Данный прибор измеряет постоянное и переменное напряжения, ток, сопротивление, емкость, индуктивность, температуру, позволяет оценивать добротность кварцев, подбирать диоды по одинаковым параметрам, использовать встроенный кварцевый генератор как измерительный.

Фото.1. Универсальный измерительный прибор. Вид спереди.

    Прибор позволяет измерять постоянное и переменное напряжения, постоянный и переменный токи, сопротивление, емкость, индуктивность, температуру, проверять работоспособность кварцевых резонаторов и оценивать их добротность, подбирать диоды с одинаковыми параметрами.

    Основой универсального измерительного прибора является милливольтметр постоянного и переменного напряжений (полоса частот от 20Гц до 5МГц) с пределом измерений 100 мВ. При измерении различных параметров используется один и тот же делитель R1…R9.

    При измерении постоянных и переменных напряжений используются поддиапазоны 0,1; 1; 10; 100 и 1000 вольт.

    Переменные и постоянные токи измеряются на поддиапазонах 1; 10; 100 мкА; 1; 10; 100 мА; 1А.

    Так как делитель напряжений не имеет частотной компенсации, то при измерении больших напряжений полоса измеряемых частот сужается.

    Сопротивление прибор измеряет на следующих поддиапазонах: 10; 100 Ом; 1; 10; 100 кОм; 1 МОм. Чтобы избежать применения токозадающего резистора сопротивлением 100 МОм, питающее напряжение снижают до 1 вольта.

    При измерении индуктивности на токозадающие резисторы подается от встроенного в прибор генератора (DA3) переменное напряжение 1 вольт (эффективное значение) частотой 159 Гц. Такой выбор частоты обеспечивает нужный коэффициент пропорциональности между измеряемым милливольтметром напряжением и индуктивностью (2πF для этой частоты).

    Индуктивность прибор измеряет на следующих поддиапазонах: 1; 100 мГн; 1; 10; 100 Гн.

    При измерении емкости на конденсатор подается напряжение 1 вольт от того же генератора (DA3).

    Напряжение, снимаемое с включенного последовательно с ним относительно низкоомного резистора, будет пропорционально его емкости. Емкость прибор измеряет на следующих поддиапазонах: 100; 1000 пФ; 0,01; 0,1; 1; 10 мкФ.

    Температуру прибор измеряет в двух пределах: 0…+100 оС и 0…-100 оС. Плюс (красный) и минус (зеленый) индицируются светодиодами различного цвета.

    До частоты 15 МГц прибор может использоваться как индикатор переменного напряжения.

    Принципиальная электрическая схема прибора показана на рисунке №1. Основные входные клеммы – Е2 и Е3. Для упрощения коммутации в приборе измеряемый конденсатор подключают к клеммам Е1 и Е2. Коаксиальный разъем XW1 используется при измерении постоянных и переменных напряжений. Выбор режима измерения осуществляется переключателем SА2, а пределов измерений – SA1.

    Миллиамперметр постоянного и переменного напряжений собран на операционном усилителе DA1. Диоды VD1 и VD2, а так же резистор R14 защищают его от перегрузок по входу. Предел измерения зависит от тока полного отклонения измерительного прибора РА1 и сопротивления резисторов R16, R17, R21. В качестве РА1 применен микроамперметр с пределом измерения 100 мкА и сопротивлением рамки 700 Ом. В приборе можно применить и микроамперметр на 100 мкА с другим сопротивлением рамки, но в этом случае сопротивление R21 нужно изменить так, чтобы общее сопротивление РА1 и R21 составляло 1 кОм. Это необходимо для получения паспортной нагрузки микросхемы DA1 (2 кОм). Общая нагрузка этой микросхемы складывается из сопротивлений последовательно включенных резисторов R16, R17, R21 и сопротивления рамки РА1. Ручка резистора R17 выведена на переднюю панель. Ей осуществляют калибровку прибора. Балансировку прибора (установку нуля) по постоянному току осуществляют резистором R19. Его ручка управления так же выведена на переднюю панель. Резисторы R18 и R20 служат для ограничения пределов балансировки по постоянному току. Цепочка R15, С3 корректирует показания милливольтметра для отсчета эффективного значения измеряемых переменных составляющих. Применение диодного моста VD3…VD6 позволяет проводить измерения, как переменных, так и постоянных напряжений любой полярности без каких либо переключений. Применение диода VD7 ограничивает пики напряжений, возникающие при переключении пределов измерений, и совместно с резистором R21 и конденсатором С5 позволяет демпфировать движение стрелки прибора РА1 и предотвратить его поломку. Резкие движения стрелки возникают при переключении прибора в режимы измерения сопротивления и индуктивности при разомкнутых входных щупах, а так же при переключении пределов измерений.

    Индикатор полярности постоянного напряжения (а так же знака температуры) выполнен на операционном усилителе DA2. Индицируют полярность два светодиода: один – со свечением зеленого цвета (отрицательная температура или минус подан на корпусную клемму Е3), а другой - красного цвета (указывает на положительную температуру или плюс подан на корпусную клемму Е3). При измерении переменного тока и напряжения светятся оба диода. Балансируют индикатор подстроечным резистором R27.

    На микросхеме DA3 собран генератор на частоту 159 Гц. Уровень выходного напряжения стабилизирован диодами VD8 и VD9 включенными встречно-параллельно. Выходное напряжение устанавливают подстроечным резистором R32.

    Для определения работоспособности кварцевых резонаторов используется генератор, схема которого показана на рисунке №2. Сам генератор собран на транзисторе VT1, а на транзисторе VT2 – эмиттерный повторитель. На диоде VD11 собран выпрямитель сигнала генератора. Данный генератор позволяет проверять кварцы с частотой генерации от 500 кГц до 30 МГц. Форма выходного сигнала – синусоида. Выход «В» используется для подачи выходного напряжения генератора на вход милливольтметра прибора. Гнездо XW2 служит для подачи выходного сигнала генератора на вход частотомера или осциллографа (а, так же, для других нужд – например, для калибровки приемника).

    Узел измерения температуры собран на операционном усилителе DA4. Его принципиальная схема показана на рисунке №3. Датчиком температуры является диод, который подключают к клеммам Е2 и Е3 при положении переключателя SA2 в положении tон – измерение температуры наружной (анодом к клемме Е2). При измерении комнатной температуры (положение SA2 - tок) в качестве датчика температуры используется диод VD10. Клеммы Е2 и Е3, при этом, необходимо замкнуть на коротко. Нижний предел измерений (0 оС) устанавливают подстроечным резистором R42, а верхний (100оС) – резистором R46. Узел измерения температуры используют при подборе диодов с одинаковыми параметрами. При этом проверяемые диоды подключают поочередно к клеммам Е2 и Е3 (аноды к клеммам Е2). Диоды с одинаковыми параметрами будут давать одинаковые показания температуры. При этом следует пользоваться щупами с теплоизолирующим покрытием (из пластмассы) с целью предотвращения прогрева проверяемых диодов теплом собственных рук.

    Питают прибор от двухполярного стабилизированного источника питания 10 вольт. Принципиальная электрическая схема блока питания показана на рисунке №4. Он состоит из силового трансформатора Т1, диодного моста VD12…VD15 и двух стабилизаторов (+10 В и -10 В). Регулировка выходного напряжения обоих стабилизаторов осуществляется подстройкой одного резистора R56. При изменении одного питающего напряжения (+10 В) будет происходить автоматическое отслеживание уровня и соответствующая подстройка и второго питающего напряжения (-10 В). Коэффициент стабилизации обоих стабилизаторов не менее 20000. Некоторая повышенная сложность схемного решения стабилизаторов с лихвой окупается повышением точности при измерении параметров данным прибором.

    В приборе использованы широко распространенные радиодетали. Силовой трансформатор должен быть рассчитан на мощность не менее 10 Вт. Он имеет две выходные обмотки, выдающие переменное напряжение по 16 вольт каждая. Лампочка HL3 на напряжение 27…35 вольт. Транзистор КТ816Б можно заменить на КТ814; КТ817Б на КТ815; КТ603Б на КТ608; диоды Д18 на Д20; КД503 на КД522; Д237Б на любые кремниевые в металлическом корпусе. Резисторы R1…R9 прецизионные типа ПТМН-1, ПТМН-0,5; С5-16МВ-5 Вт. Резисторы большой мощности составлены из двух включенных параллельно.

    Прибор выполнен в корпусе из дюралюминия размером 270х131х123 мм (рис.7, рис.8). Основная масса радиодеталей установлена на печатной плате (рис.5, рис.6), выполненной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Силовой трансформатор отделен железной перегородкой толщиной 1 мм. Передняя панель покрашена нитрокраской черного цвета, на нее наклеены бумажки с надписями и сверху прикрыта фальшпанелью из прозрачного органического стекла. На передней панели установлены несколько гнезд (XS1) под различные типы кварцевых резонаторов.

    Настройку прибора начинают с проверки работы блока питания и установки выходного напряжения +10 вольт путем подстройки резистором R56. При этом напряжение второго стабилизатора (DA6) должно установиться на уровне -10 вольт.

    Далее прибор устанавливают в режим измерения напряжений на любой предел и регулируя резистор R19 устанавливают стрелку РА1 на нулевую отметку. Затем переводят переключатель SA1 в положение 7 (предел измерения 10 вольт), подают на вход прибора предварительно откалиброванное постоянное напряжение величиной 10 вольт. Вращая движок резистора R17 (калибр) устанавливают стрелку прибора на максимальное деление шкалы (100 мкА). Затем переводят переключатель SA1 в положение «калибр» и подстраивая резистор R13 снова устанавливают стрелку прибора РА1 на максимальное деление шкалы РА1 (100 мкА), ручку R17 при этом не трогают. После завершения вышеописанной процедуры настройки ручкой R17 можно пользоваться, так как напряжение калибровки зафиксировано резистором R13. В дальнейшем при работе прибора калибровку можно производить при любом положении переключателя SA1 – резистором R17.

    Если в каком либо из положений переключателя SA1 наблюдается возбуждение (показания РА1 отличаются от нуля при отсутствии сигнала на входе), то следует увеличить величину емкости С1 (до 50 пФ). Если возбуждения нет при отсутствии С1, то этот конденсатор можно не устанавливать в схему.

    Указатель полярности (DA2) настраивают резистором R27 по отсутствию свечения светодиодов HL1, HL2 при нулевых показаниях РА1.

    Контроль правильности показаний прибора в режиме измерения сопротивлений ведут путем подключения к клеммам Е2, Е3 образцового (прецизионного) резистора, считывая показания со шкалы и сравнивая их с действительными значениями сопротивления. При измерении сопротивления в диапазоне 1 Мом (SA2 в положении 1М, SA1 – в 9) путем подстройки резистора R11 добиваются соответствия показаний прибора РА1 сопротивлению образцового резистора.

    Далее приступают к настройке генератора переменного напряжения (DA3). Частоту вырабатываемого сигнала 159 герц устанавливают путем подбора номиналов конденсаторов С6 – грубо и С7 – точно. Выходное напряжение 1 вольт эффективное устанавливают резистором R32. Контроль ведут авометром в режиме измерения переменных напряжений.

    Контроль правильности показаний в режиме измерения емкости ведут путем подключения контрольной емкости к клеммам Е1, Е2 и сличая ее значение с показаниями прибора РА1.

    Контроль правильности показаний в режиме измерения индуктивности ведут аналогично описанному выше. Контрольную индуктивность подключают к клеммам Е2 и Е3.

    Проверку работы кварцевого гетеродина (VT1) ведут в положении «КГ» переключателя SA2 (SA4 – включен). Контролируемый кварц подключают к гнезду XS1. Путем вращения движка резистора R12 добиваются соответствия действительного значения выходного напряжения генератора показаниям прибора РА1. Вести контроль величины выходного напряжения генератора при частоте контролируемых кварцев до 5 МГц можно путем соединения коаксиальным кабелем гнезд XW1 и XW2. При этом необходимо переключатель SA2 установить в положение “U” – измерение напряжений, а SA1 в любое, при котором наиболее удобно считывать показания РА1. Частоту генерируемого напряжения определяют частотомером, а форму сигнала наблюдают осциллографом, подключая их поочередно к гнезду XW2. Активность кварца (а, следовательно, и его добротность) контролируют по величине выходного напряжения генератора. Чем оно больше, тем выше контролируемые параметры.

    Настройку узла измерения температуры (DA4) ведут подстраивая резистор R42 по нулевым показаниям РА1 (0 оС). При этом температурный датчик (металлическую часть корпуса диода до стеклянного изолятора) опускают в сосуд с тающим снегом. Затем опустив температурный датчик в сосуд с кипящей водой, путем подстройки резистора R46 устанавливают стрелку РА1 на максимальную отметку шкалы 100 мкА. Что будет соответствовать показаниям +100 оС. После остывания температурного датчика проверяют правильность промежуточных показаний прибора, контролируя температуру человеческого тела (36,6 оС) или сверяя показания прибора с показаниями образцового термометра при измерении температуры окружающей среды. Диод VD10 используется для контроля температуры внутри помещения, клеммы Е2 и Е3 при этом должны быть замкнуты накоротко, а для выносного температурного датчика используется другой аналогичного типа диод. Его подключают к клеммам Е2 и Е3 анодом к Е2. Вышеназванные диоды необходимо подобрать по одинаковым показаниям температуры. При этом желательно пользоваться пинцетом с теплоизоляционным покрытием, чтобы не нагревать корпуса диодов пальцами рук.

    Вышеописанным способом можно вести подбор пар диодов с одинаковыми параметрами и других типов.

    Положения переключателя SA1 обозначены согласно таблице №1.

Литература:

    [1] Универсальный измерительный прибор. – Радио, 1990г, №8, с.76-77.

    [2] Ю. Агафонов (UA3TDL) Прибор для проверки кварцевых резонаторов. – Радио, 1989г, №4, с.64.

В.П.Рубцов UN7BV. 010005, Казахстан, Астана, а/я 1810. un7bv@mail.ru  http://un7bv.narod.ru 73!

Рис. 1. Универсальный измерительный прибор. Принципиальная электрическая схема.

Рис. 2. Кварцевый генератор. Рис.3. Узел измерения температуры.

Рис.4. Блок питания универсального измерительного прибора.

Уважаемые друзья, кликнув левой кнопкой мышки по нижеуказанным ссылкам, вы можете посмотреть дополнительный материал по универсальному измерительному прибору.

Рис.5. Монтажная плата прибора. Вид со стороны радиодеталей.

Рис.6. Печатная плата прибора. Вид со стороны печатных проводников.

Рис.7. Передняя панель универсального измерительного прибора.

Рис.8. Универсальный измерительный прибор. Вид на монтаж сверху.

Фото.2. Вид на монтаж прибора сверху.

Фото 3. Вид на монтаж прибора снизу.