Школа миллиомметра как пользоваться

15

Миллиомметр для внутрисхемных измерений

Представленный в статье прибор предназначен для измерения электрического сопротивления постоянному току измерительных шунтов, обмоток дросселей, трансформаторов и других объектов, у которых оно не превышает 3,6 Ом. Но одно из его основных применений — поиск короткозамкнутых участков электрических цепей ремонтируемой радиоаппаратуры путём проверки их сопротивления без выпаивания деталей.

Прибор питается всего от одного гальванического элемента типоразмера ААА и не имеет выключателя, автоматически переходя в режим малого энергопотребления в перерывах между измерениями. Его вход защищён от повреждения случайно поданным на него высоким напряжением.

Основные технические характеристики

Измеряемое сопротивление, Ом. 0,001. 3,6

Погрешность измерения, %, не хуже:

сопротивления менее 0,01 Ом . не норм.

в интервале 0,01. 0,9 Ом . ±1*

в интервале 0,901. 3 Ом. ±2*

Напряжение питания, В . 1,2. 1,6

Потребляемый ток, мА, не более:

в режиме измерения . 200

в режиме ожидания . 6

в спящем режиме 0,03. 0,05

Продолжительность работы до перехода в спящий режим, с. 40

Примечание. Плюс-минус две единицы младшего разряда индикатора.

Рис. 1. Принципиальная схема миллиомметра

Принципиальная схема миллиомметра показана на рис. 1. Основной его элемент — микроконтроллер DD1 PIC16F690-I/P, тактируемый от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц. Напряжение питания 3 В поступает на микроконтроллер с интегрального стабилизатора DA3 XC6206P301, имеющего экстремально низкий собственный ток потребления (1 мкА) и минимальное падение напряжения между входом и выходом, необходимое для нормальной работы.

На вход стабилизатора DA3 поступает напряжение 3,3 В с повышающего преобразователя на элементах DA2, L1, VD5, C1, C3, C4, в котором микросхема DA2 (NCP1402SN33) включена по типовой схеме. Необходимость в дополнительном стабилизаторе DA3 обусловлена чрезмерно высоким уровнем помех на выходе повышающего преобразователя, увеличивающим погрешность измерений.

Индикатор HG1 FYQ3641BH — четырёхразрядный семиэлементный светодиодный красного цвета свечения. Аноды светодиодов его элементов подключены к порту C микроконтроллера, а общие катоды разрядов — к его порту B. Здесь применена поэлементная динамическая индикация. В каждый момент времени микроконтроллер управляет только одним из 32 элементов индикатора. Такой принцип позволил отказаться от разрядных ключей и от гасящих резисторов в цепях элементов. Амплитуда генерируемых микроконтроллером импульсов тока не превышает 15 мА.

Хотя на схеме показан индикатор FYQ3641BH с общими катодами разрядов, в предлагаемом миллиомметре без всякого изменения схемы и программы можно использовать и подобный ему индикатор с общими анодами. Программа сама определит его конфигурацию и станет формировать соответствующие ей управляющие сигналы. Определение она производит в начале своей работы, устанавливая на выходе RC0 микроконтроллера высокий уровень напряжения, а на разрядных выходах RB4-RB7 — низкие уровни. Напряжение на выводе RC0, который одновременно служит аналоговым входом AN4, измеряет АЦП микроконтроллера. По полученному значению программа делает вывод о конфигурации индикатора. При этом не требуется никаких дополнительных внешних элементов.

Управление динамической индикацией организовано в процедуре обработки запросов прерывания от таймера TMR1, следующих с периодом 512 мкс. Цикл индикации занимает 32 таких периода — 16,384 мс, что соответствует частоте следования циклов около 61 Гц. Яркость свечения индикатора вполне достаточна и комфортна, хотя средний ток через элемент невелик.

При открытом полевом транзисторе VT1 через измеряемое сопротивление Rx течёт ток около 45 мА, заданный резисторами R9 и R1. При каждом измерении этотток подаётся непрерывно в течение всего цикла, что минимизирует влияние ёмкостных и индуктивных составляющих полного сопротивления измеряемого объекта на результат измерения.

Такая простая схема подачи измерительного тока может показаться примитивной и не обеспечивающей достаточную точность, ведь в подобных приборах нередко используют сложные стабилизированные источники тока на активных элементах. Но это не совсем так. На результат измерения влияют два независимых фактора — температурный дрейф стабилизатора тока и изменения напряжения питания микроконтроллера, которое обычно используют в качестве образцового для АЦП. В сумме они ухудшают точность измерения либо требуют сложной аппаратной или программной компенсации. В рассматриваемом же приборе напряжение на правом по схеме выводе резистора R9 равно напряжению питания микроконтроллера и образцовому напряжению АЦП. Поэтому его изменения не влияют на результат измерения сопротивления R_x, вычисляемый в данном случае по формуле:

где R₀ = R1+R9; К_ОУ — коэффициент усиления ОУ; N — выходной код АЦП.

По моему мнению, такая простая схема обеспечивает более точное измерение, чем активный стабилизатор тока.

Система защиты прибора от повышенного напряжения на входе имеет ограниченные по сравнению с применённой в приборе из упомянутой выше статьи возможности, поэтому следует соблюдать определённую осторожность. Система состоит из резисторов R1, R2, R5, диодов VD1, VD4 и стабилитрона VD2. Диод с барьером Шоттки VD4 ограничивает положительное напряжение между щупами A и Б до 250 мВ, что важно при измерениях на печатных платах, заполненных электронными компонентами. При превышении этого значения могут открыться и быть повреждены измерительным током p-n переходы маломощных полупроводниковых приборов, подключённые параллельно объекту измерения.

ОУ DA1.2 усиливает очень небольшое напряжение (иногда меньше десятых долей милливольта), снимаемое с сопротивления R_x. Коэффициент усиления ОУ программа может установить равным 67 либо 16,8, изменяя состояние выхода AN1, при низком логическом уровне напряжения на котором резисторы R6 и R8 оказываются соединёнными параллельно. Как выяснилось, при работе динамической индикации на этот выход наводится помеха. Поэтому на время работы АЦП программа её выключает.

Поскольку потребляемый ОУ MCP602 ток очень мал, оказалось возможным питать его непосредственно напряжением высокого уровня, установленным на выходе RA4 микроконтроллера. Для компенсации постоянного смещения передаточной характеристики ОУ на него подано внешнее положительное смещение с делителя напряжения R2R3, которое программа измеряет и учитывает при вычислении результата. Кроме того, ток через резистор R6 создаёт на входе прибора потенциал, необходимый для определения разомкнутого состояния измерительных щупов.

Напряжение элемента питания G1 подано для измерения на вывод RC7 микроконтроллера через цепь R4VD3. Резистор R4 ограничивает утечку тока при работе динамической индикации, а диод с барьером Шоттки VD3 уменьшает ток, втекающий в элемент питания G1 в спящем режиме. На измерение напряжения диод не оказывает существенного влияния, так как при малом (не более 0,5 мкА) прямом токе, на нём падает всего около 20 мВ, которые компенсируются программно.

В спящем режиме и на элементы, и на разряды индикатора HG1 подаётся напряжение высокого уровня, что выключает индикатор. Прибор "засыпает", если в течение не менее 40 с его щупы A и Б ни с чем не соединены или замкнуты между собой. Из этого режима микроконтроллер выходит по запросам прерывания от своего сторожевого таймера, следующим с периодом около 150 мс. Если состояние щупов после предыдущей проверки не изменилось, микроконтроллер вновь засыпает. Так продолжается до тех пор, пока состояние щупов не изменится. В этом случае прибор переходит в рабочий режим. Такое решение позволило обойтись без кнопки установки микроконтроллера в исходное состояние и без выключателя питания.

Все детали миллиомметра, включая элемент питания, размещены на печатной плате размерами 35×85 мм из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Чертёж её печатных проводников и монтажная схема изображены на рис. 2. Применены компоненты, как в обычном исполнении, так и для поверхностного монтажа. Для установки микроконтроллера предусмотрена панель, а для элемента питания — держатель.

Рис. 2. Чертёж печатной платы и монтажная схема

Индикатор FYQ3641BH можно заменить на FYQ3641AH или на практически любой подобный красного цвета свечения, как с общими анодами, так и с общими катодами. Сдвоенный ОУ MCP602, один из элементов которого остаётся неиспользованным, можно заменить одиночным MCP601, но для его установки потребуется откорректировать печатную плату. Вместо микросхемы преобразователя напряжения XC6206P301MR подойдёт XC6206P302MR, отличающаяся лишь меньшей точностью установки выходного напряжения. Полевой транзистор IRLML6302 можно заменить на AO3401, диод 1N4002 — на любой той же серии, все диоды с барьером Шоттки — на 1N5818. Вместо стабилитрона 1N4728A пригоден и другой с напряжением стабилизации 2,7. 3,3 В.

Резисторы R6-R8 должны быть с отклонением сопротивления от номинального не хуже ±0,5 %. В крайнем случае, их можно отобрать из резисторов с допуском ±5 %, подбирая их с помощью омметра класса точности не хуже 0,25. Есть ещё один вариант — использовать прецизионные резисторы только в качестве R6 и R8 с последующей программной коррекцией. В случае полного отсутствия прецизионных резисторов скорректировать погрешности программно удастся, скорее всего, только в одном из интервалов измерения (0. 0,9 Ом или 0,9. 3,6 Ом). Остальные резисторы могут быть с допуском ±5 %. Конденсаторы для поверхностного монтажа, использованные в приборе, — типоразмера 1206, а такие же резисторы — типоразмера 0805.

Смонтированная плата с установленными на ней запрограммированным микроконтроллером и элементом питания помещена в подходящий пластмассовый корпус. Напротив индикатора в нём вырезано прямоугольное окно, закрытое прозрачным органическим стеклом красного цвета.

Измерительные щупы изготовлены из латунных штырей диаметром 2 мм и длиной 50 мм. В крайнем случае можно использовать заточенные стальные гвозди. Один из них (А) закреплён проволочными хомутами на плате, а другой (Б) вынесен из корпуса на гибком изолированном проводе большого сечения. При необходимости на щупы можно надевать винтовые колодки, применяемые для соединения проводов в электротехнике.

Программа микроконтроллера написана на языке С и оттранслирована в среде mikroC for PIC. Как обычно, для таких микроконтроллеров слово конфигурации содержится в сгенерированном средой HEX-файле. Поэтому при загрузке программы нужная конфигурация микроконтроллера устанавливается автоматически.

Если в приборе применены резисторы с указанными выше допусками, заявленная погрешность обеспечивается автоматически. При необходимости можно задать коэффициент коррекции показаний прибора, обеспечивающий требуемую точность.

Перейдём к подробному описанию работы прибора.

Измерение. При подключении щупов к объекту измерения на индикатор будет выведено его активное сопротивление в омах в формате . Если R_x больше 3,6 0м, но меньше 50 Ом, будет выведено сообщение . В этом состоянии ток, потребляемый прибором, максимален — до 200 мА при почти разряженном элементе питания. Реализован переход в спящий режим не только при разомкнутых щупах, но и при их случайном длительном замыкании и отсутствии реакции на следующее через 30 с приглашение их разомкнуть.

Режим ожидания. При никуда не подключённых щупах прибор через некоторое время переходит в режим ожидания, а на индикаторе включаются элементы F второго и третьего разрядов. Спустя 8 с и далее через каждые 16 с прибор измеряет напряжение элемента питания и в течение 2 с показывает его на индикаторе в формате , где число 8,88 заменено измеренным значением. Первый раз напряжение измеряется при максимальной нагрузке, а далее — без неё.

Если щупы в течение 40 с остаются никуда не подключёнными, прибор переходит в "спящий" режим с полным гашением индикатора. В таком состоянии он может оставаться сколь угодно долго, пока щупы не будут замкнуты между собой либо подключены к цепи с низким сопротивлением.

Режим ожидания при разряженном элементе питания. Если напряжение элемента питания под нагрузкой менее 1,15 В, через 8 с после перехода в режим ожидания в течение 2 с происходит первая индикация напряжения батареи (при этом включённая в младшем разряде индикатора десятичная запятая сигнализирует о разрядке элемента питания).

Сразу после этого (через 10 с, а не 40 с, как обычно) миллиомметр "заснёт". При напряжении элемента G1 менее 1,05 В он выключится немедленно, а включится только после замены элемента.

Калибровка. Если удерживать щупы замкнутыми либо подключёнными к резистору сопротивлением менее 50 Ом более 30 с, на индикатор будет выведено приглашение , а затем , что означает "разомкните щупы". Если в течение 10 с после этого их разомкнуть, миллиомметр перейдёт в режим калибровки, в противном случае — выведет сообщение — и перейдёт в спящий режим.

Калибровка начнётся с вывода на индикатор сообщения , после чего будет выведено приглашение замкнуть щупы (, а затем ). Если в течение 10 с после этого щупы не замыкать, их собственное сопротивление будет принято нулевым, что и будет записано в EEPROM микроконтроллера. Если щупы замкнуть вовремя, записано будет его реальное значение. Запись сохранится даже после отключения питания.

Далее в течение 2 с индикатор будет пуст, а потом на него будет выведено сообщение о переходе в режим коррекции показаний прибора — . После паузы выводится текущее значение коэффициента коррекции в процентах, которое каждую секунду увеличивается шагами по 0,5 % до +5 % и далее от -5 % до исходного значения. В момент замыкания щупов произойдёт запись выведенного на индикатор значения в EEPROM. На этом калибровка завершается, что подтверждается сообщениями и .

Программа микроконтроллера и файл печатной платы в формате Sprint Layout 6.0. имеются здесь.

Автор: Б. Балаев, г. Нальчик, Кабардино-Балкария

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Школа миллиомметра как пользоваться

Как пользоваться мегаомметром — правила безопасности, подключение, порядок работы

Название этого прибора составлено из трех слов: «мега», обозначающее размерность величины измерения ( тысяча тысяч или 10 6 ), «ом» — единица электрического сопротивления, «метр» — сокращение от измерять. Сразу становится понятно техническое назначение прибора: измерение электрических сопротивлений в диапазоне мегаомов.

Часто знатоки русского языка исправляют это слово, исключая из него букву «а» под предлогом того, что две гласные подряд при произношении неблагозвучны. Но этот прием искажает заложенный в прибор смысл так же, как и сленг отдельных электриков — «мегер».

Содержание статьи

Принцип измерения сопротивления изоляции мегаомметром

В основу работы прибора положен знаменитый закон Ома для участка цепи I=U/R.

Для его воплощения внутри корпуса у любой модификации встроены:

источник постоянного, откалиброванного напряжения;

Конструкция генератора напряжения может меняться в значительных пределах и создаваться на основе простых ручных динамо-машин, как в старых моделях, или за счет использования питания от встроенного либо внешнего источника.

Выходная мощность генератора, как и величина его напряжения, может включать несколько диапазонов или выполнятся единственной, фиксированной величиной.

На клеммы прибора подключаются соединительные провода, другой конец которых скоммутирован с измеряемой цепью. Для этих целей обычно используют зажимы типа «крокодил».

Встроенный внутрь электрической схемы амперметр замеряет проходящий по цепи ток. С учетом того, что напряжение генератора уже известно и откалибровано, то шкала измерительной головки проградуирована сразу в пересчитанных единицах сопротивления — мегаомах или килоомах.

Так выглядит шкала старого, проверенного пятидесятилетним сроком эксплуатации аналогового прибора серии М4100/5. Он позволяет выполнять замеры на двух пределах шкал:

Если мегаомметр создан по новым технологиям обработки цифровых сигналов, то на его дисплее тоже отображается сопротивление, но в более наглядном виде.

Как устроен мегаомметр

Рассмотрим этот вопрос на примере упрощенной электрической схемы аналогового прибора.

При ее анализе явно выделяются составные части:

генератор постоянного тока;

измерительная головка, собранная на основе принципа взаимодействия двух рамок (рабочей и противодействующей);

тумблер-переключатель пределов измерения, позволяющий коммутировать различные резисторные цепочки для изменения выходного напряжения и режима работы головки;

Довольно простая схема не содержит никаких лишних элементов. На герметичном, прочном диэлектрическом корпусе такого прибора размещены:

ручка для удобства транспортировки;

складная портативная рукоятка генератора, которую надо вращать для выработки напряжения;

рычаг тумблера переключения режимов измерения;

выходные клеммы для подключения соединительных проводов схемы.

Практически на всех конструкциях мегаомметров устанавливаются три выходные клеммы, которые называют:

Клеммы земли и линии используются при всех измерениях сопротивления изоляции относительно контура заземления, а экранный вывод предназначен для ликвидации влияния токов утечек при проведении замеров между двумя параллельными жилами кабеля или других аналогичных токоведущих частей.

Для его включения в работу необходимо применять один измерительный провод специальной конструкции с экранированными концами. Им всегда комплектуется прибор на заводе. У него на одном конце установлено две клеммы, одна из них промаркирована буквой Э. Этот вывод подключается на соответствующую клемму мегаомметра.

Пример подключения измерительных концов к прибору демонстрирует рисунок.

Здесь вместо клемм «Л» и «З» используются индексы «rx» и «-». Это просто новая маркировка, которая заменяет старую на современных приборах.

На картинке видно, что клемма «Э» применяется для подключения к экрану или кожуху. Пользуются ею для проведения специальных точных замеров. Мегаомметры, использующие питание для генератора от встроенных батареек или внешней сети. работают по этим же принципам. Только у них не надо крутить ручку. Для выдачи напряжения на испытываемую схему у них удерживают кнопку в нажатом состоянии. Причем у приборов, способных выдавать несколько комбинаций напряжений, используется не одна, а две, три кнопки или их сочетания.

Внутреннее устройство таких мегаомметров намного сложнее. Его здесь не рассматриваем, поскольку этот вопрос больше относится к ремонтным работам, а не к измерениям.

Напряжение, которое выдает генератор мегаомметров различных моделей, может быть одной из следующих величин: 100, 250, 500, 700, 1000, 2500 вольт. Причем одни приборы работают на одном диапазоне, а другие обладают несколькими.

Выходная мощность приборов, созданных для проверки изоляции промышленного высоковольтного оборудования может в несколько раз превышать характеристики моделей, предназначенных для работы в условиях бытовой электропроводки. Габариты таких устройств тоже будут отличаться.

По этой причине ориентирование на маленькие конструкции, которые можно держать в кармане куртки, не во всех случаях может быть оправдано.

На что обращать внимание при работах с мегаоометром

Повышенное напряжение прибора

Выходной мощности генератора мегаомметра вполне достаточно для того, чтобы не только определить появление микротрещин в слое изоляции, но и получить серьезную электрическую травму.

По этой причине правила безопасности разрешают пользоваться прибором только обученному и хорошо подготовленному персоналу, допущенному к работам в электроустановках под напряжением. А это минимум третья группа по ТБ.

Повышенное напряжение прибора во время замера присутствует на испытуемой схеме, соединительных проводах и клеммах. Для защиты от него применяются специальные щупы, установленные на измерительные провода с усиленной поверхностью изоляции.

На концах щупов предохранительными кольцами выделена запретная зона. К ней нельзя прикасаться открытыми частями тела. Иначе можно попасть под действие напряжения.

Для манипуляций с измерительными щупами руками берутся за поверхность рабочей зоны. Во время измерений для подключения к схеме используют хорошо заизолированные зажимы типа «крокодил». Применять другие провода и щупы запрещено.

Во время проведения замера на всем испытуемом участке не должно быть людей. Особенно это актуально при замерах сопротивления изоляции длинномерных кабелей, протяженность которых может составить несколько километров.

Наведенное напряжение

Проходящая по проводам линий электропередач энергия обладает большим магнитным полем, которое, изменяясь по синусоидальному закону, наводит во всех металлических проводниках вторичную ЭДС и ток I2. Его величина на протяженных изделиях может достигать больших величин.

Этот фактор необходимо учитывать по двум причинам, связанным с:

1. точностью выполнения замера;

2. безопасностью работающего персонала.

Первая причина заключается в том, что при сборке схемы для замера сопротивления изоляции через измерительный орган мегаомметра потечет ток неизвестной величины и направления, вызванный наводкой электрической энергии. Его значение добавится к показанию прибора от калиброванного напряжения генератора.

В итоге две неизвестных величины тока суммируются произвольным образом и создают неразрешимую метрологическую задачу. Измерение сопротивлений электрических цепей, находящихся под любым напряжением, а не только под наведенным, поэтому вообще лишено смысла.

Вторая причина объясняется тем, что работы под наведенным напряжением могут привести к получению электрических травм и требуют строгого соблюдения правил безопасности.

Остаточный заряд

Когда генератор прибора выдает напряжение в измеряемую сеть, то между шиной электрооборудования или проводом линии и контуром земли создается разность потенциалов и образуется емкость, которая получает заряд.

После разрыва цепи мегаомметра за счет отключения измерительного провода часть этого потенциала сохраняется: шина или провод обладают емкостным зарядом. Стоит только человеку прикоснуться к этому участку, как он получает электрическую травму от тока разряда через его тело.

По этой причине необходимо принимать дополнительные меры безопасности и постоянно пользоваться переносным заземлением с изолированной рукояткой для безопасного снятия емкостного напряжения.

Перед подключением мегаомметра к схеме, изоляция которой будет замеряться, всегда необходимо поверять отсутствие на ней напряжения или остаточного заряда. Делают это испытанным индикатором или поверенным вольтметром соответствующих номиналов.

После выполнения каждого замера емкостной заряд снимается переносным заземлением с использованием изолирующей штанги и других дополнительных защитных средств.

Обычно мегаомметром необходимо выполнять много замеров. Например, чтобы сделать вывод о качестве изоляции контрольного десятижильного кабеля требуется проверить ее относительно земли и каждой жилы и между всеми жилами поочередно. При каждом замере необходимо пользоваться переносным заземлением.

Для быстрой и безопасной работы один конец заземляющего проводника первоначально присоединяют к контуру заземления и оставляют в таком положении до полного завершения работ.

Второй конец провода прикрепляют к изоляционной штанге и с ее помощью каждый раз накладывают заземление для снятия остаточного заряда.

Основные правила безопасного использования мегаомметра

Поверка и испытания

Любую работу в электроустановках разрешается выполнять только исправными электрическими устройствами.

Применительно к мегаомметру это означат, что он должен отвечать одновременно двум требованиям и быть:

Испытание означает проверку сопротивления его собственной изоляции и всех комплектующих частей в электрической испытательной лаборатории повышенным напряжением. На основе ее проведения владельцу прибора выдается сертификат, разрешающий эксплуатацию мегаомметра на определенный, ограниченный срок.

Поверка выполняется специалистами метрологической лаборатории с целью определения класса точности прибора и нанесения на его корпусе клейма о прохождении контрольных замеров. Владелец обязан принимать меры к сохранности нанесенного клейма с датой и номером поверителя. Если оно исчезнет, то прибор автоматически считается неисправным.

Виды работ

Мегаомметр выбирают для каждого замера в первую очередь по величине выходного напряжения. Им можно выполнять два разных вида проверок:

1. испытания изоляции;

2. измерение сопротивления диэлектрического слоя.

Первый способ подразумевает создание экстремального случая для испытуемого участка. С этой целью на него подается не номинальное, а завышенное напряжение, предусмотренное технической документацией. Время испытаний тоже выбирают довольно большим. Это позволяет своевременно выявить все дефекты изоляции и исключить их проявление в процессе эксплуатации.

Второй метод использует более щадящий режим. Напряжение для него подбирается меньшего значения, а время замера определяется длительностью окончания емкостного заряда измерительного участка. У электродинамических приборов оно не превышает минуты (столько надо крутить ручку со скоростью 120÷140 об/мин), а у электронных — порядка 30 секунд (держать нажатую кнопку).

Например, измерение сопротивления изоляции определенной электрической цепи необходимо выполнять мегаомметром, выдающим 500 вольт на выходе. Тогда для ее испытания потребуется прибор на 1000 V.

Измерением изоляции занимается электротехнический персонал различных профессий, а функция испытания предоставляется только специалистам лаборатории службы изоляции. Довольно часто им возможностей мегаомметра для этих целей не хватает, и они включают в работу дополнительные установки и источники постороннего напряжения, обладающие более высокими мощностями и измерительными возможностями.

Знание особенностей проверяемой схемы

До подачи высокого напряжения на измеряемый участок необходимо принять меры, исключающие поломки и неисправности его компонентов. В современном электрооборудовании работает много полупроводниковых элементов, различных конденсаторов, измерительных и микропроцессорных приборов. Они не рассчитаны на условия эксплуатации, которые создает напряжение генератора мегаомметра.

Все подобные устройства необходимо защитить. Для этого их извлекают из схемы или шунтируют определенным образом.

После окончания замеров вся схема должна быть восстановлена и приведена в рабочее состояние.

Как выполнить измерение сопротивления изоляции

Технологический процесс рекомендуется разделить на три основных этапа:

1. подготовительную часть;

2. выполнение измерений;

3. заключительный этап.

Во время подготовки необходимо:

решить организационные мероприятия, определиться с исполнителями и их квалификацией;

ознакомиться со схемой электроустановки и предусмотреть меры, исключающие поломки ее составных частей;

подготовить защитные средства и исправные приборы измерения;

вывести участок электрооборудования из работы.

Перед началом работы с мегаомметром важно убедиться в его исправности. Для этого подключают к его выводам измерительные провода и закорачивают их выходные концы между собой. Затем подают напряжение от генератора и контролируют показание.

Исправный прибор должен измерить закороченную цепь и показать результат — 0. Затем концы разъединяют, отводят в стороны и выполняют повторный замер. На шкале должна отобразиться уже другая величина — ∞. Это сопротивление изоляции воздушного промежутка между разомкнутыми концами мегаомметра.

На основании этих двух показаний делается вывод о технической исправности прибора, целостности соединительных проводов и готовности к работе.

Выполнение непосредственного измерения сопротивления изоляции одного провода сводится к строгой последовательности действий:

1. подсоединение переносного заземления к контуру земли;

2. проверка и обеспечение отсутствия напряжения на испытуемом участке;

3. установка переносного заземления на время подключения прибора;

4. сборка схемы измерения мегаомметра;

5. снятие переносного заземления;

6. подача калиброванного напряжения на схему до момента выравнивания емкостного заряда и фиксация отсчета с последующим снятием напряжения;

7. наложение переносного заземления для снятия остаточного заряда;

8. отключение соединительного провода прибора со схемы;

9. снятие переносного заземления.

Замер сопротивления выполняется при наибольшем пределе МΩ. Когда его величина становится недостаточной, то переходят на более точный диапазон.

На всех последующих цепочках измерения эта последовательность должна строго соблюдаться. У некоторых моделей мегаомметров предусмотрен прерывистый режим, когда напряжение выдается в течение 1 минуты и после этого должна выдерживаться двухминутная пауза. Пренебрегать этим ограничением нельзя.

Электродинамические приборы со стрелочным индикатором предназначены для замеров при горизонтальной ориентации корпуса. Если нарушить это требование, то возникает дополнительная погрешность. Большинство цифровых современных мегаомметров лишены этого недостатка.

Все замеры записывают в заранее подготовленный протокол и скрепляют подписями ответственных работников. В нем отображаются условия проведения работы и заводские номера используемых приборов.

Заключительный этап

Все разобранные цепочки должны быть восстановлены. Шунты и закоротки, установленные для безопасного выполнения измерений, снимаются.

Схема приводится в готовность к подаче рабочего напряжения для ввода в работу.

На заключительном этапе заканчивается документальное оформление результатов измерения сопротивления изоляции.

Внимание! Материал статьи носит рекомендательный характер и предназначен для ознакомительных целей начинающим специалистам. Более точная трактовка правил пользования мегаомметрами изложена в соответствующей технической документации и действующих нормативах. Знание и выполнение их требований — профессиональная обязанность каждого электрика.

Как проводить измерения мегаомметром

Для оценки работоспособности кабеля, проводки необходимо измерить сопротивление изоляции. Для этого существует специальный прибор — мегаомметр. Он подает в измеряемую цепь высокое напряжение, измеряет протекающий по ней ток, и выдает результаты на экран или шкалу. Как пользоваться мегаомметром и рассмотрим в этой статье.

Устройство и принцип действия

Мегаомметр — устройство для проверки сопротивления изоляции. Есть два типа приборов — электронные и стрелочные. Независимо от типа, любой мегаомметр состоит из:

• Источника постоянного напряжения.
• Измерителя тока.
• Цифрового экрана или шкалы измерения.
• Щупов, посредством которых напряжение от прибора передается на измеряемый объект.

В стрелочных приборах напряжение вырабатывается встроенной в корпус динамомашиной. Она приводится в действие измерителем — он крутит ручку прибора с определенной частотой (2 оборота в секунду). Электронные модели берут питание от сети, но могут работать и от батареек.

Работа мегаомметра основана на законе Ома: I=U/R. Прибор измеряет ток, который протекает между двумя подключенными объектами (две жилы кабеля, жила-земля и т.д.). Измерения производятся калиброванным напряжением, значение которого известно, зная ток и напряжение, можно найти сопротивление: R=U/I, что и делает прибор.

Примерная схема магаомметра

Перед проверкой щупы устанавливаются в соответствующие гнезда на приборе, после чего подключаются к объекту измерения. При тестировании в приборе генерируется высокое напряжение, которое при помощи щупов передается на проверяемый объект. Результаты измерений отображаются в мега омах (МОм) на шкале или экране.

Работа с мегаомметром

При испытаниях мегаомметр вырабатывает очень высокое напряжение — 500 В, 1000 В, 2500 В. В связи с этим проводить измерения необходимо очень осторожно. На предприятиях к работе в прибором допускаются лица, имеющие группу электробезопасности не ниже 3-й.

Перед тем как провести измерения мегаомметром, в тестируемые цепи отключают от электропитания. Если вы собираетесь проверить состояние проводки в доме или квартире, надо отключить рубильники на щитке или выкрутить пробки. После выключают все полупроводниковые приборы.

Один из вариантов современных мегаомметров

Если проверять будете розеточные группы, вынимаете вилки всех приборов, которые включены в них. Если проверяются осветительные цепи, выкручиваются лампочки. Они тестового напряжения не выдержат. При проверке изоляции двигателей они также полностью отключаются от питания. После этого к тестируемым цепям подключается заземление. Для этого к «земляной» шине крепится многожильный провод в оболочке сечением не менее 1,5 мм2. Это так называемое переносное заземление. Для более безопасной работы свободный конец с оголенным проводником крепят к сухому деревянному держаку. Но оголенный конец провода должен быть доступен — чтобы можно было им прикасаться к проводам и кабелям.

Требования по обеспечению безопасных условий работы

Даже если вы хотите в домашних условиях измерить сопротивление изоляции кабеля, перед тем как пользоваться мегаомметром стоит ознакомиться с требованиями по технике безопасности. Основных правил несколько:

1. Держать щупы только за изолированную и ограниченную упорами часть.
2. Перед подключением прибора отключить напряжение, убедиться в том, что поблизости нет людей (на протяжении всей измеряемой трассы, если речь идет о кабелях).

Правила не очень сложные, но от их выполнения зависит ваша безопасность.

Как подключать щупы

На приборе обычно есть три гнезда для подключения щупов. Они располагаются в верхней части приборов и подписаны:

• Э — экран;
• Л- линия;
• З — земля;

Также имеется три щупа, один из которых имеет с одной стороны два наконечника. Он используется когда необходимо исключить токи утечки и цепляется к экрану кабеля (если такой есть). На двойном отводе этого щупа есть буква «Э». Тот штекер, который идет от этого отвода и устанавливается в соответствующее гнездо. Второй его штекер устанавливается в гнездо «Л» — линия. В гнездо «земля» всегда подключается одинарный щуп.

Щупы для мегаомметра

На щупах есть упоры. При проведении измерений руками браться за них так, чтобы пальцы были до этих упоров. Это обязательное условие безопасной работы (про высокое напряжение помним).

Если проверить надо только сопротивление изоляции без экрана, ставится два одинарных щупа — один в клемму «З», другой в клемму «Л». При помощи зажимов-крокодилов на концах подключаем щупы:

• К тестируемым проводам, если надо проверить пробой между жилами в кабеле.
• К жиле и «земле», если проверяем «пробой на землю».

Других комбинаций нет. Проверяется чаще изоляция и ее пробой, работа с экраном встречается довольно редко, так как сами экранированные кабели в квартирах и частных домах используются редко. Собственно, пользоваться мегаомметром не особо сложно. Важно только не забывать о наличии высокого напряжения и необходимости снимать остаточный заряд после каждого измерения. Это делают прикасаясь проводом заземления к только что измеренному проводу. Для безопасности этот провод можно закрепить на сухом деревянном держаке.

Процесс измерения

Выставляем напряжение, которое будет выдавать мегаомметр. Оно выбирается не произвольно, а из таблицы. Есть мегаомметры, которые работают только с одним напряжением, есть работающие с несколькими. Вторые, понятное дело, удобнее, так как их можно использовать для тестирования различных устройств и цепей. Переключение тестового напряжения производится ручкой или кнопкой на лицевой панели прибора.

Перед тем как пользоваться мегаомметром, убеждаемся в отсутствии напряжения на линии — тестером или индикаторной отверткой. Затем, подготовив прибор (выставить напряжение и на стрелочных выставить шкалу измерения) и подключив щупы, снимаем заземление с проверяемого кабеля (если помните, оно подключается перед началом работ).

Следующий этап — включаем в работу мегаомметр: на электронных нажимаем на кнопку Test, в стрелочных крутим ручку динамо-машины. В стрелочных крутим до тех пор, пока не зажжется на корпусе лампа — это значит необходимое напряжение в цепи создано. В цифровых в какой-то момент значение не экране стабилизируется. Цифры на экране — сопротивление изоляции. Если оно не меньше нормы (средние указаны в таблице, а точные есть в паспорте к изделию), значит все в норме.

Как проводить измерения мегаомметром

После того, как измерение окончено, перестаем крутить ручку мегаомметра или нажимаем на кнопку окончания измерения на электронной модели. После этого можно отсоединять щуп, снимать остаточное напряжение.

Вкратце — это все правила пользования мегаомметром. Некоторые варианты измерений рассмотрим подробнее.

Измерение сопротивления изоляции кабеля

Часто требуется измерить сопротивление изоляции кабеля или провода. Если вы умеете пользоваться мегаомметром, при проверке одножильного кабеля это займет не более минуты, с многожильными придется возиться дольше. Точное время зависит от количества жил — придется проверять каждую.

Тестовое напряжение выбираете в зависимости от того, в сети с каким напряжением будет работать провод. Если вы планируете его использовать для проводки на 250 или 380 В, можно выставить 1000 В (смотрите таблицу).

Проверка трехжильного кабеля — можно не скручивать, а перемерять все пары

Для проверки сопротивления изоляции одножильного кабеля, один щуп цепляем на жилу, второй — на броню, подаем напряжение. Если брони нет, второй щуп крепим к «земляной» клемме и тоже подаем тестовое напряжение. Смотрим на показания. Если стрелка показывает больше 0,5 МОм, все в норме, провод можно использовать. Если меньше — изоляция пробита и его применять нельзя.

Можно проверить многожильный кабель. Тестирование проводится для каждой жилы отдельно. При этом все остальные проводники скручиваются в один жгут. Если при этом надо проверить еще и пробой на «землю», в общий жгут добавляется еще и провод, подключенный к соответствующей шине.

Если у кабеля имеется экран, металлическая оболочка или броня, они тоже добавляется в жгут. При образовании жгута важно обеспечит хороший контакт.

Примерно так же происходит измерение сопротивления изоляции розеточных групп. Из розеток выключают все приборы, отключают питание на щитке. Один щуп устанавливают на клемму заземления, второй — в одну из фаз. Тестовое напряжение — 1000 В (по таблице). Включаем, проверяем. Если измеренное сопротивление больше 0,5 МОм, проводка в норме. Повторяем со второй жилой.

Если электропроводка старого образца — есть только фаза и ноль, тестирование проводят между двумя проводниками. Параметры аналогичны.

Проверить сопротивление изоляции электродвигателя

Для проведения измерений двигатель отключается от питания. Необходимо добраться до выводов обмотки. Асинхронные двигатели, работающие на напряжении до 1000 В тестируются напряжением 500 В.

Для проверки их изоляции один щуп подключаем к корпусу двигателя, второй поочередно прикладываем к каждому из выводов. Также можно проверить целостность соединения обмоток между собой. Для этой проверки надо щупы устанавливать на пары обмоток.

Щупы Кельвина и миллиомметр для среднего школьного возраста.

Какое-то время назад, после прочтения этого обзора я в очередной раз «загорелся» миллиомметром. В предложенной же в том обзоре конструкции мне не понравилось, что через измеряемый резистор протекает аж 100мА. Было решено сделать свой миллиомметр с… ну вы поняли. ��

Один из узлов, а именно 5-разрядный панельный вольтметр я уже обозревал, а вот с зажимами Кельвина у меня изнчально вышел облом, о котором я тоже писал. Поэтому я не особо долго думая заказал щупы на бэнге — оно хоть готовое, за практически те же деньги.

Щупы поставляются в пакете с застежкой.

Общая длина каждого — 80см, вес каждого — аж 54 грамма. Как говорится, берешь в руку — маешь вещь.
Сам зажим отличается от того что был в прошлом обзоре только качеством — оно на голову выше. Черный чуть хуже, красный чуть лучше. но в целом впечатление благоприятное.

Провода достаточно большого сечения, с «экраном» из фольгированной плёночки. При использовании «бананов» подключать его некуда, так что висит в воздухе. Теперь о бананах. Бананы откровенно расстроили.

Магнитом даже не стал проверять, потому что так по хорошему — в мусорку их, а не для щупов Кельвина использовать. Значит, пружинная эта вот колбочка, самая важная часть, болтается на штыре. Всегда, даже вставленная в гнездо. В оригинале её распирает вдоль оси и упирает в края протички штыря, но это слишком точно. В более-менее адекватных китайских бананах она хоть изначально не так болтается, и при вставлении в гнездо её хоть как-то но распирает, и болтаться перестаёт. Тут — нифига. Как карандаш в стакане. Как временное решение я спаял в кучу на конце штырь и пружинку (видно на фото), но надо наверно всё же менять. Радует тот факт, что хоть пайка достаточно качественная — есть надежда что и на самих зажимах тоже прямыми руками паяли, а разбирать-то не хочется.

В общем и целом же — ну на четвёрочку. С тем что я купил сдуру прошлый раз — никакого сравнения. Наверно, если бы выбирал еще раз — купил бы снова. Ну и бананы сразу. ��

Ну а теперь плавно переходим к тому, ради чего всё затевалось. Миллиомметр. Как я уже писал, мне не понравился большой ток через измеряемый элемент. Зато — конструкция максимально проста. Моя несколько сложнее, но с моей точки зрения — оно того стоит, ну и я вполне доволен результатом, ибо получил ну вот прям ровно то что хотел, хотя и не обошлось без косяков.

Первоначально я попробовал погуглить, и нашел либо совсем примитивные конструкции, либо нечто распальцованное, типа этого вот проекта: www.barbouri.com/2016/10/09/milliohm-meter-version-1-5/

Еще есть тема на радиокоте, которая к сожалению оборвалась без вменяемого результата.

Тем не менее, я кое-что почерпнул и из этой темы, и из того крутого проекта, да и какие-то безымянные картинки находил. Ну и в итоге «родил» нечто своё. Схемотехник из меня так себе — институт закончил давно и забыл уже больше чем знал. Да и микросхемы тогда были большие, а полевые транзисторы я видел только на картинках ��

Итак, рожденная в творческих муках схема представляет из себя вот что:

Коротенечко по узлам: JP5 — для подключения выключателя, в итоге не использовал. JP1 — батарея, JP2 — выход питания вольтметра, JP3 источник тока для нагрузки, JP4 — соответственно вторая, измерительная, сторона зажимов. Подключать их нужно по номерам контактов, то есть первый щуп это 1 контакт JP3 и JP4, второй щуп соответственно 2 контакт.

Далее — стабилизатор питания. Забегая вперед скажу, что вся схема в рабочем режиме потребляет 37мА, без измеряемого элемента — соответственно 27мА, так что в принципе можно использовать «крону», особенно если предполагается редкое использование, как у меня. Стабилизатор, соответственно, можно хоть 78L05 взять, но у меня завалялся десяток 1117 с регулируемым выходом, которые я выпаял с материнских плат. Указанные значения сопротивлений в обвязке дают 5В выход. Если хочется использовать тот же 1117 с фиксированным напряжением 5В — вместо R2 ставим перемычку, R1 не запаиваем.

Теперь стабилизатор тока. Cобран на LM317L. Изначально хотел собрать на той же 1117, но она показала сильное изменение тока при изменении питающего напряжения, что меня крайне сильно и неприятно удивило — хорошо хоть сразу посмотрел. теоретически, для тока 10мА нужен резистор 120 Ом. Практически — зависит от экземпляра микросхемы и резистора, а значит может меняться в широких пределах =, что недопустимо. отсюда резистор на 100 Ом и 50 Ом подстроечник — многооборотистый. в итоге я вместо него запаял два резистора паралельно, кажется по 47 Ом.

Так как у нас устройство предполагает высокую точность, то и операционный усилитель нужно использовать не самый ширпотреб, а что-то малошумящее, прецизионное, с малым дрейфом нуля и желательно его подстройкой. По сусекам намёл OP07, ИМХО он сюда вполне хорошо подходит. НО. Он требует двухполярное питание. В том крутом проекте народ использовал максимовскую повышайку 5В->+-10В, я сделал попроще, и поставил банальный ICL7660, правда на всякий случай развязал по входу и выходу дросселями. Дросселя взял те что были — 100мкГн. Обвязка операционника обеспечивает усилиление в 100 раз, что позволит измерять сопротивления до 4 Ом. Подстроечник на 20кОм в его обвязке — для точной установки нуля.

Все резисторы ставил 1% точности размера 1206. Электролиты ставил какие были — 47мкФ на 16В. У меня их мешок.

Корпус взял кажется kradex z32, у меня в нем был собран аналог транзистортестера на PIC каком-то — собирал ради посмотреть, по факту транзистортестер заметно лучше, этот валялся в ящике — решил раскидать. К сожалению, отверстия для экрана и контактов были совершенно другие, поэтому пришлось частично сфрезеровывать и клеить сверху кусок пластика. Вроде получилось не очень плохо.

Вообще, если кто будет повторять, возможно есть смысл в переносе дисплея чуть ниже, и размещении гнёзд на верхней грани. Но корпуса крадекс отличаются крайне неудачным расположением соединительных стоек, так что я не уверен не будет ли мешать — как минимум от гнёзд будет зависеть. В моей конструкции не помешала бы подставка, чтобы устанавливать прибор под углом, а не ложить на стол плашмя.

Гнёзда для подключения опять же намёл по сусекам старые советские. Они толстые, тяжелые, точеные из бронзы наверно — металл желтого цвета, короче. Можно взять какие-нить простенькие гнёзда-бананы в магазине, но туда еще доехать нужно, а тут всё под рукой.

Далее делаем платку:

При сборке я рекомендую начинать со входного стабилизатора, дальше стабилизатор тока, потом преобразователь +5 в -5, ну и потом уже операционник. Каждый шаг контролировать, чтобы если где-то косяк — найти его сразу. Я у себя на плате нашел тонюсенький волосок припоя между +5 и землёй, причем уже после дросселя. Был сильно удивлён, но так как работал последовательно — то нашел сразу.

На фото припаяны «технологические» мамы, которые я потом откусил, и припаял провода минимальной длины. Естественно, так как я плату разводил «от балды», а корпус потом использовал какой нашел — то не обошлось без косяков. Плату пришлось немножко обработать на наждаке уже после сборки, ну и один конденсатор положить на бок. Настройка сводится к установке нуля подстроечником возле ОУ. Замыкаем в кучу всех входные клеммы и крутим чтобы появились какие-то цифры. Потом откручиваем обратно до появления нуля (не забываем, что панельный вольтметр измеряет только положительное напряжение, и 0 вполне может оказаться -4В. ). Можно измерить тестером напряжение на выходе ОУ.

Ну что ж, переходим к тестированию.

хм. какое-то большое расхождение. а! я ведь не скомпенсировал на тестере сопротивление щупов!

заметно лучше, не так ли?

3.9 Ом — практически максимальное измеряемое значение. реальный максимум 4.3 кажется.

ну а теперь то что меня удивило до глубины души. берем резистор 1 Ом 1%:

измерили. а теперь — перемещаем щупы с концов ножек максимально близко к самому резистору:

казалось бы — пара сантиметров, а какая разница в измерениях!

Подытоживая. Я результатом более чем доволен. Хотя, несомненно, на данный момент о точности никакой речи не идет. Нужно как минимум брать прецизионные резисторы и их измерять. Тем не менее, даже сейчас он работает по-моему вполне точно, скажем так — точнее чем обычный тестер, которым фиг заметишь разницу при измерениях в разных точках выводов элемента.

Щупы Кельвина, как я уже писал — на четвёрочку, брать можно, но и не идеал.

На всякий случай файлы eagle6. ВНИМАНИЕ! на плате есть косяк — я расположил выводные элементы на той же стороне что и smd. Для подстроечников и конденсаторов это непринципиально, а вот LM317 нужно будет развернуть, либо перерисовать плату. Собственно, тут рисовки-то на час.

ВСЕ элементы конструкции куплены за свои, за исключением стабилизатора, выпаянного с дохлой мамки и гнёзд, найденных уже не помню где.

Школа миллиомметра как пользоваться

Миллиомметр CEM DT-5302
Миллиомметр CEM DT-5300B
Миллиомметр Peakmeter PM2302 (тестер сопротивления заземления)
Миллиомметр UNI-T UT522 (Измеритель сопротивления заземления)
Миллиомметр UT523A (Измеритель сопротивления заземления)
Миллиомметр UNI-T UT572 (Измеритель сопротивления заземления)
Миллиомметр UNI-T UT521 (Измеритель сопротивления заземления)
Миллиомметр CEM DT-5300 (измеритель сопротивления заземления)

Комментарии к статье «Что такое миллиомметр и для чего он нужен»

Статья интересная. Я раньше работал на предприятии производства медицинского оборудования, производил монтаж плат для дыхательных аппаратов, вот там как раз ОТК проверяла нашу работу, в том числе и с помощью миллиомметра. Очень полезный прибор. Мне он для работы к сожалению не пригодится, но я уверен что это достойный аппарат.

Мне довелось использовать данный прибор на работе, но не этой фирмы и менее навороченный, по обзору я понял этот крутой.

Миллиомметр с 7-сегментным ЖКИ. Часть 1. Принципиальные схемы

В статье приведены аппаратные и программные средства цифрового миллиомметра на базе нового 51-совместимого микроконтроллера (МК) EFM8LB12 с встроенным 14-разрядным высокоскоростным SAR АЦП, инструментального усилителя (ИУ) INA333 и ОУ OPA334. Погрешность измерений миллиомметра составляет не более 1%. Показания прибора выводятся на 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ ИЖЦ 13-8-7, сопряженный с МК с помощью двух контроллеров КР1820ВГ1. Прибор расположен в корпусе размером 120×60×40 мм. Питается прибор от аккумулятора с выходным напряжением 3.7 В: 18650-HG2 размером (d×h) 18×65 мм емкостью 3 А·ч (популярный аккумулятор «шоколадка»). В статье приводятся принципиальные схемы, разводка плат, их фотографии и фотографии самого устройства, позволяющие изготовить прибор своими силами.

Введение

Часто требуется измерить достаточно малое сопротивление (миллиомы) некоторых относительно низкоомных объектов или компонентов (вторичные обмотки силовых трансформаторов, катушки индуктивности с небольшим количеством витков, токоизмерительные резисторы, шунты и т.п.). Для измерения таких малых сопротивлений выпускаются специализированные приборы, называемые миллиомметрами. Стоимость подобных приборов довольно высока и начинается от $250 (т.е. более 20000 руб.) у приборов с не особенно высокой точностью. Более точные приборы стоят в несколько раз дороже. В то же время опыт, приобретенный автором при конструировании цифрового вольтметра с высоким разрешением [1], и метод, примененный для измерения напряжений в нем, натолкнул автора на идею: а нельзя ли сконструировать миллиомметр, применив подобный метод для измерения малых сопротивлений? Небольшая стоимость вольтметра [1] (по подсчетам автора, не более $10), простота его схемы, а также достаточно приличная точность измерений позволили предположить, что такой миллиомметр вряд ли обойдется дороже, будет не намного сложнее по схеме и, кроме того, возможно, будет обладать достаточно приемлемой точностью измерения малых сопротивлений (в миилиомах). Как оказалось впоследствии, предположения автора полностью подтвердились; мало того, автор получил такой результат, какого даже не ожидал.

Дальнейшее изложение будет построено следующим образом. Вначале будет объяснен принцип измерения сопротивления, примененный в миллиомметре, затем будут приведены принципиальные схемы, разводка плат и фотографии плат и внутреннего устройства прибора. Далее будут описаны программные средства, используемые в приборе, и дано руководство по его настройке и использованию. После этого будут приведены примеры измерений прибором малых сопротивлений (до 0.5 мОм).

Предварительные замечания

Для того чтобы понять принципиальные схемы миллиомметра, приведенные далее, на Рисунке 1 показана упрощенная схема, поясняющая принцип измерения сопротивления тестируемого резистора R_X. Этот принцип основан на измерении напряжения U_Rx на резисторе R_X, через который пропускается определенный ток I_Rx, также измеряемый. Сопротивление R_X вычисляется по закону Ома:

Для исключения погрешности измерений из-за падения напряжения на проводах, возникающего при прохождении по ним относительно большого тока (до 0.5 А), используется хорошо известная двухконтурная измерительная схема Кельвина. Измеряемый резистор подключается к этим контурам с помощью специализированных зажимов, которые также именуются зажимами Кельвина (в схеме используются зажимы марки LCR-90).

Для формирования тока I_Rx используется стабилизатор напряжения, показанный на Рисунке 1 в виде отдельного блока. На вход стабилизатора (V_IN) подается напряжение питания, условно показанное как V_П. Стабилизатор может включаться и выключаться с помощью сигнала ON/OFF, подаваемого на одноименный вход. Кроме того, на вход V_REF стабилизатора подается опорное напряжение V_REF. В качестве V_REF в данном случае используется выходное напряжение внешнего источника опорного напряжения (ИОН) номиналом 2.5 В. Любой стабилизатор имеет также измерительный вход V_REFI, на который подается напряжение (V_REFI), сравниваемое с опорным (V_REF). И, наконец, стабилизатор имеет выход (V_OUT), напряжение на котором (V_REFM) и используется для формирования тока I_Rx. Отличительной особенностью стабилизатора является способ подключения напряжения к измерительному входу (V_REFI). Обычно к этому измерительному входу подключается выходное напряжение стабилизатора (V_REFM), которое и стабилизируется. Но в данном случае к этому входу, как видно из схемы Рисунок 1, подключено напряжение, взятое с контакта зажима с образцовым резистором, т.е. V_REFI. Таким образом, стабилизатор выдает такое выходное напряжение V_REFM, чтобы напряжение V_REFI было равно опорному (V_REF), поскольку именно напряжение, поданное на измерительный вход (V_REFI), сравнивается с опорным.

В первом контуре (сигнал V_REFM – R_X – R_ОБР – «земля») ток I_RОБР проходит через измеряемый резистор R_X и последовательно соединенный с ним образцовый резистор R_ОБР. Силовые провода (V_REFM) и провод, соединяющий нижний (по схеме) зажим с R_ОБР, должны иметь относительно большое поперечное сечение (не менее 0.5 мм 2 ). Для определения тока I_RОБР напряжение с образцового резистора (V_RОБР) подается на один из входов АЦП МК (назовем его условно как 1-й канал АЦП). Зная напряжение V_RОБР и номинал образцового резистора R_ОБР, можно определить ток I_RОБР (см. далее), который также проходит через измеряемый резистор R_X.

Второй контур (сигнал V_REFI – R_X – V_ROBRI) предназначен для измерения падения напряжения на измеряемом резисторе R_X. В этот контур включен инструментальный усилитель (ИУ – INA333), работающий в дифференциальном режиме. Сигнал V_ROBRI через 100-омный резистор подается на неинвертирующий вход ИУ (V_IN+), а сигнал V_ROBRI подается на вход опорного напряжения ИУ (REF) и через 100-омный резистор – на инвертирующий вход ИУ (V_IN–). Провода для сигналов V_REFI и V_ROBRI (в связи с пренебрежимо малым током в этом контуре) могут быть меньшего сечения, но не настолько, чтобы их можно было легко порвать (лучше не менее 0.1 – 0.05 мм 2 ). Для установки коэффициента усиления (G) ИУ к его входам RG подключен резистор RG. Коэффициент усиления ИУ (согласно справочному листку на ИУ INA333) G = 1 + 100К/RG. Выходное напряжение ИУ (V_OUT) подключается к условно 2-му каналу АЦП МК. Это напряжение для классического ИУ, построенного на трех ОУ (а именно так устроен ИУ INA333), как известно, определяется формулой:

Здесь следует сделать некоторое отступление относительно способа включения ИУ. В стандартном (или наиболее часто используемым) способе включения вход REF ИУ заземляется, вход V_IN– также подключается к «земле» через какой-либо токоограничивающий резистор небольшого номинала (например, 100 Ом), а измеряемый сигнал подается на вход V_IN+ также через небольшой токоограничивающий резистор. Однако такой способ включения имеет два существенных недостатка.

Во-первых, при таком способе пришлось бы образцовый резистор подключать к выходу стабилизатора (т.е. к V_REFM), а измеряемый резистор – между образцовым и «землей». В этом случае при измерении напряжения на образцовом резисторе с помощью АЦП возникли бы проблемы, поскольку АЦП измеряет напряжение относительно «земли» (а не относительно V_REFM). Во-вторых, напряжение на измеряемом резисторе измерялось бы АЦП относительно «земли», и при малом номинале измеряемого резистора (миллиомы) это напряжение было бы также мало (даже учитывая усиленное ИУ). А малые напряжения относительно «земли» при их измерении АЦП имеют максимальную погрешность, поскольку вблизи «земли» интегральная нелинейность максимальна, да и вообще АЦП очень плохо измеряет малые напряжения относительно «земли». При том же способе включения, показанном на Рисунке 1, из опорного напряжения вычитается малое напряжение на измеряемом резисторе, в связи с чем результирующее напряжение очень близко к опорному. А чем ближе измеряемое напряжение к опорному, тем точнее оно измеряется АЦП, поскольку АЦП сравнивает измеряемое напряжение с опорным, а не с «землей». Кроме того, интегральная нелинейность АЦП минимальна, если измеряемое напряжение близко к опорному. Помимо этого, при способе включения ИУ, показанном на Рисунке 1 (т.е. ИУ как бы «перевернут» по сравнению со стандартным способом включения), напряжение на образцовом резисторе измеряется АЦП с минимальной погрешностью, поскольку это напряжение также близко к опорному. Теперь вернемся к прерванной последовательности изложения.

Поскольку потенциал сигнала V_REFI всегда выше потенциала сигнала V_RОБРI (этот очевидный факт, на взгляд автора, не нуждается в пояснении), вышеприведенная формула (1) для удобства может быть переписана в виде (2):

Из (2) можно найти разность потенциалов (напряжение) на резисторе R_X (3):

Реальное напряжение V_OUT, если оно измеряется АЦП, может быть получено по его безразмерному показанию (обозначим его как U_OUT), умноженному на опорное напряжение V_REF (4).

Здесь следует сделать некоторое уточнение. Пусть имеется 14-разрядный АЦП, и пусть его передаточная характеристика идеальна. Тогда при подключении к его входу опорного напряжения V_REF его показания в двоичном коде будут равны U_{OUT_2} = 11111111111111₂ (т.е. 14 двоичных единиц). Безразмерное показание АЦП U_{OUT_10} можно найти, разделив U_{OUT_2} на (2 14 – 1):

Другими словами, в этом случае U_OUT = 1. Если же вход АЦП заземлить, то безразмерное показание АЦП будет нулевым: U_OUT = 0.

Аналогично по безразмерному показанию АЦП (U_RОБР) определяется реальное напряжение (V_RОБР) на образцовом резисторе (5):

Ток I_RОБР, проходящий через образцовый резистор R_ОБР, может быть найден по (6):

Измеряемое сопротивление резистора R_X может быть найдено как разность потенциалов на нем (V_IN– – V_IN+), делённая на проходящий ток I_RОБР, а с учетом (3) – (6) получим формулу (7):

Сократив последнее выражение в (7) на V_REF, получим расчетную формулу для вычисления R_X по показаниям АЦП (U_OUT, U_RОБР), номиналу образцового резистора R_ОБР и коэффициенту усиления G ИУ (8):

Интересной особенностью формулы (8) является отсутствие в ней опорного напряжения V_REF. Это означает, что, во-первых, оно в принципе может быть любым (конечно, в разумных пределах) и, во-вторых, что его абсолютное значение не играет никакой роли, лишь бы оно (напряжение) было стабильно во время измерения (как будет видно из дальнейшего изложения, это время не более секунды). Формула (8) и была использована для всех расчетов в программе для МК. Конкретные значения номиналов образцовых резисторов R_ОБР и коэффициентов усиления G будут указаны в дальнейшем, исходя из принципиальных схем.

Теперь после таких, на взгляд автора, достаточно «пространных» объяснений принципа измерения сопротивления тестируемого резистора уже нетрудно понять и принципиальные схемы, представленные ниже.

Принципиальные схемы

Условно схему платы миллиомметра (Рисунок 2) с дополнительными устройствами (Рисунок 3) можно разбить на 2 части: цифровую и аналоговую.

В цифровую часть входят: интерфейсы для сопряжения МК с компьютером (их два) для целей его (МК) программирования, интерфейс с ЖКИ, несколько сигналов (бит состояния), предназначенных для управления работой МК, и несколько сигналов (бит управления), предназначенных для управления МК внешними устройствами.

Первый вариант программирования МК – с помощью USB DEBUG адаптера, который сопрягается с компьютером по интерфейсу USB, а с МК – по двухпроводному интерфейсу C2. Для этого предназначен трехконтактный штыревой разъем XB, на который выведены два сигнала: RST/C2CK, C2D и «земля». Для сопряжения используется кабель, который одним концом (ответная трехконтактная вилка) подключается к разъему XB, а второй его конец подключается к самому USB DEBUG адаптеру. Схему такого кабеля можно найти в [2]. Цепочка R1R2C1 используется для штатной работы интерфейса C2.

Второй вариант программирования МК – по интерфейсу RS-232 с помощью COM-порта компьютера (COM1). Для сопряжения используется 4-контактный штыревой разъем XD/RS, на который выведены два сигнала: TxDM, RxDM, питание (+3.5 В) и «земля». К этому разъему подключается преобразователь уровней интерфейса RS-232-TTL, а к нему – кабель сопряжения с COM-портом компьютера. Все схемы и подробное описание этого режима программирования можно найти в [3]. Для перевода МК в этот режим программирования необходимо замкнуть перемычкой (джампером) контакты 1-2 разъема XB (эта перемычка показана пунктиром, справа от которой слово «boot» – см. [3]).

Для сопряжения МК с ЖКИ используется интерфейс SPI и 6-контактный штыревой разъем XN, на который выведены сигналы SPI, питание (+3 5 В) и «земля». К этому разъему одним концом (ответная 6-контактная вилка) подключается кабель, который вторым концом подключается к ЖКИ (ответная 6-контактная вилка). Схема кабеля приведена на Рисунках 3в, 3г.

Управление режимaми работы МК осуществляется сигналами DIAP0 и DIAP1, логические состояния которых («лог. 0» или «лог. 1») определяют тот или иной режим работы. Эти сигналы выведены на штыревой разъем XD/RS. К контактам 1-3 этого разъема одним концом (трехконтактная ответная вилка) подключается кабель, который вторым концом припаян к галетному переключателю ГП1 (Рисунок 3а). Здесь следует заметить, что объединение в одном и том же разъеме (XD/RS) сигналов для программирования МК по интерфейсу RS-232 и сигналов управления не приведет к какой-либо коллизии: при программировании МК прибор не работает и ничего не измеряет, а при работе он отключен от интерфейса RS-232.

Сигнал CLUI («лог. 0») запускает миллиомметр в режим измерения, если он появляется после включения питания. Этот сигнал (и «земля») выведен на двухконтактный штыревой разъем XC, к которому подключается один из концов кабеля (ответной двухконтактной вилкой), а второй его конец соединяется с двухконтактной кнопкой КН1 (Рисунок 3е). При нажатии кнопки CLUI = «лог. 0», при отпускании CLUI = «лог. 1». Если кнопка нажата и удерживается в нажатом состоянии перед включением питания, а после включения питания отпускается, то миллиомметр переходит в режим установки нуля по выбранному диапазону измерения (см. далее).

Для управления работой стабилизатора используется управляющий сигнал ENT (подаваемый МК), состояние на котором включает («лог. 1») или выключает («лог. 0») стабилизатор (см. далее).

Аналоговая часть включает в себя следующие устройства. Прецизионный измерительный резистор R3, напряжение на котором измеряется АЦП МК, ИУ INA333 (DA1), с помощью которого измеряется падение напряжения на измеряемом резисторе, ИОН REF3125 (DA3) с выходным напряжением V_REF = 2.5 В и стабилизатор на базе операционного усилителя (ОУ) OPA334 (DA2) и мощного полевого p-канального транзистора STD30PF03L-1 (VT1).

Сигнал V_REF подключен к выводу 2 МК DD1 (P0.0/V_REF). Этот же сигнал выведен на однокoнтактный штыревой разъем Xref. Конденсатор C4 блокировочный и положен для штатной работы ИОН. Для измерения напряжения на R3 это напряжение (сигнал R3) подается на контакт 1 двухконтактного разъема XR3Vref. В штатном режиме работы его контакты 1-2 замыкаются перемычкой (джампером), в результате чего напряжение (на R3) с контакта 2 (сигнал R3/V_REF) через RC цепочку R9C2 подается на вывод 17 МК (ADC0.7) – сигнал ADCIN_R3/V_REF. В режиме калибровки полной шкалы АЦП (см. далее) перемычка с разъема XR3Vref снимается, и контакт 2 разъема XR3Vref соединяется с контактом разъема Xref проводом с двумя ответными гнездами на его концах. В результате опорное напряжение V_REF через цепочку R9C2 подается на вход АЦП ADC0.7 МК (сигнал ADCIN_R3/V_REF).

ИУ INA333 (DA1) включен по схеме, аналогичной Рисунку 1. В зависимости от диапазона измерения, к его входам RG (выводы 1, 8) подключаются: либо резистор R7 (1К), в этом случае коэффициент усиления G = 1+100К/1К = 101, либо резистор R6 (10К), тогда G = 1+100К/10К = 11, либо ничего не подключается, т.е. выводы 1, 8 свободны; в этом случае G = 1. Для установки того или иного коэффициента усиления служит галетный переключатель ПГ2-17-3П4НВ (ГП1, Рисунок 3а) на 3 положения 4 направления. Для установки коэффициента усиления G на плате предусмотрен трехконтактный штыревой разъем XRG. К этому разъему подключается кабель, на одном конце которого расположена ответная трехконтактная вилка XRGK (которая и подключается к разъему XRG), а второй его конец припаян к контактам ГП1 (Рисунок 3а). Помимо установки коэффициента усиления ИУ ГП1 с помощью второй группы контактов устанавливает в то или иное состояние биты диапазонов DIAP0 и DIAP1 МК. Для этого служит трехпроводный кабель, который одним концом припаян к контактам ГП1 (Рисунок 3а), а на втором его конце установлена трехконтактная вилка XDK, которая подключается к контактам 1-3 разъема XD/RS (Рисунок 2). В первом (левом по схеме Рисунок 3а) положении ГП1 все его контакты разомкнуты, в связи с чем биты DIAP0 и DIAP1 находятся в состоянии «лог. 1», а коэффициент усиления ИУ G = 1. Во втором (среднем) положении замыкаются контакты 2'-2 и 8'-8, в связи с чем бит DIAP0 устанавливается в состояние «лог. 0» (DIAP1 = «лог. 1»), а коэффициент G = 11 (см. выше). В третьем (правом по схеме) положении замыкаются контакты 2'-3 и 8'-9, в связи с чем бит DIAP1 = «лог. 0» (DIAP0 = 1), a G = 101. Неиспользуемые два направления ГП1 запараллелены с используемыми для увеличения надежности и снижения сопротивления контактов.

Есть еще одна (технологическая) комбинация бит DIAP0 и DIAP1, когда оба бита устанавливаются в состояние «лог. 0». Она используется для калибровки полной шкалы АЦП МК (см. далее). Для этого с разъема XD/RS снимается ответная трехконтактная вилка кабеля, соединяющего этот разъем с переключателем ГП1, и на три контакта (1-3) надевается трехконтактная перемычка (джампер), соединяющая все три контакта, т.е. заземляющая сигналы DIAP0 и DIAP1. Эта перемычка показана пунктиром справа от разъема XD/RS (Рисунок 2), а еще правее стоит слово «CAL1».

Измеряемый резистор R_X подключается к зажимам Кельвина LCR-90, к которым одним концом припаяны два двухпроводных кабеля, ко вторым концам которых припаяны двухконтактные разъемы – вилки DJK-10B (XREFK и XR3K) – Рисунок 3д. Эти две вилки вставляются в две розетки DJK-04B (XR3 и XREF, Рисунок 2), установленные на лицевой поверхности корпуса прибора. К этим розеткам припаяны два двухпроводных кабеля, которые своим вторым концом впаяны в плату. Силовой контур, через который течет большой ток, – REFM-R_X-R3, измерительный контур, предназначенный для измерения напряжения на R_X, – REFI-R_X-R3I. Сигнал REFI подключен к выводу REF ИУ DA1 (вывод 5) и через резистор R5 – к входу V_IN– ИУ DA1 (вывод 2), а сигнал R3I через резистор R4 подключен к входу V_IN+ (вывод 3 DA1), т.е. именно так, как это организовано на Рисунке 1.

Напряжение с выхода ИУ V_OUT (вывод 6 DA1) через цепочку R8C6 подается на вывод 18 МК (ADC0.6) – сигнал ADCIN_RX. Блокировочный конденсатор C5 служит для штатной работы ИУ DA1.

В состав стабилизатора входит ОУ OPA334 (DA2) и мощный p-канальный полевой транзистор STD30PF03L-1 (VT1). В отличие от стандартной схемы стабилизатора положительного напряжения на ОУ и n-канальном полевом транзисторе, на сток которого подается входное напряжение, а с истока снимается стабилизированное, как видно их схемы Рисунок 2, в ней использован p-канальный транзистор, который «перевернут», т.е. входное напряжение (+3.5 В) подается на его исток, а стабилизированное снимается с его стока. Такое включение p-канального транзистора имеет одну особенность. В стандартной схеме для открытия n-канального транзистора требуется подать на его затвор напряжение выше напряжения истока (т.е. выше входного напряжения) на 1 – 4 В (пороговое). Но где его взять, если кроме входного другого напряжения нет? В данной же схеме (Рисунок 2), во-первых, на стоке напряжение (выходное – около +2.5 В) более отрицательно по отношению к напряжению истока (входное – +3.5 В), т.е. p-канальный транзистор работает в штатном режиме, а, во-вторых, на затвор транзистора для его открытия требуется подать напряжение не выше входного, а ниже его на те же 1-4 В (т.е. более отрицательное по отношению к напряжению истока). С этим легко «справится» ОУ DA2, т.к. напряжение его питания равно +3.5 В. Транзистор STD30PF03L-1 имеет низкое пороговое напряжение (около 1 В), поэтому схема будет работать даже при сильном разряде аккумулятора (до 2.7 В). Как видно из схемы, на инвертирующий вход ОУ (вывод 4 DA2) через резистор R13 подается опорное напряжение V_REF, а на его неинвертирующий вход (вывод 3 DA2) подается не выходное напряжение стабилизатора (REFM), а напряжение REFI, т.е. то, которое получается в месте контакта зажима (с разъемом XREFK) с измеряемым резистором (Рисунок 3д). Другими словами, стабилизатор устанавливает опорное напряжение V_REF именно в месте контакта R_X с зажимом (напряжение REFI). Выходное напряжение ОУ (вывод 1 DA2) через резистор R12 подается на затвор транзистора VT1. При подключении нагрузки к выходу стабилизатора его выходное напряжение (REFM) будет падать, а вместе с ним упадет и напряжение REFI, а поскольку оно подключено к неинвертирующему входу ОУ DA2 (через резистор R14), снизится и выходное напряжение ОУ. Это приведет к тому, что напряжение затвора транзистора также снизится, транзистор приоткроется, возвратив выходное напряжение REFM, а с ним и напряжение REFI, на прежний уровень. При отключении нагрузки все произойдет с точностью до наоборот. Конденсатор C10 предотвращает самовозбуждение ОУ DA2.

ОУ DA2 имеет вход разрешения (En – Enable) – вывод 5 DA2, низкий уровень («лог. 0») на котором отключает выход ОУ, т.е. переводит его в высокоимпедансное состояние. В этом случае затвор VT1 оказывается подключенным к истоку через резистор R10, что приведет к закрытию транзистора. Если на вход En DA2 подан высокий уровень («лог. 1»), то выход ОУ включится, что приведет к работе стабилизатора в штатном режиме. Как видно из схемы, номинал R12 (100 Ом) на 3 порядка ниже номинала R10 (100 кОм), поэтому в этом случае на включение транзистора влияние R10 ничтожно мало.

Включение и выключение стабилизатора осуществляется сигналом ENT, подаваемым с МК (вывод 13 DD1).

К выходу стабилизатора подключен светодиод через двухконтактный штыревой разъем XLed (Рисунок 2) и двухпроводный кабель с ответным разъемом XLedK (Рисунок 3ж). Светодиод расположен на лицевой поверхности корпуса и сигнализирует о наличии напряжения на выходе стабилизатора. Он загорается только в процессе измерения (не более секунды).

Напряжение питания платы с условным значением +3.5 В поступает с двухконтактного цангового штыревого разъема XП. На самом деле напряжение полностью заряженного аккумулятора составляет +4.2 В, а разряженного (но еще находящегося в штатном режиме работы) – +2.7 В. К разъему XП одним концом с ответным гнездом XПК (Рисунок 3б) подключается двухпроводный кабель питания, который своим вторым концом припаян к выводу 1 выключателя питания ВК1 (+3.5) (вывод 2 XПК), а провод GND (вывод 1 XПК) припаян к клемме KL2, соединенной с минусом аккумулятора (BAT1). Эта клемма надета на лепесток, приваренный к минусу BAT1. Аналогичная клемма KL1 надета на лепесток, приваренный к плюсу BAT1. Эта клемма (сигнал +3.5Z) соединена проводом с выводом 3 выключателя ВК1 и одновременно с выводом 2 гнездового разъема DJK-19S (XZ). Вывод 1 разъема XZ (сигнал GND) соединен с клеммой KL2. Клеммы KL1 и KL2 – нажимные размером 6.3 мм. При нажатии на «ручку» такой клеммы она легко надевается на приваренный к аккумулятору довольно мягкий лепесток (шириной 6 мм и толщиной всего 0.1 мм), а при отпускании – жестко фиксируется на нем (и без нажатия ее уже не снять). Если использовать обычную обжимную клемму, то при надевании ее на лепесток последний очень легко повредить (превратив его в «гармошку»).

Разъем XZ предназначен для зарядки аккумулятора зарядным устройством. Этот разъем (DJK-19S) припаян на специальную плату (разводка ее приведена далее), которая двумя винтами М2 крепится к днищу корпуса. Конец разъема выведен наружу на торец корпуса. К этому разъему подключается ответная вилка DJK-11K (2.5×0.7-L9) двухпроводного кабеля, который своим вторым концом припаян к плате хорошо известного зарядного устройства на базе TP4056. Сама плата зарядного устройства приклеена гибкой теплопроводящей прокладкой с двусторонним липким слоем к игольчатому радиатору с площадью поверхности около 70 см 2 (см. далее).

Для определения состояния аккумулятора (уровня его разряженности) в схеме используются два резистора R15 и R16, точка соединения которых через цепочку R17C2 подается на еще один вход АЦП МК – ADC0.1 (вывод 24 DD1) – сигнал ADCIN_Vp. Напряжение в точке соединения резисторов делителя (в 2 раза) напряжения питания измеряется АЦП МК, и в зависимости от его значения на крайний правый разряд ЖКИ (он отделен) выводятся сегменты (их три), по количеству которых можно судить о степени его разряженности (см. далее).

Все резисторы (кроме R3) и конденсаторы (керамические) – для поверхностного монтажа размером 0603 (кроме C4, C7, C8, C11 – их размер 0805). Резистор R3 – 5-ваттный в металлическом корпусе. Все разъемы (кроме XП, XR3 и XREF) – штыревые с шагом 1.27 мм (PLL-0X), разъем XП – цанговый с шагом 2.54 мм (PSLM-02). О разъемах XR3 и XREF уже было упомянуто выше.

Что за прибор миллиомметр

Представленный в статье прибор предназначен для измерения электрического сопротивления постоянному току измерительных шунтов, обмоток дросселей, трансформаторов и других объектов, у которых оно не превышает 3,6 Ом. Но одно из его основных применений — поиск короткозамкнутых участков электрических цепей ремонтируемой радиоаппаратуры путём проверки их сопротивления без выпаивания деталей.

Прибор питается всего от одного гальванического элемента типоразмера ААА и не имеет выключателя, автоматически переходя в режим малого энергопотребления в перерывах между измерениями. Его вход защищён от повреждения случайно поданным на него высоким напряжением.

Основные технические характеристики

Измеряемое сопротивление, Ом. 0,001. 3,6

Погрешность измерения, %, не хуже:

сопротивления менее 0,01 Ом . не норм.

Напряжение питания, В . 1,2. 1,6

Потребляемый ток, мА, не более:

Продолжительность работы до перехода в спящий режим, с. 40

Примечание. Плюс-минус две единицы младшего разряда индикатора.

Рис. 1. Принципиальная схема миллиомметра

Принципиальная схема миллиомметра показана на рис. 1. Основной его элемент — микроконтроллер DD1 PIC16F690-I/P, тактируемый от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц. Напряжение питания 3 В поступает на микроконтроллер с интегрального стабилизатора DA3 XC6206P301, имеющего экстремально низкий собственный ток потребления (1 мкА) и минимальное падение напряжения между входом и выходом, необходимое для нормальной работы.

На вход стабилизатора DA3 поступает напряжение 3,3 В с повышающего преобразователя на элементах DA2, L1, VD5, C1, C3, C4, в котором микросхема DA2 (NCP1402SN33) включена по типовой схеме. Необходимость в дополнительном стабилизаторе DA3 обусловлена чрезмерно высоким уровнем помех на выходе повышающего преобразователя, увеличивающим погрешность измерений.

Индикатор HG1 FYQ3641BH — четырёхразрядный семиэлементный светодиодный красного цвета свечения. Аноды светодиодов его элементов подключены к порту C микроконтроллера, а общие катоды разрядов — к его порту B. Здесь применена поэлементная динамическая индикация. В каждый момент времени микроконтроллер управляет только одним из 32 элементов индикатора. Такой принцип позволил отказаться от разрядных ключей и от гасящих резисторов в цепях элементов. Амплитуда генерируемых микроконтроллером импульсов тока не превышает 15 мА.

Хотя на схеме показан индикатор FYQ3641BH с общими катодами разрядов, в предлагаемом миллиомметре без всякого изменения схемы и программы можно использовать и подобный ему индикатор с общими анодами. Программа сама определит его конфигурацию и станет формировать соответствующие ей управляющие сигналы. Определение она производит в начале своей работы, устанавливая на выходе RC0 микроконтроллера высокий уровень напряжения, а на разрядных выходах RB4-RB7 — низкие уровни. Напряжение на выводе RC0, который одновременно служит аналоговым входом AN4, измеряет АЦП микроконтроллера. По полученному значению программа делает вывод о конфигурации индикатора. При этом не требуется никаких дополнительных внешних элементов.

Управление динамической индикацией организовано в процедуре обработки запросов прерывания от таймера TMR1, следующих с периодом 512 мкс. Цикл индикации занимает 32 таких периода — 16,384 мс, что соответствует частоте следования циклов около 61 Гц. Яркость свечения индикатора вполне достаточна и комфортна, хотя средний ток через элемент невелик.

При открытом полевом транзисторе VT1 через измеряемое сопротивление Rx течёт ток около 45 мА, заданный резисторами R9 и R1. При каждом измерении этотток подаётся непрерывно в течение всего цикла, что минимизирует влияние ёмкостных и индуктивных составляющих полного сопротивления измеряемого объекта на результат измерения.

Такая простая схема подачи измерительного тока может показаться примитивной и не обеспечивающей достаточную точность, ведь в подобных приборах нередко используют сложные стабилизированные источники тока на активных элементах. Но это не совсем так. На результат измерения влияют два независимых фактора — температурный дрейф стабилизатора тока и изменения напряжения питания микроконтроллера, которое обычно используют в качестве образцового для АЦП. В сумме они ухудшают точность измерения либо требуют сложной аппаратной или программной компенсации. В рассматриваемом же приборе напряжение на правом по схеме выводе резистора R9 равно напряжению питания микроконтроллера и образцовому напряжению АЦП. Поэтому его изменения не влияют на результат измерения сопротивления R_x, вычисляемый в данном случае по формуле:

где R = R1+R9; К_ОУ — коэффициент усиления ОУ; N — выходной код АЦП.

По моему мнению, такая простая схема обеспечивает более точное измерение, чем активный стабилизатор тока.

Система защиты прибора от повышенного напряжения на входе имеет ограниченные по сравнению с применённой в приборе из упомянутой выше статьи возможности, поэтому следует соблюдать определённую осторожность. Система состоит из резисторов R1, R2, R5, диодов VD1, VD4 и стабилитрона VD2. Диод с барьером Шоттки VD4 ограничивает положительное напряжение между щупами A и Б до 250 мВ, что важно при измерениях на печатных платах, заполненных электронными компонентами. При превышении этого значения могут открыться и быть повреждены измерительным током p-n переходы маломощных полупроводниковых приборов, подключённые параллельно объекту измерения.

ОУ DA1.2 усиливает очень небольшое напряжение (иногда меньше десятых долей милливольта), снимаемое с сопротивления R_x. Коэффициент усиления ОУ программа может установить равным 67 либо 16,8, изменяя состояние выхода AN1, при низком логическом уровне напряжения на котором резисторы R6 и R8 оказываются соединёнными параллельно. Как выяснилось, при работе динамической индикации на этот выход наводится помеха. Поэтому на время работы АЦП программа её выключает.

Поскольку потребляемый ОУ MCP602 ток очень мал, оказалось возможным питать его непосредственно напряжением высокого уровня, установленным на выходе RA4 микроконтроллера. Для компенсации постоянного смещения передаточной характеристики ОУ на него подано внешнее положительное смещение с делителя напряжения R2R3, которое программа измеряет и учитывает при вычислении результата. Кроме того, ток через резистор R6 создаёт на входе прибора потенциал, необходимый для определения разомкнутого состояния измерительных щупов.

Напряжение элемента питания G1 подано для измерения на вывод RC7 микроконтроллера через цепь R4VD3. Резистор R4 ограничивает утечку тока при работе динамической индикации, а диод с барьером Шоттки VD3 уменьшает ток, втекающий в элемент питания G1 в спящем режиме. На измерение напряжения диод не оказывает существенного влияния, так как при малом (не более 0,5 мкА) прямом токе, на нём падает всего около 20 мВ, которые компенсируются программно.

В спящем режиме и на элементы, и на разряды индикатора HG1 подаётся напряжение высокого уровня, что выключает индикатор. Прибор «засыпает», если в течение не менее 40 с его щупы A и Б ни с чем не соединены или замкнуты между собой. Из этого режима микроконтроллер выходит по запросам прерывания от своего сторожевого таймера, следующим с периодом около 150 мс. Если состояние щупов после предыдущей проверки не изменилось, микроконтроллер вновь засыпает. Так продолжается до тех пор, пока состояние щупов не изменится. В этом случае прибор переходит в рабочий режим. Такое решение позволило обойтись без кнопки установки микроконтроллера в исходное состояние и без выключателя питания.

Все детали миллиомметра, включая элемент питания, размещены на печатной плате размерами 35×85 мм из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Чертёж её печатных проводников и монтажная схема изображены на рис. 2. Применены компоненты, как в обычном исполнении, так и для поверхностного монтажа. Для установки микроконтроллера предусмотрена панель, а для элемента питания — держатель.

Рис. 2. Чертёж печатной платы и монтажная схема

Индикатор FYQ3641BH можно заменить на FYQ3641AH или на практически любой подобный красного цвета свечения, как с общими анодами, так и с общими катодами. Сдвоенный ОУ MCP602, один из элементов которого остаётся неиспользованным, можно заменить одиночным MCP601, но для его установки потребуется откорректировать печатную плату. Вместо микросхемы преобразователя напряжения XC6206P301MR подойдёт XC6206P302MR, отличающаяся лишь меньшей точностью установки выходного напряжения. Полевой транзистор IRLML6302 можно заменить на AO3401, диод 1N4002 — на любой той же серии, все диоды с барьером Шоттки — на 1N5818. Вместо стабилитрона 1N4728A пригоден и другой с напряжением стабилизации 2,7. 3,3 В.

Резисторы R6-R8 должны быть с отклонением сопротивления от номинального не хуже ±0,5 %. В крайнем случае, их можно отобрать из резисторов с допуском ±5 %, подбирая их с помощью омметра класса точности не хуже 0,25. Есть ещё один вариант — использовать прецизионные резисторы только в качестве R6 и R8 с последующей программной коррекцией. В случае полного отсутствия прецизионных резисторов скорректировать погрешности программно удастся, скорее всего, только в одном из интервалов измерения (0. 0,9 Ом или 0,9. 3,6 Ом). Остальные резисторы могут быть с допуском ±5 %. Конденсаторы для поверхностного монтажа, использованные в приборе, — типоразмера 1206, а такие же резисторы — типоразмера 0805.

Смонтированная плата с установленными на ней запрограммированным микроконтроллером и элементом питания помещена в подходящий пластмассовый корпус. Напротив индикатора в нём вырезано прямоугольное окно, закрытое прозрачным органическим стеклом красного цвета.

Измерительные щупы изготовлены из латунных штырей диаметром 2 мм и длиной 50 мм. В крайнем случае можно использовать заточенные стальные гвозди. Один из них (А) закреплён проволочными хомутами на плате, а другой (Б) вынесен из корпуса на гибком изолированном проводе большого сечения. При необходимости на щупы можно надевать винтовые колодки, применяемые для соединения проводов в электротехнике.

Программа микроконтроллера написана на языке С и оттранслирована в среде mikroC for PIC. Как обычно, для таких микроконтроллеров слово конфигурации содержится в сгенерированном средой HEX-файле. Поэтому при загрузке программы нужная конфигурация микроконтроллера устанавливается автоматически.

Если в приборе применены резисторы с указанными выше допусками, заявленная погрешность обеспечивается автоматически. При необходимости можно задать коэффициент коррекции показаний прибора, обеспечивающий требуемую точность.

Перейдём к подробному описанию работы прибора.

Измерение. При подключении щупов к объекту измерения на индикатор будет выведено его активное сопротивление в омах в формате . Если R_x больше 3,6 0м, но меньше 50 Ом, будет выведено сообщение . В этом состоянии ток, потребляемый прибором, максимален — до 200 мА при почти разряженном элементе питания. Реализован переход в спящий режим не только при разомкнутых щупах, но и при их случайном длительном замыкании и отсутствии реакции на следующее через 30 с приглашение их разомкнуть.

Режим ожидания. При никуда не подключённых щупах прибор через некоторое время переходит в режим ожидания, а на индикаторе включаются элементы F второго и третьего разрядов. Спустя 8 с и далее через каждые 16 с прибор измеряет напряжение элемента питания и в течение 2 с показывает его на индикаторе в формате , где число 8,88 заменено измеренным значением. Первый раз напряжение измеряется при максимальной нагрузке, а далее — без неё.

Если щупы в течение 40 с остаются никуда не подключёнными, прибор переходит в «спящий» режим с полным гашением индикатора. В таком состоянии он может оставаться сколь угодно долго, пока щупы не будут замкнуты между собой либо подключены к цепи с низким сопротивлением.

Режим ожидания при разряженном элементе питания. Если напряжение элемента питания под нагрузкой менее 1,15 В, через 8 с после перехода в режим ожидания в течение 2 с происходит первая индикация напряжения батареи (при этом включённая в младшем разряде индикатора десятичная запятая сигнализирует о разрядке элемента питания).

Сразу после этого (через 10 с, а не 40 с, как обычно) миллиомметр «заснёт». При напряжении элемента G1 менее 1,05 В он выключится немедленно, а включится только после замены элемента.

Калибровка. Если удерживать щупы замкнутыми либо подключёнными к резистору сопротивлением менее 50 Ом более 30 с, на индикатор будет выведено приглашение , а затем , что означает «разомкните щупы». Если в течение 10 с после этого их разомкнуть, миллиомметр перейдёт в режим калибровки, в противном случае — выведет сообщение — и перейдёт в спящий режим.

Калибровка начнётся с вывода на индикатор сообщения , после чего будет выведено приглашение замкнуть щупы ( , а затем ). Если в течение 10 с после этого щупы не замыкать, их собственное сопротивление будет принято нулевым, что и будет записано в EEPROM микроконтроллера. Если щупы замкнуть вовремя, записано будет его реальное значение. Запись сохранится даже после отключения питания.

Далее в течение 2 с индикатор будет пуст, а потом на него будет выведено сообщение о переходе в режим коррекции показаний прибора — . После паузы выводится текущее значение коэффициента коррекции в процентах, которое каждую секунду увеличивается шагами по 0,5 % до +5 % и далее от -5 % до исходного значения. В момент замыкания щупов произойдёт запись выведенного на индикатор значения в EEPROM. На этом калибровка завершается, что подтверждается сообщениями и .

Программа микроконтроллера и файл печатной платы в формате Sprint Layout 6.0. имеются здесь.

Автор: Б. Балаев, г. Нальчик, Кабардино-Балкария

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Измеряем сопротивление с помощью миллиомметра

Миллиомметр- прибор который предназначен для измерения малых значений активного сопротивления цепей и их элементов, а так же контактных сопротивлений. Измерения проводятся по 2-х и 4-х проводной схеме (с помощью зажимов Кельвина) . Рассмотрим как провести измерения с помощью миллиомметра АКТАКОМ АМ-6007 .

Для начала рассмотрим как выглядит миллиомметр АКТАКОМ АМ-6007.

Не менее важно понимать за что отвечают кнопки управления миллиомметра АМ-6007 .

Переходим непосредственно к измерениям.

Сначала выясним как измерить сопротивление с помощью миллиомметра Актаком АМ-6007 с использованием 4-проводных зажимов?

Диапазоны 6000 Ом, 600 Ом, 60 Ом, или 6 Ом (индикатор включен)

Подключите зажимы к миллиомметру Актаком АМ-6007 (к терминалам T+ и T-) и к измеряемому объекту, см. рис. ниже

Установите переключателем режимов нужный измерительный диапазон. На экране отобразятся прочерки (——).

• Нажмите кнопку START / STOP для начала измерения. Экран прибора станет непрерывно отображать величину сопротивления. Может измеряться сопротивление как резистивных, так и индуктивных объектов.
• Снова нажмите кнопку START / STOP для остановки измерения. На экране отобразится значок HOLD.

Диапазоны 600 мОм (1 A) и 120 мОм (5 A) (индикатор выключен)

• Подключите зажимы к АМ-6007 (к терминалам T+ и T-) и к измеряемому объекту, как показано на рис. выше.
• Переведите переключателем режимов нужный измерительный диапазон. На экране отобразятся прочерки (——).
• Индикатор индуктивности при этом выключен (измерение только резистивных объектов).
• Нажмите кнопку START / STOP для начала измерения. Экран прибора станет непрерывно отображать величину сопротивления. Может измеряться сопротивление только резистивных объектов.
• Снова нажмите кнопку START / STOP для остановки измерения. На экране отобразится значок HOLD.

Индуктивные и резистивные материалы:

• Если нужно измерить индуктивное сопротивление (например, обмотки двигателя или трансформатора), нажмите кнопку , после чего загорится индикатор индуктивности . Теперь можно измерять резистивные и индуктивные объекты.
• Нажмите кнопку START / STOP для начала измерения.
• После получения стабильного показания оно отображается на экране, а измерение останавливается. На экране появляется значок HOLD.

• Если индикатор индуктивности включен, это означает, что в данный момент можно измерять как резистивные, так и индуктивные материалы.
• Если индикатор индуктивности выключен, то индуктивные материалы измерены быть не могут.
• После нажатия кнопки START / STOP для начала измерения, прибор нельзя остановить до окончания самопроверки.

Как измерить сопротивление с помощью миллиомметра Актаком АМ-6007 и 4-проводных измерительных щупов?

Диапазоны 6000 Ом, 600 Ом, 60 Ом, или 6 Ом (индикатор включен)

Подключите тестовые провода с зажимами «крокодил» к миллиомметру Актаком АМ-6007 (терминалы P1, P2, C1, C2) и к измеряемому объекту, см. рис. ниже

• Установите переключателем режимов нужный измерительный диапазон. На экране отобразятся прочерки (——).
• Нажмите кнопку START / STOP для начала измерения. Экран прибора станет непрерывно отображать величину сопротивления. Может измеряться сопротивление как резистивных, так и индуктивных объектов.
• Снова нажмите кнопку START / STOP для остановки измерения. На экране отобразится значок HOLD.

Диапазоны 600 мОм (1 A) и 120 мОм (5 A) (индикатор выключен)

• Подключите тестовые провода с зажимами «крокодил» к прибору (терминалы P1, P2, C1, C2) и к измеряемому объекту, как показано на рис. выше
• Переведите переключателем режимов нужный измерительный диапазон. На экране отобразятся прочерки (——). Индикатор индуктивности при этом выключен (измерение только резистивных объектов).
• Нажмите кнопку START / STOP для начала измерения. Экран прибора станет непрерывно отображать величину сопротивления. Может измеряться сопротивление только резистивных объектов.
• Снова нажмите START / STOP для остановки измерения. На экране отобразится значок HOLD.

Индуктивные и резистивные материалы:

• Подключите тестовые провода с зажимами «крокодил» к прибору (терминалы P1, P2, C1, C2) и к измеряемому объекту
• Если нужно измерить индуктивное сопротивление (например, обмотки двигателя или трансформатора), нажмите кнопку , после чего загорится индикатор индуктивности . Теперь можно измерять резистивные и индуктивные объекты.
• Нажмите кнопку START / STOP для начала измерения.
• После получения стабильного показания оно отображается на экране, а измерение останавливается. На экране появляется значок HOLD.

Если индикатор индуктивности включен, это означает, что в данный момент можно измерять как резистивные, так и индуктивные материалы.

Если индикатор индуктивности выключен, то индуктивные материалы измерены быть не могут.

Как измерить длину кабеля с помощью миллиомметра Актаком АМ-6007?

• Перед измерением длины кабеля приготовьте кабель длиной 1 метр .
• Подключите измерительные зажимы к обоим концам кабеля.
• Выберите требуемый диапазон сопротивления (6000 Ом, 600 Ом, 60 Ом, 6 Ом, 600 мОм или 120 мОм).
• Измерьте сопротивление 1 метра (1 фута) кабеля.
• Нажмите и удерживайте кнопку Ω/LENGTH в течение 2 секунд до звукового сигнала, после чего на экране отобразятся единицы измерения: M (метры) или FT (футы). Для изменения единиц измерения нажмите кнопку FEET/METERS, затем снова удерживайте кнопку Ω/LENGTH в течение двух секунд.
• Отключите зажимы от кабеля длиной 1 метр (1 фут) и подключите их к измеряемому кабелю. На экране отобразится его длина.
• Если на экране отображается «OL», переключайте диапазон с помощью переключателя режимов до тех пор, пока значок «OL» не пропадёт с экрана.

• Длина кабеля может составлять от 0.0001 метра (или фута) до 9999 метров (или футов).
• Если кабель не подключен, на экране появится «OL Ω» вместо «OL M» («OL FT»).
• Если сопротивление равно 0, то на экране отображается «0 Ω» вместо «0 M» («0 FT»).
• Если длина меньше 0.0001 метра (фута), но больше 0, то отображается значение «0.0001».

Узнать больше о возможностях миллиомметра АКТАКОМ АМ-6007 можно здесь .

Приобрести миллиомметр АМ-6007 можно у официального дилера ТМ «Актаком» компании Эликс.

Миллиомметр с жк-индикатором на arduino своими руками

Эта простая схема из одного зарубежного сайта, предназначается для измерения низких значений сопротивления — от 0,001 до 1.999 ом. «Прямой Индикация Сопротивления, Ом». Вы должны использовать отдельный аккумулятор для её питания. Напряжение питания стабилизировано микросхемой LM317LZ. Рекомендуем именно малогабаритную LM317LZ, а не LM317. Но вы можете также использовать и LM317, если хотите. Подстроечный резистор должен быть настроен точно на ток 100 мА, чтобы получить высокую точность измерения сопротивления.

Плата печатная приставки для измерения малых сопротивлений

При измерении старайтесь максимально уменьшить длину проводов, так как каждый сантиметр будет давать дополнительное сопротивление.

На дисплей цифрового вольтметра (обычного мультиметра D830) будет выведено значение в Омах, от 0,001 до 1.999 Ом. Для испытаний прибора померяйте несколько параллельно соединённых одноомных резистора.

Таблицы погрешностей

Сопротивление

Как пользоваться?

Измерению сопротивления резистора предшествуют две причины.

• Вы не знаете цветомаркировку современных резисторов. У вас нет под рукой таблицы полосок, по которым считается сопротивление.
• Резистор старый – с него стёрлись, облупились какие-либо опознавательные знаки. Он много раз перепаивался либо хранился в условиях агрессивной к краске среды.

Разомкнутые щупы – это разрыв питания цепи прибора, в который включается резистор с измеряемым сопротивлением. Если речь идёт о сопротивлении от десятков кОм и выше – касаться руками выводов резистора (и контактов щупов) нельзя. Кожа человека хоть и имеет достаточно большое сопротивление, не изолирует внутренние органы и ткани человека, содержащие электролиты (соли, кислоты), в разной мере проводящие ток. Это вносит большую погрешность в измеряемое сопротивление. Если руки смочить, то сопротивление тела человека станет ещё меньше.

Напряжение батарейки (или аккумулятора), установленной в омметре, суммируется с напряжением, падающим на измеряемом резисторе работающего устройства – по закону сложения напряжений при последовательном соединении элементов. В результате прибор «шкалит» в ту или иную сторону, и вменяемого замера вы не получите. При напряжении в десятки вольт, гасимом на замеряемом сопротивлении, стрелка может быть с силой отброшена в любой из концов шкалы. Это может сломать как саму стрелку, так и её пружину с балансиром.

Если схема устройства сложна – в ней присутствуют электронные компоненты, содержащие диоды, транзисторы и микросхемы, то необходимо выпаять резистор, годность которого проверяется. Дело в том, что полупроводники, из которых выполнены все эти элементы, при пропускании тока в одну из сторон также имеют конечное сопротивление до десятков Ом. Руководствуйтесь принципиальной схемой ремонтируемого устройства. Здесь требуются хорошие знания по физике, электро- и схемотехнике, без которых вас не допустят к ремонту электроники.

В цифровых омметрах (мультиметрах) есть схема электронной защиты и предохранитель, защищающие прибор от воздействия опасного напряжения. Повредить такой омметр можно лишь с помощью напряжения в сотни и тысячи вольт, «пробивающего» микроконтроллер прибора. После такого воздействия мультиметра восстановлению не подлежит. Обязательно отключите питание устройства, на котором оценивается состояние резистора, катушки или обмотки двигателя.

О том, как правильно пользоваться омметром, смотрите в следующем видео.

Вопросы и ответы

Для проведения точных измерений малых значений сопротивления с помощью миллиомметра АКТАКОМ АМ-6000, и избежания влияния паразитных сопротивлений или сопротивления измерительных проводов, в приборе схемотехнически реализована четырехпроводная схема

На каждом поддиапазоне измерений используется свое значение тока тестирования I_s, который протекает от разъема Т₂ к разъему Т₁. Этот же ток протекает и через измеряемое сопротивление (резистор) R. Прибором измеряется напряжение V_x на разъемах П₁ и П₂, которое равно:

В соответствии со значением V_x прибор автоматически рассчитывает значение неизвестного сопротивления R_x:

Таким образом, на измеренное значение сопротивления между разъемами П₁ и П₂ не влияет паразитное сопротивление измерительных проводов.

Для измерения сопротивления резисторов необходимо подключить зажимы измерительных проводов к тестируемому сопротивлению, как показано на рис 1, а для измерения сопротивления участка цепи на плате подключить зажимы, как показано на рис 2.

1. Питающее напряжение, температура хранения и эксплуатации см. в разделе «Технические характеристики».
2. Относительная влажность не более 80% при температуре 0…40 °С.
3. Атмосферное давление от 630 до 795 мм рт. ст.
4. В помещениях хранения и эксплуатации не должно быть пыли, паров кислот, щелочей, а также газов, вызывающих коррозию.
5. После пребывания в предельных условиях (хранения, транспортировки) время выдержки прибора в нормальных (эксплуатационных) условиях не менее 2 часов.
6. Питание: сеть переменного тока напряжением (220 ± 20) В частотой (50 ± 2) Гц
7. Не допускается закрывать вентиляционные отверстия. Минимальное расстояние 25 мм по сторонам.
8. Для чистки прибора снаружи используйте слегка смоченную тряпочку. Не пытайтесь чистить прибор внутри. Перед чисткой отключите прибор от сети и включайте только после полного высыхания.
9. При эксплуатации не допускаются следующие действия, приводящие к отказу от гарантийного обслуживания прибора:
   • Падение и воздействие вибрации на прибор
   • Измерение емкости и сопротивления, температуры, прозвонка диодов в цепях, находящихся под напряжением, или измерение ёмкости с остаточным напряжением. Для предотвращения повреждения прибора и причинения вреда здоровью перед проведением измерений необходимо отключить питание от тестируемой цепи и разрядить все высоковольтные конденсаторы. Остаточный заряд конденсаторов можно проверить прибором в режиме измерения постоянного напряжения.
   • Измерение напряжения, используя гнезда для измерения тока.
   • Измерение силы постоянного и переменного тока 10 А не более 15 секунд.
   • Проведение измерений при напряжении питания ниже 80% от указанного номинала на используемых батареях.
   • Замена батареи питания до отключения прибора от сети или нарушение полярности при подключении / замене батареи.
   • Растягивать с усилием измерительные щупы прибора.

Программная реализация

Алгоритм работы прибора и сам код довольно сложны. Необходимо установить диапазон измерения, управляя входами ULN2003 (выходы Arduino D10, D11, D12), который вместе с режимом работы (определяется состоянием кнопок) учитывается в дальнейшем. Затем выполняется считывание АЦП для расчета сопротивления и отображение значения на индикаторе.

С целью упрощения программного кода в скетче было использовано несколько библиотек, в том числе Wire.h, LiquidCrystal_I2C и библиотека для работы с EEPROM. Библиотека Wire используется для облегчения процесса обмена данными по шине I2C между Arduino, ЖК индикатором и АЦП. Частота тактового сигнала шины I2C выбрана 400 кГц. Библиотека LiquidCrystal_I2C (не предустановленная в Arduino IDE) помогает взаимодействовать с ЖК-индикатором, а библиотека EEPROM используется для доступа к энергонезависимой памяти МК, обеспечивая хранение информации о режиме работы и диапазоне измерения.

Библиотеки Wire и EEPROM предуставновлены в среде Arduino IDE, библиотеку LiquidCrystal_I2C можно установить с помощью менеджера билиотек.

Исходный код довольно громоздкий, но снабжен подробными комментариями. Тем не менее, стоит пояснить, что работа с измерительным узлом, АЦП и индикатором в исходном коде строится на основе определений, макросов и функций. Поэтому основные функции setup() и loop() содержат очень мало строк кода. Скетч доступен для скачивания в разделе загрузок.

После компиляции скетча в Arduino IDE загрузите его в плату, и, если все правильно собрано, прибор запустится (Рисунок 8).

Если подключить к измерительным щупам резистор с сопротивлением миллиомного диапазона, то на индикаторе вы увидете значение сопротивления (Рисунок 9).

Ниже вы можете посмотреть видео о работе миллиомметра.

Вопросы и ответы

Для этого прибора после его регистрации на сайте АКТАКОМ с указанием серийного номера доступно для загрузки/прочтения:

Для проведения точных измерений малых значений сопротивления с помощью миллиомметра АКТАКОМ АМ-6000, и избежания влияния паразитных сопротивлений или сопротивления измерительных проводов, в приборе схемотехнически реализована четырехпроводная схема

На каждом поддиапазоне измерений используется свое значение тока тестирования I_s, который протекает от разъема Т₂ к разъему Т₁. Этот же ток протекает и через измеряемое сопротивление (резистор) R. Прибором измеряется напряжение V_x на разъемах П₁ и П₂, которое равно:

В соответствии со значением V_x прибор автоматически рассчитывает значение неизвестного сопротивления R_x:

Таким образом, на измеренное значение сопротивления между разъемами П₁ и П₂ не влияет паразитное сопротивление измерительных проводов.

Для измерения сопротивления резисторов необходимо подключить зажимы измерительных проводов к тестируемому сопротивлению, как показано на рис 1, а для измерения сопротивления участка цепи на плате подключить зажимы, как показано на рис 2.

1. Питающее напряжение, температура хранения и эксплуатации см. в разделе «Технические характеристики».
2. Относительная влажность не более 80% при температуре 0…40 °С.
3. Атмосферное давление от 630 до 795 мм рт. ст.
4. В помещениях хранения и эксплуатации не должно быть пыли, паров кислот, щелочей, а также газов, вызывающих коррозию.
5. После пребывания в предельных условиях (хранения, транспортировки) время выдержки прибора в нормальных (эксплуатационных) условиях не менее 2 часов.
6. Питание: сеть переменного тока напряжением (220 ± 20) В частотой (50 ± 2) Гц
7. Не допускается закрывать вентиляционные отверстия. Минимальное расстояние 25 мм по сторонам.
8. Для чистки прибора снаружи используйте слегка смоченную тряпочку. Не пытайтесь чистить прибор внутри. Перед чисткой отключите прибор от сети и включайте только после полного высыхания.
9. При эксплуатации не допускаются следующие действия, приводящие к отказу от гарантийного обслуживания прибора:
   • Падение и воздействие вибрации на прибор
   • Измерение емкости и сопротивления, температуры, прозвонка диодов в цепях, находящихся под напряжением, или измерение ёмкости с остаточным напряжением. Для предотвращения повреждения прибора и причинения вреда здоровью перед проведением измерений необходимо отключить питание от тестируемой цепи и разрядить все высоковольтные конденсаторы. Остаточный заряд конденсаторов можно проверить прибором в режиме измерения постоянного напряжения.
   • Измерение напряжения, используя гнезда для измерения тока.
   • Измерение силы постоянного и переменного тока 10 А не более 15 секунд.
   • Проведение измерений при напряжении питания ниже 80% от указанного номинала на используемых батареях.
   • Замена батареи питания до отключения прибора от сети или нарушение полярности при подключении / замене батареи.
   • Растягивать с усилием измерительные щупы прибора.

Классификация и принцип действия

Классификация

• По исполнению омметры подразделяются на щитовые, лабораторные и переносные
• По принципу действия омметры бывают магнитоэлектрические — с магнитоэлектрическим измерителем или магнитоэлектрическим логометром (мегаомметры) и электронные — аналоговые или цифровые

Магнитоэлектрические омметры

Действие магнитоэлектрического омметра основано на измерении силы тока, протекающего через измеряемое сопротивление при постоянном напряжении источника питания, с помощью магнитоэлектрического микроамперметра. Для измерения сопротивлений от сотен ом до нескольких мегаом измеритель (микроамперметр с добавочным сопротивлением), источник постоянного напряжения и измеряемое сопротивление r_x включают последовательно. В этом случае сила тока I в измерителе равна: I = U/(r + r_x), где U — напряжение источника питания; r — сопротивление измерителя (сумма добавочного сопротивления и сопротивления рамки микроамперметра).

Согласно этой формуле, магнитоэлектрический омметр имеют нелинейную шкалу. Кроме того, она является обратной (нулевому значению сопротивления соответствует крайнее правое положение стрелки прибора). Перед началом измерения сопротивления необходимо выполнить установку нуля (скорректировать величину r) специальным регулятором на передней панели при замкнутых входных клеммах прибора, для компенсации нестабильности напряжения источника питания.

Поскольку типичное значение тока полного отклонения магнитоэлектрических микроамперметров составляет 50..200 мкА, для измерения сопротивлений до нескольких мегаом достаточно напряжения питания, которое даёт встроенная батарейка. Более высокие пределы измерения (десятки — сотни мегаом) требуют использования внешнего источника постоянного напряжения порядка десятков — сотен вольт.

Для получения предела измерения в единицы килоом и сотни ом, необходимо уменьшить величину r и соответственно увеличить ток полного отклонения измерителя путём добавления шунта.

При малых значениях r_x (до нескольких ом) применяется другая схема: измеритель и r_x включают параллельно. При этом измеряется падение напряжения на измеряемом сопротивлении, которое, согласно закону Ома, прямо пропорционально сопротивлению, (при условии I=const).

ПРИМЕРЫ: М419, М372, М41070/1

Логометрические мегаомметры

Основой логометрических мегаомметров является логометр, к плечам которого подключаются в разных комбинациях (в зависимости от предела измерения) образцовые внутренние резисторы и измеряемое сопротивление, показание логометра зависит от соотношения этих сопротивлений. В качестве источника высокого напряжения, необходимого для проведения измерений, в таких приборах обычно используется механический индуктор — электрогенератор с ручным приводом, в некоторых мегаомметрах вместо индуктора применяется полупроводниковый преобразователь напряжения.

ПРИМЕРЫ: ЭС0202, М4100

Аналоговые электронные омметры

Принцип действия электронных омметров основан на преобразовании измеряемого сопротивления в пропорциональное ему напряжение с помощью операционного усилителя. Измеряемый объект включается в цепь обратной связи (линейная шкала) или на вход усилителя.

ПРИМЕРЫ: Е6-13А, Ф4104-М1

Цифровые электронные омметры

Цифровой омметр Щ34

Цифровой омметр представляет собой измерительный мост с автоматическим уравновешиванием. Уравновешивание производится цифровым управляющим устройством методом подбора прецизионных резисторов в плечах моста, после чего измерительная информация с управляющего устройства подаётся на блок индикации.

ПРИМЕРЫ: ОА3201-1, Е6-23, Щ34

Измерения малых сопротивлений. Четырёхпроводное подключение

При измерении малых сопротивлений может возникать дополнительная погрешность из-за влияния переходного сопротивления в точках подключения. Чтобы избежать этого применяют т. н. метод четырёхпроводного подключения. Сущность метода состоит в том, что используются две пары проводов: по одной паре на измеряемый объект подаётся заданный ток, с помощью другой пары производится измерение напряжения на объекте, пропорционального силе тока и сопротивлению объекта. Провода подсоединяются к выводам измеряемого двухполюсника таким образом, чтобы каждый из токовых проводов не касался непосредственно соответствующего ему провода напряжения, при этом получается, что переходные сопротивления в местах контактов не включаются в измерительную цепь.

Технические параметры

• жидкокристаллический дисплей, 3½ разряда
• диапазоны измерений: 200 мОм, 2000 мОм, 20 Ом, 200 Ом, 2000 Ом
• установка «0» встроенным регулятором
• 4 входных разъема для точного измерения значений сопротивления
• время измерения 0,4 сек
• питание 220 В±10%, 50 Гц
• потребляемая мощность 2 ВА
• масса 680 г
• габаритные размеры 160х120х85 мм
• Габаритные размеры в упаковочной таре 160х110х250, вес 1,2 кг.

Таблицы погрешностей

Сопротивление

Дополнительная комплектация

• Универсальный набор АСА-2907 для работы с мультиметром
• Измерительный кабель PTL904-1
• Измерительный кабель PTL904-2
• Измерительный кабель PTL904-3
• Измерительный кабель PTL904-4
• Измерительный кабель PTL904-5
• Измерительный кабель PTL907-1
• Измерительный кабель PTL907-2
• Измерительный кабель PTL908-1
• Измерительный кабель PTL908-2
• Измерительный кабель PTL908-3
• Зажим типа крокодил АСА-2106
• Зажим типа крокодил PTL909-5
• Вилка-адаптер АСА-2308
• Магнитный адаптер АСА-2207
• Минищуп АСА-2364
• Гнездо-адаптер АСА-2104
• Кейс 37-1

Какие есть приборы для измерения электрического сопротивления

Часто возникает вопрос, как называются приборы для измерения сопротивления. Чтобы измерить электрическое сопротивление, используются следующие приборы:

• Омметр. Это прибор спецназначения, который предназначен, чтобы определить сопротивление электротока.
• Мегаомметр. Измерительное устройство, которое предназначено, чтобы измерять большие показатели сопротивления. Отличием от омметра станет то, что при замерах в цепь будет подаваться высокое напряжение.
• Мультиметр. Электроприбор, который способен измерить разные показатели электроцепи, включая сопротивление. Есть 2 разновидности: цифровой и аналоговый.

Омметр

Ремонт проводки, электро- и радиотехнических изделий предполагает проверку целостности кабелей и поиск нарушения контактов в соединениях. В некоторых ситуациях сопротивление равняется бесконечности, в других — 0.

Важно! Измерять сопротивление в цепи с помощью омметра, чтобы избежать поломки, допустимо лишь при обесточивании проводов. Измерение сопротивления омметром

Измерение сопротивления омметром

До замеров сопротивления омметром требуется приготовить измеритель. Требуется:

• Зафиксировать переключатель изделия в позицию, которая соответствует наименьшему замеру величины сопротивления.
• Затем проверяется функциональность омметра, поскольку бывают плохие элементы питания и устройство способно не функционировать. Соединяются окончания щупов друг с другом. В омметре стрелка устанавливается точно на 0, когда это не произошло, возможно покрутить рукоятку «Уст. 0». Если изменений нет, заменяются батарейки.
• Чтобы прозвонить электроцепь, возможно использовать прибор, где сели батарейки и стрелка не ставится на 0. Сделать вывод о целостности электроцепи возможно по отклонению стрелки. Омметр должен показывать 0, вероятно отклонение в десятых омов.
• После проверки изделие готово к функционированию. Когда коснуться окончаниями щупов проводника, то в ситуации с его целостностью, устройство показывает нулевое сопротивление, иначе показания не поменяются.

Мегаомметр

Чтобы измерить электросопротивление в диапазоне мегаомов, применяется устройство мегаомметр. Принцип функционирования устройства основывается на использовании закона Ома.

Для реализации такого закона в изделии, понадобятся:

• генератор постоянного тока;
• головка для измерений:
• клеммы, чтобы подключить измеряемое сопротивление;
• резисторы для работы измерительной головки в рабочем диапазоне;
• переключатель, который коммутирует резисторы.

Важно! Реализация мегаомметра нуждается в минимальном количестве элементов. Подобные изделия исправно функционируют длительное время

Напряжение в аппаратах будет выдавать генератор постоянного тока, величины которого разнятся.

Измерение сопротивления мегаомметром

Работы на электрооборудовании с таким устройством несут повышенную опасность в результате того, что устройство будет вырабатывать высокое напряжение, возникает риск травматизма. Работы с мегаомметром производит персонал, который изучил руководство по использованию устройства, правила техники безопасности во время работ в электрооборудовании. Специалист должен иметь группу допуска и время от времени проходить проверку на знание правил работы в установке.

Мультиметр

Мультиметры бывают универсальными и специализированными, предназначенными в целях выполнения одного действия, однако проводимого по максимуму точно. В устройстве омметр считается лишь элементом прибора, его нужно включить в необходимый режим. Мультиметры нуждаются в определенных навыках применения — необходимо знать об их правильном подключении и интерпретировании готовых сведений.

На вид цифровое и аналоговое устройства легко различить: в цифровом информация выводится на монитор цифрами, в аналоговом циферблат проградуирован и на показатели указывает стрелка. Цифровой мультиметр более прост в применении, поскольку тут же покажет готовые данные, а показания аналогового нужно расшифровывать.

Во время работы с подобными приспособлениями, нужно учесть, что в цифровом мультиметре присутствует индикатор разрядки источника питания — когда силы тока аккумулятора не хватает, он перестанет функционировать. Аналоговый в подобном случае ничего не показывает, а просто выдает ошибочные сведения.

Важно! Для бытового использования подходит любое устройство, на шкале которого указывается достаточный предел измерения сопротивления. Измерение мультиметром

Как пользоваться мегаомметром

Как же производятся измерения сопротивления изоляции (самое популярное измерение, которое выполняют мегаомметром) у различного электрооборудования. Рассмотрим, как испытывать, на примере энергосистемы РБ. Хотя, нормы в принципе одни и те же, за минимальными различиями.

Замер сопротивления изоляции мегаомметром, прозвонка с помощью мегаомметра

Перед началом измерения необходимо проверить, что прибор рабочий, для этого необходимо произвести подачу напряжения при закороченных концах и замкнутых. При замкнутых мы должны получить «0», а в разомкнутом состоянии должны иметь бесконечность (так как мы меряем сопротивление изоляции воздуха). Далее сажаем один конец на землю (заземляющий болт, шина, заземленный корпус оборудования), а второй на испытываемую фазу, обмотку. Два человека производят испытания, один держит концы, а второй подает напряжение. Записывается показание через 15 секунд и через 60. По окончании заземляется жила, на которую подавалось напряжение и через минуту-другую (в зависимости от величины и времени подачи напряжения) снимаются концы и измерения производятся на другой жиле по аналогичной схеме.

Как же прозвонить что угодно с помощью мегаомметра, прозвонка это проверка на целостность цепи. Прозвонка – это первый прибор электрика, который он должен собрать сам из лампочки, батарейки и проводков. Как же прозвонить с помощью мегаомметра? Мегаомметр не совсем прозванивает, он показывает, что отсутствует связь между фазой и землей, то есть отсутствие замыкания обмотки на землю. Однако если подать большое напряжение, то вполне можно спалить обмотку реле или двигателя.

Замер сопротивления изоляции электродвигателей мегаомметром

Значит, подходим мы к электродвигателю, например это 380-вольтовый мотор какого-нибудь насоса. Снимаем крышку, отсоединяем питающий кабель. Далее подаем 500В и смотрим. Если в конце минуты сопротивление меньше 1МОм, значит, не соответствует нормам. Коэффициент абсорбции не нормируется для маленьких электродвигателей. Напряжение подается между одной фазой и землей. Две другие фазы соединяются с корпусом. По окончании испытания производится заземление испытанной жилы.

Замер сопротивления изоляции кабелей мегаомметром

Значит, имеем кабель. С одной стороны он, например, подключен к пускателю, а с другой стороны к электродвигателю или приводу, который пускает электродвигатель. Нам необходимо промегерить этот кабель. Мы отключаем его от пускателя и от электродвигателя. Ставим человека у электродвигателя, если он в другом помещении, чтобы не подпускал никого к открытым жилам, которые мы будем испытывать. Далее подаем напряжение между жилой и землей 2500 В в течение минуты. Величина сопротивления изоляции для кабелей напряжением до 1000В должна составлять не ниже 0,5 МОм. Для кабелей напряжением выше 1кВ величина сопротивления изоляции не нормируется. Если мегаомметр показывает ноль, значит, жила пробита и надо искать место повреждения и расстояние до дефекта. Также измеряется сопротивление изоляции между жилами. Или объединяют три жилы и на землю и если величина неадекватная, то необходимо уже измерять каждую жилу на землю по отдельности.

Также в конце испытаний необходимо до снятия провода, по которому подавалось напряжение, повесить заземляющий провод на него. Чем больше напряжение подавалось, тем дольше необходимо ждать. Для высоковольтных кабелей это время достигает нескольких минут.

Миллиомметр с 7-сегментным ЖКИ. Часть 1. Принципиальные схемы

В статье приведены аппаратные и программные средства цифрового миллиомметра на базе нового 51-совместимого микроконтроллера (МК) EFM8LB12 с встроенным 14-разрядным высокоскоростным SAR АЦП, инструментального усилителя (ИУ) INA333 и ОУ OPA334. Погрешность измерений миллиомметра составляет не более 1%. Показания прибора выводятся на 8-разрядный 7-сегментный ЖКИ ИЖЦ 13-8-7, сопряженный с МК с помощью двух контроллеров КР1820ВГ1. Прибор расположен в корпусе размером 120×60×40 мм. Питается прибор от аккумулятора с выходным напряжением 3.7 В: 18650-HG2 размером (d×h) 18×65 мм емкостью 3 А·ч (популярный аккумулятор «шоколадка»). В статье приводятся принципиальные схемы, разводка плат, их фотографии и фотографии самого устройства, позволяющие изготовить прибор своими силами.

Введение

Часто требуется измерить достаточно малое сопротивление (миллиомы) некоторых относительно низкоомных объектов или компонентов (вторичные обмотки силовых трансформаторов, катушки индуктивности с небольшим количеством витков, токоизмерительные резисторы, шунты и т.п.). Для измерения таких малых сопротивлений выпускаются специализированные приборы, называемые миллиомметрами. Стоимость подобных приборов довольно высока и начинается от $250 (т.е. более 20000 руб.) у приборов с не особенно высокой точностью. Более точные приборы стоят в несколько раз дороже. В то же время опыт, приобретенный автором при конструировании цифрового вольтметра с высоким разрешением [1], и метод, примененный для измерения напряжений в нем, натолкнул автора на идею: а нельзя ли сконструировать миллиомметр, применив подобный метод для измерения малых сопротивлений? Небольшая стоимость вольтметра [1] (по подсчетам автора, не более $10), простота его схемы, а также достаточно приличная точность измерений позволили предположить, что такой миллиомметр вряд ли обойдется дороже, будет не намного сложнее по схеме и, кроме того, возможно, будет обладать достаточно приемлемой точностью измерения малых сопротивлений (в миилиомах). Как оказалось впоследствии, предположения автора полностью подтвердились; мало того, автор получил такой результат, какого даже не ожидал.

Дальнейшее изложение будет построено следующим образом. Вначале будет объяснен принцип измерения сопротивления, примененный в миллиомметре, затем будут приведены принципиальные схемы, разводка плат и фотографии плат и внутреннего устройства прибора. Далее будут описаны программные средства, используемые в приборе, и дано руководство по его настройке и использованию. После этого будут приведены примеры измерений прибором малых сопротивлений (до 0.5 мОм).

Предварительные замечания

Для того чтобы понять принципиальные схемы миллиомметра, приведенные далее, на Рисунке 1 показана упрощенная схема, поясняющая принцип измерения сопротивления тестируемого резистора R_X. Этот принцип основан на измерении напряжения U_Rx на резисторе R_X, через который пропускается определенный ток I_Rx, также измеряемый. Сопротивление R_X вычисляется по закону Ома:

Для исключения погрешности измерений из-за падения напряжения на проводах, возникающего при прохождении по ним относительно большого тока (до 0.5 А), используется хорошо известная двухконтурная измерительная схема Кельвина. Измеряемый резистор подключается к этим контурам с помощью специализированных зажимов, которые также именуются зажимами Кельвина (в схеме используются зажимы марки LCR-90).

Для формирования тока I_Rx используется стабилизатор напряжения, показанный на Рисунке 1 в виде отдельного блока. На вход стабилизатора (V_IN) подается напряжение питания, условно показанное как V_П. Стабилизатор может включаться и выключаться с помощью сигнала ON/OFF, подаваемого на одноименный вход. Кроме того, на вход V_REF стабилизатора подается опорное напряжение V_REF. В качестве V_REF в данном случае используется выходное напряжение внешнего источника опорного напряжения (ИОН) номиналом 2.5 В. Любой стабилизатор имеет также измерительный вход V_REFI, на который подается напряжение (V_REFI), сравниваемое с опорным (V_REF). И, наконец, стабилизатор имеет выход (V_OUT), напряжение на котором (V_REFM) и используется для формирования тока I_Rx. Отличительной особенностью стабилизатора является способ подключения напряжения к измерительному входу (V_REFI). Обычно к этому измерительному входу подключается выходное напряжение стабилизатора (V_REFM), которое и стабилизируется. Но в данном случае к этому входу, как видно из схемы Рисунок 1, подключено напряжение, взятое с контакта зажима с образцовым резистором, т.е. V_REFI. Таким образом, стабилизатор выдает такое выходное напряжение V_REFM, чтобы напряжение V_REFI было равно опорному (V_REF), поскольку именно напряжение, поданное на измерительный вход (V_REFI), сравнивается с опорным.

В первом контуре (сигнал V_REFM – R_X – R_ОБР – «земля») ток I_RОБР проходит через измеряемый резистор R_X и последовательно соединенный с ним образцовый резистор R_ОБР. Силовые провода (V_REFM) и провод, соединяющий нижний (по схеме) зажим с R_ОБР, должны иметь относительно большое поперечное сечение (не менее 0.5 мм 2 ). Для определения тока I_RОБР напряжение с образцового резистора (V_RОБР) подается на один из входов АЦП МК (назовем его условно как 1-й канал АЦП). Зная напряжение V_RОБР и номинал образцового резистора R_ОБР, можно определить ток I_RОБР (см. далее), который также проходит через измеряемый резистор R_X.

Второй контур (сигнал V_REFI – R_X – V_ROBRI) предназначен для измерения падения напряжения на измеряемом резисторе R_X. В этот контур включен инструментальный усилитель (ИУ – INA333), работающий в дифференциальном режиме. Сигнал V_ROBRI через 100-омный резистор подается на неинвертирующий вход ИУ (V_IN+), а сигнал V_ROBRI подается на вход опорного напряжения ИУ (REF) и через 100-омный резистор – на инвертирующий вход ИУ (V_IN–). Провода для сигналов V_REFI и V_ROBRI (в связи с пренебрежимо малым током в этом контуре) могут быть меньшего сечения, но не настолько, чтобы их можно было легко порвать (лучше не менее 0.1 – 0.05 мм 2 ). Для установки коэффициента усиления (G) ИУ к его входам RG подключен резистор RG. Коэффициент усиления ИУ (согласно справочному листку на ИУ INA333) G = 1 + 100К/RG. Выходное напряжение ИУ (V_OUT) подключается к условно 2-му каналу АЦП МК. Это напряжение для классического ИУ, построенного на трех ОУ (а именно так устроен ИУ INA333), как известно, определяется формулой:

Здесь следует сделать некоторое отступление относительно способа включения ИУ. В стандартном (или наиболее часто используемым) способе включения вход REF ИУ заземляется, вход V_IN– также подключается к «земле» через какой-либо токоограничивающий резистор небольшого номинала (например, 100 Ом), а измеряемый сигнал подается на вход V_IN+ также через небольшой токоограничивающий резистор. Однако такой способ включения имеет два существенных недостатка.

Во-первых, при таком способе пришлось бы образцовый резистор подключать к выходу стабилизатора (т.е. к V_REFM), а измеряемый резистор – между образцовым и «землей». В этом случае при измерении напряжения на образцовом резисторе с помощью АЦП возникли бы проблемы, поскольку АЦП измеряет напряжение относительно «земли» (а не относительно V_REFM). Во-вторых, напряжение на измеряемом резисторе измерялось бы АЦП относительно «земли», и при малом номинале измеряемого резистора (миллиомы) это напряжение было бы также мало (даже учитывая усиленное ИУ). А малые напряжения относительно «земли» при их измерении АЦП имеют максимальную погрешность, поскольку вблизи «земли» интегральная нелинейность максимальна, да и вообще АЦП очень плохо измеряет малые напряжения относительно «земли». При том же способе включения, показанном на Рисунке 1, из опорного напряжения вычитается малое напряжение на измеряемом резисторе, в связи с чем результирующее напряжение очень близко к опорному. А чем ближе измеряемое напряжение к опорному, тем точнее оно измеряется АЦП, поскольку АЦП сравнивает измеряемое напряжение с опорным, а не с «землей». Кроме того, интегральная нелинейность АЦП минимальна, если измеряемое напряжение близко к опорному. Помимо этого, при способе включения ИУ, показанном на Рисунке 1 (т.е. ИУ как бы «перевернут» по сравнению со стандартным способом включения), напряжение на образцовом резисторе измеряется АЦП с минимальной погрешностью, поскольку это напряжение также близко к опорному. Теперь вернемся к прерванной последовательности изложения.

Поскольку потенциал сигнала V_REFI всегда выше потенциала сигнала V_RОБРI (этот очевидный факт, на взгляд автора, не нуждается в пояснении), вышеприведенная формула (1) для удобства может быть переписана в виде (2):

Из (2) можно найти разность потенциалов (напряжение) на резисторе R_X (3):

Реальное напряжение V_OUT, если оно измеряется АЦП, может быть получено по его безразмерному показанию (обозначим его как U_OUT), умноженному на опорное напряжение V_REF (4).

Здесь следует сделать некоторое уточнение. Пусть имеется 14-разрядный АЦП, и пусть его передаточная характеристика идеальна. Тогда при подключении к его входу опорного напряжения V_REF его показания в двоичном коде будут равны U_{OUT_2} = 11111111111111₂ (т.е. 14 двоичных единиц). Безразмерное показание АЦП U_{OUT_10} можно найти, разделив U_{OUT_2} на (2 14 – 1):

Другими словами, в этом случае U_OUT = 1. Если же вход АЦП заземлить, то безразмерное показание АЦП будет нулевым: U_OUT = 0.

Аналогично по безразмерному показанию АЦП (U_RОБР) определяется реальное напряжение (V_RОБР) на образцовом резисторе (5):

Ток I_RОБР, проходящий через образцовый резистор R_ОБР, может быть найден по (6):

Измеряемое сопротивление резистора R_X может быть найдено как разность потенциалов на нем (V_IN– – V_IN+), делённая на проходящий ток I_RОБР, а с учетом (3) – (6) получим формулу (7):

Сократив последнее выражение в (7) на V_REF, получим расчетную формулу для вычисления R_X по показаниям АЦП (U_OUT, U_RОБР), номиналу образцового резистора R_ОБР и коэффициенту усиления G ИУ (8):

Интересной особенностью формулы (8) является отсутствие в ней опорного напряжения V_REF. Это означает, что, во-первых, оно в принципе может быть любым (конечно, в разумных пределах) и, во-вторых, что его абсолютное значение не играет никакой роли, лишь бы оно (напряжение) было стабильно во время измерения (как будет видно из дальнейшего изложения, это время не более секунды). Формула (8) и была использована для всех расчетов в программе для МК. Конкретные значения номиналов образцовых резисторов R_ОБР и коэффициентов усиления G будут указаны в дальнейшем, исходя из принципиальных схем.

Теперь после таких, на взгляд автора, достаточно «пространных» объяснений принципа измерения сопротивления тестируемого резистора уже нетрудно понять и принципиальные схемы, представленные ниже.

Принципиальные схемы

Условно схему платы миллиомметра (Рисунок 2) с дополнительными устройствами (Рисунок 3) можно разбить на 2 части: цифровую и аналоговую.

В цифровую часть входят: интерфейсы для сопряжения МК с компьютером (их два) для целей его (МК) программирования, интерфейс с ЖКИ, несколько сигналов (бит состояния), предназначенных для управления работой МК, и несколько сигналов (бит управления), предназначенных для управления МК внешними устройствами.

Первый вариант программирования МК – с помощью USB DEBUG адаптера, который сопрягается с компьютером по интерфейсу USB, а с МК – по двухпроводному интерфейсу C2. Для этого предназначен трехконтактный штыревой разъем XB, на который выведены два сигнала: RST/C2CK, C2D и «земля». Для сопряжения используется кабель, который одним концом (ответная трехконтактная вилка) подключается к разъему XB, а второй его конец подключается к самому USB DEBUG адаптеру. Схему такого кабеля можно найти в [2]. Цепочка R1R2C1 используется для штатной работы интерфейса C2.

Второй вариант программирования МК – по интерфейсу RS-232 с помощью COM-порта компьютера (COM1). Для сопряжения используется 4-контактный штыревой разъем XD/RS, на который выведены два сигнала: TxDM, RxDM, питание (+3.5 В) и «земля». К этому разъему подключается преобразователь уровней интерфейса RS-232-TTL, а к нему – кабель сопряжения с COM-портом компьютера. Все схемы и подробное описание этого режима программирования можно найти в [3]. Для перевода МК в этот режим программирования необходимо замкнуть перемычкой (джампером) контакты 1-2 разъема XB (эта перемычка показана пунктиром, справа от которой слово «boot» – см. [3]).

Для сопряжения МК с ЖКИ используется интерфейс SPI и 6-контактный штыревой разъем XN, на который выведены сигналы SPI, питание (+3 5 В) и «земля». К этому разъему одним концом (ответная 6-контактная вилка) подключается кабель, который вторым концом подключается к ЖКИ (ответная 6-контактная вилка). Схема кабеля приведена на Рисунках 3в, 3г.

Управление режимaми работы МК осуществляется сигналами DIAP0 и DIAP1, логические состояния которых («лог. 0» или «лог. 1») определяют тот или иной режим работы. Эти сигналы выведены на штыревой разъем XD/RS. К контактам 1-3 этого разъема одним концом (трехконтактная ответная вилка) подключается кабель, который вторым концом припаян к галетному переключателю ГП1 (Рисунок 3а). Здесь следует заметить, что объединение в одном и том же разъеме (XD/RS) сигналов для программирования МК по интерфейсу RS-232 и сигналов управления не приведет к какой-либо коллизии: при программировании МК прибор не работает и ничего не измеряет, а при работе он отключен от интерфейса RS-232.

Сигнал CLUI («лог. 0») запускает миллиомметр в режим измерения, если он появляется после включения питания. Этот сигнал (и «земля») выведен на двухконтактный штыревой разъем XC, к которому подключается один из концов кабеля (ответной двухконтактной вилкой), а второй его конец соединяется с двухконтактной кнопкой КН1 (Рисунок 3е). При нажатии кнопки CLUI = «лог. 0», при отпускании CLUI = «лог. 1». Если кнопка нажата и удерживается в нажатом состоянии перед включением питания, а после включения питания отпускается, то миллиомметр переходит в режим установки нуля по выбранному диапазону измерения (см. далее).

Для управления работой стабилизатора используется управляющий сигнал ENT (подаваемый МК), состояние на котором включает («лог. 1») или выключает («лог. 0») стабилизатор (см. далее).

Аналоговая часть включает в себя следующие устройства. Прецизионный измерительный резистор R3, напряжение на котором измеряется АЦП МК, ИУ INA333 (DA1), с помощью которого измеряется падение напряжения на измеряемом резисторе, ИОН REF3125 (DA3) с выходным напряжением V_REF = 2.5 В и стабилизатор на базе операционного усилителя (ОУ) OPA334 (DA2) и мощного полевого p-канального транзистора STD30PF03L-1 (VT1).

Сигнал V_REF подключен к выводу 2 МК DD1 (P0.0/V_REF). Этот же сигнал выведен на однокoнтактный штыревой разъем Xref. Конденсатор C4 блокировочный и положен для штатной работы ИОН. Для измерения напряжения на R3 это напряжение (сигнал R3) подается на контакт 1 двухконтактного разъема XR3Vref. В штатном режиме работы его контакты 1-2 замыкаются перемычкой (джампером), в результате чего напряжение (на R3) с контакта 2 (сигнал R3/V_REF) через RC цепочку R9C2 подается на вывод 17 МК (ADC0.7) – сигнал ADCIN_R3/V_REF. В режиме калибровки полной шкалы АЦП (см. далее) перемычка с разъема XR3Vref снимается, и контакт 2 разъема XR3Vref соединяется с контактом разъема Xref проводом с двумя ответными гнездами на его концах. В результате опорное напряжение V_REF через цепочку R9C2 подается на вход АЦП ADC0.7 МК (сигнал ADCIN_R3/V_REF).

ИУ INA333 (DA1) включен по схеме, аналогичной Рисунку 1. В зависимости от диапазона измерения, к его входам RG (выводы 1, 8) подключаются: либо резистор R7 (1К), в этом случае коэффициент усиления G = 1+100К/1К = 101, либо резистор R6 (10К), тогда G = 1+100К/10К = 11, либо ничего не подключается, т.е. выводы 1, 8 свободны; в этом случае G = 1. Для установки того или иного коэффициента усиления служит галетный переключатель ПГ2-17-3П4НВ (ГП1, Рисунок 3а) на 3 положения 4 направления. Для установки коэффициента усиления G на плате предусмотрен трехконтактный штыревой разъем XRG. К этому разъему подключается кабель, на одном конце которого расположена ответная трехконтактная вилка XRGK (которая и подключается к разъему XRG), а второй его конец припаян к контактам ГП1 (Рисунок 3а). Помимо установки коэффициента усиления ИУ ГП1 с помощью второй группы контактов устанавливает в то или иное состояние биты диапазонов DIAP0 и DIAP1 МК. Для этого служит трехпроводный кабель, который одним концом припаян к контактам ГП1 (Рисунок 3а), а на втором его конце установлена трехконтактная вилка XDK, которая подключается к контактам 1-3 разъема XD/RS (Рисунок 2). В первом (левом по схеме Рисунок 3а) положении ГП1 все его контакты разомкнуты, в связи с чем биты DIAP0 и DIAP1 находятся в состоянии «лог. 1», а коэффициент усиления ИУ G = 1. Во втором (среднем) положении замыкаются контакты 2'-2 и 8'-8, в связи с чем бит DIAP0 устанавливается в состояние «лог. 0» (DIAP1 = «лог. 1»), а коэффициент G = 11 (см. выше). В третьем (правом по схеме) положении замыкаются контакты 2'-3 и 8'-9, в связи с чем бит DIAP1 = «лог. 0» (DIAP0 = 1), a G = 101. Неиспользуемые два направления ГП1 запараллелены с используемыми для увеличения надежности и снижения сопротивления контактов.

Есть еще одна (технологическая) комбинация бит DIAP0 и DIAP1, когда оба бита устанавливаются в состояние «лог. 0». Она используется для калибровки полной шкалы АЦП МК (см. далее). Для этого с разъема XD/RS снимается ответная трехконтактная вилка кабеля, соединяющего этот разъем с переключателем ГП1, и на три контакта (1-3) надевается трехконтактная перемычка (джампер), соединяющая все три контакта, т.е. заземляющая сигналы DIAP0 и DIAP1. Эта перемычка показана пунктиром справа от разъема XD/RS (Рисунок 2), а еще правее стоит слово «CAL1».

Измеряемый резистор R_X подключается к зажимам Кельвина LCR-90, к которым одним концом припаяны два двухпроводных кабеля, ко вторым концам которых припаяны двухконтактные разъемы – вилки DJK-10B (XREFK и XR3K) – Рисунок 3д. Эти две вилки вставляются в две розетки DJK-04B (XR3 и XREF, Рисунок 2), установленные на лицевой поверхности корпуса прибора. К этим розеткам припаяны два двухпроводных кабеля, которые своим вторым концом впаяны в плату. Силовой контур, через который течет большой ток, – REFM-R_X-R3, измерительный контур, предназначенный для измерения напряжения на R_X, – REFI-R_X-R3I. Сигнал REFI подключен к выводу REF ИУ DA1 (вывод 5) и через резистор R5 – к входу V_IN– ИУ DA1 (вывод 2), а сигнал R3I через резистор R4 подключен к входу V_IN+ (вывод 3 DA1), т.е. именно так, как это организовано на Рисунке 1.

Напряжение с выхода ИУ V_OUT (вывод 6 DA1) через цепочку R8C6 подается на вывод 18 МК (ADC0.6) – сигнал ADCIN_RX. Блокировочный конденсатор C5 служит для штатной работы ИУ DA1.

В состав стабилизатора входит ОУ OPA334 (DA2) и мощный p-канальный полевой транзистор STD30PF03L-1 (VT1). В отличие от стандартной схемы стабилизатора положительного напряжения на ОУ и n-канальном полевом транзисторе, на сток которого подается входное напряжение, а с истока снимается стабилизированное, как видно их схемы Рисунок 2, в ней использован p-канальный транзистор, который «перевернут», т.е. входное напряжение (+3.5 В) подается на его исток, а стабилизированное снимается с его стока. Такое включение p-канального транзистора имеет одну особенность. В стандартной схеме для открытия n-канального транзистора требуется подать на его затвор напряжение выше напряжения истока (т.е. выше входного напряжения) на 1 – 4 В (пороговое). Но где его взять, если кроме входного другого напряжения нет? В данной же схеме (Рисунок 2), во-первых, на стоке напряжение (выходное – около +2.5 В) более отрицательно по отношению к напряжению истока (входное – +3.5 В), т.е. p-канальный транзистор работает в штатном режиме, а, во-вторых, на затвор транзистора для его открытия требуется подать напряжение не выше входного, а ниже его на те же 1-4 В (т.е. более отрицательное по отношению к напряжению истока). С этим легко «справится» ОУ DA2, т.к. напряжение его питания равно +3.5 В. Транзистор STD30PF03L-1 имеет низкое пороговое напряжение (около 1 В), поэтому схема будет работать даже при сильном разряде аккумулятора (до 2.7 В). Как видно из схемы, на инвертирующий вход ОУ (вывод 4 DA2) через резистор R13 подается опорное напряжение V_REF, а на его неинвертирующий вход (вывод 3 DA2) подается не выходное напряжение стабилизатора (REFM), а напряжение REFI, т.е. то, которое получается в месте контакта зажима (с разъемом XREFK) с измеряемым резистором (Рисунок 3д). Другими словами, стабилизатор устанавливает опорное напряжение V_REF именно в месте контакта R_X с зажимом (напряжение REFI). Выходное напряжение ОУ (вывод 1 DA2) через резистор R12 подается на затвор транзистора VT1. При подключении нагрузки к выходу стабилизатора его выходное напряжение (REFM) будет падать, а вместе с ним упадет и напряжение REFI, а поскольку оно подключено к неинвертирующему входу ОУ DA2 (через резистор R14), снизится и выходное напряжение ОУ. Это приведет к тому, что напряжение затвора транзистора также снизится, транзистор приоткроется, возвратив выходное напряжение REFM, а с ним и напряжение REFI, на прежний уровень. При отключении нагрузки все произойдет с точностью до наоборот. Конденсатор C10 предотвращает самовозбуждение ОУ DA2.

ОУ DA2 имеет вход разрешения (En – Enable) – вывод 5 DA2, низкий уровень («лог. 0») на котором отключает выход ОУ, т.е. переводит его в высокоимпедансное состояние. В этом случае затвор VT1 оказывается подключенным к истоку через резистор R10, что приведет к закрытию транзистора. Если на вход En DA2 подан высокий уровень («лог. 1»), то выход ОУ включится, что приведет к работе стабилизатора в штатном режиме. Как видно из схемы, номинал R12 (100 Ом) на 3 порядка ниже номинала R10 (100 кОм), поэтому в этом случае на включение транзистора влияние R10 ничтожно мало.

Включение и выключение стабилизатора осуществляется сигналом ENT, подаваемым с МК (вывод 13 DD1).

К выходу стабилизатора подключен светодиод через двухконтактный штыревой разъем XLed (Рисунок 2) и двухпроводный кабель с ответным разъемом XLedK (Рисунок 3ж). Светодиод расположен на лицевой поверхности корпуса и сигнализирует о наличии напряжения на выходе стабилизатора. Он загорается только в процессе измерения (не более секунды).

Напряжение питания платы с условным значением +3.5 В поступает с двухконтактного цангового штыревого разъема XП. На самом деле напряжение полностью заряженного аккумулятора составляет +4.2 В, а разряженного (но еще находящегося в штатном режиме работы) – +2.7 В. К разъему XП одним концом с ответным гнездом XПК (Рисунок 3б) подключается двухпроводный кабель питания, который своим вторым концом припаян к выводу 1 выключателя питания ВК1 (+3.5) (вывод 2 XПК), а провод GND (вывод 1 XПК) припаян к клемме KL2, соединенной с минусом аккумулятора (BAT1). Эта клемма надета на лепесток, приваренный к минусу BAT1. Аналогичная клемма KL1 надета на лепесток, приваренный к плюсу BAT1. Эта клемма (сигнал +3.5Z) соединена проводом с выводом 3 выключателя ВК1 и одновременно с выводом 2 гнездового разъема DJK-19S (XZ). Вывод 1 разъема XZ (сигнал GND) соединен с клеммой KL2. Клеммы KL1 и KL2 – нажимные размером 6.3 мм. При нажатии на «ручку» такой клеммы она легко надевается на приваренный к аккумулятору довольно мягкий лепесток (шириной 6 мм и толщиной всего 0.1 мм), а при отпускании – жестко фиксируется на нем (и без нажатия ее уже не снять). Если использовать обычную обжимную клемму, то при надевании ее на лепесток последний очень легко повредить (превратив его в «гармошку»).

Разъем XZ предназначен для зарядки аккумулятора зарядным устройством. Этот разъем (DJK-19S) припаян на специальную плату (разводка ее приведена далее), которая двумя винтами М2 крепится к днищу корпуса. Конец разъема выведен наружу на торец корпуса. К этому разъему подключается ответная вилка DJK-11K (2.5×0.7-L9) двухпроводного кабеля, который своим вторым концом припаян к плате хорошо известного зарядного устройства на базе TP4056. Сама плата зарядного устройства приклеена гибкой теплопроводящей прокладкой с двусторонним липким слоем к игольчатому радиатору с площадью поверхности около 70 см 2 (см. далее).

Для определения состояния аккумулятора (уровня его разряженности) в схеме используются два резистора R15 и R16, точка соединения которых через цепочку R17C2 подается на еще один вход АЦП МК – ADC0.1 (вывод 24 DD1) – сигнал ADCIN_Vp. Напряжение в точке соединения резисторов делителя (в 2 раза) напряжения питания измеряется АЦП МК, и в зависимости от его значения на крайний правый разряд ЖКИ (он отделен) выводятся сегменты (их три), по количеству которых можно судить о степени его разряженности (см. далее).

Все резисторы (кроме R3) и конденсаторы (керамические) – для поверхностного монтажа размером 0603 (кроме C4, C7, C8, C11 – их размер 0805). Резистор R3 – 5-ваттный в металлическом корпусе. Все разъемы (кроме XП, XR3 и XREF) – штыревые с шагом 1.27 мм (PLL-0X), разъем XП – цанговый с шагом 2.54 мм (PSLM-02). О разъемах XR3 и XREF уже было упомянуто выше.