Ohmetro digitale di precisione
 

05-06-2013

Ohmetro digitale di precisione





Vi presento un semplice circuito per la misura ad alta precisione di resistori di basso valore.

 Prima di scrivere l'articolo ho cercato su diversi siti internet del settore, se esistesse gia' uno strumento simile, ma non ho trovato molto. 

Percio', avendolo realizzato per una mia particolare esigenza, lo propongo anche a voi.


IMPIEGHI


Sicuramente questo non e' uno strumento di uso frequente, ma puo' capitare ogni tanto di dover misurare resistori di basso valore perche' la sigla e' illeggibile o cancellata.

Oppure misurare la resistenza di contatto di morsetti, cavi di potenza, contatti di rele' e teleruttori, continuita' di avvolgimenti ecc.

L'applicazione per cui l'ho costruito e' un po' particolare: dovevo realizzare degli ignitori per motori a razzo, formati sostanzialmente da un filamento di nickelcromo.

Per motivi di omologazione la resistenza del filamento doveva essere assolutamente costante in tutti gli esemplari, cosa non facile quando si usa il nickelcromo.

Mi sono accorto che la precisione dei comuni tester non era sufficiente, anche perche' progettati per valori minimi molto piu' alti.

Cosi' ho deciso di realizzare questo strumento, che pur nella sua semplicita' e' molto affidabile e preciso.



LA TEORIA


Per poter misurare delle resistenze di valore molto basso e' necessario provocare ai suoi capi una caduta di tensione di valore adeguato.

La legge di Ohm recita che la tensione e' il prodotto della corrente per la resistenza :

V=RI


Se la resistenza e' molto bassa dobbiamo per forza aumentare la corrente, in modo che la tensione sia misurabile con una certa precisione.
Supponendo di disporre di un voltmetro in grado di misurare 200 mV fondo scala e di voler ottenere una lettura diretta senza conversioni, la corrente dovra' essere di 100 mA.

In questo caso una resistenza di 1 Ohm produrra' ai sui capi una caduta di 100 mV:


I*R=V = 1,00 Ohm * 0,10 A = 0.10 V = 100 mV


Se invece la resistenza avra' un valore di 0.22 Ohm la tensione ai suoi capi sara' di 22 mV:


I*R=V = 0,22 Ohm * 0,10 A = 0.22 V = 22 mV

Per misurare valori ancora piu' bassi e' possibile impiegare una corrente piu' intensa, ad esempio 1 ampere.
In questo caso una resistenza di 0,01 Ohm produrra' ai suoi capi una caduta di 10 mV:


I*R=V = 0,01 Ohm * 1,00 A = 0.01 V = 10 mV


In realta' la misura di valori cosi' bassi e' piuttosto rara, percio' ho preferito la prima soluzione, limitando il campo di lettura in un range da 1,99 Ohm a 0,01 Ohm con la discriminazione di 0,01 Ohm.



LO SCHEMA ELETTRICO





 Il cuore di tutto il circuito e' un generatore di corrente costante formato intorno al classico regolatore LM317 in configurazione tipica.

La resistenza di caduta a cui e' connesso il terminale di regolazione deve presentare un preciso valore, calcolabile con la seguente formula:

R=1.2338 / I

A noi serve una corrente di 100 mA, percio' :

R= 1.2338 /0.1 = 12.338 Ohm

Essendo un valore non standard viene formata una rete serie parallelo di quattro resistenze: una da 8,2 Ohm in serie con una da 22 Ohm, accoppiate in parallelo con una serie identica.
Il valore complessivo e' percio' di
(8,2+22)/2= 15,10 Ohm

Per ottenere il valore richiesto dalla rete ci sarebbe da aggiungere in parallelo ancora una resistenza di 67,45 Ohm, valore ovviamente fuori standard, cosi' ho inserito in parallelo un trimmer da 100 Ohm insieme ad un resistore da 39K che serve per la taratura finale.

Ora l'integrato LM317 e' in grado di generare una corrente costante di 100 mA

I cavi per il collegamento della resistenza da misurare devono essere di adeguata sezione e terminati con morsetti di buona qualita', per evitare l'introduzione di indesiderate resistenze di contatto.

L'alimentazione e' fornita da un pacco di celle ricaricabili da 6V o simili.

Per la ricarica e' stato predisposto un connettore posteriore connesso direttamente al pacco.

All'uscita dello stabilizzatore LM7805 (da montare su dissipatore) e' collegato l'interruttore principale che attiva anche l'alimentazione e la retroilluminazione del millivoltmetro.

Lo strumento digitale a 3 cifre 1/2 e' disponibile con retroilluminazione di diversi colori, e' alimentato a 5V con un assorbimento di 13 mA, ha un fondoscala di 200mV.

Con opportune modifiche e' possibile usarlo anche come Amperometro (vedi data sheet).

Tutti i dettagli tecnici sono rilevabili dal datasheet che allego:






LA COSTRUZIONE


Essendo uno schema semplicissimo ho preferito assemblarlo direttamente nel contenitore.

Nelle foto allegate spiccano il pacco batterie (5 celle NiMh da 1.2V), l'interruttore di accensione e il pulsante di attivazione, nonche' il voltmetro digitale acquistato gia' pronto.

Questo e' stato incassato sul pannello superiore con una semplice incastro, previa foratura.

I due fili rosso e nero fuoriescono dal pannello anteriore della scatola mentre sul pannello posteriore e' installato un connettore per la ricarica delle celle.

I cavi sono terminati con due coccodrilli di buona qualita'.



Vista dell'interno, si notano le batterie e gli interruttori



Lo strumento in funzione



LA TARATURA


Prima dell'uso lo strumento deve essere tarato. Non disponendo di resistori campione possiamo procedere cosi':

  Ci servono delle resistenze campione di basso valore e poiche' non e' facile trovarle, la cosa migliore e' quella di mettere in parallelo 10 resistenze da 10 Ohm con la piu' bassa tolleranza, in questo modo l'eventuale tolleranza sara' compensata dall'intera rete.

Otteniamo cosi' una resistenza da 1 Ohm che sara' collegata ai morsetti.

Ora accendiamo lo strumento, premiamo il pulsante di misura e regoliamo il trimmer per ottenere una lettura di 100 mV.

Possiamo ripetere il test con altre reti di resistori in modo da verificare se la taratura e' corretta.


COME SI USA


L'impiego e' semplicissimo, data l'assenza di controlli basta accendere l'interruttore princiale, il display si illumina ed indica 0,00

Si collega il resistore da misurare ai morsetti e si preme il pulsante, il valore apparira' direttamente sul display, espresso in centesimi di Ohm, dunque se e' possibile conviene attivare il punto decimale del display.

Il pulsante di attivazione ha lo scopo di non mandare fondoscala il voltmetro in assenza di resistori, ma essendo autoprotetto non succede comunque nulla di pericoloso.

Dato l'assorbimento si consiglia di tenere sotto controllo la carica della batteria, che comunque e' monitorizzata dal voltmetro che indica il "LowBatt" quando la tensione di alimentazione scende a 4,5 V.

Il costo dello strumento e' decisamente ridotto, in fiera si possono trovare millivoltmetri digitali con retroilluminazione intorno agli 8 euro, mentre il rimanente materiale costa meno del contenitore che lo racchiude.





 

Il modulo millivoltmetro digitale a 3 cifre e 1/2