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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Amperometro elettronico per un'auto. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Automobile. Dispositivi elettronici Il dispositivo proposto è progettato per il monitoraggio visivo della corrente di carica e scarica della batteria di un'auto durante un viaggio. L'indicatore dell'amperometro è un puntatore, inoltre è presente un indicatore LED della direzione della corrente che si accende quando la batteria è scarica. Avere informazioni sulla direzione e sul valore della corrente che scorre attraverso la batteria consente al conducente di evitare molte situazioni di emergenza. Ad esempio, può notare tempestivamente che per qualche motivo la batteria non si carica e impedirne lo scaricamento completo. Una situazione altrettanto pericolosa si verifica quando la corrente di carica è eccessivamente elevata, il che può provocare un incendio e un guasto del generatore. Ciò accade, ad esempio, quando il regolatore di tensione si guasta. Sulle autovetture moderne, di solito si limitano all'installazione di una spia di carica della batteria sul cruscotto. Di norma nel circuito di carica e scarica della batteria non sono presenti amperometri, motivo per cui non sono disponibili in commercio. Per ottenere informazioni più complete sulle condizioni di funzionamento della batteria, resta da installare sull'auto un amperometro fatto in casa. Ad esempio, un milli o microamperometro convenzionale, deviato da un resistore con una piccola resistenza. Ma non tutti questi dispositivi sono adatti a questo scopo, poiché la caduta di tensione ai suoi capi con una corrente di deflessione completa dell'ago può ammontare a una frazione notevole della tensione nell'impianto elettrico dell'auto. L'industria produce shunt di misura standard per amperometri che hanno una caduta di tensione di 75 e persino 50 mV alla corrente nominale, ma per la maggior parte degli strumenti di misura elettrici di piccole dimensioni questo non è sufficiente. Per collegarli allo shunt è necessario un amplificatore CC con deriva zero a bassa temperatura. È inoltre richiesto che il meccanismo del dispositivo di puntamento sia resistente alle vibrazioni e che le sue dimensioni siano sufficientemente ridotte da poter essere installato sul cruscotto di un'auto. Non è consigliabile utilizzare un amperometro con lettura digitale su un'auto, principalmente perché quando il parametro misurato (corrente) cambia, i numeri sull'indicatore cambiano rapidamente ed è difficile navigare nelle sue letture. Gli strumenti indicatore, quando collegati in parallelo ad uno shunt, che equivale praticamente ad un cortocircuito del telaio, presentano una notevole inerzia causata dallo smorzamento del meccanismo di misura. E al buio, l'autista deve sforzare la vista per vedere la posizione della freccia. Inoltre, la lancetta può oscillare non solo a causa delle variazioni della corrente misurata, ma anche a causa delle vibrazioni della carrozzeria. Si consiglia pertanto di integrare l'amperometro a lancetta con un LED di segnalazione che si accende ad un valore di corrente critico. Nel dispositivo proposto, il bagliore del LED indica che la direzione della corrente attraverso la batteria corrisponde alla sua scarica. Il circuito dell'amperometro è mostrato in fig. uno.
Principali caratteristiche tecniche
Il dispositivo è costituito da uno stabilizzatore di tensione sul diodo zener VD1 e sul transistor VT2, un amplificatore DC bilanciato sui transistor VT1 e VT3 e un dispositivo di soglia sul transistor VT4, nel circuito del collettore di cui è incluso il LED HL1. Poiché l'amplificatore con transistor VT1 e VT3 è bilanciato, presenta una deriva della temperatura zero relativamente piccola. Il resistore R2 è uno shunt standard con una caduta di tensione di 75 mV con una corrente di 40 A. Quando il generatore non funziona, la corrente proveniente dalla batteria scorre attraverso lo shunt R2 nella rete di bordo dell'auto, mentre il transistor VT3 si apre e la corrente del suo collettore aumenta e la caduta di tensione sul resistore di sintonizzazione R7 aumenta. Quando il generatore inizia a funzionare, la corrente scorre attraverso lo shunt dalla rete di bordo alla batteria. In questo caso, la corrente del collettore del transistor VT1 e la caduta di tensione sul resistore R1 aumentano. L'ago del milliamperometro PA1 con zero al centro della scala devia in proporzione alla corrente che scorre attraverso lo shunt nella direzione di qualunque dei resistori R1, R7, la caduta di tensione ai capi della quale è maggiore. Spostando il cursore del resistore di sintonia R7, viene regolata la soglia di risposta dell'indicatore LED della corrente della batteria. Se questa soglia corrisponde a corrente zero attraverso lo shunt R2, il LED sarà acceso quando la batteria si sta scaricando e spento quando è in carica. Se necessario, puoi ovviamente impostare una soglia diversa. Il microamperometro PA1 può essere utilizzato con quasi tutte le resistenze del telaio. La sua influenza può sempre essere compensata diminuendo o aumentando la resistenza del resistore aggiuntivo R6. L'autore ha utilizzato un comparatore di un avometro importato UH-1000A con una corrente di deflessione completa dell'ago di 500 μA. Il corpo dell'apparecchio è stato segato a metà e solo nella parte superiore è stato utilizzato un comparatore, rifatto in modo che in assenza di corrente l'ago si trovasse al centro della scala. L'indicatore è fissato al cruscotto mediante piastra metallica e viti. Il design di questo dispositivo può sopportare vibrazioni e urti non molto forti. Come PA1 è possibile utilizzare anche un indicatore del livello di registrazione (ad esempio M68 501 o M476/1) di un vecchio registratore a cassette. Tali indicatori hanno dimensioni ridotte, ma sono altamente resistenti alle vibrazioni e possono essere utilizzati a lungo anche su una motocicletta, dove il livello di vibrazione è molto più elevato rispetto a un'autovettura. In linea di principio la posizione iniziale dell'ago dello strumento PA1 non deve essere esattamente al centro della scala. Poiché la corrente di scarica di una batteria è molto maggiore della corrente di carica, la parte della scala destinata alla visualizzazione può essere più lunga di quella destinata alla corrente di carica. Ciò, tuttavia, comporterà alcune difficoltà quando è necessario valutare rapidamente la direzione della corrente durante il movimento. Il resistore R4 viene utilizzato per impostare il valore iniziale della corrente di collettore dei transistor VT1 e VT3 e il resistore di regolazione R3 imposta a zero l'ago del microamperometro PA1. Per garantire che non si discosti al variare della temperatura, le flange termoconduttrici dei transistor VT1 e VT3 sono premute l'una sull'altra attraverso una guarnizione isolante lubrificata con pasta termoconduttiva, che equalizza la temperatura dei transistor. L'unità amperometrica elettronica è assemblata in una custodia di plastica di dimensioni 70x50x40 mm ed è collegata ad un microamperometro montato sul cruscotto e con una coppia di fili intrecciati ad uno shunt R2 di tipo 75SHIP-40, situato sotto il cofano vicino alla batteria . Il dispositivo utilizza resistori fissi MLT, resistori di sintonizzazione SP3-1b e condensatore di ossido K50-6. Invece del transistor KT315, è possibile utilizzare qualsiasi transistor al silicio a bassa potenza con struttura npn. LED HL1 - a basso consumo di qualsiasi tipo e colore di luce. Quando si accende l'amperometro elettronico per la prima volta, è necessario applicargli una tensione di +12 V dall'impianto elettrico del veicolo da qualsiasi fonte, senza collegare la batteria. Prima di tutto, dovresti misurare la tensione tra i terminali estremi del resistore di regolazione R7. Se differisce notevolmente da 4,5 V, questo valore dovrebbe essere raggiunto selezionando il resistore R4. Quindi dovresti impostare la freccia del dispositivo PA1 su zero usando il resistore di trimming R3. Utilizzando il resistore di trimmer R7, è necessario accendere il LED HL1, quindi spostare lentamente il cursore del resistore di trimmer nella direzione opposta finché il LED non si spegne. In questo caso, le letture del microamperometro PA1 potrebbero cambiare leggermente, il che deve essere corretto con il resistore di regolazione R3, quindi ripetere la regolazione del resistore di regolazione R7. Potrebbe essere necessario ripetere queste operazioni più volte. Per calibrare l'amperometro, è necessario creare una corrente standard nello shunt R2 collegando ai suoi terminali di potenza un circuito costituito da una sorgente di tensione CC sufficientemente potente e un resistore limitatore e un amperometro standard collegato in serie con esso. In assenza di un amperometro con un limite di misurazione sufficientemente ampio, è possibile misurare la caduta di tensione sul resistore limitatore e, conoscendone la resistenza, calcolare la corrente utilizzando la legge di Ohm. Ma è necessario tenere presente che a causa della dipendenza della resistenza dalla corrente che scorre (è molto forte, ad esempio, nelle lampade a incandescenza, spesso utilizzate per limitare la corrente), questo metodo potrebbe non essere sufficientemente preciso. La seconda opzione è sostituire temporaneamente lo shunt R2 con un altro con una resistenza molte volte superiore. Quindi è possibile calibrare il dispositivo a valori attuali ridotti dello stesso fattore in cui viene aumentata la resistenza dello shunt e, al completamento della calibrazione, eseguire una sostituzione inversa. Innanzitutto, viene impostata una corrente pari al limite di misurazione richiesto dell'amperometro e, selezionando il resistore R6, la lancetta del dispositivo PA1 viene completamente deviata. Quindi cambiano la direzione della corrente attraverso lo shunt nella direzione opposta e si assicurano che la freccia abbia deviato completamente nella direzione opposta. L'asimmetria della deviazione può essere eliminata selezionando la resistenza R4 (in questo caso sarà necessario ripetere nuovamente l'impostazione dell'amperometro a zero) o semplicemente tenerne conto durante la calibrazione della scala. Le divisioni vengono applicate alla scala impostando 5-10 valori attuali in ciascuna direzione. In alcuni casi (ad esempio su una motocicletta) può essere utilizzato un amperometro elettronico, assemblato secondo lo schema mostrato in Fig. 2. Qui GB1 è la batteria, SA1 è l'interruttore del filo negativo. Il dispositivo differisce da quello sopra descritto prevedendo uno shunt nel circuito negativo anziché positivo della batteria, utilizzando transistor opposti a quelli utilizzati nella prima versione della struttura e uno stabilizzatore di tensione integrato DA1. Lo svantaggio di un tale amperometro è che anche la corrente di avviamento scorre attraverso il derivatore di misura.
Puoi realizzare tu stesso uno shunt di misurazione per questo dispositivo, ma realizzarlo con filo di rame, come consigliano alcuni radioamatori, è inaccettabile. Il fatto è che la resistenza del rame cambia dell'20% quando la temperatura cambia di 8,5 °C, il che porta ad una variazione nelle letture dell'amperometro. Il coefficiente di resistenza alla temperatura (TCR) è approssimativamente lo stesso per altri metalli puri. Materiali adatti per lo shunt sono leghe di nicromo o manganina, il cui TCR è inferiore di uno o due ordini di grandezza. È preferibile realizzare lo shunt da una piattina metallica che, a parità di sezione, ha una superficie di raffreddamento maggiore rispetto ad un filo tondo. Per il dispositivo descritto, è possibile realizzare uno shunt, ad esempio, da un pezzo di nastro di nicromo con una sezione trasversale di 10x1 mm e una lunghezza di circa 17 mm. Entrambe le estremità del segmento sono saldate in fessure ricavate su massicce piastre di rame. In queste piastre sono praticati due fori filettati per il collegamento dei circuiti di potenza e di misurazione. Il fissaggio dei cavi di alimentazione e di misurazione sotto una vite è inaccettabile. Di solito, la resistenza di shunt viene volutamente inferiore a quella calcolata, quindi viene regolata ruotando meccanicamente il nastro in larghezza e spessore. Nel dispositivo descritto è possibile fare a meno della regolazione, poiché l'errore derivante da una resistenza di shunt imprecisa può essere facilmente compensato selezionando il resistore R6. In assenza di nastro, è possibile realizzare uno shunt da un gran numero di fili di nicromo collegati in parallelo (ad esempio, da una stufa elettrica) della stessa sezione trasversale totale. Autore: A. Sergeev
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Commenti sull'articolo: Petrovich2015 Una decisione interessante. Specificare il valore della resistenza R1. Non mostrato nel diagramma.
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