенні до шунт, що практично рівнозначно короткого замикання рамки, мають помітною інерційністю, викликаної демпфуванням вимірювального механізму. А в темний час доби водієві доводиться напружувати зір для того, щоб розглянути положення стрілки.
Крім того, стрілка може коливатися не тільки в результаті змін вимірюваного струму, але і при струси кузова автомобіля. Тому доцільно доповнити стрілочний амперметр сигнальним світлодіодом, що включається при критичному значенні струму. У пропонованому приладі світіння світлодіода свідчить про те, що напрямок струму через акумуляторну батарею відповідає його розрядці.
Схема амперметра показана на рис. 1.
Основні технічні характеристики
- Межі вимірювання струму, А. -40. +40
- Дрейф нуля при зміні температури на 20 о С, А, не більше. 1,1
- Власний струм споживання, мА, не більше. 23
Прилад складається з стабілізатора напруги на стабілітроні VD1 і транзисторі VT2, балансного підсилювача постійного струму на транзисторах VT1 і VT3 і порогового пристрою на транзисторі VT4, в колекторних ланцюг якого включений світлодіод HL1. Оскільки підсилювач на транзисторах VT1 і VT3 балансний, він має порівняно невеликий температурний дрейф нуля. Резистор R2 - стандартний шунт з падінням напруги 75 мВ при струмі 40 А.
При непрацюючому генераторі через шунт R2 протікає струм від акумуляторної батареї в бортсети автомобіля, при цьому транзистор VT3 відкривається і його колекторний струм збільшується, а падіння напруги на подстроечном резисторі R7 зростає. Коли починає працювати генератор, струм через шунт тече від бортсети в батарею. При цьому збільшуються колекторний струм транзистора VT1 і падіння напруги на резисторі R1. Стрілка міліамперметра PA1 з нулем посередині шкали відхиляється пропорційно протікає через шунт току в сторону того з резисторів R1, R7, падіння напруги на якому більше.
Переміщенням движка підлаштування резистора R7 регулюють поріг спрацьовування світлодіодного індикатора струму акумуляторної батареї. Якщо цей поріг відповідає нульовому току через шунт R2, то світлодіод буде включений, коли батарея розряджається, і вимкнений, коли вона заряджається. При необхідності можна, звичайно, встановити і інший поріг.
Як РА1 можна застосувати і індикатор рівня запису (наприклад, М68 501 або М476 / 1) від старого касетного магнітофона. Такі індикатори мають шкалу невеликого розміру, але мають підвищену стійкість до вібрації і можуть тривалий час експлуатуватися навіть на мотоциклі, де рівень вібрації значно вище, ніж на легковому автомобілі.
В принципі, вихідне положення стрілки приладу РА1 не обов'язково має бути точно в середині шкали. Оскільки розрядний струм акумуляторної батареї буває значно більше зарядного, частина шкали, відведена для його відображення, може бути довшим відведеної для зарядного струму. Це, правда, призведе до деяких ускладнень при необхідності швидкої оцінки напрямку струму під час руху.
Резистор R4 служить для установки початкового значення колекторного струму транзисторів VT1 і VT3, а підлаштування резистором R3 встановлюють на нуль стрілку мікроамперметра PA1. Для того щоб вона не відхилялася при зміні температури, тепловідвідні фланці транзисторів VT1 і VT3 щільно притиснуті один до іншого через ізолюючу прокладку, змащену теплопроводящей пастою, що вирівнює температуру транзисторів.
Електронний блок амперметра зібраний в пластмасовому корпусі розмірами 70x50x40 мм і з'єднаний з мікроамперметром, встановленим на приладовій панелі, а кручений парою проводів - з шунтом R2 типу 75ШІП-40, що знаходиться під капотом поблизу від акумуляторної батареї. У приладі застосовані постійні резистори МЛТ, підлаштування резистори СП3-1б, оксидний конденсатор К50-6. Замість транзистора КТ315 можна застосувати будь-який малопотужний кремнієвий транзистор структури n-p-n. Світлодіод HL1 - малопотужний будь-якого типу і кольору світіння.
При першому включенні електронного амперметра потрібно подати на нього напругу +12 Всо боку бортсети автомобіля від будь-якого джерела, не підключаючи акумуляторну батарею. Перш за все слід виміряти напругу між крайніми висновками підлаштування резистора R7. Якщо воно сильно відрізняється від 4,5 В, слід домогтися цього значення підбіркою резистора R4. Потім слід встановити стрілку приладу PA1 на нуль підлаштування резистором R3. За допомогою підлаштування резистора R7 потрібно включити світлодіод HL1, після чого повільно переміщати движок підлаштування резистора в зворотному напрямку до виключення світлодіода. При цьому показання мікроамперметра PA1 можуть трохи змінитися, що потрібно усунути підлаштування резистором R3, після чого повторити регулювання підлаштування резистора R7. Можливо, ці операції доведеться повторити кілька разів.
Для градуювання амперметра потрібно створити в шунт R2 зразковий ток, підключивши до його силовим затискачів ланцюг, що складається з досить потужного джерела постійної напруги і з'єднаних з ним послідовно обмежувального резистора і зразкового амперметра. При відсутності амперметра з досить великим межею вимірювання можна вимірювати падіння напруги на обмеженому резистори і, знаючи його опір, обчислювати ток по закону Ома. Але потрібно мати на увазі, що внаслідок залежності опору від струму, що протікає (вона дуже сильна, наприклад, у ламп розжарювання, часто використовуваних для обмеження струму) такий спосіб може виявитися недостатньо точним. Другий варіант - тимчасово замінити шунт R2 іншим, в кілька разів більшого опору. Тоді можна проградуювати прилад при значеннях струму, зменшених у стільки ж разів, у скільки разів збільшено опір шунта, а по завершенні градуювання зробити зворотну заміну.
Спочатку ставлять струм, рівний необхідній межі вимірювання амперметра, і добіркою резистора R6 домагаються повного відхилення стрілки приладу PA1. Потім змінюють напрямок струму через шунт на протилежне і переконуються, що стрілка повністю відхилилася в протилежну сторону. Несиметрію відхилення можна усунути підбіркою резистора R4 (при цьому установку нуля амперметра потрібно повторити заново) або просто врахувати її під час градуювання шкали. Поділу на шкалу наносять, встановлюючи 5-10 значень струму в кожному напрямку.
У деяких випадках (наприклад, на мотоциклі) може бути застосований електронний амперметр, зібраний по схемі, показаній на рис. 2. Тут GB1 - акумуляторна батарея, SA1 - розмикач її мінусового проводу. Прилад відрізняється від описаного вище включенням шунта в мінусову, а не плюсову ланцюг акумуляторної батареї, застосуванням транзисторів протилежної використаним в першому варіанті структури і інтегрального стабілізатора напруги DA1. Недоліком такого амперметра можна вважати те, що через вимірювальний шунт тече і ток стартера.
Вимірювальний шунт для цього приладу можна виготовити і самостійно, але робити його з мідного дроту, як рекомендують деякі радіоаматори, неприпустимо. Справа в тому, що опір міді при зміні температури на 20 ° C змінюється на 8,5%, що приводитк догляду показань амперметра. Приблизно такий же температурний коефіцієнт опору (ТКС) і у інших чистих металів. Відповідний матеріал для шунта - сплави ніхром або манганин, ТКС яких на один-два порядки нижче.
Шунт переважно виготовляти з металевої стрічки, що має при рівному перерізі велику поверхню охолодження, ніж круглий дріт. Для описаного приладу шунт можна зробити, наприклад, з відрізка ніхромового стрічки поперечним перерізом 10x1 мм і довжиною близько 17 мм. Обидва кінці відрізка впаивают в прорізи, зроблені в масивних мідних пластинах. У цих пластинах свердлять по два різьбових отвори для підключення силових і вимірювальних ланцюгів. Затискати силовий і вимірювальний дроти під один гвинт неприпустимо.
Зазвичай опір шунта роблять свідомо меншим розрахункового, а потім підганяють його, механічно обточуючи стрічку по ширині і товщині. В описаному приладі можна обійтися без підгонки, так як виникла через неточного опору шунта похибка легко компенсувати підбіркою резистора R6. При відсутності стрічки можна виготовити шунт з великого числа з'єднаних паралельно ніхромових проводів (наприклад, від нагрівача електроплити) такого ж сумарного перетину.