Сборка кастомного аналогового мультиметра: от деталей к калибровке

Детали и материалы

• Измерительный механизм (Radio Shack каталог #22-410)
• Селекторный переключатель, однополюсный, много-позиционный, break-before-make (Radio Shack каталог #275-1386, 2-полюсный, 6-позиционный блок хорошо работает)
• Многооборотные потенциометры, PCB-монтируемые (Radio Shack каталог #271-342 – 15-оборотный, 1 кΩ; #271-343 – 15-оборотный, 10 кΩ «триммер»)
• Различные высокоточные металлопленочные или никелевые резисторы (Radio Shack каталог #271-309, ±1% толеранс)
• Пластиковый или металлический монтажный корпус
• Три «банановые» джек-стиля биндинг-поста или эквивалентный терминальный хардвер (Radio Shack каталог #274-662)

Ядро любого мультиметра — его механизм — игла-и-шкала механизм, конвертирующий электрический ток в видимое смещение. Больший, более чувствительный механизм улучшает читаемость и снижает требуемые тестовые токи. Пока высококачественные механизмы могут быть дорогими, перечисленные Radio Shack опции предлагают хороший баланс производительности и цены.

Рекомендуемый механизм маркетируется как 0-15 В вольтметр, но на практике он функционирует как миллиамперметр с внешним мультипликаторным резистором. Вы также можете перепользовать механизм из утилизированного аналогового мультиметра; образовательная ценность разборки часто перевешивает стоимость нового блока.

Выбор резисторов критичен. Используйте точные фиксированные резисторы вместо углеродно-композиционных типов, которые дрифтуют с температурой и старением. Даже если стабильность не ваша главная цель, точные компоненты делают обучающий опыт более значимым.

Перекрестные ссылки

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Chapter 8: «DC Metering Circuits.»

Обучающие цели

• Понимать принципы дизайна вольтметра и амперметра
• Реализовать реостат-базированное ограничение диапазона
• Применить теорию и практику калибровки
• Развить навык пайки

Схематическая диаграмма

Иллюстрация

Инструкции

1. Определите полную шкалу отклонения (FSD) механизма (в мА или мкА). Соедините механизм с потенциометром, батареей и цифровым амперметром в серии. Регулируйте потенциометр до достижения иглы полной шкалы, затем прочитайте ток. Избегайте превышения номинального FSD механизма — большинство ≤ 1 мА.

2. Измерьте внутреннее сопротивление (Rₘ). Разъедините тестовую цепь, поместите цифровой омметр через терминалы механизма и запишите сопротивление. Комбинируйте FSD и Rₘ значения для последующих вычислений.

3. Вычислите мультипликаторное сопротивление (Rₘᵤlt) для желаемого напряжения диапазона. Например, 1 мА FSD и 400 Ω Rₘ таргетинг 0-15 В дает полное сопротивление 15 кΩ. Вычтите Rₘ для получения 14.6 кΩ для мультипликатора. Практическая реостат-сеть может быть 10 кΩ потенциометр параллельно 10 кΩ фиксированному резистору, все в серии с еще одним 10 кΩ фиксированным резистором.

4. Проводка селекторного переключателя:

• Позиция 1: Напрямую соедините механизм между Common (черный) и V/mA (красный) постами — это конфигурирует амперметр с диапазоном, равным FSD механизма.
• Позиция 2: Замкните положительный терминал механизма на отрицательный терминал для защиты от случайного овервольтажа.
• Позиция 3: Для высокотоковых амперметр диапазонов используйте низкосопротивление шунт. Замените 1/4 Вт резисторы параллельной сетью меньших резисторов или точно выточенным проводом или металлической полоской. Калибруйте инкрементально увеличивая шунт сопротивление металлической наждачкой пока мониторите референсный токовый источник.

5. Прототипирование — Соберите цепь на бредборде сначала. Настройте реостат значения и выполните калибровки в этой гибкой среде. Удовлетворенные, перенесите раскладку на печатную плату. Radio Shack каталог #276-170 предлагает готовый PCB с бредборд-стиль фуутпринтами.

6. Корпус — Смонтируйте PCB, проводку и механизм в прочный бокс для защиты мультиметра и предоставления профессионального финиша.

Пока этот DIY мультиметр лишен измерения сопротивления, AC способностей и высокой точности коммерческих блоков, он предлагает бесценный инсайт в фундаменты инструментов, дизайн цепей и техники калибровки. Будущие проекты могут расширить этот дизайн добавлением усилительной стадии для улучшенной точности и универсальности.

Связанные рабочие листы

• Basic Ammeter Use Worksheet
• Basic Voltmeter Use Worksheet
• Design Project: Voltmeter Worksheet