Расширение шкалы стрелочного вольтметра

EDN

Испытательное оборудование для производственной линии должно быть простым для понимания пользователя (читай «защищенным от дураков») и обеспечивать минимальное время тестирования. Во многих случаях испытательная установка должна давать оператору только один ответ: годен или брак. Обычно эту роль выполняют два индикатора: зеленый для годных изделий и красный для брака. В большинстве приложений датчик преобразует проверяемый параметр в напряжение, а испытательная установка должна измерить это напряжение и отобразить результат. Но иногда оператору необходимо наблюдать за динамикой контролируемого параметра, чтобы убедиться, что результаты находятся в допустимой «зеленой зоне». Например, при анализе поведения регулируемой системы оператору часто интересно знать отклонение параметра и оценку его среднего значения после того, как процесс достигнет установившегося состояния (Рисунок 1). В этой ситуации использование аналогового измерителя с отмеченными на шкале красной и зеленой зонами предпочтительнее использования цифрового или шкального светодиодного дисплея.

Вебинар «Новинки и решения Traco для промышленных и отраслевых приложений» (28.10.2021)

Желательно наблюдать отклонения значений напряжения внутри допустимой «зеленой зоны».
Рисунок 1. Желательно наблюдать отклонения значений напряжения
внутри допустимой «зеленой зоны».
 
Когда зеленая зона составляет всего 10% от полной шкалы, трудно увидеть отклонения от нормы.
Рисунок 2. Когда зеленая зона составляет всего 10% от полной шкалы,
трудно увидеть отклонения от нормы.

Предположим, что диапазон тестируемого напряжения составляет от 4.75 до 5 В. Чтобы сделать вольтметр с максимальным показанием 5 В на основе микроамперметра постоянного тока со шкалой 100 мкА, вы должны были бы использовать последовательный резистор 50 кОм. Шкала измерителя линейна, и на зону тестируемого напряжения приходится всего 5% от полной шкалы (Рисунок 2). Наблюдать за показаниями прибора в такой узкой зоне оператору сложно. Было бы желательно расширить зону тестируемых напряжений, скажем, до 90% от полной шкалы (Рисунок 3). Именно это и делает схема на Рисунке 4. Если контролируемое напряжение VTEST ниже порогового напряжения V2, диод D1 закрыт, и вольтметр состоит из микроамперметра и резистора R1. Когда контролируемое напряжение превышает порог V2, диод открывается, и резистор R2 подключается параллельно R1. Сопротивление вольтметра уменьшается, тем самым, расширяя шкалу измерений. Сопротивления резисторов R1, R2 и R3 можно рассчитать описанным ниже способом.

Расширение зеленой зоны до 90% от полной шкалы значительно упрощает считывание показаний.
Рисунок 3. Расширение зеленой зоны до 90% от полной шкалы значительно
упрощает считывание показаний.
 
Эта простая схема расширяет наблюдаемый диапазон результатов испытаний до 90% от полной шкалы.
Рисунок 4. Эта простая схема расширяет наблюдаемый диапазон
результатов испытаний до 90% от полной шкалы.

Напряжение 4.75 В в начале тестируемой зоны должно составлять 10% шкалы при соответствующем токе 10 мкА. Следовательно, без учета внутреннего сопротивления микроамперметра сопротивление резистора R1 равно 4.75 В/10 мкА или 475 кОм.

После того, как измеряемое напряжение превысит пороговый уровень 4.75 В, сопротивление вольтметра становится равным

Следовательно,

и

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Indicator features expanded scale

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

Прецизионный высоковольтный операционный усилитель ADA4097−1 с низким потреблением от Analog Devices
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • Все расчёты сделаны для идеального диода. В реальности надо учитывать падение напряжения на диоде ~ 0,6-0,7 В. К тому же его сопротивление нелинейно, и зависит от протекаемого тока.
  • ты не совсем прав. это вольтметр с растянутой шкалой и измеряет от 4.75 до 5 вольт. характеристику можно считать линейной. эту задачу полста лет назад (а то и более) решили....
  • Наверное даже правильнее будет сказать, что не измеряет, а контролирует. Автор подробно описал назначение прибора, при котором контролируется динамика, а не конкретные значения.