Site Loader

Измерение индуктивности подручными средствами.: 0jihad0 — LiveJournal


Подавляющее большинство любительских измерителей индуктивности на контроллерах измеряет частоту генератора работающего на частотах около 100кГц, и хотя они якобы имеют разрешение 0.01мкГн, но на деле при индуктивностях 0.5 и ниже представляют из себя хороший генератор случайных чисел, а не прибор.У разработчика радиочастотных устройств есть три пути:

  1. обломаться

  2. купить промышленный измеритель импеданса и некоторое время поголодать

  3. сделать что-то более высокочастотное и широкополосное.


Наличие множества онлайн калькуляторов кардинально упрощают задачу, можно обойтись одним лишь генератором, подключаемым к частотомеру, не сильно потеряв в удобстве, зато выиграв в функционале.

Приставка может измерять индуктивности от 0,05мкГн. Выходное напряжение около 0.5В. Собственная индуктивность выводов 0,04мкГн. Диапазон выходных частот: хз…77МГц.

Широкополосный генератор выполнен по известной двухточечной схеме и мало чувствителен к добротности частотозадающего контура.


Для измерения наименьших индуктивностей емкость выбрана 82пф, вместе с входной ёмкостью расчётная(для калькулятора) получается около 100пф(круглые числа более удобны), а макс. частота генерации около 80МГц. С контура напряжение подаётся на повторитель vt2 а с него на эмиттер vt1, таким образом реализована ПОС. Применяемая иногда непосредственная связь затвора с контуром приводит к неустойчивой работе генератора на частотах 20-30Мгц, потому применён разделительный конденсатор с1. Полевой транзистор должен иметь начальный ток стока не менее 5мА, иначе транзистор нужно приоткрыть сопротивлением несколько сотен кОм с плюса на затвор. Лучше применить транзистор в высокой крутизной, это увеличит выходное напряжение снимаемое с истока. Хотя сам по себе генератор практически не чувствителен к типам транзисторов.

Для расчёта применяются онлайн калькуляторы
наиболее удобный
наиболее неудобный
гламурный, но с характером

Задающая ёмкость в приборе может быть любой, даже китайская глина. Лучше иметь эталонные катушки, а измеренную ёмкость уже подставлять в калькулятор, хотя на деле это и  не обязательно.

Фольга с обратной стороны используется в качестве экрана.
Выводы на катушку выполняются в виде гибких плоских поводков из оплётки длиной 2см. с крокодилами.


http://edisk.ukr.net/get/377203737/%D0%B8%D0%BD%D0%B4.lay6

Особенности использования.


Для питания лучше предусмотреть соответствующую клемму на частотомере.

Выводы на катушку должны быть максимально прямыми если измеряются сверхмалые индуктивности. От результата нужно отнять собственную индуктивность выводов 0.04мкГн. Минимально измеряемая индуктивность примерно такая же.

Для измерения индуктивностей до 100мкГн годится штатная ёмкость, выше лучше использовть дополнительные ёмкости от 1н, иначе будет погрешность от межвитковой ёмкости катушки.

Для измерения межвитковой ёмкости нужно измерить истинное значение индуктивности с С 10-100н, потом измеряется частота с штатной ёмкостью(100пф), вносится в калькулятор, далее считается суммарная емкость, от которой нужно отнять 100пф.
Пример. аксиальный дроссель 3.8 мГн, со штатной ёмкостью частота 228 кГц, суммарная ёмкость 128пф, межвитковая 28.
Таким же образом вычисляются ёмкости в контурах.

Для измерений дросселей на низкочастотных магнитопроводах НН они должны иметь достаточно большое количество витков, например на кольцах 2000НН не менее 20, иначе частота может быть выше рабочей для них(до 400кГц), и генерация будет в лучшем случае срываться, а в худшем импульсная, как в блокинг генераторе, с частотой в килогерцы. Для маловитковых нужна дополнительная ёмкость.

Для расчёта магнитной проницаемости удобен калькулятор, но можно и дедовским способом, даже оформление сайта аутентичное.


Приставка для измерения индуктивности и ее применение в практике радиолюбителя

Предлагаемая приставка к частотомеру для определения расчетным путем индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения для катушек на малогабаритных кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить  с достаточной для практики точностью начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа.

Для многих начинающих радиолюбителей изготовление и оценка индуктивности катушек, дросселей, трансформаторов становится «камнем преткновения». Промышленные измерители малодоступны, самодельные законченные конструкции, как правило, сложны в повторении и при их настройке необходимы промышленные приборы. Поэтому особой популярностью пользуются простые приставки к частотомеру или осциллографу.

Описания и схемы подобных устройств были опубликованы в периодической литературе [1, 2]. Они просты в повторении, удобны в применении. Но сведения в статьях в части заявленных погрешностей и пределов измерения нередко приводят к ошибочным выводам и искаженным результатам. Так в [1] указано, что приставка позволяет измерить индуктивность более 0,1 мкГн, а погрешность измерения зависит от подбора конденсатора, который в авторской конструкции имеет допустимое отклонение номинальной емкости не более ±1 %. И это при том, что на указанных на схеме транзисторах устойчивая генерация начинается с индуктивностью колебательного контура 0,15…0,2 мкГн (желающие легко могут проверить), а собственная индуктивность выводов от платы до разъема 30 мм оказывается равной  0,1…0,14 мкГн. В другой статье [2] указывается погрешность до 1,5 % от верхнего предела (кстати, обратите внимание, нижний предел 0,5 мкГн с погрешностью 0,9 мкГн ― и это верно, иными словами измерение таких величин носит оценочный характер) как для маленьких, так и больших значений индуктивности, без учета собственной емкости катушек. А такая емкость может достигать соизмеримой с контурной величины и вносить дополнительную погрешность до 10…20 %.

В этой статье сделана попытка в какой-то мере восполнить отмеченный пробел и показать методы оценки погрешности измерений и способы применения действительно простой и полезной конструкции в лаборатории каждого радиолюбителя.Вид собранной платы US5MSQ

Предлагаемая приставка к частотомеру предназначена для оценки и измерения с достаточной для практики точностью индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн. Она отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения индуктивности на  малогабаритных  кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа. Такую возможность оценят те, кому часто приходится заниматься ремонтом и настройкой аппаратуры при отсутствии схем и описаний.

Для  работы  с  приставкой  подходят  любые  самодельные  или промышленные  частотомеры,  позволяющие  измерять  частоту  до  3 МГц   с точностью  не  менее  3х  знаков.  Если  нет  частотомера,   подойдет   и осциллограф.   Точность  измерения  временных параметров   у  последних,  как правило,   порядка  7…10%, что и определит  погрешность измерения индуктивности.

В интервале значений индуктивности 0,2…0,5 мкГн погрешность измерения не превышает 50 %,  в зависимости от точности учета “паразитной” индуктивности приставки. Погрешность измерения в интервале 0,5…5 мкГн уменьшается до 5…20 % в связи с тем же ограничением. Индуктивность более 5 мкГн ― вплоть до 20 мГн возможно измерить с наименьшей погрешностью, не превышающей 2 %. В интервале значений 20…200 мГн погрешность не более 5 %, если собственная емкость собственная емкость катушки менее 1000 пФ. Для индуктивности более 0,2 Гн из-за влияния активного сопротивления катушки погрешность измерения может возрасти до 5…20 %, а выше 1 Гн ― даже  до 20…50 %. Ток, потребляемый приставкой при напряжении питания в интервале значений 5…15 В, не более 22 мА. Для определения собственной “паразитной” емкости катушки следует использовать  эталонный  конденсатор  по  методу,  описанному  ниже.

Принцип измерения индуктивности [2] основан на известном соотношении, связующим параметры элементов колебательного контура с частотой его резонанса (формула Томсона)

Формула Томсона_
Здесь и далее во всех формулах частота указана в мегагерцах, емкость ― в пикофарадах, индуктивность ― в микрогенри.

 

При емкости контура Ск = 25330 пФ, формула упрощается

Формула Томсона, где Т ― период в микросекундах.

В приставке (ее схема показана на рис. 1) используется генератор с эмиттерной связью в

Принципиальная схема приставки US5MSQдвухкаскадном усилителе, частота гармонических колебаний которого определяется емкостью конденсатора С1 и измеряемой индуктивностью Lx, подключаемой к пружинным зажимам Х1. Так как используется непосредственное соединение базы транзистора VT1 с коллектором VT2, то коэффициент петлевого усиления генератора высок, что обеспечивает устойчивую генерацию при изменении соотношения L/C в широком диапазоне. Коэффициент петлевого усиления пропорционален крутизне используемых транзисторов и может эффективно регулироваться  изменением тока эмиттеров, для чего используется  выпрямитель на диодах VD1, VD2 и управляющий транзистор VT3. Введение усилителя на транзисторе VT4 с КU= 8…9 позволило снизить амплитуду напряжения на контуре до уровня 80…90 мВ при выходной амплитуде 0,7 В. Эмиттерный повторитель обеспечивает работу на низкоомную нагрузку.

Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в интервале 5…15 В, при этом вариации уровня выходного напряжения не превышают 20 %, а уход частоты F= 168,5 кГц (с катушкой высокой добротности, намотанной на сердечнике 50ВЧ при индуктивности L= 35 мкГн) не более 40 Гц!

В конструкции можно использовать в позициях VT1, VT2 транзисторы КТ361Б, КТ361Г, КТ 3107 с любым буквенным индексом, хотя несколько лучшие результаты достигаются с КТ326Б, КТ363; в позиции VT3 ― кремниевые транзисторы структуры р-n-р, например, КТ209В, КТ361Б, КТ361Г, КТ3107 с любым буквенным индексом. Для буферного усилителя (VT4, VT5) пригодно большинство высокочастотных транзисторов. Параметр h31Э для транзистора VT4 ― более 150, для остальных не менее 50.

Диоды VD, VD2 ― любые высокочастотные кремниевые, например, серий КД503, КД509, КД521, КД522.

Резисторы ― МЛТ-0,125 или аналогичные. Конденсаторы, кроме С1, ― малогабаритные соответственно керамические и электролитические, допустим разброс 1,5…2 раза.

Конденсатор С1 емкостью 25330 пФ определяет точность измерения, поэтому ее значение желательно подобрать с отклонением не более ±1 % (можно составить из нескольких термостабильных конденсаторов, например 10000+10000+5100+ 220пФ из группы КСО, К31. Если нет возможности точно подобрать емкость, можно воспользоваться описанной ниже методикой.

В качестве разъема Х1 удобно использовать пружинящие зажимы для «акустических» кабелей. Разъем Х3 для соединения с частотомером ― СР–50-73Ф.

Детали монтируют на печатной плате (рис. 2) из односторонне фольгированного стеклотекстолита. Чертеж печатной платы US5MSQ

Чертёж печатной платы в формате lay разработки П.Семина можно скачать здесь

Допустимо использовать навесной монтаж. В качестве корпуса для приставки можно применить любой подходящий по размерам коробок  из любого материала. Разместить разъем Х1 необходимо так, чтобы обеспечить минимальную длину  соединяющих его с платой проводников. На фото, для примера, показан аккуратно выполненная конструкция от Павла Семина.Фото внешнего вида Фото внутреннего монтажа Вид сбоку

После проверки правильности монтажа следует подать питание напряжением 12 В, не подключая катушки к разъему Х1. Напряжение на эмиттере VT5 должно быть примерно равным половине питающего напряжения; если отклонение больше, потребуется подбор резистора R4. Ток потребления окажется близким к 20 мА. Присоедините  к  разъему  Х1  катушку  Lx  индуктивностью  в  пределах десятков―сотен микрогенри (точное значение некритично), а к разъему Х3 ― осциллограф или высокочастотный вольтметр. На выходе приставки должно быть переменное напряжение 0,45…0,5 В эфф (амплитудное значение 0,65…0,7 В). При необходимости его уровень можно установить в диапазоне 0,25…0,7 Вэфф подбором  резистора R8.

Теперь можно приступить к калибровке приставки, подключив ее к частотомеру.

Это можно сделать несколькими  методами.

Если  есть  возможность  измерить с точностью  не хуже 1 %  катушку  на незамкнутом магнитопроводе  с  индуктивностью  порядка   десятков-сотен  мкГ , то используя ее как образцовую, подберите емкость конденсаторов С1  так, чтобы показания  приставки совпали с требуемым значением.

Во втором случае понадобится один термостабильный эталонный конденсатор, емкость которого не менее 1000 пФ и известна с высокой точностью. В крайнем случае, если нет возможности точно измерить емкость, можно применить конденсаторы КСО, К31 с допуском ±2―5 %, смирившись с вероятным увеличением погрешности. Автор использовал конденсатор К31-17 с номинальной емкостью 5970 пФ ±0,5 %.   Сначала по частотомеру фиксируем частоту F1 для катушки Lx без дополнительного внешнего конденсатора. Затем присоединяем параллельно катушке эталонный конденсатор Cэт и фиксируем частоту F2. Теперь можем определить реальную входную емкость собранной приставки и индуктивность катушки Lx по формулам

ФормулыЧтобы можно было пользоваться приведенными в начале статьи упрощенными формулами, нужно подбором группы конденсаторов С1 установить емкость Свх равной 25330±250 пФ. После окончательной корректировки емкости конденсаторов С1 сделайте контрольный замер по приведенной выше методике, чтобы убедиться, что емкость Свх соответствует требуемой.Вручную делать многократные пересчеты долго, поэтому автор пользуется удачной программой расчетов MIX10, разработанной А. Беспальчиком.

После этого приставка готова к работе. Попробуем оценить ее возможности; для этого проведем несколько опытов.

  1. При измерении малых значений индуктивности большую погрешность вносит собственная индуктивность приставки, состоящая из индуктивности проводников, соединяющих разъем Х1 с платой, и индуктивности монтажа. Попробуем ее измерить. Сначала замкнем контакты разъема Х1 прямым коротким проводником. Скрученные провода, идущие к разъему Х1 длиной 30 мм, и перемычка длиной 30 мм образуют один виток катушки. Если в генераторе транзисторы КТ326Б, колебания возникают только при ударном возбуждении контура путем периодичного включения питания; при этом частота F1 = 2,675…2,73 МГц, что соответствует индуктивности 0,14 мкГн (с транзисторами КТ3107Б генерация совсем не возникает). Теперь сделаем из провода диаметром 0,5 мм кольцо диаметром 3 с расчетной индуктивностью [3] около 0,08 мкГн и подключим к Х1. Для генератора на транзисторах КТ326Б частотомер показал значение 2,310 МГц, что соответствует индуктивности 0,19 мкГн. Вариант на транзисторах КТ3107Б генерировал только при ударном возбуждении контура. Таким образом, собственная индуктивность приставки оказалась в пределах 0,1…0,14 мкГн.

Выводы: высокая точность измерений обеспечивается для индуктивности более 5 мкГн. При значениях в интервале 0,5… 5 мкГн надо учитывать собственную индуктивность 0,1…0,14 мкГн. При  индуктивности менее 0,5 мкГн измерения носят оценочный характер. Уверенно регистрируемая минимальное значение индуктивности 0,2 мкГн.

  1. Измерение неизвестной индуктивности. Допустим, для нее частота F1= 0,16803 МГц, что по упрощенной формуле расчета индуктивности дает 35,42 мкГн.

При проверке с эталонным конденсатором частота F2 = 0.15129 МГц соответствует индуктивности 35,09 мкГн. Погрешность ― менее 1 %.

  1. Используя измеренную индуктивность в качестве образцовой, можно оценить входную емкость генератора. Емкость контура состоит из емкости группы конденсаторов С1 и емкости Сген, состоящей из суммы емкости монтажа и емкости, вносимой транзисторами VT1, VT2, т. е. Свх= С1+Сген.

Чтобы определить величину Сген, отключаем конденсаторы С1 и измеряем с используемой индуктивностью частоту F3. Теперь Сген можно рассчитать по формулеФормула 3

В авторском варианте приставки с транзисторами КТ3107Б емкость Сген равна 85 пФ, а с транзисторами КТ326Б ― З9 пФ. По сравнению с требуемым значением 25330 пФ это меньше 0,4 %, что позволяет применять практически любые высокочастотные транзисторы без заметного влияния на точность измерения..

  1. Благодаря большой собственной емкости приставки, при измерении индуктивности до 0,1 Гн погрешность, вносимая собственной емкостью катушек, несущественна. Так при измерении индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора от транзисторных приемников получилось значение L = 105,6 мГн. При дополнении колебательного контура эталонным конденсатором 5970 пФ получилось другое значение ― L=102 мГн, а собственная емкость обмотки Стр= Сизм– С1 = 25822 – 25330 = 392 пФ.
  2. Амплитуда на измерительном колебательном контуре величиной 70…80 мВ оказывается меньше порога открывания кремниевых p-n переходов, что позволяет во многих случаях измерять индуктивность катушек и трансформаторов прямо в схеме (естественно, обесточенной). Благодаря большой собственной емкости приставки (25330 пФ), если емкость в измеряемой цепи не более 1200 пФ, погрешность измерения не превысит 5 %.

Так при измерении индуктивности катушки контура ПЧ (емкость контура не более 1000 пФ) непосредственно на плате транзисторного приемника получено значение 92,1 мкГн. При измерении индуктивности катушки, выпаянной из платы, расчетное значение оказалось меньше ― 88,7мкГн (погрешность менее 4 %).

Для подключения к катушкам индуктивности, размещенных на платах, автор использует щупы с соединительными проводами длиной 30 см, скрученных с шагом одна скрутка на сантиметр. Ими вносится дополнительная индуктивность 0,5…0,6 мкГн ― это важно знать при измерении малых величин,  для оценки ее достаточно замкнуть щупы  между  собой.

В заключение еще несколько полезных советов.

Определить магнитную проницаемость кольцевого магнитопровода без маркировки можно по следующей методике. Намотать 10 витков провода, равномерно распределив его по кольцу, и измерить индуктивность обмотки, а полученное значение индуктивности подставить в формулу:Формула 4

В практических расчетах удобно пользоваться упрощенной формулой для расчета числа витков на кольцевых магнитопроводах [4]Формула 5

Значения коэффициента k для ряда широкораспространенных кольцевых магнитопроводов по данным В. Т. Полякова приведены в табл. 1.

Таблица 1

ТипоразмерК18х8х4К18х8х4К18х8х4К18х8х4К18х8х4К18х8х4
Магнитная проницаемость30002000100020001000400
k212637314470

 

Для широко распространенных броневых магнитопроводов из карбонильного железа [5] индуктивность удобнее рассчитывать в микрогенри, поэтому введем коэффициент m, и формула соответственно изменится: Формула 6

Некоторые значения для распространенных броневых магнитопроводов приведены в табл. 2.

СердечникСБ-9аСБ-12аСБ-23-17аСБ23-11а
m7.16.74.54.0

Составить подобную таблицу для имеющихся у вас кольцевых и броневых магнитопроводов, воспользовавшись предлагаемой приставкой, не составит большого труда.

ЛИТЕРАТУРА

1.Гайдук П. Частотомер измеряет индуктивность. ― Радиолюбитель, 1996, № 6, с. 30.

  1. L-метр с линейной шкалой. ― Радио, 1984, № 5, с. 58, 61.
  2. Поляков В. Катушки индуктивности. ― Радио, 2003, № 1, с. 53.
  3. Поляков В. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. ― М.: Патриот, 1990, с. 137, 138.
  4. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя. /Терещук Р. М. и др./ ― Киев: Наукова думка, 1987, с. 104.

 С.Беленецкий, US5MSQ                  Луганск   Украина                 Радио, 2005, №5, с.26-28

Обсудить статью, высказать свое мнение и предложения можно на форуме

Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа. » Хабстаб

Сегодня на рынке продается множество приборов, измеряющих емкость и индуктивность, только стоят они в несколько раз дороже китайского мультиметра. Тот кому каждый день необходимо производить замеры емкости или индуктивности непременно купит себе такой, а что делать если такая необходимость возникает крайне редко? В таком случае можно применить описанный ниже метод.
Известно, что если на интегрирующую RC цепочку подать прямоугольный импульс, то форма импульса изменится и будет такой как на картинке.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Время, за которое напряжение на конденсаторе достигнет 63% от подаваемого, называется тау. Формула по которой считается тау изображена на рисунке.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
В таком случае говорят, что интегрирующая цепочка сгладила фронты прямоугольного импульса.
Так же известно, что если на параллельный LC контур подать прямоугольный импульс, в контуре возникнут затухающие колебания, частота, которых равна резонансной частоте контура. Резонансная частота контура находится по формуле Томсона, из которой можно выразить индуктивность.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Подключается контур через конденсатор малой емкости, чем меньше тем лучше, который ограничивает ток, поступающий в контур. Давайте рассмотрим, как конденсатор малой емкости ограничивает ток.
Для того, чтобы конденсатор зарядился до номинального напряжения ему надо передать определенный заряд. Чем меньше емкость конденсатора, тем меньший заряд ему необходим, чтобы напряжение на обкладках достигло напряжения импульса. Когда мы подаем импульс, конденсатор, малой емкости, очень быстро заряжается и напряжение на обкладках конденсатора становится равно напряжению импульса. Так как напряжение конденсатора и импульса равны, нет разности потенциалов, следовательно ток не течет. При чем ток может перестать течь через конденсатор спустя некоторое время от начала импульса, а оставшуюся часть времени импульса энергия к контуру подводится не будет.
Для проведения эксперимента нам потребуется генератор импульсов прямоугольной формы с частотой 5-6KHz.
Можно собрать его по схеме на рисунке ниже или воспользоваться генератором сигналов, я делал обоими способами.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Теперь, вспомнив, как ведет себя при подаче прямоугольного импульса интегрирующая RC цепочка и параллельный LC контур, соберем простую схему изображенную на картинке.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Сначала измерим емкость конденсатора, место его подключения на схеме обозначено С?. Резистора 1K под рукой не нашлось, поэтому я использовал 100 Ohm и вместо конденсатора 10pF использовал конденсатор 22pF. В принципе номинал резистора можно выбрать любой, но не ниже 50 Ohm, иначе сильно просядет напряжение генератора.
В данном эксперименте я буду использовать генератор сигналов, выходное сопротивление которого равно 50 Ohm. Включим генератор и установим амплитуду 4V, если собирать генератор по схеме то регулировать амплитуду можно, изменяя напряжение питания.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Подключим щупы осциллографа параллельно конденсатору. На осциллографе должна появиться следующая картинка.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Немного увеличим её.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Измерим время, за которое напряжение на конденсаторе достигает 63% от напряжения импульса или 2,52V.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Оно равно 14,8uS. Так как сопротивление генератора включено последовательно с нашей цепочкой его необходимо учесть, в итоге активное сопротивление равно 150 Ohm. Разделим значение тау(14,8 uS) на сопротивления(150 Om) и найдем емкость, она равна 98,7 nF . На конденсаторе написано, что емкость равна 100nF.

Теперь измерим индуктивность. На схеме место подключения катушки индуктивности обозначено L?. Подключаем катушку, включаем генератор и подключаем щуп осциллографа параллельно контуру. На осциллографе увидим такую картинку.

Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Увеличиваем развертку.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Видим, что период колебаний равен 260KHz.
Ёмкость щупа равна 100pF и в данном случае её необходимо учесть потому, что она составляет 10% от емкости контура. Суммарная емкость контура равна 1,1nF. Теперь подставим в форму для нахождения индуктивности, емкость конденсатора(1,1nF) и частоту колебаний(260KHz). Для таких вычислений я пользуюсь программой Coil32.
Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа.
Получилось 340,6uH, судя по маркировке индуктивность равна 347uH и это отличный результат. Этот способ позволяет измерять индуктивность с погрешность до 10% .
Теперь мы знаем как измерить емкость конденсатора и индуктивность катушки, используя осциллограф.

ПРИСТАВКА К ЧАСТОТОМЕРУ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНДУКТИВНОСТИ

Первое пришествие данного измерительного генератора в сферу моего радиолюбительского интереса состоялось под названием «Генератор для катушек». Было необходимо в процессе изготовления настроить поисковую катушку металлодетектора «Tesoro Eldorado» вот модератор с сайта по изготовлению МД и предложил форуму панацею в его «лице», не дав, правда, подробного руководства по сборке, но заверив в повторяемости схемы.

Принципиальная схема

Приставка к частотомеру - измеритель индуктивности, схема

Скачать для увеличения

Для производства замеров подключаться данный генератор должен был к частотомеру. Сложной схему не назовёт даже начинающий любитель электроники, поэтому все дружно приступили к сборке, но тогда собрать удалось единицам причём из числа продвинутых. Меняли транзисторы, номиналы резисторов и конденсаторов, но всё как-то без результата. Повторяться схема не желала. Предложивший схему упирал на то, что повторяющими не достаточно точно подбирается номинал электронных компонентов.

Приставка к частотомеру - измеритель индуктивности

Когда появился вариант печатной платы частично на СМД компонентах, которые как известно не сложно приобрести и с 1% допуском по точности номинала — не устоял перед искушением. Собранная схема сразу не заработала, а вот когда начал менять транзисторы беря в расчёт коэффициент усиления в сторону увеличения, ставить неполярные конденсаторы из числа термостабильных, да посоветовали на выходе подстроечник 1 кОм для регулировки уровня выходного переменного напряжения, что-то сдвинулось с мёртвой точки, но окончательного положительного результата не получил. Сила выходного сигнала была мала, виртуальный частотомер компьютера выдавал не стабильные показания. На том тогда всё и закончилось.

Приставка к частотомеру - измеритель индуктивности, схема 2

А не так давно увидел знакомую схему в несколько иной интерпретации, с подробнейшим описанием сборки и настройки, под названием «Приставка для измерения индуктивности». Сразу стало понятно, что её предыдущий вариант это неудачная кастрация схемы. Необходимость замера индуктивности поисковой катушки для собранного металлодетектора К-158 (вариант всем известного «Пирата») врасплох не застала.

Приставка к частотомеру - измеритель индуктивности, схема 2

Учитывая предыдущий опыт, сразу доработал предложенную печатную плату под свои электронные компоненты, по сути же, схема осталась неизменной. Постоянный резистор R8 номиналом 270 Ом заменил на подстроечный 5 кОм (для установления нужной величины выходного переменного напряжения в интервале от 0 до более чем 5 вольт), резистор R9 и конденсатор С7 установил как в схеме, а не как на предложенной печатной плате.

Приставка к частотомеру - измеритель индуктивности, схема 2

В целом сборка данного варианта хлопот не доставила, ибо основные рекомендации сборки и настройки были теперь известны: 

  • транзисторы VT 1 и 2 исключительно КТ326Б, VT3 лучше КТ3107Г с коэффициентом усиления более 50, а VT4 нужен КТ3102В с к/усиления исключительно более 150, VT5 также КТ3102В с к/усиления более 50
  • конденсатор С1 набирается из трёх (меньше не получится) общей ёмкостью строго 25330 пикофарад. Допуск отклонения желателен менее 0,5%, от этого зависит точность измеряемой индуктивности. Все конденсаторы должны быть с хорошим ТКЕ (термостабильные – то есть их ёмкость должна как можно меньше зависеть от изменения температуры их корпуса)
  • после подачи напряжения 12 В, не подключая катушки к разъему Х1 замерить напряжение на эмиттере VT5 которое должно быть равным половине питающего, если отклонение большое, подобрать резистора R4. Ток потребления будет в пределах к 20 мА — на выходе должно быть переменное напряжение необходимое для производства измерения имеющимся частотомером, например для китайского частотомера-конструктора оно составляет 2 вольта (или чуть более). Его уровень устанавливается подстроечным резистором R8.

Приставка к частотомеру - измеритель индуктивности, схема 2

Подключение катушки производится как можно ближе к виткам намотки, (минуя соединительный кабель), соединительные провода приставки не более 30 мм. Показатель частотомера в килогерцах. Величина на фото проходная, в результате всех манипуляций с катушкой (отмотки – домотки) она была получена в размере 71,626 Гц.

Приставка к частотомеру - измеритель индуктивности, схема 2

Результат замера обрабатывается в программке (программа в архиве, лист №10) – данные заносятся в разделе «Основной расчёт» в графе «Исходные данные», далее щелчок курсором вне основных полей программы и получаем результат – индуктивность составляет 195 мкГн. Первый расчёт нужно начать с заполнения раздела «Вспомогательный расчёт», для этого потребуется подключение параллельно поисковой катушке конденсатора ёмкостью более 1000 пФ (лучше 4500 пФ) фактический номинал которого известен с абсолютной точностью. 

Приставка к частотомеру - измеритель индуктивности, схема 2

Универсальный LC генератор — схема

Собранной приставкой остался доволен, когда разберешься во всех, кажущихся на первый взгляд, хитросплетениях  всё просто. Однако уже захотелось иметь более мобильный вариант измерителя индуктивности, без всяких там вычислений. Заказал на AliExpress электронный конструктор – прибор с функцией измерения индуктивности (да и много чего вообще и всего-то за 600р). Ну а пока он до меня добирается, решил посмотреть в интернете приставку для мультиметра. И вот самым неожиданным образом нашёл схему под названием «Универсальный LC генератор», которая как выяснилась, была предшественницей предыдущих схем. Рекомендуемое напряжение питания к этой схеме указано 5 вольт, во время съёмки видеодемонстрации работы приставки попробовал запитать этим напряжением уже собранную но, к сожалению, не получилось, не помог даже подстроечный резистор регулировки (возможно его номинал необходим более 5 вольт), однако от напряжения в 10 вольт устройство работало нормально. 

Видео

Кому интересно – вся подборка материалов по всем трём схемам в архиве. Автор Babay iz Barnaula

   Форум по измерительным приборам

   Обсудить статью ПРИСТАВКА К ЧАСТОТОМЕРУ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНДУКТИВНОСТИ


Измерение электрического сопротивления, емкости, индуктивности с помощью обычного ПK

В левых верхних окнах пользователем задаются значения генерируемых для измерения частот и сопротивление установленного дополнительного резистора R serial. Эти параметры могут быть разными для различных режимов и величин измерений, что будет уточнено ниже. В левых нижних окнах выводятся числовые значения для измеряемых величин: сопротивление (Ом), емкость (микрофарад), индуктивность (миллигенри). Теоретически каждый электрический элемент может обладать заметными величинами одновременно сопротивления, емкости и индуктивности, что и будет отображаться во всех трех окнах программы. Однако действительным будет только то значение, которое соответствует роду измеряемой величины.

Значения частот Multi Meter могут лежать в интервале 50…1000 Гц. При измерении сопротивления обычного резистора подбор частоты не так важен. Обе частоты применяются в режиме «Measure 2nd mtd», при этом разница между ними (левом/правом окне), согласно рекомендациям разработчика, не должна быть меньше 10% и больше 200%. Хотя последнее условие и не является обязательным. Сопротивление резистора R serial может находиться в пределах 20…1000 Ом (чаще 20…100 Ом), в зависимости от режима и диапазона измерений. Величина сопротивления R serial должна указываться в окне программы с большой точностью. Как показывает практика, при погрешности указанного значения от действительного сопротивления более чем на 1% резко возрастет конечная погрешность измерений Multi Meter. Надо учитывать, что маркировка резисторов обычно наносится с погрешностью 5; 10%, поэтому реальные сопротивления для набора резисторов R serial нужно определить с помощью другого точного прибора или использовать высокоточные детали.

Автор программы дает следующие рекомендации по подбору сопротивления R serial и частот сигнала (Yamaha 724) для Multi Meter v.0.03:

  • При измерении емкости конденсаторов номиналом 0,22мкф и выше рекомендуется R serial 20 Ом и частоты 100/1000 Гц. Для измерения конденсаторов меньших номиналов рекомендуется увеличивать частоты и сопротивление R serial, но не более чем 1000 Ом.

  • Для измерения резисторов номиналом от 1 Ом до 10 кОм рекомендуется R serial 20 Ом, частоты не оговариваются. Насчет измерения индуктивности никаких рекомендаций нет.

  • Уровень сигнала на линейном входе и выходе в микшере Windows рекомендуется поставить на середину, но не выше 3/4. Хотя может оказаться, что эти уровни нуждаются в более скрупулезной настройке.

Я со своей стороны провел всесторонние практические испытания Multi Meter 0.03, перемерив огромное количество радиоэлементов. На основе собственного опыта были определены оптимальные значения R serial и наборы частот для тех или иных режимов и диапазонов. Так же на практике были установлены возможности Multi Meter в связке с саундкартой Yamaha 724 производства Genius. Определялись диапазоны значений, в которых программа еще могла нормально работать, а так же погрешности измерений. При этом для соединения использовались не экранированные провода длиной около 80 см с зажимами типа «крокодил» на концах. Уровни микшера Line-Out, Line-In были выставлены на 50%.

Начнем с резисторов. Измерения проводились в режиме «Measure 1st mtd». Частоты 300/500, хотя в данном случае их значения не имеют большого значения. Измерение резисторов проводились при различных сопротивлениях R serial: 20…500 Ом. При установке R serial 20 Ом оптимальный интервал для измерения сопротивлений соответствовал 1…20000 Ом. В этом диапазоне максимальная погрешность была не хуже 5%. Данные сверялись с показаниями аппаратного цифрового мультиметра. Этот результат можно считать хорошим, учитывая, что резисторы для ширпотреба маркируются с 5% и 10% точностью. Увеличить верхний предел измерений удается увеличением R serial. При значении R serial 100 Ом верхний предел можно поднять уже до 150 кОм. Еще выше поднять верхний предел – до 500 кОм удается с помощью R serial 300 Ом. Хотя в последнем случае уже начинает расти погрешность низкоомных резисторов, этот режим рекомендуется применять для резисторов номиналом не ниже 200 Ом. Дальнейшее увеличение сопротивления R serial уже ник чему не приводило.

Емкость конденсаторов с помощью Multi Meter удавалось измерять в диапазоне от 1 нф до 1000 мкф независимо от типа. Режим программы – «Measure 2nd mtd». Для диапазона от 10 нф и выше рекомендуется использовать R serial 20 Ом и частоты 100/1000. К сожалению я не располагал каким либо другим точным прибором для измерения емкости, по которому можно было бы сверять результаты для определения погрешности измерений Multi Meter’ом. По моему субъективному заключению погрешность измерения емкости в этом режиме не хуже 5…6%. Для конденсаторов меньшей емкости лучше использовать R serial 100 Ом и частоты 500/1000: погрешность здесь в интервале 1…10 нф – около 10%; а от 10 нф до 200 мкф – те же 5…6%; для более высоких номиналов этот режим не рекомендуется. Таким образом Multi Meter охватывает большую часть диапазона наиболее часто используемых конденсаторов, причем, с хорошей точностью измерений, учитывая, что обычные конденсаторы маркируются с 10% и 20% точностью, а электролиты чаще с 20%. В случае конденсаторов с емкостью более 1000 мкф, начиная с 2000 мкф, у меня программа давала завышенные показания примерно на 20…25%. Так же показания Multi Meter плохо согласуются с параллельными соединениями конденсаторов.

Индуктивность дросселей мне удавалось довольно точно измерять в диапазоне от 4 мкГн до 120мГн (выше просто не было чего измерять). Опять же не было точного прибора, с помощью которого можно было бы сравнивать показания. Для тех трех десятков дросселей, что были у меня, я думаю, максимальная погрешность была не хуже 5%. При этом был установлен R serial 20 Ом и частоты 700/1000. При индуктивности ниже 4 мкГн Multi Meter давал сначала заниженные показания, а потом и вовсе нули. Нижний предел можно еще попробовать опустить где-то до 2 мкГн, установив частоты 900/1000, однако здесь падает общая стабильность.

Недостатком Multi Meter является зависимость результатов измерений от уровней Line-Out, Line-In сигнала. Сказываются слишком завышенные или заниженные уровни. Надо учитывать, что у разных звуковых карт уровни могут существенно отличаться. Предусмотренная в программе калибровка по короткозамкнутой и разомкнутой измерительной цепи в этом случае ничего не дает. Поэтому калибровать Multi Meter приходится вручную, выставляя в микшере уровни Line-Out, Line-In, сверяясь по известным номиналам измеряемых элементов. В моем случае, практика показала, что, выставив уровни сигнала входа/выхода по резисторам, программа давала действительные результаты и в случае емкостей и индуктивности. Все полученные результаты относятся к системе со звуковой картой на чипе Yamaha 724 производства Genius, под Windows 98SE на довольно мощной машине. Я не могу обещать, что на других платах, ввиду индивидуальных особенностей их схемных решений, результаты в точности повторятся. Наверное, придется поэкспериментировать и подобрать другие параметры уровней Line-Out, Line-In, возможно, частот и сопротивлений R serial.

Выводы. Программа Multi Meter может стать чрезвычайно полезным приобретением для радиолюбителей и людей связанных с радиоэлектроникой. Мои первые сомнения о том, можно ли с помощью обычной звуковой карты ПК добиться высокой точности измерений, постепенно рассеялись во время многочисленных экспериментов. Оригинальный подход Multi Meter вполне оправдывает себя. Нужно только знать в каких граничных диапазонах измерений реально может работать та или иная звуковая карта. Конечно, точность Multi Meter не прецизионная, но достаточно хорошая – это, еще смотря, с чем сравнивать. Если для сопротивления резисторов можно купить достаточно точный цифровой прибор (порядка 10$), то с емкостью и индуктивностью не так все просто. Такие приборы либо очень дороги, либо дают диапазон и погрешность еще хуже программы Multi Meter и тоже стоят денег. Так обстоят дела с дешевыми стрелочными тестерами, у которых имеются шкалы для L и C. Кроме того, последние берут сигнал переменного тока с розетки 220 В, что небезопасно для человека и самого прибора. Я остался очень доволен тем результатом, который был получен. Стоит отдать должное автору Multi Meter за оригинальность подхода.

Как измерить ёмкость и индуктивность с помощью генератора и осциллографа + online-калькулятор

Для многих любителей электроники актуальной является задача измерения емкостей конденсаторов и индуктивностей дросселей, поскольку, в отличие от резисторов, эти компоненты нередко бывают не промаркированы (особенно SMD). Между тем, имея генератор синусоидальных колебаний и осциллограф (приборы, которые должны быть в любой радиолюбительской лаборатории), эта задача довольно просто решается. Всё, что для этого нужно — это вспомнить начальный курс электротехники.

Рассмотрим простейшую схему — последовательно соединённые резистор и конденсатор. Пусть эта схема подключена к источнику синусоидальных колебаний. Запишем уравнения для напряжений на элементах нашей схемы в операторной форме: UR = I * R, UC = -j * I / ωC. Из этих уравнений очевидно, что амплитудные значения напряжений будут относится следующим образом: UR / UC = R * ωC (конечно, напряжения будут сдвинуты по фазе, но нас это в данном случае не волнует, нас волнуют
только амплитуды).

Думаю, что многие уже догадались к чему я клоню. Да-да, из последнего уравнения довольно просто вычисляется ёмкость:

C = UR/UC * 1/ωR или, с учетом того, что ω= 2πf, получим C = UR/UC * 1/2πfR ; (1)

Итак, алгоритм простой: подключаем последовательно с измеряемой ёмкостью резистор, подключаем к этой схеме генератор синусоидальных колебаний и осциллографом измеряем амплитуды напряжений на нашем конденсаторе и резисторе. Изменяя частоту, добиваемся, чтобы амплитуда напряжений на обоих элементах была примерно одинаковой (так измерение получится точнее). Далее, подставляя измеренные значения амплитуд в формулу (1), находим искомую ёмкость конденсатора.

Аналогично можно вывести формулу для подсчета индуктивности:

L = UL/UR * R/ω или, с учётом того, что ω= 2πf, получим L = UL/UR * R/2πf ; (2)

Таким образом, имея генератор синусоидальных колебаний и осциллограф, с помощью формул (1) и (2) оказывается довольно просто вычислить неизвестную ёмкость или индуктивность (благо резисторы практически всегда имеют маркировку).

Алгоритм действий следующий:

1) Собираем схему из последовательно соединённых резистора известного номинала и исследуемой ёмкости (индуктивности).

2) Подключаем эту схему к генератору синусоидальных колебаний и изменением частоты добиваемся того, чтобы амплитуды напряжений на обоих элементах схемы были примерно одинаковы.

3) По формуле (1) или (2) вычисляем номинал исследуемой ёмкости или индуктивности.

Несмотря на то, что наши элементы не идеальные, есть допуск на номинал резистора и всегда есть некоторые погрешности измерений, результат получается довольно точным (по крайней мере можно без труда идентифицировать ёмкость в стандартном ряду). Пусть у меня при измерении ёмкости получилась величина 1,036 нФ. Очевидно, что на исследуемом конденсаторе должна была быть нанесена маркировка 1 нФ.

Для того, чтобы вам легче было сориентироваться с номиналами резисторов, приведу некоторые примеры:

— для ёмкости 15 пФ в схеме с резистором 200 кОм амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 53 кГц;

— для ёмкости 1 нФ в схеме с резистором 10 кОм амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 15,9 кГц;

— для ёмкости 0,1 мкФ в схеме с резистором 680 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 2,34 кГц;

— для индуктивности 3 мкГн в схеме с резистором 120 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 6,3 МГц;

— для индуктивности 100 мкГн в схеме с резистором 120 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 190 кГц.

Таким образом, диапазон измеряемых емкостей и индуктивностей зависит только от диапазона частот, с которыми могут работать ваши генератор и осциллограф.

На основе этого метода можно изготовить прибор для автоматического измерения емкостей и индуктивностей.

Online-калькулятор для расчёта емкостей и индуктивностей:

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Расчёт емкостей:

2) Расчёт индуктивностей:

Прибор для измерения R,L,C и ESR. hxRLCMeter

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >

Прибор для измерения R,L,C и ESR. hxRLCMeter

Содержание

 Статья описывает любительский измерительный прибор на ATMega8. Некоторые схемные решения взяты из аналогичных разработок, прошивка написана с нуля.
Содержит подробное описание принципов измерения различных величин с помощью микроконтроллера. Печатная плата и прошивка прилагаются.

 Видео работы прибора:

 

Описание прибора

Прибор предназначен для измерения ёмкости, индуктивности, сопротивления, а также ESR электролитических конденсаторов.

ESR можно измерять в схеме.

Прибор имеет любительское предназначение и не претендует на высокую точность измерений. В любительской практике, в основном, требуется знать примерное значение параметра, чтобы собрать схему. Точность измерений в таблице ниже приведена примерно на основании измерения известных компонентов, разброс параметров которых обычно составляет до 10%.

Таблица. Диапазоны измерений и точность

Параметр

Диапазон измерений

Точность

Активное сопротивление

1Ом – 2МОм

не хуже 10% в диапазоне до 400К, не хуже 20% в диапазоне 400К-2МОм

Ёмкость

1пФ – 3мкФ

не хуже 10%

Индуктивность

1мкГ – 100мГ

не хуже 10%

ESR

0.01Ом – 10Ом

не хуже 20%

Приложив дополнительные усилия, точность измерения можно повысить на порядок, даже не изменяя схемы.  Я не стал продолжать разработку т.к. прибор полностью удовлетворяет меня в текущем виде. Кроме того, у меня нет точных приборов для калибровки.

На передней панели прибора находятся LCD-индикатор ( 8 знаков ), гнездо для измерения R,L,C, гнездо для измерения ESR, и кнопка установки нуля. На боковой панели находятся кнопки переключения режима и включения питания. В качестве альтернативы можно измерять ESR в схеме щупами, выведенными на верхнюю панель.

В качестве корпуса взят корпус от роутера DLink DI-524.


Принцип работы

Измерение активного сопротивления

Для измерения активного сопротивления элемента, он включается последовательно с известными сопротивлениями. Всего в схеме 4 известных сопротивления (R22-R25) для разных диапазонов, которые по очереди подключаются микроконтроллером.

Последовательно с измеряемым резистором из-за особенностей схемы включен резистор R21 (100 Ом) для исключения короткого замыкания при переключении выключателей SW1-SW4.

В качестве ключей используются транзисторы 2N7002, выпаянные из материнской платы.

На цепочку ( R21 + Rx + Rcal ) по очереди подаётся отфильтрованное напряжение питания (Uavcc, 5V) и измеряется падение напряжения ( Usence ) на резисторах Rcal( R22 — R25 ).

Rx = Rcal * Uavcc / Usence – Rcal – R21

Сопротивления сток-исток открытых и закрытых транзисторов игнорируются.

Из всех измерений выбирается то, которое даёт наилучшую точность. Для этого прибор упрощённо вычисляет производную указанной функции. Учитывая, что разрядноть АЦП составляет 1024 единицы, достаточно вычислить изменение Rx при увеличении Usence на Uavcc/1024. Значение с наименьшим изменением принимается как самое точное.

Измерение ёмкости

Измерение ёмкости основано на измерении частоты колебаний LC-контура. Для этого неизвестная ёмкость включается параллельно с известной индуктивностью L1 и ёмкостью C1.

Собственная частота колебательного контура вычисляется как:

F = 1/ (2 * pi * sqrt ( L * C ) )

Разброс параметров деталей может значительно менять частоту колебаний, поэтому прямое измерение частоты не может дать достоверных результатов.
Прибор калибрует параметры измерения, используя компоненты L1,C1,C4.

Для этого прибор измеряет частоту колебательных контуров L1C1 и L1(C1+C4): Цепочка D4D5C12 позволяет подключать конденсатор C4 к колебательному контуру, меняя потенциал на выводе C1EN микроконтроллера.

Повышенные требования к точности предъявляются только к калибровочному конденсатору C4.

Частота колебательного контура L1C1:

F1 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * C1 ) )

Частота колебательного контура L1( C1 + C4 ):

F2 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * ( C1 + C4 ) ) )

Частота колебательного контура L1( C1 + Cx )

F3 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * ( C1 + Cx ) ) )

Из приведённых выше уравнений выводим значение Cx, зависящее только от C4:

Cx = C4 * ( F1 / F3 )^2 / ( F1 / F2 )^2

Калибровка прибора ( измерение F1 и F2 ) производится при переключении в режим измерения ёмкости, поэтому в этот момент к гнезду прибора ничего не должно быть подключено. Также можно повторно запустить калибровку с помощью кнопки установки нуля ( с пустым гнездом ). Калибровка прибора запоминается в EEPROM.

Значение ёмкости C1 не обязательно должно точно соответствовать значению, указанному в схеме. Вместо этого достаточно измерить C1 заведомо точным прибором и внести значение ёмкости в прошивку.

Измерение индуктивности

Измерение индуктивности основано на том же принципе, что и измерение ёмкости. Неизвестная индуктивность подключается последовательно с индуктивностью L1. 

Повышенные требования к точности предъявляются только к калибровочному конденсатору C4.

Частота колебательного контура L1C1:

F1 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * C1 ) )

Частота колебательного контура ( L1C1+С4 ):

F2 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * ( C1 + C4 ) ) )

Частота колебательного контура (L1+Lx)C1:

F2 = 1 / ( 2 * pi * sqrt(  ( L1 + Lx ) * C1 ) )

Выводим формулу вычисления Lx, зависящую только от C4:

  Lx = ( ( F1/F3 ) ^2 – 1 ) * ( ( F2/F3 ) ^2 – 1 ) * ( 1/C4 ) * ( 1 / ( 4 * pi^2 * F1^2 )  ) 

Из-за особенностей схемы, калибровка режиме измерения индуктивности невозможна – она должна осуществляться в режиме измерения ёмкости. Поэтому перед самым первым использованием прибора, или для получения более точных результатов, необходимо кратковременно переключиться в режим измерения ёмкости. В дальнейшем, калибровка сохраняется в EEPROM.

Измерение ESR

Измерение ESR основано на измерении падения напряжения на неизвестном элементе при синусоидальном сигнале 100кГц. На такой частоте реактивное сопротивление конденсатора близко к нулю и может быть проигнорировано. Величина падения напряжения отражает активное сопротивление элемента.

Амплитуда подаваемого синусоидального сигнала не превышает 80мВ, что позволяет измерять ESR, не выпаивая конденсаторы из схемы. На таком напряжении кремниевые и германиевые переходы не открываются и не влияют на результат измерений. Однако следует иметь в виду, что низкое сопротивление не является фактом исправности конденсатора, так как измеряется общее сопротивление цепи, например – параллельно включенных конденсаторов. С другой стороны, высокое сопротивление скорее всего свидетельствует о неисправности.

Меандр 100кГц формируется микроконтроллером на выводе MOSI и проходит фильтр R28C24 R29C23 R30C25, который оставляет только синусоидальную гармонику 100кГц.

Эмиттерный повторитель Q1 формирует синусоидальный ток на цепочке R27 R14 TR1-1.

Параллельно обмотке TR1-1 включена цепочка R16C37Rx. Таким образом, сопротивление Rx влияет на ток, проходящий через первичную обмотку TR1.

Диоды D5, D7 и конденсатор C16 используются для защиты прибора при подключении к схеме с заряженными конденсаторами.

Резистор R37 нужен для того, чтобы исключить паразитное влияние колебательного контура, образованного конденсатором C16, обмоткой трансформатора и проводами щупов. Вводя дополнительное сопротивление, мы снижаем “добротность” контура и амплитуду резонанса.

Усиленное с помощью трансформатора напряжение выпрямляется цепочкой D8C17 и усиливается операционными усилителями U5:A b U5:B в 3 и (3*21) раз. Первое значение используется для измерения больших значений сопротивления ( > 3 Ом ), второе – малых.

В приборе применяется импульсный трансформатор WYEE-16C из дежурной части блока питания компьютера Codegen-300X, взятый без перемотки.

Измеряемое сопротивление нелинейно влияет на ток, проходящий через обмотку TR1. Также на измеренные напряжения на выходе сильно влияет трансформатор и разброс параметров деталей. Поэтому прибор калибруется по набору известных сопротивлений. Калибровка сохраняется в EEPROM.

Питание

Кратковременное нажатие на кнопку SW5 подаёт питание на прибор, после чего микроконтроллер поддерживает подачу питания с помощью герконового реле RL1. Прибор автоматически отключается после 5 минут неактивности, если к гнёздам ничего не подключено, или через 15 мин, если подключено.

Для принудительного выключения питания необходимо нажать и удерживать SW5, пока экран не погаснет.

Прибор измеряет напряжение батарей ( для индикации разряда ) через резистор RV3.

Плата и схема приведены для варианта с питанием от 9В батареи. В реальном приборе я решил использовать три AA аккумулятора. В этом случае вместо 78L05 ставится перемычка, а стабильное 5В питание подаётся с преобразователя, собранного на mc34063.

Замыкающие контакты реле в этом случае должны стоять в цепи “+” с аккумуляторов.
Также необходимо подать “+” аккумуляторов после контактов реле на вывод 3 RV3

Настройка прибора

Для настройки прибора понадобится осциллограф и RS232-TLL кабель, а также набор калибровочных резисторов номиналами 0.1 Ом ( 3 шт), 0.2, 0.3, 0.6, 1.0, 2.2, 3.6,  4.7, 6.6 и 10 Ом.

Настройка измерения активного сопротивления

Настройка измерения активного сопротивления сводится к проверке наличия открывающих импульсов gate полевых транзисторов.

К резисторам R21-R25 предъявляются повышенные требования по точности, но точное соответствие сопротивления значениям, указанным в схеме, не требуется. Вместо этого достаточно измерить имеющиеся резисторы заведомо точным прибором, и указать измеренные значения сопротивлений в прошивке.

Настройка измерения ёмкости

Необходимо убедиться, что на выходе микросхемы U1 присутствует меандр, частота которого зависит от подключенной ёмкости.

Настройка измерения индуктивности

Необходимо убедиться, что на выходе микросхемы U1 присутствует меандр, частота которого зависит от подключенной индуктивности. 

Настройка измерения ESR

Настройка режима ESR – наиболее сложная.

1.Подключаем кабель RS232-TTL к разъему J6.

2. Переключаем SW4 в положение “Включено”. 
На ножке 19 U4 устанавливается “0”, прибор переходит в режим “ESR”. На терминале отображаются строки:

MODEESR: ….

3. Осциллографом проверяем наличие импульсов меандра 100кГц на ножке 17 U4 ( пачки по 0.5 сек с паузой в 1 сек).

 


4. После прохождения через фильтр R28C24 R29C23 R30C25 импульсы превращаются в почти синусоиду.

и подаются на базу транзистора Q1 через делитель R15R33, который должен быть подобран так, чтобы при подключении к щупам резистора 10 Ом нижняя точка синусоиды немного превышала напряжение открытия транзиcтора (~600мВ), а амплитуда сигнала на базе создавала на резисторе R14 колебания размахом ~80мВ.


4. Проверяем наличие синусоиды на второй обмотке трансформатора.


6. Проводим калибровку операционных усилителей.

Щупы ESR метра закорачиваем. Регулируем напряжение смещения U5:A резистором RV1. Добиваемся, чтобы при появлении импульсов синусоиды, напряжение на выходе 1 U5:A поднималось до ~300 мВ.

7. После этого проводим такую же регулировку усилителя U5:B резистором RV2, контролируя выход 7 осциллографом.

8. Подключаем щупы ESR метра к калибровочному резистору с сопротивлением 10 Ом ( это верхний предел измерений прибора ).
При появлении импульсов, напряжение на выходе 1 U5:A должно подниматься до уровня ~3.5В. Если напряжение превышает 3.7В, то необходимо подобрать коэффициент усиления, задаваемый сопротивлениями R20R13.

Резисторы R32R18R31 задают коэффициент усиления второго усилителя, который используется при измерении малых значений сопротивлений.

В оригинальной схеме используются коэффициенты усиления 3 и 21. Если они будут меняться – нужно поправить константу ESR2_MUL = 21/3 в прошивке.

9. Подключая разные известные сопротивления к щупам ESR метра, нужно убедиться, что меньшим значениям сопротивлений соответсвуют меньшие значения напряжений на выходе 1 U5:A, и наоборот ( зависимость нелинейная ).

10. Начинаем программную калибровку прибора.
Щупы ESR метра закорачиваем и нажимаем кнопку SB1 (удерживаем 1 сек). Прибор запоминает напряжения на линиях ESR1 и ESR2. Они отображаются в терминале как zero=… и должны быть в пределах 10-200, если уровни на выходах операционных усилителей были корректно настроены.

MODEESR: ESR1=67(zero:67)
ESR2=21(zero:20)
ESR=1
res*1000=0

 

11. Подключаем калибровочное сопротивление 0.05 Ом (два резистора 0.1 параллельно), в терминале посылаем символы “c”, “a”. Таким образом прибор запоминает калибровочные значения для сопротивления 0.1 Ом в EEPROM. В ответ выводится текст:

Done: xx

 
И распечатывается таблица калибровки. Это же повторяем для остальных калибровочных резисторов, соответственно нажимая “c”, “b”,  ”c”,”d” и т.д. Номиналы калибровочных резисторов можно поменять в прошивке в таблице s_ESR_CAL_R.

По завершению по полученным значениям неплохо бы построить график, чтобы убедиться, что всё “похоже на правду”. У меня получилось так:

 

Заливка прошивки

Заливка прошивки осуществляется через разъём J3 (нестандарный формат под мой программатор).  При программировании необходимо переключить прибор в любой режим, отличный от ESR, и удерживать кнопку включения питания всё время.

Повторение схемы и используемые детали

Я разрабатывал схему под себя, поэтому в ней используются детали, которые у меня были, или которые мне было проще достать. В частности, в приборе используется специфичный LCD индикатор с контроллером mpd7225, взятый из поломанного магнитофона Sony. Очевидно, что при повторении схемы его стоит заменить на любой другой 8-ми сегментный индикатор с интерфейсом SPI, и заменить процедуры общения с индикатором в прошивке( файлы LCD_D7225.h , LCD_D7225.c ). Также можно убрать цепочки R9-R12, D1-D3, U3, служащие для согласования уровней 5V-3.3V.

 

Файлы:
Исходники проекта

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *