Danas je nabavljen digitalni voltmetar i ampermetar kojeg je izradio radio amater YU2RWE i dao mu oznaku DVM 300.
Kod ovog projekta iz samogradnje prvo se uočava odlično tvorničko metalno kućište dizajnirano za ugradnju elektroničkih mjernih instrumenata koje daje vrlo profesionalan konačan izgled izgrađenog sklopa. Za natpise su korišteni preslikači (letraset), ugradnja vanjskih kontrola estetski je lijepo odrađena te instrument na prvi pogled izgleda kao da je tvorničke izrade.
Unutrašnjost instrumenta na prvi pogled izgleda komplicirano, no zapravo se radi o vrlo jednostavnom sklopu koji se sastoji od:
- mrežnog transformatora sa osiguračm, ispravljačem i stabilizatorom napona
- elektroničkog sklopa za A/D konverziju i BCD dekoderom za 7-segmentni LED pokazivač
- pločicom sa otpornicima za naponski djelitelj za voltmetar
- pločicom sa otpornicima (shuntovima) za ampermetar
Bolji pogled na mrežni transformator sa ispravljačem i stabilizatorom napona. U stabilizatoru napona upotrijebljen je integrirani stabilizator 7810 koji daje stabiliziran napon od 10 V. Za elektronički sklop voltmetra potreban je napon od 5 V te on ima vlastiti stabilizator 7805. Ova dvostruka konverzija napona napravljena je vjerojatno zbog prevelikog napona nabavljenog transformatora, no to ćemo provjeriti kad se upustimo u testiranje rada ovog instrumenta.
Elektronički sklop voltmetra bazira se na samo dva integrirana kruga uz minimalni broj vanjskih komponenti. To su integrirani krug CA3162 koji služi za konverziju ulaznog analognog napona u digitalni signal, odnosno binarno kodirani decimalni broj (BCD) i integrirani krug CA3161 koji taj BCD kod dekodira za numerički prikaz na tri 7-segmentna LED pokazivača. LED pokazivači su sa zajednički povezanom anodom i napajaju se svaki preko svojeg tranzistora kako bi se osigurala dovoljna svjetlina. Navedena dva integrirana kruga prvenstveno su razvijena da budu međusobno kompatibilna i čine gotov sustav za digitalna očitanja napona te se ova kombinacija često susreće u takvim sklopovima.
Sa izravno dovedenim naponom na integrirani krug CA3162 ovakav voltmetar sa tri znamenke može pokazati maksimalno očitanje od 999 mV, odnosno -99 mV za spojeni negativni polaritet. Odgovarajućim predotporima, odnosno djeliteljima napona proširuje se mjerni opseg voltmetra.
Voltmetar se napaja naponom od 5 V i ima samo dva podešavanja: potenciometrom od 47 kΩ podesi se pokazivanje “nule” (sa kratko spojenim ispitnim kablovima), a sa potenciometrom od 10 kΩ vrši se kalibracija napona tako da se dovede neki poznati napon na ulazne stezaljke nakon čega se pokazivač podesi na pokazivanje tu vrijednost napona.
Bolji pogled na pločice sa mjernim otpornicima. Otpornici otporničkog djelitelja za voltmetar smješteni su na gornjoj pločici, otpornici za kalibraciju ampermetra na donjoj.
Da bi voltmetar mjerio jačinu struje potrebno je paralelno mjernim stezaljkama ugraditi shunt, odnosno otpornik malog otpora na kojem se zatim mjeri pad napona koji je proporcionalan struji koja teče kroz njega. Dakle i kod mjerenja struje instrument zapravo opet radi kao voltmetar. Naš instrument ima strujni mjerni opseg do 1 A za što je potreban shunt otpora 1 Ω i mjerni opseg do 10 A za što je potreban shunt otpora 0,1 Ω. Shunt otpornici trebaju biti snage barem 5 W.
Shuntovi su lemljeni izravno na stezaljke, jednako kao i potenciometar za kalibraciju ampermetra.
Prebacivanje naponskih djelitelja, shuntova, kontrolnih LED i decimalne točke 7-segmentnog pokazivača povezano je preko kombinaciji sklopki a uz to su i stezaljke za mjerenje napona i struje odvojene. Osnovni sklop voltmetra je srce ovog instrumenta, a svi dodaci koji uključuju mjerne opsege i mjerenje struje zapravo su samo prilagodbe ulaza u osnovni sklop.
Tako se na ulaz može dodati i neki temperaturni senzor, odnosno bilo koji drugi senzor sa analognim naponskim izlazom, može se dodatni i posebni baterijski krug za mjerenje otpora, opsezi se mogu proširivati po želji, u konačnici, kao i kod svakog univerzalnog instrumenta, na kraju ulaznog kruga dobije se neki napon čija veličina je proporcionalna veličini koju mjerimo. Dakle, što god mjerili to se mora na neki način pretvoriti u napon. Za struju koristimo shuntove s kojih skidamo napon, za mjerenje otpora koristimo pomoćne strujne krugove gdje opet mjerimo pad napona na otporniku, za sva druga mjerenja imamo senzore koji pretvaraju to što mjerimo u napon (tempetaruru, svjetlost, vlagu, tlak, jačinu zvuka itd.). Sve se svodi na napon, odnosno na voltmetar 🙂
Uz današnju ponudu i cijene digitalnih multimetara vjerojatno nitko neće za razonodu odabrati izradu jednog ovakvog instrumenta. No pokušajmo zamisliti neku elektroničku radionicu i tamo na polici jedan do drugoga ovaj instrument iz samogradnje i neki moderni jeftini digitalni multimetar. Koji će od njih dva privući veću pozornost? 🙂