Adapter un inverseur à un module voltmètre DC

un inverseur à relais et un inverseur à LDR

On trouve des modules voltmètre à 3.5 € qui sont épatants : le module est précis au millivolt, tension maxi : +33 V, résistance d'entrée : 350 kohm.jpg, lisible, facile à connecter !  3 fils (noir : masse, jaune : alimentation de 3.5 V à 30 V, rouge : mesure de 0 à +33 V)

inverse01.jpg

Mais ce module a un gros défaut : si on envoie une tension négative, le module affiche 0.000.

Nous avons essayé (pour voir : la justification économique est discutable) de "réparer" ce problème dans le cas d'un voltmètre de table équipé de ce module et qui ne permet donc de ne mesurer que des tensions positives.

inverse02.jpg

.

Il s'agit de rajouter un montage qui s'intercale derrière les fiches de mesure et avant le module voltmètre.

Ce montage teste la tension (avec un hystérésis et un filtrage), compare et permute les bornes avec un relais et allume une Led jaune en face avant (qui représente le signe - du voltmètre).

Schéma proposé :
inverse03.jpg
- J1 et J2 sont reliés aux bornes rouge et bleu d'entrée du voltmètre
- Ils sont suivis par des résistances de 470 k
ohm.jpg (qui permettent d'isoler la mesure) et supportent des surcharges (pour mesurer une tension de 30 V par exemple)
- Elles sont suivies par des capacités de 220 nF qui évite à l'amplificateur opérationnel (et au relais) d'osciller à une fréquence trop élevée.
- J1 rentre dans un ampli op monté en suiveur (pour pouvoir réaliser l'hystéresis sans charger l'entrée)
- J2 filtré et J1 filtré et "suivi" sont comparés dans le 2e ampli op, une résistance de 220 k
ohm.jpg et une autre de 1 kohm.jpg définissent un hystérésis d'environ 50 mV.
- Le 2e ampli op commande un transistor qui commande un relais qui :
- Allume une led jaune sur la face avant du voltmètre
- Actionne le relais qui permute les entrées avant de les relier au voltmètre.

L'ensemble marche bien, si on ne branche rien, l'affichage est au zéro, et il n'est pas perturbé par l'inverseur.

La mesure de tension positive fonctionne normalement :
inverse04.jpg
.
Dès que la tension est négative, on entend un clic : le relais allume la led en face avant et l'afficheur indique la valeur souhaitée :
inverse05.jpg

Le montage est satisfaisant.

Nous avons envisagé un système plus rapide, avec un hystérésis plus faible : pour cela, nous utilisons une résistance variable isolée à très grande dynamique : une LDR éclairée par une Led.
Une LDR est totalement linéaire, peut encaisser une centaine de volts et sa résistance peut varier (à la louche) d'une centaine d'ohms à une centaine de Mohms ce qui fait une dynamique de 1 million : pas mal !
inverse07.jpg
.
On peut se bricoler la liaison de la Led et de la LDR soi-même ou utiliser une version du commerce comme la VTL5C9 qui contient la Led et la LDR dans un même boîtier abrité de la lumière :
inverse06.jpg

.
Nous n'avons pas testé ce système.
Le schéma est difficile à dessiner clairement mais il fonctionne comme le relais sauf que l'hystéresis a été diminué par 5 et le temps de filtrage par 10.

Essai d'une LDR 5 mm (sulfite de cadmium) posée contre une Led 5 mm "Warm White" :

Courant dans la LedRésistance LDR ohm.jpg
0~1000 M
0.1µA500 k
0.2µA450 k
0.5 µA208 k
1 µA102 k
2 µA55 k
5 µA20 k
10 µA11 k
20 µA6.2 k
50 µA2.8 k
100 µA1600
200 µA967
500 µA524
1 mA346
2 mA233
5 mA146
10 mA106
20 mA80
plein soleil36

La LDR, dans le noir complet, a été reliée en série à un voltmètre de résistance 11 Mohm.jpg et  à une pile de 9 V. Au bout de 10 mn, la tension aux bornes du voltmètre s'est établie à environ 0.12 V. Ce qui veut dire que la résistance de la LDR dans le noir complet est d'environ 1000 Mohm.jpg dans l'obscurité totale (ce qui fait une dynamique d'une trentaine de millions...)

Si on remplace la Led "Warm White" par une Led "White", étant donné que la longueur d'onde de la Led est plus éloignée de celle de la LDR, à courant égal, la résistance de LDR est à peu près deux fois plus grande...

La dynamique est très élevée. Dans la lumière très faible, (R > 100 kohm.jpg), les temps de réaction peuvent être très longs : quelques s.

Lors de l'inversion, il faudra attendre un peu avant d'avoir la précision maxi : si on injecte 1 mA, soit 346ohm.jpg, pour un précision de 0.1%, il faut donc au moins 346 k.

D'autre part, il faut environ 1 à 2 s pour atteindre 1 Mohm.jpg :  pour ne pas (trop) dégrader la résistance d'entrée du multimètre. (350 kohm.jpg)

Pour notre commutateur, il ne sert à rien de dépasser 1 mA.

Il faudra aussi que les LDR soient très bien protégées de la lumière...

La Led commence à exciter la LDR pour une tension de Led de 2.3 V.

Pour une tension de Led de 2.2 V, la résistance de LDR est supérieure à 10 Mohm.jpg : la Led est totalement éteinte.

Avec 2 Leds en série, cela fait donc 4.4 V ce qui est largement supérieur au déchet de la tension de sortie de l'ampli op TL072.

Avec notre montage, les LDR devraient passer de 234 ohm.jpg à plus de 10 Mohm.jpg.

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That's All, folks !

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01/04/2020