Créez votre propre multimètre

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Mouvement sensible du compteur (catalogue Radio Shack n° 22-410)
• Sélecteur, unipolaire, multidirectionnel, pause-avant-fabrication (le catalogue Radio Shack n° 275-1386 est une unité à 2 pôles, 6 positions qui fonctionne bien)
• Potentiomètres multitours, montage sur circuit imprimé (les catalogues Radio Shack n° 271-342 et 271-343 sont des unités de « coupe » à 15 tours, 1 kΩ et 10 kΩ, respectivement)
• Résistances assorties, de préférence de type film métallique de haute précision ou de type bobiné (le catalogue Radio Shack n° 271-309 est un assortiment de résistances à film métallique, tolérance de +/- 1 %)
• Boîte de montage en plastique ou en métal
• Trois bornes de raccordement de style jack « banane » ou autre matériel de borne, pour la connexion au circuit du potentiomètre (catalogue Radio Shack n° 274-662 ou équivalent)

Le composant le plus important et le plus coûteux d'un compteur est le mouvement :le véritable mécanisme d'aiguille et d'échelle dont la tâche est de traduire un courant électrique en un déplacement mécanique où il peut être interprété visuellement.

Le mouvement idéal du compteur est physiquement grand (pour faciliter la visualisation) et aussi sensible que possible (nécessite un courant minimal pour produire une déviation à grande échelle de l'aiguille).

Les mouvements de compteurs de haute qualité sont chers, mais Radio Shack en propose une qualité acceptable à un prix raisonnable.

Le modèle recommandé dans la liste des pièces est vendu comme un voltmètre avec une plage de 0 à 15 volts, mais est en fait un milliampèremètre avec une résistance de plage ("multiplicateur") incluse séparément.

Il peut être moins cher d'acheter un compteur analogique bon marché et de le démonter uniquement pour le mouvement du compteur.

Bien que l'idée de détruire un multimètre fonctionnel afin d'avoir des pièces à fabriquer soi-même puisse sembler contre-productive, le but ici est d'apprendre , pas la fonction de compteur.

Je ne peux pas spécifier de valeurs de résistance pour cette expérience, car elles dépendent du mouvement particulier du compteur et des plages de mesure choisies.

Assurez-vous d'utiliser des résistances à valeur fixe de haute précision plutôt que des résistances à composition de carbone.

Même s'il vous arrive de trouver des résistances à composition de carbone de la ou des bonnes valeurs, ces valeurs changeront ou « dériveront » au fil du temps en raison du vieillissement et des fluctuations de température.

Bien sûr, si vous ne vous souciez pas de la stabilité à long terme de ce compteur mais que vous le construisez juste pour l'expérience d'apprentissage, la précision de la résistance importe peu.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 1, chapitre 8 : « Circuits de mesure en courant continu »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Pour montrer la conception et l'utilisation du voltmètre
• Pour montrer la conception et l'utilisation de l'ampèremètre
• Limitation de plage de rhéostat
• Théorie et pratique de l'étalonnage
• Pratique du soudage

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Tout d'abord, vous devez déterminer les caractéristiques du mouvement de votre compteur. Le plus important est de connaître la déviation à pleine échelle en milliampères ou microampères.

Pour le déterminer, connectez le mouvement du compteur, un potentiomètre, une batterie et un ampèremètre numérique en série.

Ajustez le potentiomètre jusqu'à ce que le mouvement du compteur soit dévié exactement à pleine échelle. Lisez l'affichage de l'ampèremètre pour trouver la valeur actuelle à pleine échelle :

Faites très attention à ne pas appliquer trop de courant au mouvement du compteur, car les mouvements sont des appareils très sensibles et facilement endommagés par les surintensités.

La plupart des mouvements de compteur ont des valeurs nominales de courant de déviation à pleine échelle de 1 mA ou moins, alors choisissez une valeur de potentiomètre suffisamment élevée pour limiter le courant de manière appropriée, et commencez le test avec le potentiomètre tourné à la résistance maximale. Plus le courant nominal à pleine échelle d'un mouvement est bas, plus il est sensible.

Après avoir déterminé le courant nominal à pleine échelle du mouvement de votre compteur, vous devez mesurer avec précision sa résistance interne.

Pour ce faire, déconnectez tous les composants du circuit de test précédent et connectez votre ohmmètre numérique aux bornes de mouvement du compteur.

Enregistrez ce chiffre de résistance avec le chiffre de courant à pleine échelle obtenu lors de la dernière procédure.

La partie la plus difficile de ce projet est peut-être de déterminer les valeurs de résistance de plage appropriées et de mettre en œuvre ces valeurs sous la forme de réseaux de rhéostats.

Les calculs sont décrits au chapitre 8 du volume 1 (« Circuits de mesure »), mais un exemple est donné ici.

Supposons que le mouvement de votre compteur ait une valeur nominale à pleine échelle de 1 mA et une résistance interne de 400 Ω.

Si nous voulions déterminer la résistance de plage nécessaire (« R_{multiplicateur} ”) pour donner à ce mouvement une plage de 0 à 15 volts, il faudrait diviser 15 volts (tension totale appliquée) par 1 mA (courant pleine échelle) pour obtenir la résistance totale sonde à sonde du voltmètre (R =E/I).

Pour cet exemple, cette résistance totale est de 15 kΩ. De ce chiffre de résistance totale, nous soustrayons la résistance interne du mouvement, laissant 14,6 kΩ pour la valeur de la résistance de plage.

Un simple réseau de rhéostats pour produire 14,6 kΩ (réglable) serait un potentiomètre de 10 kΩ en parallèle avec une résistance fixe de 10 kΩ, le tout en série avec une autre résistance fixe de 10 kΩ :

Une position du sélecteur relie directement le mouvement du compteur entre le noir Commun poteau de liaison et le rouge V/mA poste de liaison.

Dans cette position, le compteur est un ampèremètre sensible avec une plage égale au courant nominal à pleine échelle du mouvement du compteur.

La position extrême dans le sens des aiguilles d'une montre de l'interrupteur déconnecte la borne positive (+) du mouvement de l'une des bornes rouges et la court-circuite directement à la borne négative (-).

Cela protège le compteur contre les dommages électriques en l'isolant de la sonde de test rouge, et il "amortit" le mécanisme de l'aiguille pour mieux se prémunir contre les chocs mécaniques.

La résistance shunt (R_shunt ) nécessaire pour une fonction ampèremètre à courant élevé doit être une unité à faible résistance avec une dissipation de puissance élevée.

Vous ne serez certainement pas utilisez pour cela des résistances de 1/4 watt, à moins que vous ne formiez un réseau de résistances avec plusieurs résistances plus petites en combinaison parallèle.

Si vous prévoyez d'avoir une portée d'ampèremètre supérieure à 1 ampère, je vous recommande d'utiliser un morceau de fil épais ou même un morceau de tôle mince comme "résistance", correctement limé ou encoché pour fournir juste la bonne quantité de résistance. /P>

Pour calibrer une résistance shunt maison, vous devrez connecter l'ensemble de votre multimètre à une source calibrée de courant élevé ou à une source de courant élevé en série avec un ampèremètre numérique pour référence.

Utilisez une petite lime à métaux pour raser l'épaisseur du fil de dérivation ou pour entailler la bande de tôle en petites quantités avec précaution.

La résistance de votre shunt augmentera à chaque coup de lime, provoquant une déviation plus importante du mouvement du compteur.

N'oubliez pas que vous pouvez toujours approcher la valeur exacte par étapes de plus en plus lentes (traits de fichier), mais vous ne pouvez pas revenir en arrière et diminuer la résistance shunt !

Construisez d'abord le circuit du multimètre sur une planche à pain tout en déterminant les valeurs de résistance de plage appropriées et y effectuez tous les réglages d'étalonnage.

Pour la construction finale, soudez les composants sur une carte de circuit imprimé.

Radio Shack vend des cartes de circuits imprimés qui ont la même disposition qu'une maquette, pour plus de commodité (catalogue # 276-170). N'hésitez pas à modifier la disposition des composants par rapport à ce qui est affiché.

Je vous recommande fortement de monter le circuit imprimé et tous les composants dans une boîte solide afin que le compteur soit durablement fini.

Malgré les limites de ce multimètre (pas de fonction de résistance, incapacité à mesurer le courant alternatif et précision inférieure à la plupart des multimètres analogiques achetés), c'est un excellent projet pour aider à apprendre les principes fondamentaux de l'instrument et la fonction du circuit.

Un multimètre beaucoup plus précis et polyvalent peut être construit en utilisant plusieurs des mêmes pièces si un circuit amplificateur y est ajouté, alors gardez les pièces et les pièces pour une expérience ultérieure !

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Feuille de travail d'utilisation de l'ampèremètre de base
• Feuille de travail d'utilisation du voltmètre de base
• Projet de conception :feuille de travail sur le voltmètre