Isolationsmessgerät - das Präfix an das Multimeter

Эта простая в повторении приставка совместно с мультимет­ром серии 83х, имеющим максимальный предел измерения активных сопротивлений 2 МОм, позволяет напрямую измерять сопротивления резисторов и высокоомных цепей до 20 МОм. Дополнительный источник питания для приставки не требуется.

Известно, что недорогие и по­пулярные среди радиолюби­телей мультиметры серии 83х без дополнительных узлов или вычис­лений не позволяют измерять ак­тивное сопротивление более 2 МОм. Предлагаемая приставка расширяет пределы измерения до 20 МОм. Значение измеренного со­противления отображается на дис­плее мультиметра. Как и в других разработанных автором пристав­ках, питание (+3 В) на неё посту­пает от внутреннего стабилизато­ра микросхемы АЦП мультиметра.

Схема приставки приведена на Luchs. 1. На ОУ DA1.1 и резисто­рах R3—R6 собран источник тока (ИТ) по схеме, известной в радио­технической литературе как ИТ Хауленда (Howland). Автор уже применял такой узел в своей бо­лее ранней разработке [1]. Расчёт его выходного тока производят исходя из следующих условий: R3 = R5, R4 = R6 для удобства их последующей подборки; ток че­рез резистор R6 равен алгебраи­ческой сумме токов через резис­тор R3 и измеряемый резистор R_x; входные токи ОУ DA1 пренебре­жимо малы. ОУ охвачен глубокой ООС по постоянному току через делитель R4R5, поэтому на его обоих входах (инвертирующем и неинвертирующем) устанавлива­ются равные напряжения, если выходное напряжение меньше максимального при заданном напряжении питания. В этом слу­чае выходной ток ИТ (I_O) будет равен: I_O = U_R2/3, где U_R2 — напряжение на выходе резистивного де­лителя R1R2 (т. е. на резисторе R2). Это напряжение служит для ИТ образцовым, поскольку сопротивление резистора R2 существенно меньше сопротивления резистора RЗ.

Рис. 1

Выходной ток ИТ выбран равным 0,1 мкА, и его вполне достаточно для измерения сопротивления резисторов до 20 МОм, поскольку падение напряже­ния на нём при этом не превысит 2 В, что меньше напряжения питания приставки (3 В). С указанными на схеме сопро­тивлениями резисторов R3—R6 ОУ DA1.1 гарантированно работает в линей­ном режиме, обеспечивая высокую ста­бильность и постоянство выходного тока ИТ, протекающего через измеряемый резистор R_x, а значит, и высокую линей­ность зависимости падения напряжения на измеряемом резисторе или цепи. Это напряжение поступает на вход буферно­го усилителя, выполненном на ОУ DA1.2 (входное сопротивление — не менее 1 ГОм) с единичным коэффициентом усиления по напряжению. Для сопряже­ния с мультиметром служит резистивный делитель напряжения R7R8, который уменьшает напряжение на выходе ОУ DA1.2 в десять раз. С выхода делителя оно поступает на вход “VΩmA” мульти­метра для последующего измерения.

Ток потребления приставки практи­чески равен току потребления микро­схемы DA1. Погрешность измерения сопротивлений в интервале от 2 до 19,99 МОм — не более 3 %.

Приставка собрана на плате из фоль гированного с одной стороны стеклотек­столита, ее чертёж показан на Abb. 2, расположение на ней элементов — на рис. 3. ОУ МСР602 можно заменить отечественными ОУ КР1446УД4А (в кор­пусе DIP8) [2]. При замене на другой ОУ Rail-to-Rail следует учитывать, что его входы должны быть выполнены на поле­вых транзисторах (входное сопротивле­ние — не менее 1 ГОм), минимальное напряжение питания — не более 3 В и ток потребления (на корпус) — не более 3 мА. Для уменьшения погрешности при измерении сопротивлений менее 2 МОм напряжение смещения нуля не должно превышать 1…2 мВ. Блокировочный кон­денсатор С1 — танталовый К53-1, резис­торы — МЛТ, С2-33, высокоомные — КИМ. Пары резисторов R3 и R5, R4 и R6 следует отобрать с помощью мульти­метра с отклонением сопротивления не более 1 % в каждой паре. При этом от­клонение сопротивления от номиналь­ного на точность измерения не влияет — важно их равенство. Сопротивления в каждой паре можно уменьшить до 1,5 МОм и 300 кОм соответственно. При этом напряжение на резисторе R2 необ­ходимо уменьшить исходя из равенства U_R2(В) = 0,1хRЗ (МОм). Например, если RЗ = R5 = 1,6 МОм, R4= R6 = 330 кОм, то R1 = 27 кОм, R2 – 1,6 кОм. Штырь ХР1 — подходящий от разъёма или отре­зок лужёного провода подходящего диа­метра. Отверстие под него в плате свер­лят “по месту” после установки штырей ХР2, ХРЗ. Штыри ХР2 и ХРЗ — от щупов для мультиметра. Входные гнёзда ХS1, ХS2 — клеммник винтовой ЕD350V-02Р фирмы DINKLE или подобный.

Fig. 2

Fig. 3,ru

При работе с приставкой переключа­тель рода работ мультиметра устанав­ливают в положение измерения посто­янного напряжения на пределе “200mV”. Перед калибровкой во избежание выхо­да из строя внутреннего стабилизатора +3 В АЦП приставку сначала подклю­чают к автономному источнику питания напряжением 3 В (можно использовать два гальванических элемента по 1,5 В, соединенных последовательно) и изме­ряют потребляемый ток, который не должен превышать 3 мА, а затем подключают к мультиметру. Далее прово­дят калибровку, подключив к гнёздам ХS1, ХS2 “R_x” резистор сопротивлением несколько мегаом с заведомо измерен­ным сопротивлением или классом точ­ности не хуже 1 %. Подборкой резисто­ра R7 добиваются нужных показаний на индикаторе. Показания с учётом запя­той делят на десять. Обратите внима­ние, что для облегчения калибровки резистор R7 на плате составлен из двух, соединённых последовательно. На Abbildung. 3 они обозначены как R7′ и R7“.

На фотографии (рис. 4) показана подключённая к мультиметру приставка при измерении резистора КИМ-0,125 с номинальным сопротивлением 15 МОм и допустимым отклонением от номина­ла ±10 %.

Fig. 4,ru

LITERATUR

1. Глибин С. LС-метр — приставка к муль­тиметру. — Радио, 2014, № 8, с. 21—24.
2. КР(КФ)1446УДхх операционные усили­тели. — URL.: http://www.qrz.ru/reference/тісго/сіаіазЬееІ/1446ud.pdf

Autor: С. ГЛИБИН, г. Москва
Источник: Радио №5, 2015