|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 1-50---->
СХЕМЫ АВТОЭЛЕКТРОНИКИ статьи № 51-100
Еще раз о контрольном амперметре
А. МОИСЕЕВ, с. Плотникове Новосибирской обл.
"Контрольный амперметр" — так называлась статья Ю. Виноградова в "Радио", 2005, №2. Для тех, кто ее не читал, поясняем, что этот прибор предназначен для установления причин непредусмотренного разрядного тока аккумуляторной батареи на автомобиле. Отметим, что ток всего лишь в 200 мА способен за 10 суток полностью разрядить батарею емкостью 55 А ч. Автор этой статьи рассматривает пути усовершенствования упомянутого прибора.
Анализ схемы и практическая проверка контрольного амперметра Ю. Виноградова позволили выработать некоторые рекомендации по построению приборов подобного назначения и усовершенствованию исходного варианта. На рис. 1 показана схема простейшего контрольного амперметра на ток полного отклонения стрелки 0,5 А.
В нем использован миллиамперметр М2001 со шкалой на 10 мА и сопротивлением рамки r=8 Ом, но можно собрать его и на микроамперметре М4842 со шкалой на 100 мкА, r=2,84 кОм и нулем посредине шкалы (этот вариант рассмотрен специально для того, чтобы у желающих собрать подобный прибор был расширен выбор типа стрелочного измерителя; резистор R1 здесь должен иметь сопротивление 117,2 кОм).
Резистор R2 для обоих вариантов — это шунт, определяющий максимально возможный ток в измерительной цепи (R1РА1) на уровне 0,5 А даже при параллельном подключении контрольного амперметра к аккумуляторной батарее.
По порядку расчета оба варианта схожи. Значение 0,5 А определяют как отношение напряжения батареи к сопротивлению шунта, т. е. Ioгp = Uб/R2 = = 12 В/24 Ом = 0,5 А.
Резистор R1 и миллиамперметр РА1 — это, по сути, вольтметр со шкалой на 12 В.
Внутреннее сопротивление миллиамперметра (сопротивление рамки) r необходимо учитывать, если отношение R1/r меньше 100, иначе погрешность показаний прибора будет слишком большой.
Расчет цепи измерителя проводят по следующей методике:
R1 = Uб/Ipa1 — для случая, когда R1/r больше 100 (Iрa1— ток полного отклонения стрелки измерителя);
R1 = (Uб/Iра1) - r — когда R1/r меньше 100.
R1 = 12 В/10 мА= 1,2 кОм для первого варианта. Проверим отношение (R1/r) = 1200 Ом/8 Ом = 150 — условие выполнено.
Для второго варианта R1 = = ( 12 В/100 мкА) - 2,84 кОм =117,2 кОм; R1/r = 117,2 кОм/2,84 кОм = 41,3.
Отметим, что прибором с микроамперметром М4842 можно пользоваться, не заботясь о соблюдении полярности подключения в цепь как плюсового вывода батареи, так и минусового. Резистор R1 придется составить из нескольких или подобрать.
Оба варианта контрольного амперметра предельно просты, их невозмож
но вывести из строя даже при случайном параллельном подключении к зажимам батареи. Недостаток обоих приборов — значительное сопротивление шунтирующего резистора R2.
Поясним это примером. Если к батарее подключена нагрузка с потребляемым током 250 мА, то при подключении прибора падение напряжения на резисторе R2 будет равно 0,25 А х 24 Ом = 6 В. Остальные 12 - 6 = 6 В останутся приложенными к искомой нагрузке. Это не будет проблемой для случая обычной нагрузки и позволит уверенно установить нежелательного потребителя энергии батареи.
Однако в последние годы автопроизводители и автолюбители насыщают свои машины "интеллектуальной" электроникой, которая следит за напряжением батареи. При уменьшении напряжения питания ниже определенного порога, например 9 В, такой потребитель может самоотключиться, и тогда выявление его контрольным амперметром станет невозможным. После отключения контрольного амперметра нагрузка вновь включится и снова будет разряжать аккумуляторную батарею.
Частично решить проблему определения подобной нагрузки можно путем уменьшения сопротивления резистора R2. При его уменьшении до 12 Ом шкала обоих вариантов прибора будет соответствовать измеряемому току 1 А. Отсчет показаний станет даже удобнее, так как значения цены деления шкал обоих измерителей кратны 10.
Потребление тока в 250 мА теперь создаст падение напряжения на резисторе R2 всего 3 В. Это уже лучше, но усложнится считывание показаний потребляемого тока менее 100 мА. Изменится в большую сторону и мощность, рассеиваемая резистором R2. Она увеличится до 12 Вт.
Очевидно, что хорош тот контрольный амперметр, падение напряжения на котором минимально в последовательной цепи аккумуляторная батарея—контрольный амперметр—потребители. Это достижимо только повышением чувствительности измерителя, что потребует соответствующих мер его защиты при токе измерительной цепи более номинального.
Сказанное имел в виду и Ю. Виноградов, когда определял параметры своего контрольного амперметра. Это устройство послужило прототипом для разработки предлагаемых ниже таких приборов. Были испытаны еще два варианта амперметра, полностью отвечающие указанным выше требованиям и имеющие показатели, лучшие, чем у прототипа. Схема приборов показана на рис. 2.
Шунтом по-прежнему служит резистор R2. Сопротивление его таково, что он ограничивает ток на уровне не 0,5 А, а 12,6 В/1,2 Ом = 10,5 А, где 12,6 В — напряжение заряженной аккумуляторной батареи. Это значение тока соответствует случаю нечаянного аварийного подключения контрольного амперметра к батарее.
По сравнению с прототипом цепь измерителя изменена — он включен параллельно шунту. Такое решение позволило обойтись без дорогостоящих мощных диодов Шотки (использованы более дешевые диоды Шотки меньшей мощности) и отказаться от одного из мощных резисторов.
Расчет цепи измерителя производится по уже известной методике.
Поскольку отношение R1/r меньше 100, R1 = (U'r2/Iра1)-r, где U'r2 — падение напряжения на резисторе R2 при токе через него0,5A.U'r2 = 0,5Ах1,2Ом = 0,6В. Это напряжение аналогично напряжению Uб = 12 В при расчете элементов прибора по схеме на рис. 1.
Таким образом, R1 = (0,6 В/10 мА) -- 8 Ом = 52 Ом. На схеме указан ближайший номинал 51 Ом, что соответствует увеличению погрешности измерения всего на 2 %.
Второй вариант прибора по схеме аналогичен первому. В нем использован уже упомянутый микроамперметр М4842. Для него R1 =(0,6 В/100 мкА)-2,84 кОм = = 3,16 кОм. Здесь этот резистор придется составлять из двух или более.
Шкалы обоих измерителей РА1 при полном отклонении стрелки будут соответствовать току 500 мА, как и у прототипа. Это достигнуто вышеприведенным расчетом резистора R1 цепи измерителя. При токе 0,5 А через резистор R2 на нем упадет 0,5 А х 1,2 Ом = 0,6 В, что меньше, чем у прототипа. Эта разница, в зависимости от значения контролируемого тока, находится в пределах 0,01.. .0,3 В.
Таким образом, приборы позволяют при меньшем падении напряжения фиксировать факт подключения потребителей и лучше защищают стрелочный измеритель. При измерении тока до 500 мА шкала приборов линейна. При большем токе измерения возникает перегрузка, но она меньше, чем у прототипа, и также не приводит к выходу из строя измерителя РА1 благодаря ограничивающим диодам VD1 и VD2.
Маломощные диоды Шотки 1N5819 подобраны специально под вариант прибора с миллиамперметром М2001 с током полного отклонения стрелки 10 мА и внутренним сопротивлением 8 Ом. Падение напряжения на миллиамперметре при токе 10 мА равно 0,08 В. Диоды 1 N5819 в эксперименте показали прямое падение напряжения 0,084 В при токе 2 мкА и 0,245 В при токе 40 мА. Таким образом, они не шунтируют миллиамперметр в нормальном режиме и обеспечивают лишь трехкратную перегрузку при параллельном подключении прибора к зажимам батареи. Напомним, что в прототипе перегрузка была почти пятикратной.
Для варианта прибора с микроамперметром М4842 были подобраны обычные кремниевые диоды КД102Б. При токе через диод 2 мкА прямое падение напряжения на таком диоде равно 0,47 В, а при токе в 4 мА — 0,64 В. Падение напряжения на микроамперметре М4842 при токе в 100 мкА равно 0,284 В. При аварийном параллельном подключении устройства к зажимам батареи кратность перегрузки микроамперметра не превысит двух с половиной.
Маломощные резисторы — любого типа. Требования по монтажу, изготовлению или выбору мощных резисторов описаны в статье Ю. Виноградова. Необходимо лишь помнить, что на резисторе R2 сопротивлением 1,2 0м при аварийном подключении к зажимам батареи будет выделяться 130 Вт тепловой мощности. Поэтому необходимо быть готовым минимизировать длительность аварийной ситуации, особенно если номинальная мощность рассеяния используемого резистора значительно меньше указанного значения.
Редактор — Л. Ломакин, графика — Л. Ломакин
Радио №8 2007
|
