Erstellen Sie Ihr eigenes Multimeter

TEILE UND MATERIALIEN

• Empfindliche Zählerbewegung (Radio Shack Katalog Nr. 22-410)
• Wahlschalter, einpolig, mehrstufig, Unterbrechung vor-einschalten (Radio Shack Katalog # 275-1386 ist ein 2-poliges Gerät mit 6 Positionen, das gut funktioniert)
• Potentiometer mit mehreren Umdrehungen, PCB-Montage (Radio Shack Katalog # 271-342 und 271-343 sind 15 Umdrehungen, 1 kΩ bzw. 10 kΩ „Trimmer“-Einheiten)
• Verschiedene Widerstände, vorzugsweise hochpräzise Metallschicht- oder drahtgewickelte Typen (Radio Shack Katalog # 271-309 ist eine Auswahl an Metallschicht-Widerständen, +/- 1% Toleranz)
• Montagedose aus Kunststoff oder Metall
• Drei "Bananen"-Klinkenbuchsen oder andere Terminal-Hardware zum Anschluss an die Potentiometerschaltung (Radio Shack-Katalog Nr. 274-662 oder gleichwertig)

Die wichtigste und teuerste Komponente in einem Zähler ist das Uhrwerk :der eigentliche Nadel-und-Skalen-Mechanismus, dessen Aufgabe es ist, einen elektrischen Strom in eine mechanische Verschiebung umzuwandeln, wo er visuell interpretiert werden kann.

Die ideale Messbewegung ist physikalisch groß (um die Anzeige zu erleichtern) und so empfindlich wie möglich (erfordert minimalen Strom, um eine vollständige Auslenkung der Nadel zu erzeugen).

Hochwertige Uhrwerke sind teuer, aber Radio Shack bietet einige von akzeptabler Qualität zu einem vernünftigen Preis.

Das in der Teileliste empfohlene Modell wird als Voltmeter mit einem 0-15-Volt-Bereich verkauft, ist jedoch tatsächlich ein Milliamperemeter mit einem separat enthaltenen Bereichswiderstand („Multiplikator“).

Es kann billiger sein, ein billiges analoges Messgerät zu kaufen und es allein für die Messgerätebewegung zu zerlegen.

Obwohl der Gedanke, ein funktionierendes Multimeter zu zerstören, um eigene Teile zu haben, kontraproduktiv klingen mag, ist das Ziel hier Lernen , keine Zählerfunktion.

Ich kann für dieses Experiment keine Widerstandswerte angeben, da diese von der jeweiligen Messgerätbewegung und den gewählten Messbereichen abhängen.

Achten Sie darauf, hochpräzise Festwertwiderstände anstelle von Widerständen aus Kohlenstoffzusammensetzung zu verwenden.

Selbst wenn Sie Widerstände aus Kohlenstoffzusammensetzung mit genau den richtigen Werten finden, werden sich diese Werte im Laufe der Zeit aufgrund von Alterung und Temperaturschwankungen ändern oder „driften“.

Wenn Sie sich nicht für die Langzeitstabilität dieses Messgeräts interessieren, sondern es nur für die Lernerfahrung bauen, spielt die Widerstandspräzision keine Rolle.

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 8:„DC-Messkreise“

LERNZIELE

• Um das Design und die Verwendung von Voltmetern zu zeigen
• Um das Design und die Verwendung von Amperemetern zu zeigen
• Rheostat-Bereichsbegrenzung
• Kalibriertheorie und -praxis
• Lötpraxis

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Zuerst müssen Sie die Eigenschaften Ihrer Zählerbewegung bestimmen. Am wichtigsten ist es, den vollen Ausschlag zu kennen in Milliampere oder Mikroampere.

Um dies festzustellen, schalten Sie das Messwerk, ein Potentiometer, eine Batterie und ein digitales Amperemeter in Reihe.

Stellen Sie das Potentiometer ein, bis die Bewegung des Messgeräts genau auf den vollen Skalenwert ausgelenkt wird. Lesen Sie die Anzeige des Amperemeters ab, um den vollen Stromwert zu finden:

Achten Sie sehr darauf, dass Sie dem Uhrwerk nicht zu viel Strom zuführen, da Uhrwerke sehr empfindliche Geräte sind und durch Überstrom leicht beschädigt werden können.

Die meisten Messgerätebewegungen haben einen maximalen Ablenkstrom von 1 mA oder weniger. Wählen Sie daher einen Potentiometerwert, der hoch genug ist, um den Strom angemessen zu begrenzen, und beginnen Sie mit dem Testen, während das Potentiometer auf maximalen Widerstand gedreht ist. Je niedriger die Nennstromstärke eines Uhrwerks ist, desto empfindlicher ist es.

Nachdem Sie den vollen Nennstrom Ihres Messgerätes ermittelt haben, müssen Sie dessen Innenwiderstand genau messen.

Trennen Sie dazu alle Komponenten vom vorherigen Prüfkreis und schließen Sie Ihr digitales Ohmmeter über die Bewegungsklemmen des Messgeräts an.

Notieren Sie diesen Widerstandswert zusammen mit dem im letzten Verfahren erhaltenen Skalenendwert des Stroms.

Der vielleicht schwierigste Teil dieses Projekts besteht darin, die richtigen Bereichswiderstandswerte zu bestimmen und diese Werte in Form von Rheostat-Netzwerken zu implementieren.

Die Berechnungen sind in Kapitel 8 von Band 1 („Messkreise“) beschrieben, aber hier wird ein Beispiel gegeben.

Angenommen, Ihr Messgerät hat eine Nennleistung von 1 mA und einen Innenwiderstand von 400 Ω.

Wollten wir den notwendigen Reichweitenwiderstand ermitteln („R_{Multiplikator} ”) um dieser Bewegung einen Bereich von 0 bis 15 Volt zu geben, müssten wir 15 Volt (gesamte angelegte Spannung) durch 1 mA (voller Strom) teilen, um den gesamten Sonde-zu-Sonde-Widerstand des Voltmeters (R =E/I).

In diesem Beispiel beträgt dieser Gesamtwiderstand 15 kΩ. Von diesem Gesamtwiderstandswert ziehen wir den Innenwiderstand des Uhrwerks ab, so dass 14,6 kΩ für den Bereichswiderstandswert übrig bleiben.

Ein einfaches Rheostat-Netzwerk zur Erzeugung von 14,6 kΩ (einstellbar) wäre ein 10 kΩ-Potentiometer parallel zu einem 10 kΩ-Festwiderstand, alles in Reihe mit einem weiteren 10 kΩ-Festwiderstand:

Eine Position des Wahlschalters verbindet die Zählerbewegung direkt zwischen dem schwarzen Common Bindepfosten und das rote V/mA verbindlicher Beitrag.

In dieser Position ist das Messgerät ein empfindliches Amperemeter mit einem Bereich, der dem vollen Nennstrom des Zählerwerks entspricht.

Die Position des Schalters ganz im Uhrzeigersinn trennt den Pluspol (+) des Uhrwerks von einem der roten Polklemmen und schließt ihn direkt mit dem Minuspol (-) kurz.

Dadurch wird das Messgerät vor elektrischen Schäden geschützt, indem es von der roten Prüfspitze isoliert wird, und es „dämpft“ den Nadelmechanismus, um zusätzlich vor mechanischen Stößen zu schützen.

Der Shunt-Widerstand (R_Shunt ) für eine Hochstrom-Amperemeter-Funktion erforderlich ist, muss ein niederohmiges Gerät mit hoher Verlustleistung sein.

Du wirst definitiv nicht Verwenden Sie hierfür beliebige 1/4-Watt-Widerstände, es sei denn, Sie bilden ein Widerstandsnetzwerk mit mehreren kleineren Widerständen in Parallelkombination.

Wenn Sie einen Amperemeterbereich von mehr als 1 Ampere planen, empfehle ich, ein dickes Stück Draht oder sogar ein dünnes Stück Blech als „Widerstand“ zu verwenden, der entsprechend gefeilt oder gekerbt ist, um genau den richtigen Widerstand zu erzielen.

Um einen selbstgebauten Shunt-Widerstand zu kalibrieren, müssen Sie Ihre Multimeter-Baugruppe an eine kalibrierte Hochstromquelle oder eine Hochstromquelle in Reihe mit einem digitalen Amperemeter als Referenz anschließen.

Verwenden Sie eine kleine Metallfeile, um die Dicke des Nebenschlussdrahts abzuschaben oder den Blechstreifen in kleinen, vorsichtigen Mengen einzukerben.

Der Widerstand Ihres Shunts erhöht sich mit jedem Strich der Feile, wodurch die Bewegung des Messgeräts stärker abgelenkt wird.

Denken Sie daran, dass Sie sich immer in langsameren und langsameren Schritten (Feilenstrichen) dem genauen Wert nähern können, aber Sie können nicht „rückwärts“ gehen und verringern der Shunt-Widerstand!

Bauen Sie zuerst die Multimeterschaltung auf einem Steckbrett auf, während Sie die richtigen Widerstandswerte für den Bereich bestimmen, und führen Sie dort alle Kalibrierungseinstellungen durch.

Für den endgültigen Aufbau löten Sie die Komponenten auf eine Leiterplatte.

Radio Shack verkauft der Einfachheit halber Leiterplatten, die das gleiche Layout wie ein Steckbrett haben (Katalog # 276-170). Fühlen Sie sich frei, das Komponenten-Layout von dem, was gezeigt wird, zu ändern.

Ich empfehle dringend, die Platine und alle Komponenten in einer stabilen Box zu montieren, damit das Messgerät dauerhaft fertig ist.

Trotz der Einschränkungen dieses Multimeters (keine Widerstandsfunktion, Unfähigkeit, Wechselstrom zu messen und geringere Genauigkeit als die meisten gekauften Analogmultimeter) ist es ein ausgezeichnetes Projekt, um das Erlernen grundlegender Instrumentenprinzipien und Schaltungsfunktionen zu unterstützen.

Ein viel genaueres und vielseitigeres Multimeter kann mit vielen der gleichen Teile konstruiert werden, wenn eine Verstärkerschaltung hinzugefügt wird, also bewahre die Teile und Teile für ein späteres Experiment auf!

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Arbeitsblatt zur grundlegenden Verwendung eines Amperemeters
• Arbeitsblatt für die grundlegende Voltmeter-Verwendung
• Designprojekt:Voltmeter-Arbeitsblatt