Делать или покупать адаптеры для измерения токов – на сегодняшний день единственный выход по расширению возможностей цифровых мультиметров, так как все они рассчитаны на некие средние параметры, начиная безбожно привирать на границах диапазонов.
Измерение больших токов
А знаете ли вы, что измерять мультиметром токи больше 2 А не совсем точно и небезопасно. Такие измерения основаны на замере падения напряжения на резисторе, встроенном в мультиметр. Для амперного диапазона резистор обычно представляет собой кусок провода с известным сопротивлением.
Проблема в том, что когда ток течет через сопротивление, оно начинает нагреваться. Вблизи этого сопротивления находятся усилительные цепи, источник опорного напряжения или преобразователь АЦП, и естественно оказывается существенное влияние температуры на параметры.
При больших токах измерительный резистор может нагреться настолько, что расплавит корпус или даже сам выпаяется. Именно поэтому в руководствах часто говорится, что измерения не должны занимать более 30 секунд. Потому на практике измерения проводят с помощью внешнего шунта, т.е. резистора известного номинала и большой мощности рассеяния. Можно купить готовые шунты для измерения больших токов, но цена в 1000 рублей за шунт 100А/75мВ кажется несколько завышенной.
Кроме того, самые дешевые мультиметры имеют проблемы с точным измерением напряжения в диапазоне милливольт, а осциллографы вообще с этим не справляются. Разные самодельные адаптеры измеряют переменные сигналы, а не постоянные, поэтому для данной задачи они не подойдут. Так что делать?
- Первый вариант заключается в использовании резисторов из специальной проволоки. Например, можем соединить 10 резисторов 1 Ом/5 Вт параллельно, что даст падение напряжения 100 мВ/А, но даже такое скромное падение напряжения на резисторе может быть слишком большим для более высоких токов. Также стоит помнить, что подобные резисторы не очень точны, обычно 5%. Можно использовать десять резисторов 100 мОм/1 Вт, чтобы уменьшить падение напряжения, что дает напряжение 10 мВ/А. При рассеиваемой мощности 10 Вт максимальный ток шунта будет около 31 А. Используя резисторы 5 Вт, получим максимальный ток ~ 70 А. Тогда такой резистор будет очень сильно греться.
- Второй вариант — использовать резистивный провод. Например, провод известного типа и марки, с диаметром 1 мм, имеет сопротивление 1,72 Ом/м и рабочую температуру до 1300°C. Длину провода легко рассчитать для любого сопротивления, а секции можно соединить параллельно для еще меньшего сопротивления. Для резистора 1 Ом необходимо 58 см провода.
Но как соединить такой провод с выводами, зная, что температура может доходить до 1300 градусов? Припой точно расплавится. На практике можно использовать 2 медных провода, параллельных друг другу с расстоянием между их центрами 58 мм, а затем намотать на них 5 витков провода сопротивления. Затем сгибать медные провода, чтобы удерживать резистивный провод. Это даст базу резистора 10 мОм. Вторым шагом будет обернуть все это дело шамотной глиной, которую можно обжечь, просто подключив питание к этому резистору. Увеличив количество витков до 50, получим резистор 1 мОм, т. е. 1 мВ/А. Для соединения проводов нужно использовать голые винтовые кабельные зажимы или керамический клеммник. Провод такой стоит около 300 рублей за 10 м диаметром 1 мм, что является достойной ценой и позволяет экспериментировать. Сопротивление изменяется максимум на 8% при 1300°С и только на 1% в диапазоне 100-300°С.
Измерение очень малых токов
Многие мультиметры имеют диапазон измерения тока до сотни мкА с разрешением от 0,01 мкА до 1 мкА. Для измерения таких малых токов часто используют шунты с большими значениями, что выливается в значительные падения напряжения на них. Это может быть важно для схем с батарейным питанием, поэтому разработан специальный адаптер.
Чтобы иметь возможность измерять такие малые токи, необходима схема высокоточного усилителя. И напряжение смещения, и дрейф этого напряжения, и ток смещения входов должны быть как можно меньше. Хороший вариант – усилитель с автонулем, то есть схема операционного усилителя, в которой постоянно корректируется напряжение смещения.
Имеет смысл собрать такой адаптер на настольный мультиметр, способный измерять в фемтоамперном диапазоне, то есть тысячных долях пикоампер. Конструкция такого измерителя потребовала использования точно подобранной дифференциальной пары JFET, гигаомных вакуумных резисторов и промывки всего этого в растворителях, чтобы удалить даже мысли о жире и грязи, которые могут вызвать ток утечки.
Собственное транзисторное решение потребовало бы либо выбора биполярных и JFET транзисторов самостоятельно, либо покупки уже согласованных пар, которые стоят довольно дорого. Даже отдельные JFET-транзисторы довольно дороги, что уж говорить если нужно выбрать хотя бы одну хорошо согласованную пару. Возможно в будущем такими способностями будут обладать и обычные мультиметры, но пока на пикоамперы замахиваются лишь топовые приборы, недоступные рядовому радиолюбителю, вот и приходится собирать всевозможные приставки.
