Как сделать индикатор нагрузки
Простой индикатор протекающего переменного тока
Естественной и логичной идеей будет установить в разрыв цепи резистор и использовать падение напряжения на нем для свечения маломощного индикатора, лампочки или светодиода. Однако расчеты показывают, что резистор придется взять изрядной мощности, он будет сильно греться, падение напряжения на нем – практически бесполезная трата энергии. Например. Имеем три независимых проволочных нагревателя (3 фазы), каждый мощностью 500 Вт. Нужно во время работы печи иметь представление о целостности каждого. Вспомнив, что I=P/U выясним, что в цепи каждого нагревателя протекает ток 2.3 А. Чтобы получить падение напряжения на резисторе 5 вольт (для зажигания светодиода), придется рассеять на этом резисторе более 10 Вт. Т.е. мощность резистора должна быть несколько выше расчетной (габариты, масса), нагрев элемента предполагает его специальную установку – неплавящуюся изоляцию, вентиляцию и.т.д. Кроме того, как уже говорилось – теряем 5 вольт от, хорошо если 220.
Итак, последовательно включенный резистор применять неудобно. Существующие схемы индикаторов тока с цепочкой мощных диодов ничем не лучше, кроме прочего, придется учитывать и допустимые токи через диоды.
Значительно лучшими эксплуатационными показателями обладает трансформаторный датчик. Сопротивление его измерительной обмотки ничтожно, никакого нагрева, потери минимальны. Да, он дороже стоит (как все моточные изделия), больше весит. К счастью, кустарное техническое творчество не предполагает серийного производства с высокой окупаемостью. В качестве датчиков можно применить доработанные маломощные сетевые трансформаторы из старой износившейся или морально устаревшей бытовой техники. Здесь были применены трансформаторы питания от импортных пластиковых переносных кассетных магнитофонов с FM радио. Небольших размеров, моно, невысокого класса. Подобрал три почти одинаковых трансформатора. Еще один источник миниатюрных сетевых трансформаторов – старые сетевые «адаптеры» в небольшом корпусе-вилке. Старые их модели часто были с низкочастотным трансформатором.
Что понадобилось для изготовления.
Набор инструмента для электромонтажа, паяльник с принадлежностями, мультиметр, фен технический для работы с термотрубками. Набор инструментов для мелкой слесарной работы, измерительный инструмент, ножницы по металлу, дрель электрическая или шуруповерт со сверлами, пара струбцин для гнутья, мелочи.
Доработка облегчилась благодаря удачной конструкции трансформаторов – в них обмотки расположены рядом, на сборном пластиковом каркасе (технологичность изготовления), а не поверх друг друга (выше эл. параметры). Доработка свелась к перемотке вторичной, низковольтной обмотки. Из-за особенности конструкции трансформаторов удалось сделать это без муторной сборки-разборки проклеенного сердечника из Ш-пластин.
Удалив внешнюю изоляцию вторичной обмотки, выяснил направление намотки провода. Отметил его спиртовым фломастером на магнитопроводе трансформатора.
Спилив выступающие части катушки ножовкой по металлу, вытолкнул, выбил внутренние ее части, удалил остатки изоляции, острым ножом срезал пластиковые заусенцы.
Намотал (продел в окно) провод новой вторичной обмотки. Для потребляемой мощности 500 Вт (2.3 А) применил гибкий монтажный провод сечением 0,5 мм2 в хорошей силиконовой изоляции. Без особенного труда влезло 3.5 витка.
При протекании указанного тока через измерительную обмотку, на высоковольтной обмотке получается около 90 вольт. Для индикации применил маленькую неоновую лампочку импортного производства, последовательно с токоограничивающим резистором. Резистор подобрал по яркости (не максимальной, но удобной) свечения. Получилось около 500 кОм.
Вычертил эскиз с размерами, с учетом поправок на сгибы. Перенес разметку на подходящий кусок листового материала. В углах сгибов накернил и просверлил тонким сверлом отверстия (не будет складки), зенковал отверстия крупным сверлом. Вырезал развертку ножницами по металлу.
Для сгибания развертки зажал ее на краю ровной железки – станины самодельного токарного станка по дереву. Прижал подходящей деревяшкой, то, что должно быть отогнуто выступает. Легкими ударами резиновой киянки отогнул лепестки, перевернул заготовку, отогнул лепестки на второй стороне. Остальное легко и точно сгибается руками.
Сердечник трансформатора набирается из отдельных изолированных друг от друга пластин, чтобы поумерить вредный его нагрев из-за вихревых токов (тов. Фуко), замыкать их нельзя. Для изоляции жестяной обоймы от магнитопровода потребуется еще одна аналогичная деталь из плотной бумаги. Применил ватманскую. Линии сгиба предварительно частично прорезаются или лучше – проминаются тупым ножом или чем-то подобным.
Датчик тока в сборе.
Два из трех датчиков тока в блоке управления трехфазным нагревателем печи. Индикаторные лампочки вынесены на переднюю панель, токоограничивающие резисторы смонтированы вместе с отходящими проводами, затянуты в термотрубку и скреплены вместе с остальным монтажом нейлоновыми ремешками и пластиковой спиралью.
Для размещения отдельного датчика тока вместе с индикатором, например, для сигнализации о невыключенном электроприборе в удаленном помещении удобно будет применить подходящую стандартную электрическую коробку.
Простейший индикатор напряжения в сети
В городских квартирах больших проблем с сетью не бывает. Бывает, из-за перегрузки фаз на линии — повышается напряжение, но обычно это ненадолго — автоматика на подстанции не срабатывает, и появляется повышенное напряжение в сети.
Когда я столкнулся первый раз с этой проблемой, напряжение в сети подскочило до 255 В! ИБП вылетают сплошь и рядом. А если на подстанции отвалится нулевая шина — быть беде! В сети появятся все 380 В! И некому предъявить претензии (только через суд) по поводу испорченной техники.
Индикаторные светодиоды светятся во время одного полупериода входящего на индикатор напряжения. Жёлтый светодиод LED1 горит всегда, когда присутствует сетевое напряжение. Динисторы VS1 и VS2 и резистивные делители напряжения (R2R4 и R3R5 соответственно) обеспечивают включение зелёного светодиода (LED2) и красного (LED3), когда напряжение достигает определённого значения (называется — порог срабатывани). Если будет значительное превышение напряжения, стабилитрон VD2 предотвратит выход девайса из строя.
Детали недефицитные, и всё в основном было в наличии. За высоковольтным стабилитроном КС680А пришлось съездить на Митинский радиорынок.
Печатные платы рисовал в компьютерной программе Sprint-Layout.
Чтобы регулировать и контролировать напряжение при настройке, использовал ЛАТР и мультиметр. При напряжении в 230 В добился устойчивого свечения зелёного светодиода. Если уменьшить напряжение до 200 В, зелёный светодиод погаснет — в противном случае надо увеличивать сопротивление R2. При напряжении в 260 В подстроечным сопротивлением установил порог срабатывания красного светодиода. Настройка завершена.
Индикатор поставил в распределительный щиток, который находится в квартире, и запитал его от входного автомата.
Экономичные светодиодные индикаторы тока
Для сигнализации и контроля в современной аппаратуре широко используются световые индикаторы, излучающими элементами в которых служат светодиоды различного цвета свечения. Такие устройства выполняют в основном по схеме индикаторов напряжения, хотя во многих случаях индикаторы тока (далее для краткости — ИТ) более информативны.
Применение усилителей усложняет устройство и требует их подключения трехполюсником, трансформаторы тока весьма громоздки. Известен способ питания светодиода от источника с низким напряжением, заключающийся в использовании преобразователя напряжения. Такие устройства различной степени сложности применяют профессионалы и радиолюбители, конструирующие малогабаритные фонари, в которых осветительный светодиод белого свечения питается от одного гальванического элемента или аккумулятора. Преобразователи сохраняют работоспособность при напряжении питания ниже 1 В. Это сравнительно мощные устройства, обеспечивающие ток через светодиод в несколько десятков миллиампер.
Если для питания светодиода применить преобразователь напряжения, а в качестве источника питания для него использовать падение напряжения на датчике тока (рис. 2,а), то потери мощности можно существенно снизить. Современные сверхъяркие индикаторные светодиоды различного свечения светят достаточно ярко при токе около 200 мкА, и мощность преобразователей, применяемых в фонариках, оказывается излишней.
При проведении экспериментов по снижению выходной мощности простейшего преобразователя — блокинг генератора — выяснилось, что этот преобразователь, выполненный на маломощном германиевом транзисторе, развивает выходную мощность, достаточную для свечения сверхъяркого светодиода, при напряжении питания всего 0,1…0,2 В, что сопоставимо с падением напряжения на шунте стрелочного электроизмерительного прибора.
В устройстве по схеме на рис. 2,6 отсутствует защита от перегрузки по току. Поэтому это устройство можно применять в цепях, в которых отсутствуют броски тока.
На рис. 2,б изображена схема наиболее экономичного светодиодного индикатора тока для устройств, потребляющих сравнительно стабильный ток. При применении транзистора МП20А со статическим коэффициентом передачи тока базы не менее 100 светодиод HL1 светит достаточно ярко при падении напряжения на датчике тока резисторе R1 не более 0,1 В.
Трансформатор Т1 намотан на кольцевом ферритовом магнитопроводе с наружным диаметром 10 мм от ЭПРА неисправной КЛЛ. Обе обмотки содержат по 24 витка эмалированного провода диаметром 0,18 мм. Этот ИТ применим в цепях как постоянного, так и переменного тока: при положительной полуволне питающего напряжения работает преобразователь и светит светодиод HL1, при отрицательной транзистор закрыт небольшим обратным напряжением. Ток через светодиод имеет вид пачек импульсов, следующих с частотой 50 Гц, но изза инерционности зрения его свечение воспринимается непрерывным.
Если ИТ будет эксплуатироваться совместно с устройством, чувствительным к пульсациям питающего напряжения, то датчик тока следует шунтировать керамическим конденсатором ёмкостью 0,5… 1 мкФ(С1). Сопротивление датчика тока подбирают таким, чтобы при максимальном токе нагрузки яркость свечения светодиода была комфортной. Потребляемый преобразователем ток при этом обычно не превышает 2 мА.
Если ток, потребляемый нагрузкой, может изменяться в широких пределах, в таких устройствах в качестве датчика тока для ИТ следует применять диод Шотки (рис. 2,в). Его обратное напряжение может быть не более 25 В, а вот предельно допустимое значение прямого тока должно быть больше максимального тока нагрузки в несколько раз (например, для диода КД269А ток нагрузки не должен превышать 2 А, а для диода КД273А — 10 А).
При выполнении этих условий и изменении тока нагрузки от 5 мА до максимального падение напряжения на диоде будет изменяться в пределах 0,2…0,35 В. Это позволяет использовать в преобразователе более распространённые низкочастотные германиевые транзисторы серий МП39—МП42 (минимальное напряжение питания преобразователя — 0,14…0,16 В) или высокочастотные серий ГТ308—ГТ310 (минимальное напряжение питания преобразователя — 0,2 В). Статический коэффициент передачи тока базы h2)3 транзистора в таком применении должен быть не менее 15.
Трансформатор для этого ИТ намотан на таком же, что и предыдущем случае магнитопроводе, обе обмотки содержат по десять витков эмалированного провода диаметром 0,1 мм.
Резистор R1 подбирают по оптимальной яркости свечения светодиода HL1 при максимальном токе нагрузки. Если встречнопараллельно VD1 подключить такой же диод VD2 (показано на рис. 2,в штриховыми линиями), то получится экономичный светодиодный индикатор переменного тока, который можно применить в цепях переменного тока напряжением от нескольких вольт до нескольких сотен вольт.
Весьма удобно использовать его в качестве индикатора сетевого тока. При мощности нагрузки до 400 Вт диоды КД269А нагреваются незначительно, поэтому индикатор можно смонтировать навесным монтажом в евровилке. Если мощность нагрузки не превышает 100 Вт, то при использовании малогабаритных деталей (диодов Шотки 1N5818, сверхьяркого светодиода и транзистора серии ГТ310) индикатор сетевого тока можно собрать и в обычной вилке (рис. 3).
Магнитопровод трансформатора этого ИТ — ферритовая трубка с наружным диаметром 5 и длиной 6 мм (такие трубки надевают на выводы некоторых деталей в импульсных блоках питания). При необходимости трубку можно разрезать пополам, получив сразу два кольцевых магнитопровода. Перед намоткой острые кромки колец необходимо скруглить мелкозернистой наждачной бумагой.
Обе обмотки содержат по десять витков эмалированного провода диаметром 0,1 мм. Наматывать их рекомендуется одновременно двумя проводами, продев их в ушко тонкой швейной иглы, а после намотки соединить начало одной обмотки с концом второй. Для светодиода в корпусе вилки нужно просверлить отверстие. После монтажа детали фиксируют в корпусе вилки несколькими каплями термоклея. Предлагаемые светодиодные ИТ просты, дёшевы, экономичны, легко встраиваются в любую аппаратуру и способствуют повышению её потребительских свойств, расширяя область применения светодиодных индикаторов.
Как сделать светодиодный индикатор напряжения своими руками: схемы и инструкция
Во многие электронно-технические устройства монтируются светодиоды. Они надежные, компактные и экономичные, поэтому являются основными элементами в индикаторах напряжения на светодиодах. Конструкция простейших приборов не сложная, их можно сделать самостоятельно. Собрать небольшое количество деталей может даже начинающий радиолюбитель.
Общее устройство и принцип работы
Световыми индикаторами называют указатели, работающие на основе источника света. Светодиодные приборы работают за счет светового излучения из p-n-перехода при прохождении через него тока.
В быту используются переносные приборы для индикации, в том числе мультиметры. Основное предназначение – определение наличия/отсутствия тока и разности значений напряжения. Вольтаж зависит от типа прибора, по конструкции индикаторы бывают одно- и двухполюсные. При первом варианте токоведущая часть одна, при втором – две.
В магазинах продаются простые тестеры в виде авторучек и отверток. Конструкция размещается в корпусе из диэлектрика со смотровым окошком. Основные элементы: светодиод и резистор. Снизу располагается щуп, сверху металлический контакт для касания рукой.
Эти приборы позволяют:
Справка! Двухполюсные индикаторы позволяют работать с постоянным и переменным током, их функционал выше.
Однополюсные тестеры-отвертки делятся на:
Пассивный тестер используется для определения наличия напряжения в электрооборудовании и проводке. Для контакта используется плоская отвертка, сопротивление создает схема в ручке. Светодиод загорается при прикосновении к детали, по которой течет ток.
Преимущества пассивной отвертки:
Недостатка два: тусклое свечение светодиода и необходимость во время тестирования снять перчатки.
Прибор с дополнительным функционалом можно использовать в двух режимах: бесконтактном и контактном. Определяется наличие напряжения, можно проверить провода, кабели, предохранители. Запитывается такой тестер от батареек. Ноль и фаза определяется так же, как с пассивной отверткой. При тестировании бесконтактным методом прибор держится, не касаясь нижней части. К проводнику подносится верхняя часть.
Важно! Прикасаться к проводнику не нужно. Если светодиод загорелся, проводка (предохранитель) цела.
Индикаторы с расширенным функционалом цифровые. Сделать что-то подобное самостоятельно невозможно.
Большинство двухконтактных индикаторов профессиональные. По функционалу они почти не отличаются от одноконтактных. Эти приборы оснащены двумя щупами, на концах которых острые штыри. В процессе тестирования можно узнать значение напряжения (параметр отображается на экране).
Индикаторы сети 220В на светодиодах, замена индикаторным неонкам
Принципиальные схемы простых индикаторов наличия сети 220В на светодиодах, меняем старые неоновые индикаторные лампы на светодиоды. В электрооборудовании повсеместно применяются индикаторные неоновые лампы для индикации включения аппаратуры.
В большинстве случаев схема как на рисунке 1. То есть, неоновая лампа через резистор сопротивлением 150-200 киолом подключается к сети переменного тока. Порог пробоя неоновой лампы ниже 220V, потому она легко пробивается и светится. А резистор ограничивает ток через неё, чтобы она не взорвалась от превышения тока.
Бывают и неоновые лампы со встроенными токоограничительными резисторами, в таких схемах кажется как будто неоновая лампа включена в сеть без резистора. На самом деле резистор спрятан в её цоколе или в её проволочном выводе.
Недостаток неоновых индикаторных ламп в слабом свечении и только розовом цвете свечения, ну и еще в том что это стекло. Плюс, неоновые лампы сейчас в продаже встречаются реже светодиодов. Понятно, что есть соблазн сделать аналогичный индикатор включения, но на светодиоде, тем более светодиоды бывают разных цветов и значительно более яркие чем «неонки», ну и нет стекла.
Но, светодиод низковольтный прибор. Прямое напряжение обычно не более ЗV, да и обратное тоже весьма низкое. Даже если светодиодом заменить неоновую лампу, он выйдет из строя за счет превышения обратного напряжения при отрицательной полуволне сетевого напряжения.
Рис. 1. Типовая схема подключения неоновой лампы к сети 220В.
Впрочем, есть двухцветные двухвыводные светодиоды. В корпусе такого светодиода есть два разноцветных светодиода, включенных встречно-параллельно. Такой светодиод можно подключить практически так же, как неоновую лампу (рис.2), только резистор взять сопротивлением поменьше, потому что для хорошей яркости через светодиод должен протекать ток больше чем через неоновую лампу.
Рис. 2. Схема индикатора сети 220В на двухцветном светодиоде.
Резистор R1 в схеме на рисунке 2 сопротивлением ниже, чем с неоновой лампой, и на нем выделяется больше тепловой мощности. Полностью избавится от паразитной тепловой мощности можно, если заменить резистор конденсатором (рис. 3). Прямой ток через светодиод ограничивается реактивным емкостным сопротивлением конденсатора, а на нем тепло не выделяется.
Рис. 3. Схема индикатора сети 220В на двухцветном светодиоде и конденсаторе.
На рисунках 4 и 5 показана схема индикатора включения на двух светодиодах, включенных встречно-параллельно. Это почти то же, что на рис. 3 и 4, но светодиоды отдельные для каждого полупериода сетевого напряжения. Светодиоды могут быть как одного цвета, так и разного.
Рис. 4. Схема индикатора сети 220В с двумя светодиодами.
Рис. 5. Схема индикатора сети 220В с двумя светодиодами и конденсатором.
Рис. 6. Схема индикатора сети 220В со светодиодом и диодом.
Рис. 2. Схема индикатора сети 220В с одним светодиодом и конденсатором.
Андронов В. РК-2017-02.
Схемы с балластными конденсаторами очень не рекомендую. В момент включения происходит бросок тока, диоды очень часто при этом горят. Проверено на практике.