Site Loader

Измеритель всего, что попадется под руку (RLC-метр)

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >

Измеритель всего, что попадется под руку (RLC-метр)

В процессе создания радиолюбительских конструкций и ремонта радиоаппаратуры довольно часто приходится сталкиваться с необходимостью измерить тот или иной элемент схемы или подобрать номинал. Обычно присутствующий на столе тестер тут может помочь лишь в измерении сопротивлений, иногда емкости с плохой точностью. Это и явилось причиной создания такого прибора, который был бы способен с приемлемой точностью замерить все возможные параметры электронного компонента, попавшего в руки радиолюбителя, но при этом был достаточно прост по конструкции, недорог в сборке и компактен. В результате была придумана конструкция на мк stm32f100c4t6 с такими параметрами:

позволяет измерять:

  • резисторы в диапазоне от 0,001Ом до 500кОм
  • конденсаторы 1нФ – 10000мкф
  • индуктивности 1мкГн – 10Гн

Для конденсаторов и индуктивностей дополнительно оценивается значение внутреннего сопротивления ( ESR ) и добротность Q

Измерение производится на частоте 1кГц. На измеряемую деталь подается сигнал синусоидальной формы. Амплитуда сигнала зависит от многих факторов. Максимальное ее значение составляет 1В. Во время измерения электролитических конденсаторов данное напряжение не превышает 10мВ, что позволяет производить измерения без выпайки элемента из платы (при этом измеряемая схема не должна быть под напряжением, а сам измеряемый конденсатор должен быть разряжен, те его выводы необходимо ненадолго замкнуть перед измерением, если этого не сделать, то прибор с большой вероятностью сломается).

Прибор потребляет:

  • в режиме измерения с включенной подсветкой прибора — 20ма,
  • в выключенном состоянии — 15мка.

Питание прибора осуществляется от LiIon аккумулятора, который можно зарядить подсоединив прибор USB кабелем к компьютеру или сетевой зарядке 5В.

Схема прибора

Для включения прибора необходимо нажать и удерживать кнопку PWR в течение 2 секунд. После чего наэкране появится приветствие и начнется калибровка. На первом шаге калибровки измеряется сопротивление разомкнутых щупов, в случае если это не так прибор выведет подсказку «Open leads», после размыкания щупов или отсоединения от них детали прибор начнет процесс калибровки. Вторым шагом калибровки оценивается сопротивление щупов в замкнутом состоянии, для начала калибровки необходимо замкнуть щупы, до тех пор пока это не сделано на экране будет показываться подсказка «Close leads» . После проведения всех калибровок прибор сразу переходит в режим измерения и показывает на экране результаты замеров.

Управление осуществляется тремя кнопками (PWR, S/P, REL), присутствующими сбоку платы. Во включенном состоянии короткое нажатие кнопки PWR позволяет включать/выключать подсветку. По умолчанию при включении она включена. Длительное удержание кнопки приведет к выключению прибора. Кнопка S/P позволяет переключать режим замещения между двумя режимами:

— последовательный , когда измеряемый элемент представлен активным сопротивлением включенным последовательно с емкостью/индуктивностью. Данный режим обозначен на экране значком SER в верхней части экрана, а замеренные значения отображаются с именами Rs,Cs,Ls. Это основной режим прибора и позволяет замерять внутреннее сопротивление конденсаторов(ESR) и катушек одновременно с их номиналом.

— параллельный режим замещения, когда измеряемый элемент представлен активным сопротивлением включенным параллельно с емкостью/индуктивностью. Режим в основном используется для оценки элементов с большим внутренним сопротивлением, например .когда требуется оценить ток утечки конденсатора или паразитную емкость высокоомного резистора.

Кнопка REL позволяет включить режим относительных измерений, в этом режиме можно вычесть вклад отдельного элемента в измерение. Используя данный режим можно например замерять элементы, находящиеся под постоянным напряжением. Сам прибор не допускает подключения источников напряжения к щупам, однако, если последовательно со щупами включить емкость, то можно замерять например внутреннее сопротивление аккумуляторов. Схема измерения при этом такая – разделительную емкость необходимо подсоединить к щупам прибора и произвести измерение, затем нужно включить режим относительных измерений, при этом показания на экране обнулятся . После этого необходимо отсоединить один из щупов от разделительной емкости и включить аккумулятор между этим щупом и свободным выводом разделительной емкости. Прибор при этом отобразит внутреннее сопротивление аккумулятора. ( Это все касается низковольтных аккумуляторов. Напряжение аккумулятора не должно быть выше 3 вольт!)

Сборка прибора не должна представлять особых проблем. Возможно самое сложное это изготовление платы, но ее можно сделать в домашних условиях с ипользованием как ЛУТ технологии так и с помощью фоторезиста. Плата двухсторонняя, вторая сторона ее представляет собой просто слой фольги, желательно позаботиться о нем при травлении верхнего слоя с проводниками. Все те контактные площадки, которые обозначены внутренним серым кружком на рисунке платы необходимо запаять перемычками на нижний слой платы, он служит землей и экраном для схемы. К этой статье также прикреплено фото собраной платы для того, чтобы можно было сориентироваться что и как припаивается.

После сборки необходимо будет прошить МК. Это можно сделать двумя способами:

Если есть программатор/отладчик

для STM32, то достаточно подключить его к соответствующим пинам на разъеме JP2 (верхние 4, два из них это питание, земля, оставшиеся два это SWD).

Если отладчика нету но есть желание прошить мк, то алгоритм действий таков:

  • необходимо найти конвертер USB-COM, такой , чтобы его выходные уровни были 3 вольта ,для  этого отлично подходят старые кабели от сотовых телефонов.
  • надо припаять тонким проводком контакт P1 на + питания  — верхний пин разъема JP2
  • С сайта STM необходимо скачать утилиту для прошивки МК через компорт и прошить ей МК. (на случай если ссылка сломается на сайте можно поискать «STM32 and STM8 Flash loader demonstrator (UM0462)»)
  • Убрать проводок между P1 и питанием.
  • Использовать прибор

Вот пожалуй и все. Надеюсь, что данная конструкция окажется полезной многим. Возможно,  что в программе данного прибора будут производиться какие то изменения, с целью удаления багов, глюков, неудобств в работе и прочих вещей, в таком случае статья будет обновляться.

Видео работы прибора:

В новой прошивке добавлена поддержка нескольких частот ( 1кГц, 9кГц, 25кГц, 49кГц и 97кГц ) . Каждая из этих частот имеет собственную калибровку, поэтому алгоритм работы прибора поменялся. Теперь при первом включении на всех частотах отсутствует калибровка, это обозначается на экране статусом (—). После проведения калибровки она запоминается и при включении/выключении не пропадает, таким образом не требуется каждый раз калибровать прибор при включении, а лишь в случае необходимости. ( Значения запоминаются в озу прибора, так что в случае пропадания питания они все же будут сбрасываться, но зато ресурс flash мк не тратится при любом количестве перекалибровок ). В новой прошивке кроме добротности, одновременно рассчитывается также тангенс угла потерь.

В новой версии прошивки

  • кнопка S/P , выбирающая режим замещения при долгом нажатии позволяет переключать частоту, на которой производится измерение.
  • кнопка REL ,при коротком нажатии активирует режим относительных измерений, что отображается на экране значком >.< , долгое нажатие данной кнопки запускает калибровку на текущей частоте. Сама калибровка делается в два этапа аналогично тому , как это было в первой прошивке. 

 К данной статье кроме новой версии прошивки прикреплен также архив с собранными прошивками для экранов 1110 и версия для 1202 с перевернутым изображением, что может быть удобно в случае самодельной платы или в силу конструкции корпуса.

Файлы:
Прошивка версии 6.03
Версия 6.03 для дисплеев типа 1110 с отзеркаленым изображением и для 1202 но перевернутая
Исходники 6.03
Измерение электролитического конденсатороа
Фото (почти)собранной платы прибора
Измерение резистора 0,5 ом
Файл печатной платы для SprintLayout 5
Прошивка для МК

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Измеритель иммитанса — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 июля 2016; проверки требуют 4 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 23 июля 2016; проверки требуют 4 правки.

Измеритель иммитанса или измеритель RLC — радиоизмерительный прибор, предназначенный для определения параметров полного сопротивления или полной проводимости электрической цепи. RLC в названии «измеритель RLC» составлено из широко распространённых схемных названий элементов, параметры которых может измерять данный прибор: R — Сопротивление, С — Ёмкость, L — Индуктивность.

  • Иммитанс (иногда иммиттанс, англ. immittance от лат. immitto провожу, продеваю) — обобщающее понятие для полного (комплексного) сопротивления — импеданса и полной (комплексной) проводимости — адмиттанса.
  • Среди основных методов измерения параметров электрических цепей можно назвать мостовые методы и метод, связанный с использованием соотношений закона Ома на переменном токе.
  • Принцип действия мостовых измерителей иммитанса основан на использовании измерительного моста, для уравновешивания которого, в приборе содержатся наборы образцовых активных и реактивных (ёмкостных) сопротивлений. Такие приборы могут работать только на фиксированных частотах. Реализация цифровых приборов для измерения параметров электрических цепей на основе мостовых методов сопровождается заметным усложнением их схемотехники и автоматизации процессов уравновешивания.
  • Приборы, в основу которых положено использование соотношений закона Ома, проще с точки зрения схемотехнической реализации и автоматизированного получения результата измерения. Принцип измерения таких измерителей иммитанса основан на анализе прохождения тестового сигнала (обычно синусоидального) с заданной частотой через измеряемую цепь, обладающую комплексным сопротивлением. Напряжение рабочей частоты с внутреннего генератора подается на измеряемый объект. На выделенном участке цепи измеряется напряжение, ток и фазовый сдвиг между ними. Измеренные величины используются для расчёта параметров цепей.
  • Е7-8 — Частота измерения 1000 Гц
  • Е7-11 — Частота измерения 1000, 100 Гц, постоянный ток
  • Е7-12 — Частота измерения 1 МГц
  • Е7-14 — Частота измерения 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц
  • Е7-15 — Частота измерения 100 Гц, 1 кГц
  • Е7-18 — Частота измерения 100 Гц, 1 кГц
  • Е7-20 — Прецизионный, 25 Гц — 1 МГц
  • E7-22 — Частота измерения 120 Гц и 1 кГц
  • Е7-23 — Частота измерения 100 Гц , 1 кГц и 10 кГц
  • Е7-25 — Прецизионный, 25 Гц — 1 МГц
  • LCR-821 — Прецизионный, 12 Гц — 200 кГц
  • AM-3003 — Частота измерения 100 Гц, 120 Гц, 1 кГц и 10 кГц
  • DE-5000 — Частота измерения 100 Гц, 120 Гц, 1 кГц, 10 кГц и 100 кГц (поддержка 4 — проводной схемы подключения, автоматический выбор измеряемого параметра L-C-R)

Основные нормируемые характеристики[править | править код]

  • Рабочие частоты
  • Период повторения измерений
  • Уровни измерительного сигнала
  • Диапазон и погрешности измерения сопротивления
  • Диапазон и погрешности измерения проводимости
  • Диапазон и погрешности измерения ёмкости
  • Диапазон и погрешности измерения индуктивности
  • Диапазон и погрешности измерения добротности и тангенса угла потерь

Литература[править | править код]

Нормативно-техническая документация[править | править код]

Описание измерительной программы RLC-meter | ldsound.ru

Программа для измерения сопротивления, индуктивности и емкости неизвестных электронных компонентов. Требует изготовления простейшего переходника для подключения к звуковой карте компьютера (два штекера, резистор, провода и щупы).

2 версии программы можно скачать в разделе Software.

Это еще один вариант, пополняющий и без того обширную коллекцию аналогичных программ. Здесь не воплощены все задумки, работа над которыми продолжается. Функционирование «основы» вы можете оценить прямо сейчас.

В основу заложен общеизвестный принцип определения амплитудных и фазовых соотношений между сигналами с известного (образцового) компонента, и с компонента, параметры которого надо определить. В качестве тестового используется сигнал синусоидальной формы, генерируемый звуковой картой. В первой версии программы использовалась только одна фиксированная частота 11025 Гц, в следующей версии к ней добавилась вторая (в 10 раз меньшая). Это позволило расширить верхние границы измерений для емкостей и индуктивностей.

Выбор именно этой частоты (четверть от частоты сэмлинга) является главной «инновацией», отличающей этот проект от остальных. На такой частоте алгоритм интегрирования по-Фурье (не путать с БПФ – быстрым преобразованием Фурье) максимально упрощается, а нежелательные побочные эффекты, приводящие к росту шума в измеряемом параметре, полностью пропадают. В итоге кардинально улучшается быстродействие и снижается разброс показаний (особо ярко выраженный на краях диапазонов). Это позволяет расширить диапазоны измерений и обойтись только одним образцовым элементом (резистором).

Собрав схему согласно рисунку и установив регуляторы уровня Windows в оптимальное положение, а также произведя начальную калибровку по закороченным между собой щупам («Cal.0»), можно сразу же приступать к измерениям. С такой калибровкой без труда ловятся низкие сопротивления, в том числе ESR, порядка 0,001 ом, а СКО (среднеквадратическое отклонение) результатов измерений в этом случае составляет порядка 0,0003 ом. Если зафиксировать положение проводов (чтобы не менялась их индуктивность), то можно «ловить» индуктивности порядка 5 нГн. Калибровку «Cal.0» желательно проводить после каждого старта программы, поскольку положение регуляторов уровня в среде Windows может быть, в общем случае, непредсказуемым.

Схема подключения к звуковой карте:

 

Окно программы:

 

Чтобы расширить диапазон измерений в область больших R, L и малых C, требуется учитывать входное сопротивление звуковой карты. Для этого служит кнопка «Cal.^», нажимать на которую надо при разомкнутых между собой щупах. После такой калибровки можно достичь следующих диапазонов измерений (при нормировании случайной составляющей погрешности на краях диапазонов на уровне 10%):

 по R – 0.01 ом … 3 Мом,

 по L – 100 нГн … 100 Гн,

 по C – 10 пФ … 10 000 мкФ

         (для версии с двумя рабочими частотами)

Минимальная погрешность измерения определяется допуском образцового резистора. Если предполагается использование обычного ширпотребовского резистора (и даже с номиналом, отличным от указанного), в программе предусмотрена возможность его калибровки. Соответствующая кнопка «Cal.R» становится активной при переходе в режим «Ref.» Величина резистора, который будет использоваться в качестве эталонного, задается в файле *.ini в качестве значения параметра «CE_real». После калибровки уточненные характеристики образцового резистора запишутся в виде новых значений параметров «CR_real» и «CR_imag» (в 2-х частотной версии параметры измеряются на двух частотах).

С регуляторами уровня программа напрямую не работает – пользуйтесь стандартным микшером Windows или аналогичным. Шкала «Level» служит для настройки оптимального положения регуляторов.

 

Здесь можно порекомендовать такую методику настройки:

 

1. Определиться, какой регулятор отвечают за уровень воспроизведения, а какой – за уровень записи. Остальные регуляторы желательно заглушить для минимизации вносимых ими шумов. Регуляторы балланса – в среднее положение.

2. Исключить прегрузку по выходу. Для этого, установив регулятор записи в положение ниже среднего, с помощью регулятора воспроизведения найти ту точку, где ограничивается рост столбика «Level», а затем немного отступить назад. Скорее всего перегрузки вообще не будет, но для надежности регулятор лучше не выводить на отметку «макс».

3. Исключить прегрузку по входу – регулятором уровня записи сделать так, чтобы столбик «Level» не доходил до конца шкалы (оптимальное положение – 70…90%) в отсутствии измеряемого компонента, т.е. при разомкнутых щупах.

4. Замыкание щупов между собой не должно приводить к сильной просадке уровня. Если это так, то выходные усилители звуковой карты слишком слабы для данной задачи (иногда решается настройками карты).

 

Требования к системе

 

 – ОС семейства Windows (тестировалась под Windows XP),

         – поддержказвука 44,1 ksps, 16 bit, stereo,

         – наличие одного аудио устройства в системе (если окажется несколько, то программа будет работать с первым из них, и не факт, что у веб-камеры окажутся гнезда «Line In» и «Line Out»).

 

Особенности измерений, или чтобы не попасть впростак

 

Любой измерительный инструмент требует знания его возможностей и умения правильно интерпретировать результат. Например, при использовании мультиметра стоит задуматься, а какое переменное напряжение он, собственно, меряет (при отличии формы от синусоидальной)?

В нашем случае неизвестный компонент рассматривается как последовательно включенные активное и реактивное сопротивления, значения которых программа пытается определить. И если у компонента окажутся дополнительные паразитные параметры (например – сопротивление утечки у электролитического конденсатора), то результаты будут искажены. В примере с конденсатором сопротивление утечки пересчитается в последовательное, что в сумме с истинным последовательным сопротивлением даст завышенный результат. У катушек собственная емкость обмотки приведет к занижению индуктивности, вплоть до получения отрицательных значений (свойственно катушкам с очень большим числом витков, например – обмоткам трансформаторов). Так что критически относитесь к результатам измерений!

В 2-х частотной версии для измерения больших емкостей и индуктивностей используется низкая (1,1 кГц) частота. Граница перехода отмечена сменой цвета шкалы с зеленого на желтый. Аналогично меняется и цвет показаний – с зеленого на желтый при переходе к измерениям на низкой частоте.

Стереофонический вход звуковой карты позволяет организовать «четырехпроводную» схему подключения только для измеряемого компонента, схема же подключения эталонного резистора остается «двухпроводной». При таком раскладе любая нестабильность контакта разъема (в нашем случае – земляного) может исказить результат измерения. Ситуацию спасает относительно большая величина сопротивления эталонного резистора по сравнению к нестабильностью сопротивления контакта – 100 ом против долей ома.

И последнее. Если измеряемый компонент – конденсатор, то он может оказаться заряженным! Даже разряженный электролитический конденсатор со временем может «собрать» оставшийся заряд. Схема не имеет защиты, так что вы рискуете вывести из строя свою звуковую карту, а в худшем случае – сам компьютер. Сказанное относится и к тестированию компонентов в устройстве, тем более – не обесточенном.

 

Источник: antiradio.narod.ru

RLC-метр, электроника и математика. Часть 3

Как говорил Карлсон, продолжаем разговор по поводу портативного RLC-метра АМ-3023 (он же АКИП-6102, он же изначально китайский BR2822). Чтобы этот пост можно было найти, также специально вставлю сюда слова обзор, характеристики и отзывы, но на самом деле тут пойдёт речь о более серьёзных вещах, связанных с методами измерений и помехоустойчивостью.

В предыдущем посте (Часть 2) я дурил голову интегралами, размахивал принципиальными схемами, рябил в глазах осциллограммами и блистал искромётными фразами. Но из всего этого можно было лишь сделать вывод, что устройство работает, но было непонятно, как оно работает – хорошо или плохо.
Теперь я устраняю этот недостаток и поворачиваю повествование в русло качественного, а не количественного или общего описания. Поскольку я не знаю точно, что же происходит в мозгах процессора этого RLC-метра, весь пост является своеобразной «реконструкцией» событий по результатам анализа схемы прибора и наблюдаемых в нём сигналов.
Предполагается, что многочисленные эрудированные комментаторы незамедлительно начнут активное обсуждение полученных результатов, этот пост тут же попадёт в «топ» живого журнала, что спровоцирует невероятное развитие применения инноваций в стране, в результате чего мы всех догоним и перегоним. Короче, все друг друга поняли.
Хотя, с другой стороны, я старался всё излагать на среднем радиолюбительском уровне, чтобы сделать информацию максимально доступной.
 
Для начала, чтобы предотвратить «религиозные» споры о том, что один прибор априори ущербный, а другой априори замечательный, или спекуляции по поводу того, что «хорошего прибора должно быть много», привожу сравнительную таблицу с результатами измерений некоторых подвернувшихся под руку элементов мостом Е7-8 и портативным RLC-метром АМ-3023 (он же изначально китайский BR2822). Да, я знаю, что на Е7-8 можно задавать постоянное смещение при измерении, а у моего портативного нельзя, так что не надо тут язвить. Частота тест-сигнала – 1 кГц. Для тех случаев, когда показания АМ-3023 были нестабильными, их значения приведены с указанием отклонений. Основная схема замещения — последовательная, если не указано иное:
 

измеряемый
элемент
измеритель
иммитанса (мост)
 Е7-8

Uизм = 1,3В
30 кг
$400

китайский RLC
BR2822
АМ-3023
АКИП-6102
Uизм = 0,3В
0,4 кг
$320
К71-7
0,1 мкФ 1%
C = 100,00 нФ
tg = 0,0001
C = 99,98 нФ
tg = 0,0002
K73-17
10nF 20%
C = 11,59 нФ
tg = 0,0041
C = 11,60 нФ
tg = 0,0041
K78-2
1nF 5%
C = 979,6 пФ
tg = 0,0000
C = 980,3 пФ
tg = 0,0000+0,0001
КСО
390 пФ 5%
C = 391,8 пФ
tg = 0,0014
C = 392,5 пФ
tg = 0,0018±0,0002
МЛТ-2
120 Ом 5%
R = 118,0 Ом
L = 0,00 мГн
R = 118,0 Ом
L = 0,0018 мГн
кусок провода
сложенного пополам
R = 0,035 Ом
L = 0,3 мкГн
R = 0,0340 Ом
L = 0,2 мкГн
С5-16МВ 1Вт
0,2 Ом 5%
R = 0,195 Ом
L = 0,2 мкГн
R = 0,193 Ом
L = 0,0 мкГн
С2-10-1
1 Ом 0,5%
R = 0,998 Ом
L = 0000,1 μH
R = 0,9978 Ом
L = 0 мкГн
ПЭВ-20
51 Ом 5%
R = 49,70 Ом
L = 0,004 мГн
R = 49,69 Ом
L = 7,2 мкГн
МЛТ-0,25
5,6 кОм 5%
R = 5,558 кОм
L = -0,2 мГн
  паралл. замещ.:
С = +0,00 нФ
R = 5,559 кОм
L = +160 мкГн
  паралл. замещ.:
С = -5 пФ
МЛТ-0,25
56 кОм 10%
R = 59,51 кОм
L = -0,005 Гн
  паралл. замещ.:
С = +0,001 нФ
R = 59,45 кОм
L = +2,2 мГн
  паралл. замещ.:
С = -0,2 пФ
МЛТ-0,25
330 кОм 5%
R = 330,5 кОм
L = -0,04 Гн
  паралл. замещ.:
С = +0,2 пФ
R = 329,8 кОм
L = -14 мГн
  паралл. замещ.:
С = -0,1 пФ
подстроечная индуктивн.
из контура радиоприёмника
L = 65,4 μH
R = 2,463 Ом
L = 65,3 μH
R = 2,475 Ом
первичка ТПИ-8-1
(серд. с зазором)
выв. 4-8
L = 7,1 мкГн
R = 0,0586 Ом
L = 7,2 мкГн
R = 0,060 Ом
первичка ТПИ-8-1
выв. 16-20
L = 27,1 мкГн
R = 0,0552 Ом
L = 27,2 мкГн
R = 0,057 Ом
первичка ТПИ-8-1
выв. 13-17
L = 186,6 мкГн
R = 0,2635 Ом
L = 186,8 мкГн
R = 0,265 Ом
первичка ТПИ-8-1
выв. 1-19
L = 1,661 мГн
R = 0,80 Ом
L = 1,6609 мГн
R = 0,816 Ом
дроссель фильтра
синфазной помехи
(серд. без зазора)
1,92 В:
L = 7,612 мГн
R = 0,79 Ом
0,14 В:
L = 7,942 мГн
R = 1,296 Ом

Теперь сравнительная таблица измерений в тяжёлых условиях с точки зрения помех и «наводок» (высокий импеданс элементов). Для конденсаторов малой ёмкости также приведены результаты измерений на частоте 10 кГц:
UPD 01.11.2010: Я аккуратно выполнил компенсацию замкнутых/разомкнутых измерительных зажимов и заново измерил мелкие ёмкости и 10 мегом. Для последнего добавлены также данные параллельной схемы замещения.
измеряемый элементмост
Е7-8
китайский RLC
BR2822
АМ-3023
АКИП-6102
конденсатор трубчатый
15 пФ 10%
C = 15,43 пФ
tg = 0,0006

 

C = 15,3±0,1 пФ
tg = 0,002±0,002 
   10 кГц:
C = 15,39±0,01 пФ
tg = 0,002±0,001
конденсатор трубчатый
3,3 пФ ±0,4
C = 3,16 пФ
tg = 0,0027

 

C = 3,1±0,1 пФ
tg = 0,02±0,02 
  10 кГц:
C = 3,17±0,02 пФ
tg = 0,004±0,003
резистор
10 МОм 5%
  послед. замещ.:
R = 9,520 МОм
L = -17,8 H
  паралл. замещ.:
105 нСм / 9,520 МОм
С = 0,19 пФ

 

  послед. замещ.:
R = 9,440±0,005 МОм
L = -13±1 H
  паралл. замещ.:
R = 9,440±0,005 МОм
С = 0,1 пФ
  мультиметр на пост. токе:
R = 9,44±0,01 МОм

Резистор 10 мегом здорово чувствует температуру, а при измерениях его мостом Е7-8 было сильно холоднее чем дома, это может быть основной причиной разбежки результатов измерений. Хотя точно не знаю — я просто забыл сделать контрольное измерение его сопротивления на постояном токе в комнате с Е7-8.
UPD 13.10.2010: Все резисторы и индуктивности перемеряны в одном помещении при одной температуре.

UPD 01.11.2010: Вот таблицы с точностью измерений из паспорта прибора (про некорректность указания погрешности на минимальных диапазонах я просто молчу):
25.46 КБ

24.21 КБ

26.59 КБ
Про погрешность измерения добротности и потерь весело сказано :))) Если имеется в виду абсолютная погрешность «паразитной» составляющей в схеме замещения, то кое-как со скрипом это понять можно. Но истинный смысл фразы в паспорте прибора мне не понятен.

UPD 06.11.2010: Оказалось, в зоне досягаемости есть такой же прибор, но инкарнированный в виде АКИП-6102. У него мануал по части нормирования погрешности измерений сделан вроде бы более цивильно (хотя меня смущает, что не учитывается наличие четырёх основных диапазонов, которые есть у преобразователя ток-напряжение всё-таки диапазоны косвенно учитываются в виде основной зоны измерений между Zmin и Zmax (отношение примерно 0,5*10^2), а за этими границами сигнал начинает тонуть в шумах и прочих искажениях, и погрешность растёт):
15.85 КБ
6.08 КБ

А что там творится с сигналами внутри схемы прибора при измерении больших сопротивлений? А творится много шума, потому что у меня на столе ещё работает комп. Поэтому дальнейший интерес представляет анализ обработки реальных измерительных сигналов (напряжение и ток), полученных в моём примере на резисторе 10 мегом.
Осциллограммы измерительных сигналов получены внутри RLC-метра на выходе дифусилителя (точка TP8, схема «лист 1» в предыдущем посте).

Осциллограмма одного периода напряжения (второй канал, синий) на фоне опорных прямоугольников из недр схемы RLC-метра (первый канал, жёлтый):
4.85 КБ

А вот осциллограмма одного периода сигнала измерительного тока (второй канал, синий) на фоне опорных прямоугольников (первый канал, жёлтый):
11.18 КБ

Страшно? А я этого и добивался. Специально измеряется высокоомный резистор, измерительный ток очень мал и поэтому на его фоне очень много шумов и наводок извне.
Чтобы удовлетворить спортивный интерес, что же так шумит в эфире, я включил на этой осциллограмме ещё и преобразование Фурье по второму каналу (вычисление спектра сигнала), красный график внизу (красным подписаны параметры этого FFT: 20 мВ в клетке по вертикали и 25 кГц в клетке по горизонтали). Для улучшения восприятия частоты я поставил на двух самых «громких» составляющих красного спектра зелёные курсоры, позиции которых по частоте осцилок показывает в правом верхнем углу: первый курсор стоит в спектре на частоте 31 кГц, второй – на 93 кГц. Дальше ещё виден пик на частоте около 155 кГц. Что же вещает в нашем эфире? А это дешёвый китайский блок питания в моём компе работает на частоте 31 кГц и по причине отсутствия нормальных фильтров щедро излучает всё это наружу. RLC-метр при этом работает в качестве радиоприёмника 🙂 А поскольку исходная помеха имеет импульсную форму, её спектр богат высшими гармониками, и поэтому в спектре, кроме основной частоты 31 кГц, наблюдаются ещё третья (93 кГц) и пятая (155 кГц) гармоники с приличной амплитудой. Но я наверно ошибся там на рисунке с белой стрелочкой по поводу пятой гармоники – рядом видны две частоты в спектре, и похоже, что высокий пик находится на частоте 160 кГц и принадлежит другому источнику, а пятая гармоника это маленький пик слева от высокого. А на более высоких частотах уже начинает «загибаться» АЧХ входных цепей RLC-метра, и спектр шума там уже становится слабеньким. Всё это, кстати, относится к проблемам электромагнитной совместимости, когда такие вот «левые» компьютерные блоки питания с перемычками вместо фильтров своим широким излучаемым спектром могут портить жизнь.

Всё ещё не верите, что в этом шуме есть полезный сигнал измеренного тока? Тогда статистика и корреляция идут к вам 🙂

Я неспроста занудствовал с формулами в начале прошлого поста. Но те, у кого чрезмерно усердные преподаватели воспитали стойкое отвращение к математике, могут увидеть всю простоту идеи на следующем рисунке с перемножением исходного зелёного сигнала на красную «опорную» функцию-синус (в RLC-метре используется сильно удешевлённый вариант синуса в виде ступенчатой функции):
5.23 КБ

Ничего не напоминает? Например, вот эту осциллограмму с сигналами на входе и выходе умножителя, или многоуровневого ФЧВ, или усилителя с переключаемым коэффициентом усиления (контрольная точка TP11 на схеме «лист 2»  в предыдущем посте):
5.14 КБ

Синий график – это результат перемножения, теперь остаётся вычислить его среднее значение (проинтегрировать и поделить на длительность интервала времени). Для идентификации параметров исходного сигнала (его амплитуда и фаза) нужно выполнить как минимум два перемножения (например, на «опорные» синус и на косинус), по результатам которых можно вычислить параметры исходного сигнала (даже если он сильно зашумлён).

Я всё-таки сделал пример для иллюстрации того, как в случае ужасно зашумлённого сигнала можно идентифицировать его параметры и вычислить то, что необходимо в конечном счёте – импеданс измеряемого сопротивления у резистора, конденсатора, индуктивности, куска трёхфазного кабеля.
Чтобы провести вычисления, подобные происходящим внутри RLC-метра, я оцифровал осциллографом два кадра сигнала тока и напряжения внутри RLC-метра на выходе дифусилителя, точка TP8 на схеме «лист 1» в предыдущем посте (напомню, вход этого дифусилителя периодически переключается то к каналу измерения напряжения, то к каналу измерения тока). ку Сигналы напряжения и тока в точке TP8 появляются поочерёдно, то есть в разные моменты времени (85-90 мс напряжение, потом 85-90 мс ток, и т.д.), то просто так синхронно двумя каналами осциллографа их не оцифруешь – оцифровка должна происходить в разное время. Но в дальнейших вычислениях критически важна фаза сигналов (сдвиг фазы между напряжением и током), поэтому я цифровал их при синхронизации осциллка от третьего опорного сигнала – прямоугольников, из которых формируется этот самый тест-сигнал.
В принципе, можно было оцифровать длинный кусок, в который бы влезли последовательно пачки тока и напряжения а потом выковыривать их оттуда, но это сложно. Поэтому я пошёл по простому пути – первым каналом стал на прямоугольники в правой части платы RLC-метра и засинхронизировался от них, а вторым каналом стал в точку TP8, где последовательно появляются пачки сигнала напряжения и тока и на ждущей развёртке тыркал кнопку «single» (однократная оцифровка кадра) до тех пор, пока не получалась удачная осциллограмма – только пакет сигнала напряжения на весь экран или только пакет сигнала тока.

На двух картинках ниже показаны эти удачные кадры длительностью 50 мс для сигнала напряжения (первый рисунок) и тока (второй рисунок). Первый (жёлтый) канал – опорные прямоугольники, второй (синий) канал – измерительный сигнал, который в последствии будет обрабатываться.
Сигнал напряжения на измеряемом элементе  (резистор 10 МОм):
5.31 КБ

Сигнал тока, протекающего через измеряемый элемент (резистор 10 МОм):
5.69 КБ

Что, синий ток на последней картинке странно выглядит? Так я же специально резистор 10 МОм измеряю, чтобы ток получился с ужасным шумом.

Оцифрованные данные с этих двух кадров (около 1,2 миллиона отсчётов по каждому каналу) в виде файлов на флэшке были перенесены с осциллографа на комп и обработаны в маткаде.
В обработке будет участвовать фрагмент из длительностью 40 мс, или  2 периода промышленной частоты 50 Гц, что позволяет максимально «отстроиться» от сетевой помехи (так же поступает и RLC-метр, но он делает 4 измерения внутри пакета 80 мс по 20 мс каждое). Прибор работал с частотой тест-сигнала 1 кГц, поэтому фрагмент 40 мс содержит 40 периодов этого сигнала.
На следующем рисунке – совмещённые графики оцифрованного напряжения (красивый красный) и тока (ужасный синий).
8.19 КБ

Вот один период сигнала напряжения на измеряемом резисторе 10 МОм, более-менее красиво выглядит:
2.80 КБ

Теперь нужно определить его амплитуду и фазу относительно чего-нибудь стабильного (неважно относительно чего, но чтобы это опорное «что-то» было одинаковым для тока и для напряжения). Это условие выполняется, потому что оцифровка кадров с током и напряжением выполнена с синхронизацией от одного и того же прямоугольного сигнала из потрохов RLC-метра.

В соответствии с занудными формулами из предыдущего поста, выполняется численное интегрирование произведения сигнала тока на «опорный» синус и косинус. Длина фрагмента сигнала выбрана 40 мс, или 2 периода промышленной частоты 50 Гц, чтобы избавиться от сетевой наводки. Численное интегрирование выражается в суммировании частных произведений для всех моментов времени:
     1.72 КБ

Теперь можно узнать амплитуду искомого синуса и его начальную фазу. Только в формулах предыдущего поста интегрирование велось сразу по аргументу синуса, и нормирование результата выполнялось на неприличную букву 1/π, а здесь интегрирование ведётся по времени длительностью T=40мс и поэтому нормирование при расчёте напряжения выполняется на 2/T:
     1.07 КБ

Амплитуда сигнала получается 452,7 мВ, а его начальная фаза 107,9 градуса (действующее значение измерительного напряжения как раз получается 300 мВ, как и обещано в паспорте прибора).
Вот для радикальных атеистов картинка, на которой для сравнения приведён исходный измеряемый сигнал (первый красный график) и «расчётный» синус в виде U*sin(ωt+φu) (второй синий график):
3.54 КБ

Особые эстеты, конечно, могут задать вопрос: а не слишком ли сложно с перемножениями, интегралами и прочей ерундой? Зачем математика, когда есть компараторы (нуль-органы) и можно определить фазу сигнала по моментам его переходов через «ноль»?
Нет, не сложно. Неявное вычисление корреляции измеряемого сигнала с «опорным» синусом, о котором я сочиняю уже второй пост, – самый дешёвый способ идентифицировать параметры сигнала в сложных условиях, особенно при сильных шумах.

На следующей картинке показан один период измеренного сигнала тока (напомню, измеряется резистор 10 мегом, поэтому сигнал тока содержит ужасные шумы):
4.87 КБ

Что, не видно полезного сигнала? Одни шумы? Совсем-совсем не видно?
Спорим на пять марсианских камней, что там есть полезный синус амплитудой 4,5 мВ – это 1/22 часть клетки на приведённом графике 🙂
Выполняю такие же расчёты, как и для сигнала напряжения (численное интегрирование произведения сигнала на «опорные» синус и косинус). Здесь та же длина фрагмента сигнала 40 мс, или 2 периода промышленной частоты 50 Гц, чтобы избавиться от сетевой наводки.
     1.69 КБ

Амплитуда и фаза сигнала тока:
     1.00 КБ
Но тут надо вспомнить, что на самом деле это сигнал на выходе преобразователя «ток-напряжение» (схема «лист 1» в предыдущем посте), и его ещё надо пересчитать в настоящий ток в измеряемом резисторе. Преобразователь работал на максимальной чувствительности с резистором 100 кОм в обратной связи, поэтому амплитуда настоящего тока получается 0,045 мкА (45 нА):
     541 байт

Хорошо. Теперь всё есть – амплитуда и фаза тока и напряжения в измеряемом элементе.
Можно вычислить комплексное сопротивление нашего резистора по этим данным:
     1.28 КБ
Получилось, что измеренное сопротивление (резистор 10 МОм) не чисто активное – его аргумент (фаза) составляет минус 7,6 градуса, что говорит о наличии небольшой ёмкостной составляющей. Это неспроста, потому что сопротивление измеряемого резистора огромное, и на его фоне уже начинает заметно влиять паразитная ёмкость измерительных зажимов (крокодилов).
Заодно можно ориентировочно прикинуть величину этой паразитной ёмкости.

Если кто не знает что такое «параллельно» и «последовательно», вот выдержка из толкового словаря на профессиональном жаргоне:
     1.64 КБ
Перпендикулярное замещение тут неприменимо, потому что это не Т-образная схема 😉

Сопротивление ёмкости, включенной параллельно измеряемому резистору, можно вычислить через параллельную схему замещения (в комплексных числах это очень просто – мнимая часть от проводимости, пересчитанная снова в сопротивление):
     439 байт
Получается, что это паразитное параллельное ёмкостное сопротивление (71 МОм) уже становится соизмеримым с резистором 10 МОм по порядку величины.
Сопротивление конденсатора в комплексных числах (символический метод расчёта) выражается предельно простыми и изящными формулами (ω=2πf — круговая частота, мнимая единица i перед ω тут опущена для простоты):
     319 байт
Паразитная ёмкость в параллельной схеме замещения:
     656 байт
Эти 2,2 пФ получаются вполне правдоподобными, учитывая размеры крокодилов (фотография есть в первой части эссе про RLC-метр).
Строго говоря, влияют не только явные паразитные параметры вроде собственной ёмкости и индуктивности измерительных кабелей и зажимов, но и несимметрия фазовых сдвигов в измерительных каналах тока и напряжения (в первую очередь в этом виноват преобразователь ток-напряжение), и прочие неидеальности в схеме. Поэтому RLC-метр программно компенсирует эти паразитные явления, а для учёта всего этого паразитизма в приборе есть режим (запускается отдельно кнопками), в котором он измеряет параметры разомкнутых и закороченных зажимов на всех диапазонах частоты тест-сигнала и четырёх диапазонах чувствительности.
Вообще все эти паразитные, но стабильные явления приводят также к стабильной погрешности, называемой систематической (вдруг кто не знает).

Лирическое отступление закончилось, возвращаюсь к измеряемому сопротивлению 10 Мом.

Для вычисленного комплексного сопротивления (модуль 9,43 МОм, аргумент -7,6°, добротность Q=0.13) можно найти активную составляющую (действительную часть комплексного числа) для последовательной и параллельной схем замещения:
666 байт
Такой разброс получился в основном из-за того, что в расчётах я не учёл паразитных параметров измерительных зажимов и погрешностей входных измерительных цепей самого прибора. Кроме того, я делал вычисления только с использованием опорных sin и cos, а прибор делает четыре измерения с использованием двух дополнительных опорных sin и cos, сдвинутых на 45°. Но целью этого поста было не измерить-вычислить, а показать, что измерения в сложных условиях можно на самом деле выполнить очень просто, и абстрактная математическая теория может быть необычайно полезна и практична. Самый важный результат грамотного применения математики – очень эффективная и дешёвая (по себестоимости) схема измерений. То, что этот прибор продаётся втридорога – это уже проблемы современной «постиндустриальной» мировой экономики, а также последствия уничтожения своего приборостроения.

Вот фотографии показаний RLC-метра при измерении этого резистора 10 МОм (поскольку от шумов и наводок полностью не избавиться, показания немного «скачут» вокруг 9,42 МОм, что видно на двух фотографиях с предельным разбросом значений):
14.26 КБ

14.11 КБ

А вот для сравнения показания мультиметра, измеряющего на постоянном токе с невероятно большой инерционностью (установившегося значения на пределе «20 МОм» я дожидался около 10 секунд). Ему измерять проще – чем дольше длятся измерения, чем сильнее усредняются значения, тем сильнее подавляются шумовые составляющие и помехи. Но и здесь были некоторые колебания от 9,41 до 9,42 МОм:
17.88 КБ 18.29 КБ

Вот и весь сказ о частном случае теории измерений.

Похвалы закончились. В следующем посте я расскажу о граблях в схеме зарядки акума в этом RLC-метре и о возможных причинах изначальной дохлости акума после длительного складского хранения.

RLC-Meter

Целиком и полностью потянуто отсюда: http://antiradio.narod.ru/rlc-meter/ Реально работает. Автору спасибо.

Программа для измерения сопротивления, индуктивности и емкости неизвестных электронных компонентов.
Требует изготовления простейшего переходника для подключения к звуковой карте компьютера (два штеккера, резистор, провода и щупы).

Download the single-frequency version – Скачать программу v1.11 (архив 175 кБ, одна рабочая частота).
Download the double-frequency version – Скачать программу v2.16 (архив 174 кБ, две рабочих частоты).

Это еще один вариант, пополняющий и без того обширную коллекцию аналогичных программ. Здесь не воплощены все задумки, работа над которыми продолжается. Функционирование «основы» вы можете оценить прямо сейчас.

В основу заложен общеизвестный принцип определения амплитудных и фазовых соотношений между сигналами с известного (образцовогоо) компонента, и с компонента, параметры которого надо определить. В качестве тестового используется сигнал синусоидальной формы, генерируемый звуковой картой. В первой версии программы использовалась только одна фиксированная частота 11025 Гц, в следующей версии к ней добавилась вторая (в 10 раз меньшая). Это позволило расширить верхние границы измерений для емкостей и индуктивностей.

Выбор именно этой частоты (четверть от частоты сэмлинга) является главной «инновацией», отличающей этот проект от остальных. На такой частоте алгоритм интегрирования по-Фурье (не путать с БПФ – быстрым преобразованием Фурье) максимально упрощается, а нежелательные побочные эффекты, приводящие к росту шума в измеряемом параметре, полностью пропадают. В итоге кардинально улучшается быстродействие и снижается разброс показаний (особо ярко выраженный на краях диапазонов). Это позволяет расширить диапазоны измерений и обойтись только одним образцовым элементом (резистором).

Собрав схему согласно рисунку и установив регуляторы уровня Windows в оптимальное положение, а также произведя начальную калибровку по закороченным между собой щупам («Cal.0»), можно сразу же приступать к измерениям. С такой калибровкой без труда ловятся низкие сопротивления, в том числе ESR, порядка 0,001 ом, а СКО (среднеквадратическое отклонение) результатов измерений в этом случае составляет порядка 0,0003 ом. Если зафиксировать положение проводов (чтобы не менялась их индуктивность), то можно «ловить» индуктивности порядка 5 нГн. Калибровку «Cal.0» желательно проводить после каждого старта программы, поскольку положение регуляторов уровня в среде Windows может быть, в общем случае, непредсказуемым.

 

    

Чтобы расширить диапазон измерений в область больших R, L и малых C, требуется учитывать входное сопротивление звуковой карты. Для этого служит кнопка «Cal.^», нажимать на которую надо при разомкнутых между собой щупах. После такой калибровки можно достичь следующих диапазонов измерений (при нормировании случайной составляющей погрешности на краях диапазонов на уровне 10%):

  • по R – 0.01 ом … 3 Мом,
  • по L – 100 нГн … 100 Гн,
  • по C – 10 пФ … 10 000 мкФ (для версии с двумя рабочими частотами)

Минимальная погрешность измерения определяется допуском образцового резистора. Если предполагается использование обычного ширпотребовского резистора (и даже с номиналом, отличным от указанного), в программе предусмотрена возможность его калибровки. Соответствующая кнопка «Cal.R» становится активной при переходе в режим «Ref.» Величина резистора, который будет использоваться в качестве эталонного, задается в файле *.ini в качестве значения параметра «CE_real». После калибровки уточненные характеристики образцового резистора запишутся в виде новых значений параметров «CR_real» и «CR_imag» (в 2-х частотной версии параметры измеряются на двух частотах).

С регуляторами уровня программа напрямую не работает – пользуйтесь стандартным микшером Windows или аналогичным. Шкала «Level» служит для настройки оптимального положения регуляторов. Здесь можно порекомендовать такую методику настройки:

1. Определиться, какой регулятор отвечают за уровень воспроизведения, а какой – за уровень записи. Остальные регуляторы желательно заглушить для минимизации вносимых ими шумов. Регуляторы балланса – в среднее положение.
2. Исключить прегрузку по выходу. Для этого, установив регулятор записи в положение ниже среднего, с помощью регулятора воспроизведения найти ту точку, где ограничивается рост столбика «Level», а затем немного отступить назад. Скорее всего перегрузки вообще не будет, но для надежности регулятор лучше не выводить на отметку «макс».
3. Исключить прегрузку по входу – регулятором уровня записи сделать так, чтобы столбик «Level» не доходил до конца шкалы (оптимальное положение – 70…90%) в отсутствии измеряемого компонента, т.е. при разомкнутых щупах.
4. Замыкание щупов между собой не должно приводить к сильной просадке уровня. Если это так, то выходные усилители звуковой карты слишком слабы для данной задачи (иногда решается настройками карты).

Требования к системе

  • ОС семейства Windows (тестировалась под Windows XP),
  • поддержка звука 44,1 ksps, 16 bit, stereo,
  • наличие одного аудио устройства в системе (если окажется несколько, то программа будет работать с первым из них, и не факт, что у веб-камеры окажутся гнезда «Line In» и «Line Out»).

Особенности измерений, или чтобы не попасть впростак

Любой измерительный инструмент требует знания его возможностей и умения правильно интерпретировать результат. Например, при использовании мультиметра стоит задуматься, а какое переменное напряжение он, собственно, меряет (при отличии формы от синусоидальной)?

В нашем случае неизвестный компонент рассматривается как последовательно включенные активное и реактивное сопротивления, значения которых программа пытается определить. И если у компонета окажутся дополнительные паразитные параметры (например – сопротивление утечки у электролитического конденсатора), то результаты будут искажены. В примере с конденсатором сопротивление утечки пересчитается в последовательное, что в сумме с истинным последовательным сопротивлением даст завышенный результат. У катушек собственная емкость обмотки приведет к занижению индуктивности, вплоть до получения отрицательных значений (свойственно катушкам с очень большим числом витков, например – обмоткам трансформаторов). Так что критически относитесь к результатам измерений!

В 2-х частотной версии для измерения больших емкостей и индуктивностей используется низкая (1,1 кГц) частота. Граница перехода отмечена сменой цвета шкалы с зеленого на желтый. Аналогично меняется и цвет показаний – с зеленого на желтый при переходе к измерениям на низкой частоте.

Стереофонический вход звуковой карты позволяет организовать «четырехпроводную» схему подключения только для измеряемого компонента, схема же подключения эталонного резистора остается «двухпроводной». При таком раскладе любая нестабильность контакта разъема (в нашем случае – земляного) может исказить результат измерения. Ситуацию спасает относительно большая величина сопротивления эталонного резистора по сравнению к нестабильностью сопротивления контакта – 100 ом против долей ома.

И последнее. Если измеряемый компонет – конденсатор, то он может оказаться заряженным! Даже разряженный электролитический конденсатор со временем может «собрать» оставшийся заряд. Схема не имеет защиты, так что вы рискуете вывести из строя свою звуковую карту, а в худшем случае – сам компьютер. Сказанное относится и к тестированию компонетов в устройстве, тем более – необесточенном.


RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.

В последнее время выход из стоя электролитических конденсаторов стал одной из основных причин поломок радиоаппаратуры. Но для правильной диагностики не всегда достаточно иметь только измеритель емкости, поэтому сегодня мы поговорим об еще одном параметре — ESR.
Что это, на что влияет и чем измеряют, я попробую рассказать в этом обзоре.

Для начала скажу, что этот обзор будет кардинально отличаться от предыдущего, хотя оба этих обзора об измерительных приборах радиолюбителя.
1. В этот раз не конструктор, а скорее «полуфабрикат»
2. Паять в этом обзоре я ничего не буду.
3. Схемы в этом обзоре также не будет, думаю что к концу обзора будет понятно, почему.
4. Данный прибор очень узконаправленный, в отличии от предыдущего «многостаночника».
5. Если о предыдущем приборе знало очень много людей, то этот почти никому неизвестен.
6. Обзор будет маленьким

Для начала, как всегда, упаковка.

RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
К упаковке прибора претензий не возникло, простенько и компактно.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Комплектация совсем спартанская, в комплекте только сам прибор и инструкция, щупы и батарейка в комплект не входят.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Инструкция также не блещет информативностью, общие фразы и картинки.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Технические характеристики прибора, указанные в инструкции.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Ну и более понятным языком.
Сопротивление
Диапазон — 0,01 — 20 Ом
Точность — 1% + 2 знака.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)
Диапазон — 0,01 — 20 Ом, работает в диапазоне конденсаторов от 0.1мкФ
Точность — 2% + 2 знака

Емкость
Диапазон — 0,1мкФ — 1000мкФ (3-1000 мкФ измеряются на частоте 3КГц, 0.1-3мкФ — 72КГц)
Точность — зависит от частоты измерения, но составляет около 2% ± 10 знаков

Индуктивность
Диапазон — 0-60 мкГн на частоте 72КГц и 0-1200 мкГн на частоте 3КГц.
Точность — 2% + 2 знака.

Для начала я расскажу что же это такое — ESR.
Многие довольно часто слышали слово — конденсатор, а некоторые даже их видели 🙂
Если не видели, то на фото ниже наиболее часто встречающиеся в технике представители.

RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Внешне конденсатор это обычно деталька с двумя выводами, но на самом деле все компоненты выглядят сложнее, чем кажутся на первый взгляд.
Начнем с того, что все детали неидеальны и кроме своего основного параметра еще имеют кучу «паразитных».
Так как мы говорим о конденсаторах, то для примера его и рассмотрим внимательнее.

В реальной жизни эквивалентная схема конденсатора выглядит примерно так, как показано на рисунке ниже.
На картинке показаны —
C — эквивалентная емкость, r — сопротивление утечки, R — эквивалентное последовательное сопротивление, L — эквивалентная индуктивность.

А если упрощенно, то
Эквивалентная емкость — это конденсатор в «чистом» виде, т.е. без недостатков.
Сопротивление утечки — это то сопротивление, которое разряжает конденсатор помимо внешних цепей. Если провести аналогию с бочкой воды, то это естественное испарение. Оно может быть больше, может быть меньше, но оно будет всегда.
Эквивалентная индуктивность — Можно сказать что это дроссель, включенный последовательно с конденсатором. Например это обкладки конденсатора свернутые в рулон. Этот параметр мешает конденсатору при работе на высоких частотах и чем выше частота, тем больше влияние.
Эквивалентное последовательное сопротивление, ESR — Вот и тот параметр, который мы и рассматриваем.
Его можно представить как резистор, включенный последовательно с идеальным конденсатором.
Это сопротивление выводов, обкладок, физические ограничения и т.д.
В самых дешевых конденсаторах это сопротивление обычно выше, в более дорогих LowESR ниже, а ведь есть еще Ultra LowESR.
А если просто (но очень утрированно), то это все равно, что набирать воду в бочку через короткий и толстый шланг или через тонкий и длинный. Заправится бочка в любом случае, но чем тоньше шланг, тем это будет происходить дольше и с большими потерями во времени.

RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Из-за этого сопротивления невозможно конденсатор мгновенно разрядить или зарядить, кроме того при работе на высоких частотах именно это сопротивление греет конденсатор.
Но самое плохое то, что обычный измеритель емкости его не измеряет.
У меня часто были случаи, когда при измерении плохого конденсатора прибор показывал нормальную емкость (и даже выше), но устройство не работало. При измерении ESR-метром сразу становилось понятно, что внутреннее сопротивление у него очень высокое и работать нормально он не может (по крайней мере там, где стоял до этого).
Некоторые наверняка видели вспухшие конденсаторы. Если отсечь случаи, когда конденсаторы пухли просто лежа на полке, то остальное будет являться следствием повышения внутреннего сопротивления. При работе конденсатора постепенно увеличивается внутреннее сопротивление, происходит это от неправильного режима работы или от перегрева.
Чем больше внутреннее сопротивление, тем больше начинает греться конденсатор изнутри, чем больше нагрев изнутри, тем больше растет сопротивление. В итоге электролит начинает «кипеть» и из-за повышения внутреннего давления конденсатор вспухает.

Но вспухает конденсатор не всегда, иногда на вид он абсолютно нормальный, емкость в порядке, а нормально не работает.
Подключаешь его к ESR метру, а у него вместо привычных 20-30мОм уже 1-2 Ома.
Я пользуюсь в работе самодельным ESR метром, собранным много лет назад по схеме с форума ProRadio, автор конструкции — Go.
Этот ESR метр попадается в моих обзора довольно часто и меня часто спрашивают о нем, но когда я увидел в новых поступлениях магазина уже готовый прибор, то решил заказать его для пробы.
Еще подогревало интерес то, что информации по этому прибору я нигде не нашел, ну тем интереснее 🙂

Внешне прибор выглядит как «полуфабрикат», т.е. собранная конструкция, но без корпуса.
Правда для удобства производитель установил всю эту конструкцию на такие вот пластиковые «ножки», даже гаечки пластиковые 🙂

RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
С правого торца прибора расположены клеммы для подключения измеряемого элемента.
К сожалению схема подключения двухпроводная, а значит что чем длиннее будут провода щупов (если их использовать) тем больше будет погрешность показаний.
В более правильных конструкциях используется четырехпроводное подключение, по одной паре конденсатор заряжается/разряжается, по другой происходит измерение напряжения на конденсаторе. в таком варианте провода можно сделать хоть метр длиной, глобальной разницы в показаниях не будет.
Также рядом с клеммами находятся два контакта печатной платы, они используются при калибровке прибора (это я понял уже потом).RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Снизу предусмотрено место для установки батареи питания типа 6F22 9 Вольт (Крона).RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Прибор также может питаться и от внешнего источника питания, подключаемого посредством разъема MicroUSB. при подключении питания к этому разъему батарея отключается автоматически. при частом использовании я бы советовал питать прибор от USB разъема, так как батареи разражаются довольно ощутимо.
На фото также видно, что стяжка, при помощи которой крепится батарея, многоразовая. Замок стяжки имеет язычок, при нажатии на который ее можно открыть.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
В собранном виде конструкция выглядит как то так.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Включается и управляется прибор всего одной кнопкой.
Включение — нажатие дольше 1 сек.
Нажатие в рабочем режиме переключает прибор между измерениями L и С-ESR.
Выключение — нажатие кнопки более чем 2 секунды.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
При включении прибора высвечивается сначала название и версия прошивки, затем идет надпись, предупреждающая о том, что конденсаторы надо обязательно разрядить перед проверкой.
При удержании кнопки более двух секунд высвечивается надпись — Выключение питания и при отпускании кнопки прибор отключается.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Как я выше писал, прибор имеет два рабочих режима.
1. измерение индуктивности
2. измерение емкости, сопротивления (или ESR).
В обоих режима на экране отображается напряжение питания прибора.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Естественно посмотрим что из себя представляет начинка этого прибора.
На вид она заметно сложнее чем у предыдущего тестера транзисторов, что косвенно говорит либо о непродуманности схемы либо о лучших характеристиках, мне кажется что в данном случае скорее второй вариант.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Ну дисплей особо описывать смысла нет, классический 1602 вариант. Единственно что удивило — черный цвет текстолита.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Общее фото печатной платы я сделал в двух вариантах, со вспышкой и без, вообще прибор очень не хотел фотографироваться, мешая мне всеми возможными способами, потому заранее приношу извинение за качество.
На всякий случай напоминаю, что все фото в моих обзорах кликабельны.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
«сердцем» прибора является микроконтроллер 12le5a08s2, информации по конкретно этому контроллеру я не нашел, но в даташите другой его версии проскакивала информация что он собран на ядре 8051.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Измерительная часть содержит довольно много элементов, кстати заявлено что процессор имеет 12 бит АЦП, который используется для измерения. Вообще такая разрядность весьма неплохая, скорее интересно насколько это реально.
Изначально думал начертить схему всего этого «безобразия», но потом понял, что особого смысла это не имеет, так как характеристики прибора в плане диапазона измерения не очень большие. Но если кому интересно, то можно попробовать перечертить.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Также в измерительной схеме задействован операционный усилитель, как по мне довольно неплохой, я такой использовал в усилителе сигнала с токового шунта электронной нагрузки.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Судя по всему это узел переключения питания между батареей и USB разъемом.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Снизу платы почти ничего интересного, кроме кнопки компонентов никаких нет 🙁RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Но я нашел интересное даже на пустой печатной плате :)))
Дело в том, что когда я получил прибор и игрался с ним, то категорически не мог заставить его отображать емкость конденсатора выше 680мкФ, он упорно показывал OL и все.
Осматривая плату я не мог не заметить три пары контактов для подключения кнопок (судя по маркировке).
Сначала я ткнул key2, на что получил на экране — калибровка нуля (вольный перевод) — ОК.
Ха, думаю, ну щаззз мы тебя.
А вот и нет, калибровка заняла у меня уйму времени, так как из-за редкости прибора информации по нему нет, вообще. Единственное упоминание со словом калибровка было здесь.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Замыкание других пар контактов выводит на экран значения констант (судя по всему).
причем были еще варианты, с другими буквами, а также иногда при замыкании key3 проскакивала надпись — Сохранено ОК (на англ ессно).RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Но вернемся к калибровке.
Прибор сопротивлялся всем своими силами.
Для начала я попробовал коротнуть клеммы пинцетом и калибровать так, но прибор в итоге показывал правильную емкость и отрицательное сопротивление у конденсаторов.
После этого я коротнул два тестовых пятачка на плате, прибор стал показывать корректное сопротивление, но диапазон измерения емкости сузился до 220-330 мкФ.
И уже после долгих поисков в инете я наткнулся на фразу (ссылка есть чуть выше) — Use 3cm thick copper wire for short circuit to clear
В переводе это означало — используйте медный провод толщиной 3см. я подумал что толщина в 3см это как то круто и скорее всего имелось в виду 3см длины.
Отрезал кусочек провода длиной около 3см и коротнул патчки на плате, стало работать гораздо лучше, но все равно не так.
Взял провод подлиннее раза в два и повторил операцию. После этого прибор стал работать уже вполне нормально и дальнейшие тесты я проводил уже после этой калибровки.

Для начала я подобрал разных компонентов, при помощи которых буду проверять как работает прибор.
На фото они уложены в соответствии с порядком тестирования, только дроссели лежат наоборот.
Все компоненты проверялись от меньшего номинала к большему.

RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Перед тестами я посмотрел осциллографом что выдает прибор на свои измерительные клеммы.
Судя по показаниям осциллографа частота установлена примерно на 72КГц.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
В плане измерения индуктивности показания вполне сошлись с указанными на компонентах.
1. индуктивность 22мкГн
2. индуктивность 150мкГн
Кстати, в процессе калибровки я заметил, что никакие манипуляции не влияли на точность измерения емкости и индуктивности, а отражались только на точности измерения сопротивления.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
С индуктивностью 150мкГн форма сигнала на клеммах выглядела такRLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
С конденсаторами небольшой емкости также не возникло проблем.
1. 100нФ 1%
2. 0.39025 мкФ 1%RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Форма сигнала при измерении конденсатора 0.39025 мкФRLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Дальше пошли электролиты.
1. 4.7мкФ 63В
2. 10мкФ 450В
3. 470мкФ 100 Вольт
4. 470мкФ 25 В lowESR
Отдельно скажу насчет конденсатора 10мкФ 450 Вольт. Меня очень удивили показания и это не дефект конкретного элемента, так как конденсаторы новые и у меня их два одинаковых. показания также были одинаковые у обоих и другие приборы показывали именно емкость около 10мкФ. мало того, даже на этом приборе пару раз проскочили показания со значением около 10мкФ. почему так, мне непонятно.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
1. 680мкФ 25 Вольт низкоимпедансный
2. 680мкФ 25 Вольт lowESR.
3. 1000мкФ 35 Вольт обычный Samwha.
4. 1000мкФ 35 Вольт Samwha RD серия.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Форма сигнала на контактах при тестировании обычного 1000мкФ 35 Вольт Samwha.
По идее, при измерении емких электролитов, частота должна была упасть до 3КГц, но на осциллограмме явно видно, что частота не менялась в процессе всех тестов и составляла около 72КГц.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
1000мкФ 35 Вольт Samwha RD серии иногда выдавал и такой результат, проявлялось это при плохом контакте выводов с измерительными клеммами.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Уже после того как сделал групповое фото, измерил и сложил детали по своим местам я вспомнил, что забыл измерить сопротивление резисторов.
Для измерения я взял пару резисторов
1. 0.1 Ома 1%
2. 0.47 Ома 1%
Сопротивление второго резистора несколько завышено и явно вылазит за предел 1%, скорее даже ближе к 10%. но я думаю что это скорее сказывается то, что измерение проходит на переменном токе и влияет индуктивность проволочного резистора, так как мелкий резистор на 2.4 Ома показал сопротивление 2.38 Ома.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Когда искал информацию по прибору, то пару раз натыкался на фото этого прибора, где показано одновременное измерение с разными частотами, но мой прибор такое не выводит, опять же непонятно почему 🙁
То ли другая версия, то ли еще что, но разница есть. У меня вообще сложилось впечатление, что измеряет он только на частоте 72КГц.
Высокая частота измерения это хорошо, но всегда удобно иметь альтернативу.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.RLC и ESR метр, или прибор для измерения конденсаторов, индуктивностей и низкоомных резисторов.
Резюме
Плюсы
В работе прибор показал довольно неплохую точность (правда после калибровки)
Если не учитывать то, что мне пришлось его калибровать, то можно сказать что конструкция готова к работе «из коробки», но допускаю что это мне так «повезло».
Двойное питание.

Минусы
Полное отсутствие информации по калибровке прибора
Узкий диапазон измерения
У меня прибор нормально начал работать только после калибровки.

Мое мнение. Если честно, то у меня создалось стойкое двоякое впечатление о приборе. С одной стороны я получил вполне неплохие результаты, а с другой я получил больше вопросов чем ответов.
Например я так на 100% и не понял как его правильно калибровать, также не понял почему мой конденсатор на 10мкФ отображается как 2.3, ну и кроме того непонятно, почему измерение проходит только на 72КГц.
Я даже не знаю, рекомендовать его или нет. Если паять совсем не хочется, то можно использовать этот или транзистор тестер из прошлого обзора, а если хочется лучших характеристик (в основном в сторону расширения диапазона) и не нужно измерять индуктивности, то можно собрать C-ESR метр от Go.
Очень расстроил верхний диапазон измерения емкости в 1000мкФ, хотя я спокойно измерял и 2200 мкФ, но точность прибора падала, он начинал явно завышать показания емкости.

В общем на этом пока все, очень буду рад любой информации по прибору и с удовольствием добавлю ее в обзор. Допускаю что у кого нибудь он тоже есть, хотя и очень маловероятно, так как я не нашел по нему ничего, хотя часто все приборы являются повторением каких то уже известных конструкций.

Товар предоставлен для написания обзора магазином.

РадиоКот :: Измеритель uRLC

РадиоКот >Конкурсы >Поздравь Кота по-человечески 2018! >

Измеритель uRLC

Прибор uRLC предназначен для измерения сопротивления, емкости и индуктивности радиоэлементов,

размера, жирности и вкусности мышей :),   каждый уважающий себя радиокот маст хэв!

При разработке прежде всего ставились задачи получить малогабаритный, легкий и удобный пинцет для SMD элементов с удовлетворяющей точностью и погрешностью, идейными вдохновителями были НВ-14, Smart tweezers, LCR Reserch.

Характеристики:


— измерение R от 0,1мОм — 10МОм,
— измерение L от 0,1нГн — 10Гн,
— измерение С от 0,001пФ до 22,000 мкФ,
— тестовый сигнал с частотой 100Гц, 1кГц, 10кГц, 93кГц, 187кГц амплитудой 1В, 0,3В,
— габариты со щупами 158х28х12мм, вес 29гр.,
— питание Li-Ion 3,7В 250мА*ч, потребление около 75мА.


За основу данного прибора был взят проект RLC Balmer 303, как имеющий хорошие перспективы для развития. Максимальная интеграция МК, встроенный DAC, 2 раздельных ADC для U-I и применение хороших инструментальных и программируемых усилителей позволяют получить малые габариты и высокую точность измерения.

Работает прибор по классическому принципу для данных устройств, фактически он максимально схож с классическим RLC-2, переведенным на новую элементную базу- через измеряемую деталь пропускается тестовый сигнал переменного напряжения фиксированной частоты, измеряется амплитуда на измеряемой детали, а так же протекающий через нее ток при помощи шунта. Сигналы канала напряжения и тока усиливаются до необходимого уровня и далее оцифровываются встроенными АЦП МК.
Из амплитуды напряжения – тока, а так же смещения фазы производится расчет R,L, C, Q, Z и др.
МК формирует тестовый сигнал при помощи встроенного ЦАП, контролирует амплитуду напряжения и тока при помощи 2-х каналов встроенного АЦП, подбирает оптимальное усиление каналов напряжения и тока при помощи PGA (усилитель с программируемым коэффициентом усиления), а так же значение шунта.
Примененный МК STM32F303 имеет достаточно быстрые- 5Мвыб/с и точные АЦП если учесть, что это «бонус».
В качестве экрана был применен OLED 1,3”, имеющий малые габариты, стоимость и хорошую яркость, контрастность символов.

Схема, а так же ПП имеет несколько вариаций:
1 Возможно применение OLED экранов 1,3″ или 0,96″. Шлейфы этих экранов идентичны друг другу и паяются непосредственно на плату. Однако встречаются c двумя типами контроллеров.


Разработаны 2 печатные платы:

(1) 1,2 — размерами 25х60 специально для экрана 0,96″.
(2) 1,2м — размерами 25х70мм специально для экрана 1,3″.

Так же есть небольшие отличия в схемотехнике, схемы помечены как 1,2 и 1,2м. На плату 1,2 можно установить и 1,3″ экран однако в таком виде он не установится по посадочному месту, не ляжет на плату и будет нависать над ней на высоте 2,5мм. Конструкция может получиться короче, но толще. Впрочем такое решение имеет право на жизнь. На плату 1,2м можно установить экран 0,96. Однако размеры его маловаты, читаемость хуже.
2 Прибор в законченном виде может быть выполнен как пинцет для измерения преимущественно СМД компонентов, так и с крокодилами- щупами Кельвина для измерения преимущественно выводных компонентов, кроме того крокодилы в отличии от наконечников щупа обеспечивают значительно лучший контакт, что критично для измерения низкоимпедансных деталей. Были реализованы в железе оба варианта.

Все элементы и узлы будут рассматриваться для схемы 1,2м. Для 1,2 все аналогично, но не совпадают поз. обозначения. Схема цифровой и аналоговой части.

Схема питается от небольшого Li-ion аккумулятора, зарядка осуществляется микросхемой DA9, R41 задает ток заряда.

Разъем- micro USB. Через разъем возможна зарядка, а так же программирование МК через специальный переходник к программатору, таком же, как в осциллографе GFX3. На контакты D+, D- USB подключены пины SWDIO, SWCLK. Такая реализация позволяет удобно программировать МК, в том числе обновлять прошивку без разборки корпуса.
Q1, Q2 подают питание на основную схему, первичное включение происходит при нажатии кнопки ОК, далее МК поддерживает каскад во включенном виде до момента выключения.
DA10- DA11 — LDO стабилизаторы напряжения, DA10, питающий аналоговую часть, выбран с хорошим параметром подавления вкодных пульсаций.
Стабилизаторы могут применяться на напряжение 3,0В и 3,3В. 2 лдо должны выбираться на одинаковое напряжение. Предпочтительно применение 3,3В поскольку некоторые элементы схемы лучше работают при повышенном напряжении. При этом разница в емкости аккумулятора, теряемая при эксплуатации схемы с ЛДО 3,3В незначительна.
Управление схемой происходит совмещенной кнопкой- качелькой, совмещающей 3 кнопки — влево-ок-вправо.Программно задействованы функции на короткое и длинное нажатие. Вместо совмещенной кнопки посадочные места на ПП позволяют устанавливать отдельные СМД кнопки, однако предпочтительна качелька.

DA6 с обвязкой формирует 2 канала ИОН, значения равны 1/2 напряжения LDO стабилизаторов, т.е 1,5В или 1,65В. Напряжение необходимо для смещение рабочей точки всех ОУ и АЦП. Это виртуальная земля.
С порта DAC МК формируется тестовый сигнал амплитудой несколько ниже питающей, далее делитель R16-R15 снижают амплитуду до 1В. R13-14 формируют смещение тестового сигнала в половину питания. С2 и С5 являются элементами ФНЧ для подавления выбросов ЦАП МК. Для формирования сигнала 0,3В снижается амплитуда DAC.
DA1 является повторителем тестового сигнала, подает сигнал на клеммы измерения.
VD1 представляет собой сборку диодов для защиты входных цепей от возможного приложения высокого напряжения, например при возможном подключении заряженных электролитов, и т.д. Согласно ДШ ОУ INA826 способны выдерживать входное напряжение до 40В без повреждения, однако для повышения надежности установлены защитные диоды.
DA3- DA2 образуют преобразователь ток-напряжение. Они обеспечивают измерение протекающего тока через измеряемый элемент. Измерение происходит на одном из 4-х шунтов, переключаемом в зависимости от сопротивления измеряемого элемента. Номиналы шунтов 100Ом, 1К, 10К, 100К. переключает DA2, управляемый МК.
В схемах пинцетов обычно не применяется подобный узел, поскольку он достаточно громоздкий, шунт обычно один, поскольку данное решение реализуется более компактной схемотехникой. Однако было решено поставить масштабируемый шунт.
DA4, DA5 — инструментальные ОУ канала U — напряжения (DA4) и I — тока (DA5). КУ обоих усилителей равны и устанавливаются резисторами R18-19. По умолчанию КУ=2.
В цепях прохождения сигналов установлены ФНЧ для подавления помех и повышения точности измерения.
Имеются фиксированные ФНЧ R22+C23, R21+C31 с частотой среза чуть более 200кГц, рассчитанные таким образом, чтоб существенно не ограничивать сигнал на верхней рабочей частоте 187кГц, но при этом снижать уровень ВЧ шума.
Далее сигналы U. I поступают на программируемые ОУ (PGA113). КУ ОУ устанавливает МК через шину SPI и может меняться, принимая следующие значения: 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 и 200. Микросхема имеет механизмы калибровки, повышающие точность задания КУ, что положительно влияет на точность измерения, однако погрешность присутствует 0,1% на малых КУ и 0,3% при значении >/= 50. Для уменьшения погрешности используются дополнительные режимы калибровки прибора.
Далее сигналы поступают на коммутируемые ФНЧ, для канала U R23, C25, C28,C30, DD1, DD2. Имеется цепь R23, C25 — фиксированного ФНЧ для высшей частоты, на более низких частотах подключаются C28 в параллель к C25 (на 10кГц), а так же C25+ C28+C30 на частотах 100 Гц и 1 кГц. Дополнительные конденсаторы подключаются коммутаторами DD1, DD2 по команде с МК.
После коммутируемого ФНЧ сигналы поступают на АЦП МК. Данный МК имеет 3 канала АЦП, для канала напряжения и тока задействованы отдельные АЦП, измерение происходит одновременно, а не по очереди при помощи одного АЦП, что положительно влияет на точность измерений, 3-й канал используется для измерения напряжения питания.
Обвязка OLED аналогична стандартному модулю OLED с шилдом. Необходима для удаления шилда в целях снижения габаритов. При необходимости обвязку можно не паять, подключив I2C OLED модуль при помощи 4-х проводников.
Размер и цвет экрана не принципиальны. Однако с 1,3 читабельность показаний несомненно выше.


МК, ОУ недопустимо покупать у непрверенных поставщиков в т.ч у китайцев. МК подходит для текущей прошивки только в указанной модификации, в других встречается 2 канала АЦП вместо трёх. Обращайте внимание на корпуса микросхем. При разработке ПП закладывались самые маленькие корпуса. На плате 1,2 применено 2 коммутатора SN74LVC1G3157 в корпусах SOT23-6, на плате 1,2м 4шт SN74LVC1G3157DCKR в микрокорпусе SOT6.
В схеме имеются элементы, которые должны быть прецизионные, либо специально подобранные.
1 Шунты R7-R10 — покупались 0603 резисторы с точностью 0,1%. У резисторов, вне зависимости от указанного допуска, реальная точность обычно значительно лучше заявленной, для 5% резисторов она обычно укладывается в 1%. У конденсаторов допуски слишком большие и часто реальная емкость значительно отличается от заявленной. Если нет возможности приобрести резисторы или конденсаторы с высокой точностью необходимо отобрать нужные экземпляры из элементов с обычным допуском. Измерять и сортировать. Так среди резисторов 100 Ом, 1К, 10К, 100К сначала нужно отобрать мультиметром, резисторы для шунтов, остальные резисторы пустить на позиции, не требующие высокой точности.
2. Должны быть подобраны в пары (в паре 2 элемента должны иметь максимально близкие значения, но не обязательно близкие к заявленному номиналу) такие элементы:
— R18-19, — R21-22,- R23-25,- R31-32,- C32-C31,- C25-34,- C28-35,- C30-C38
Разброс этих элементов частично может компенсироваться электронной калибровкой, но может существенно влиять на точность измерения и погрешности.
Самым шумным, влияющим на точность измерения узлом является преобразователь тока в напряжение. Максимально эффект выражен при минимальном протекающем токе- измеряемый элемент имеет высокий импеданс либо режим Open. Для снижения уровня шума установлен конденсатор С7, образующий ООС по ВЧ для DA3. После его установки ВЧ шум на выходе ощутимо снизился, однако это компромиссное решение, повышение его емкости дает погрешность измерения высокоомных резисторов на ВЧ, впрочем электронная калибровка может это компенсировать. Возможно понадобиться снижение его емкости, либо демонтаж.
OLED может применяться 0,96″ либо 1,3″ с разрешением 128х64 пикселя. Чаще всего они продаюся установленными на шилд и имеют белое, синее и желто-синее свечение. Подключаются по SPI или I2C шине. Обычно такие экраны имеют стандартные контроллеры и стандартный 30-пиновый шлейф. При этом сам экран поддерживает обе шины, разница только в схеме обвязки шилда. Встречаются в продаже так же экраны без шилда со шлейфом под пайку, такие варианты так же подойдут, не нужно будет время тратить на демонтаж.
Белые экраны могут встречаться с разной яркостью- контрастностью и спектром свечения. Лучше всего использовать белые, читабельность выше.

 

 

 

 

 

 

 

Следует обратить внимание на то. что в продаже имеются OLED экраны с таким же размером и разрешением, но неподходящим шлейфом. У них шлейф 20-пиновый, а шилд имеет овальные, а не круглые отверстия. Такие экраны не подходят! Конечно и их можно припаять с учетом распиновки тонкими проводниками, но это неправильное решение.

 

 

 

 

 

 

Для подготовки к монтажу ОЛЕД его необходимо снять с шилда. Лучше следующим образом- aеном с тонкой насадкой прогревать зону пайки шлейфа, аккуратно с угла поддеть пинцетом шлейф и прогревая феном оттягивать шлейф от шилда. после отпайки шлейфа, феном пргревать шилд по всей поверхности круговыми движениями. Прогрев до 70-90 градусов, можно отделить экран от шилда, при этой температуре двухсторонний скотч перестает держать и отлипает. Следует избегать нагрева лицевой стороны экрана, поскольку там наклеена пластиковая пленка, которая может начать слазить кроме того сама матрица светодиодов может выйти из строя от перегрева.
В целях экономии с шилда можно сдуть LDO и SMD мелочевку.
Экран с шилдом I2C можно подключить не снимая сам СOB OLED, плата 1,2 имеет отверстия под стандартный 4-пин разъем, к плате 1,2м можно подключить 4-мя проводниками, соблюдая распиновку.


Перед монтажом необходимо выполнить все слесарные работы по платам, помыть платы, удалив пыль и стружку с поверхности плат.
Платы разрабатывались для промышленного изготовления, заказывались на производстве. Делать ПП такого уровня сложности и допусков при помощи ЛУТ или ФР нецелесообразно. Изготовлены были панелями 97х97мм, каждая панель включала в себя:
1 плату 1,2
1 плату 1,2М
4 пинцетных щупа
10 плат для щупов Кельвина (для крокодилов)
2 платы распорок-экранов.

Потребовалось вырезать и обработать необходимые платы, определившись с разновидностью конструкции. Из одной панели можно изготовить 2 прибора.
Каждый пинцетный щуп состоит из 2-х половинок, они прикладываются друг к другу, сигнальные проводники расположены внутри пинцетных щупов, имеют экранировку земляными полигонами, конструкция подобна коаксиальному кабелю, что обеспечивает высокое подавление помех. В отверстия вставляются штырьки от разъема дюпонт, обпаиваются.

На контактные части щупов вырезались специальные контактные площадки для обеспечения достаточной жесткости кончиков и достаточно качественного контакта, паяются феном. В моем случае они изготавливались из пружинистой бронзы толщиной около 0,6 мм. Щупы из двух 1мм плат обеспечивают достаточную и комфортную упругость. Щупы обтачиваются до получения равных геометрических размеров и формы. Окончательная доводка кончиков производится уже после установки щупов на плату

В плате протачиваются надфилем выборки под щупы, выборку под шлейф ОЛЕД. Щупы должны плотно сидеть, не болтаться без пайки, иначе далее после обпайки механическая нагрузка будет прикладываться на пайку и контактные площадки, контакты будут обрываться. Контактные площадки массы и сигнальных выводов должны совпадать по расположению.

Сами щупы паяются в последнюю очередь.

В случае изготовления конструкции с щупами Кельвина— крокодилами используются 2 платы на один щуп. 4 платы обтачиваются. Подбирается 2 крокодила, размер — один из самых малых, что имеются в продаже (длина металлической части 28мм). Ширина «челюстей» (3мм) немного меньше ширины платы. Нужны так же 4 равных по длине отрезка тонкого экранированного кабеля. В прототипе использовался кабель с центральной жилой из МГТФ-а. Это достаточно удобно, центральная жила устойчива к высокой температуре при пайке, изгибу и достаточно тонкая.

Кабель разделывается таким образом, чтоб масса паялась сразу возле места обжима, а центральная жила проходила через весь крокодил и паялась на центральный пятачок платы губок. Внешняя часть паяется к «челюстям» крокодила.

 

 

 

 

 

 При разработке продумывался вариант использования разъемных щупов, чтобы была возможность подключить пинцетные щупы либо крокодилы, однако такой вариант был отвергнут, т.к не обеспечивал малые габариты, надежность конструкции, достаточное экранирование от ЭМИ.

Существенных особенностей монтаж не имеет. Однако из-за применения элементов в микрокорпусах, а так же плотной разводки ПП монтаж будет вызывать дискомфорт. Для удобства сначала необходимо смонтировать все СМД элементы на основной стороне платы. Затем монтировать СМД элементы со стороны ОЛЕД. Кварцевый резонатор лучше паять феном. На основную плату в последнюю очередь паюятся крупногабаритные детали — танталы, ЮСБ, качелька, экран и щупы.
Перед подключением аккумулятора следует убедиться в отсутствие КЗ по цепям питания, первое включение лучше производить через защитный резистор порядка 10 Ом и контролировать ток потребления. После подключения питания следует прошить МК. Перед прошивкой и во время нее необходимо принудительно подавать питание, удерживая во время всего процесса ОК.


Прибор управляется 3-мя кнопками качельки «влево»(вниз), «ОК» и «вправо»(вверх)
Включение/выключение — удержание «ОК».
Вход в меню, выбор варианта — короткое нажатие «ОК».
Кнопки «+» и «-» в основном режиме коротким нажатием позволяют листать частоту тестового сигнала вверх-вниз. В меню листают пункты меню. В основном режиме удержание «влево» включает, а при повторной активации выключает режим осциллографа. Удержание «вправо» переключает амплитуду тестового сигнала 1-0,3В
При удержании кнопок «влево» или «вправо» в меню происходит быстрое возвращение к основному режиму работы.

Обозначения на экране

uRLC — название прибора
187,5к — тестовая частота, в данном случае прибор на данной частоте откалиброван, если прибор не откалиброван, верхняя полоса с инверсией по цвету.
1,0V — амплитуда, возможные значения – 1,0 В и 0,3 В.
Батарейка— индикатор заряда.
SER — последовательное измерение сопротивления. Может быть PAR — параллельное соединение.
F3— состояние ФНЧ, подключен ФНЧ с полосой выше 200кГц.
R3 — значение подключенного шунта R0-100R , R1-1K, R2- 10K, R3- 100K.
V0 — Значение КУ PGA канала напряжения V0- КУ=1, V1- КУ=2, V7- КУ=200.
I5 — Значение КУ PGA канала тока I5- КУ=50.
При разомкнутых щупах обычно отображается большое сопротивление и большая индуктивность, либо большое сопротивление и сверхмалая емкость. При замкнутых — низкое сопротивление и малая индуктивность/ большая емкость. При выходе за максимальные пределы, когда расчетное значение выходит за рациональные пределы в режиме OPEN значения номиналов могут не отображаться вовсе.
В программе МК рассчитываются добротность, тангенс диэлектрических потерь, фаза, но не отображаются для экономии места на экране.

Пункты меню (нажатие ОК):
… — выход из меню.
Схема замещения— последовательная — SER или паралельная PAR
L/C R imag — отображение активного и реактивного значений или активного последовательно- параллельного.
настройки экрана — яркость, инверсия экрана, тип экрана.
калибровка — без калибровки имеются существенные погрешности на краях диапазонов, особенно на высоких частотах. Для каждой частоты необходимо провести калибровку. SHORT — замыкаем, калибруем.  OPEN — размыкаем щупы, калибруем. Имеются дополнительные калибровки по эталонным резисторам. Номинал перед калибровкой можно подстроить, т.е калибровать не эталонным резистором в 100,0 Ом, а обычным 98,4 Ом, главное — знать точное значение резистора, по которому калибруем и выбрать его перед калибровкой. Эта калибровка необязательна, обязательна только опен-шорт, однако она значительно повышает точность Сохраняем значения. Выходим. На откалиброванной частоте значение частоты отображается обычным шрифтом, а не инверсным.
— задать R — позволяет установить фиксированный шунт для отладки, без переключений на другой предел- 100 Ом- 1К-10К-100К.
— Ошибка измерения — пункт позволяет оценивать ошибку измерения для данного измеряемого элемента. Значение выводится в %. Максимальная ошибка получается при измерении очень маленьких или очень больших актиных/ реактивных сопротивлений (режим опен или шорт), на краях диапазонов, в середине диапазона 100мОм-10МОм она обычно 0,01-0,05%.
— Графики U, I — отображается рабочая частота, параметры КУ, шунта, рисуются графики сигналов напряжения и тока. Внизу отображаются значения АЦП (мин — макс) для напряжения и тока, рассчитанные значения.
— Фильтр — пункт позволяет включать- выключать коммутируемый ФНЧ для оценки качества его работы.


После прошивки должен заработать экран, прибор должен включаться-выключаться при удержании ОК. Если в настройках установлен другой данный тип экрана- картинка съедет в сторону/ вверх на несколько пикселей, либо будет отображаться неверно.
Если с отображением все ОК, следует проверить работоспособность аналоговой части. Подпаиваются готовые щупы либо короткие перемычки, соединяющие цепи тестового сигнала и измерения.
Для удобства настройки / диагностики/ проверки работоспособности в настройках есть сервисный пункт График U, I. При настройке и проверке работоспособности обязательно следует контролировать амплитуду и форму сигнала. По возможности также контролировать прохождение сигнала внешним осциллографом по дополнительным контрольным точкам.
1. 14н МК — синус до 2В.
2. 1н DA1 — син около 1В.
3. С23 син до 2В (опен), U_ADC то же.
4. С31 синус до 2В (шорт), I_ADC то же.
Если все функционирует правильно, то при разомкнутых щупах (OPEN) мы видим полноценную амплитуду синусоиды напряжения, второй канал тока- почти прямая линия. Значение напряжений указаны в мВ на АЦП соответствующего канала.

При замкнутых (SHORT) амплитуда канала тока становится максимальной, амплитуда канала напряжения- минимальной.

При измерении какого-то реального элемента амплитуды напряжения и тока находятся в определенных допустимых значениях, наблюдаются 2 синусоиды разной амплитуды и с разной фазой. При измерении резисторов фазы практически совпадают, чем выше частота теб больше будет разность фаз. В зависимости от величины реактивной составляющей фазы могут смещаться. Подключен конденсатор.

На экране отображается частота и амплитуда тест-сигнала, амлитуда АЦП напряжения и тока, комбинация шунта, КУ программируемых ОУ, измеренные значения тестируемого элемента.
Значительное искажение синусоиды, зашкаливание сигнала, отсутствие синусоиды (прямые линии) свидетельствуют о неправильной работе прибора по причине аппаратных либо программных проблем.

 

Для максимальной точности измерений должны соблюдаться следующие условия:

измерение должно проводиться на оптимальных частотах. К примеру большие индуктивности, намотанные на трансформаторном железе следует измерять на частоте 100Гц, поскольку на более высоких частотах параметры будут измеряться некорректно из-за низкочастотных свойств ферромагнетика.
Электролиты желательно измерять на частотах от 100Гц до 10кГц, Конденсаторы большей емкости следует замерять на 100Гц. Малые емкости и индуктивности следует измерять на частотах 10кГц, в некоторых случаях 93 и 187 кГц. Резисторы желательно измерять на частотах 1 или 10кГц.
В общем случае наивысшая точность в приборах получается на частотах 1 и 10кГц. Это связано с тем, что на 100Гц падает количество выборок измерений, а на 93кГц и 187кГц значительно повышается нелинейность ОУ, скорость наростания сигнала становится недостаточной, особенно на больших КУ, растут их уровень собственного шума и КНИ. Уровень искажений становится сильно зависим от амплитуды сигнала и ступени КУ, такую нелинейность сложно компенсировать программными методами.
В то же время применение одновременно двух идентичных АЦП со схожими параметрами вместо старого метода поочередного измерения канала тока и напряжения одним АЦП позволило значительно повысить точность измерения фазы между каналами и соответственно емкости и индуктивности. На частоте в 10кГц достигается разрешающая способность в 1-2 нГн по индуктивности и 0,001пФ по емкости
максимальная амплитуда входных сигналов U-I без искажений. В меню имеется выбор амплитуды тестового сигнала 1В и 0,3В. 1В предназначен для обычного измерения, 0,3 В для измерения внутрисхемного, когда параметры элемента можно измерить не выпаивая из схемы. Пониженная амплитуда не вызывает открывания P-N переходов активных компонентов, но вместе с тем снижение амплитуды тестового сигнала понижает точность измерения.
калибровка прибора. На частотах 100Гц- 10кГц в большинстве случаев достаточо калибровки Open- Short при условии применения точных шунтов. Дополнительная калибровка по резисторам улучшает точность, но не является обязательной.
На частотах 93 и 183 без калибровки по резисторам не обойтись.

При разработке:

— наилучшее соотношение сигнал/шум. Для получения минимального шума были применены ряд особенностей схемотехники и разводки ПП,
— тождественность проходных характеристик канала напряжения и тока. На это влияют подбор вышеописанных компонентов в пары.
— на этапе проектирования ПП уделялось особое внимание отдалению аналоговых сигнальных цепей от цифровой части, насколько позволяло свободное пространство на ПП. На ПП имеются контактные площадки для пайки дополнительных экранов, опционально. А так же предусмотрена дополнительная плата экран- распорка, частично экранирующая входные цепи, а так же придающая жесткость и отсутствие скручивания пинцетным щупам, плата паяется уже после проверки работоспособности.


Корпус для измерителей был изготовлен из купленных за 2 уе в Китае USB- зажигалок. Кроме непосредственно корпуса внутри имеется Li-ion аккумулятор подходящих для конструкции габаритов и емкости.

Дополнительно вырезалась верхняя крышка и правая стенка. Правая стенка вклеена в корпус при помощи дихрорэтана. Верхняя крышка прикладывается и фиксируется с двух сторон 2-мя фрагментами термоусадки.

Собирается- разбирается конструкция быстро и без дополнительных инструментов.

Имелся так же вариант корпуса с 4-мя стойками М2, однако он оказался значительно более трудоемким и был отвергнут в пользу более простой конструкции.
 На данный момент ведутся работы по доработке схемотехники, возможны существенные изменения, прошивки МК и изготовления корпуса с использованием станка ЧПУ

 

 

Работы над проектом ведутся более полугода в соавторстве с Павлом GFX. Было изготовлено 2 промежуточных платы, на которых отрабатывались элементы схемотехники,  разводки и переделано и испытано множество прошивок.

Конструкция была успешно повторена тремя бета-кото-тестерами.

Файлы:
Схема+ПП+HEX

Все вопросы в Форум.


Как вам эта статья?

Заработало ли это устройство у вас?


Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *