На современных автомобилях амперметр в качестве контрольного прибора применяется крайне редко. Это связано с трудностями, возникающими при подключении к приборуи змерительных проводов, так как токи, потребляемые элементами электропроводки, в настоящее время весьма значительны и могут достигать сотен ампер. В то же время амперметр – достаточно полезный прибор, позволяющий легко определить, заряжается ли АКБ или разряжается. На тех автомобилях, где на холостых оборотах двигателя токовый баланс отрицателен (т.е. АКБ разряжается) или близок к нулю, такая индикация оказывается весьма полезной. Во всяком случае, во время стоянки в вечерней пробке без нее можно и легко разрядить АКБ.

Автомобиль "Москвич-2141" оборудован вольтметром, который позволяет косвенно судить о степени зарядки аккумулятора. Однако применяемый на автомобиле "Москвич-2141" вольтметр не имеет оцифровки шкалы, что затрудняет его правильное использование. К тому же, он имеет значительную термозависимость своих показаний (весьма заметной – при высокой температуре его показания меньше) и, во-вторых, точка его подключения неудачна – из-за падения напряжения на контактах подводящей сети собственно напряжение НА АКБ узнать невозможно (как пример – значительные колебания стрелки вольтметра при работе указателей поворотов). Однако в любом случае оценить, идет ли заряд или разряд АКБ по вольтметру нельзя и по многим другим причинам, в частности из-за термозависимости самого зарядного напряжения - для традиционных 12-вольтовых свинцовых АКБ коэффициент зарядного напряжения примерно –40мв/град.

А ведь главное назначение прибора на панели приборов – дать возможность оценить работу и состояние связки генератор-батарея. И вольтметр дает ее далеко не полностью. Ставить же традиционный амперметр затруднительно главным образом из-за нежелания тащить лишние (и довольно длинные) незащищенные предохранителем провода, по которым будеть течь весь ток (за исключением стартерного), в том числе и ток тягового реле стартера при пуске (это 30-40а). Да и эстетика приборной  панели пострадает.

 Поэтому было решено при наличии вольтметра оборудовать автомобиль индикаторной лампочкой,  загорающейся при разряде АКБ, тем более, что такая лампочка на многих приборных панелях есть (вот только смысл ее показаний при традиционном подключении не вполне понятен). Для этого принято решение изготовить индикатор разряда аккумулятора.

 Расчет.

Оценить направление (и силу тоже) тока в/из АКБ можно по падению напряжения на каком-либо штатном проводе в проводке автомобиля, по которому течет интересующий нас ток. Провод, по которому течет весь ток в/из АКБ, – это провод, соединяющий минусовую клемму АКБ с корпусом авто. Оценим необходимую чувствительность измерительной схемы. Этот провод имеет сечение 16мм2. Примем его длину 0.5м. Тогда его сопротивление составит R = (удельное сопротивление меди)*(длина)/(сечение) = 0.0175*0.5/16 = 0.000546875 Ома или примерно 0.55 миллиома. Надо решить, какое минимальное изменение тока должно переводить лампочку из состояния «полностью выключено» в состояние «полностью включена». Мои соображения такие:

Ток саморазряда АКБ с учетом утечек по поверхности может легко достигать величины 10 мА.

Самая маленькая лампочка в приборке потребляет 100 мА.

Полностью заряженная АКБ при токе разряда 100 мА может работать примерно 500 часов.

Так что порогового тока в 100 мА достаточно. При таком токе падение напряжения на минусовом проводе АКБ составит 0.55 мОм *1 00мА = 55мкВ. Столь малая величина этого напряжения создает трудности при практической реализации схемы. Поэтому необходимо усилить это напряжение и управлять индикаторной контрольной лампой.

 Схема.

Схема предлагаемого устройства показана ниже:

По сути это дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления примерно 5500 и полосой пропускания 1/25 Гц. Столь узкая полоса обусловлена тем, что, как показали эксперименты, реальный измеряемый ток даже при  полностью выключенных всех потребителях (кроме системы зажигания, разумеется) и работающем на 3000 оборотах двигателе является переменным со значительной постоянной составляющей. А отрицателен он бывает, по-видимому, во-первых, из-за пульсирующей формы напряжения вырабатываемого генератором, и, во-вторых, из-за импульсного характера потребления тока системой зажигания. Подробно я с этими причинами не разбирался, но факт есть – при отключении конденсатора C1 (именно он задает столь низкую полосу пропускания усилителя, или, правильнее задает достаточно большое время усреднения входного наряжения) лампа моргает почти при любом режиме работы двигателя. Теперь о назначении деталей и возможных заменах. Труднее всего заменить операционник AD8628. Для работы в этой схеме критичны следующие параметры:

1. Самое важное – напряжение смещения и (!) его температурные дрейфы. Надо чтобы во всем температурном диапазоне это напряжение не выходило за расчетные 50 мкВ. Это пожалуй труднее всего обеспечить. Собственно говоря AD8628 был выбран в первую очередь именно по этому параметру.

2. Необходимо, чтобы входы усилителя нормально работали при напряжении на них, равным минусу источника питания.

3. Необходимо, чтобы выход усилителя мог дотягивать почти до минуса источника питания, иначе транзистор VT1 не закроется.

4. Входной ток усилителя не должен превышать 10наноампер, иначе погрешность от него будет сравнима с измеряемым напряжением. Это требование можно ослабить, уменьшив в несколько раз резисторы R2 и R3, но тогда может потребоваться увеличение емкости C1, а применять здесь электролитический конденсатор нежелательно.

5. Собственное усиление должно быть не менее чем в 10 раз выше требуемого, т.е. не менее 50тысяч, но сейчас это слабое ограничение.

Усиление задается отношением резисторов R3 / R2, при этом отношение резисторов R6 / R5 должно быть хотя бы примерно таким же – это обеспечит усиление разностной составляющей входного напряжения. Резистором R6 можно в небольших пределах подстроить точку срабатывания. У меня при его отсутствии (R6=бесконечность) лампочка загоралась при токе разряда примерно 300 мА.

Диод VD3 формирует виртуальный ноль выхода дифференциального усилителя. То есть при идеальных условиях (R3 / R2 = R6 / R5, все смещения 0 и т.п.)  выходное напряжение будет отсчитываться от правого по схеме вывода резистора R6. Хочется, чтобы напряжение на этом выводе равнялось начальному напряжению база-эмиттер транзистора VT1. Для этого и предназначен диод VD3, заодно выполняя роль какого-никакого термокомпенсирующего элемента напряжения база-эмиттер транзистора VT1. Заменяется легко на любой маломощный кремниевый диод, КД522 например.

Резистор R1 (мощность рассеяния 0.5 Вт), стабилитрон VD1, диод VD3, конденсаторы С2 и С3 образуют источник питания усилителя. Стабилитрон VD1 должен быть на напряжение не выше указанного, так как предельное напряжение питания AD8628 составляет 5.5в. Из отечественных подойдет КС139. Стабилитрон на 4.7в я бы не рекомендовал.

Диод VD2 – защита от обратных выбросов по питанию. Замена та же, что и для VD3 (КД522). Транзистор VT1 заменяется на КТ815, КТ817.

Часть схемы, обведенная пунктиром, смонтирована на печатной плате размером 12х48мм и закреплена прямо на земляном проводе, являющимся датчиком тока. На схеме он обозначен жирной синей линией. Сам провод был куплен в магазине, кажется под названием Положительный провод от ВАЗ2101, имеет длину около 75см. Общий вид смонтированной печатной платы показан ниже:

 Очень важная часть – монтаж.

Измерительный провод зачищается около клемм (сами клеммы отрывать не надо – они будут использоваться по прямому назначению), пропаивается насквозь и в этих местах к ним припаиваются провода, идущие к точкам ХР2, ХР4, ХР5. Пример монтажа измерительного провода показан ниже:

Провода, идущие к точкам ХР2 и ХР5 – это РАЗНЫЕ провода!!! Они должны соединяться ТОЛЬКО на отрицательной акуумуляторной клемме измерительного провода. Иначе измерительная схема будет видеть не только падение напряжения на измерительном проводе, но еще и на этом объединенном куске. А при сечении провода 0.5мм2, длине 30см и потребляемом токе 20мА (это при выключенной лампочке, при включенной 120мА) падение напряжения на этом куске составит 210мкВ – не годится. Никаких механических контактов, разъемных соединений и т.п. между измерительным проводом и точками ХР2, ХР4 и ХР5 не допускается – ТОЛЬКО ПАЙКА. На механических контактах получите неконтролируемое падение напряжения, вплоть до полной потери контакта при таких ничтожных токах и напряжениях в этой измерительной цепи.

Настройка.

Единственное, что можно понастраивать при правильно монтаже – подобрать резистор R6 для точной установки порога переключения схемы. Делать можно так – один источник (12в, 120мА) подключаем к точкам ХР1 и ХР5, лампочку(индикаторная из приборки, маленькая бесцокольная) к ХР1 и ХР3. Измерительный провод подключен к схеме, естественно. Если лампочка горит вполнакала – все! Если горит ярко - R6 надо увеличивать, не горит – уменьшать. Но лучше, если есть второй достаточно мощный источник (нужен ток около 1А) , то пропуская через измерительный провод ток(создавая этот ток например при помощи балластного резистора дабы не сжечь источник) известной величины (то есть нужен амперметр) и направления,  можно узнать получившийся порог переключения и решить – а надо ли его настраивать. Порог переключения схемы плавный, полностью лапочка переходит из горящего в негорящее состояние при изменении тока по измерительному проводу примерно на 50мА. Кроме того при такой настройке следует учесть инерционность самой схемы – при малом отличии тока от порогового переключение длится несколько секунд.

 Смонтированная и настроенная плата промыта спиртом и покрыта уретановым лаком для защиты от внешних воздействий, затем закреплена на измерительном проводе с помощью термоусадочной трубки. Фото готового изделия показано ниже: