W tym artykule przedstawiono elementarny schemat miernika pojemności na mikroukładzie logicznym. Taki klasyczny i elementarny projekt obwodu można odtworzyć szybko i łatwo. Dlatego ten artykuł będzie przydatny dla początkującego amatora radiowego, który zdecydował się złożyć dla siebie elementarny miernik pojemności kondensatora.
Działanie obwodu miernika pojemności:
Rysunek nr 1 - Schemat licznika mocy Lista elementów licznika pojemności:
R1- R4 - 47 kiloomów
R5 - 1,1 kilooma
C3 - 1500 pF
C4 - 12000 pF
C5 -0,1 μF
C rev. - kondensator, którego pojemność chcesz zmierzyć
SA1 - przełącznik waflowy
DA1 - K155LA3 lub SN7400
VD1-VD2– KD509 lub analogowe 1N903A
PA1 - Głowica wskaźnikowa (prąd pełnego odchylenia 1 mA, rezystancja ramy 240 Ohm)
XS1- XS2 - złącza krokodylkowe
Ta wersja miernika pojemnościowego ma cztery zakresy, które można wybierać przełącznikiem SA1. Np. W pozycji „1” można mierzyć kondensatory o pojemności 50 pF, w pozycji „2” - do 500 pF, w pozycji „3” - do 5000 pF, w pozycji „4” - do 0,05 μF.
Elementy mikroukładu DA1 zapewniają wystarczający prąd do naładowania mierzonego kondensatora (pomiar C). Szczególnie ważne jest dla dokładności pomiaru, aby odpowiednio dobrać diody VD1-VD2, muszą one mieć takie same (najbardziej zbliżone) właściwości.
Konfiguracja obwodu miernika pojemności:
Utworzenie takiego obwodu jest dość proste, musisz podłączyć C rev. o znanych właściwościach (o znanej pojemności). Wybierz żądany zakres pomiarowy przełącznikiem SA1 i obracaj pokrętłem rezystora strojenia aż do uzyskania pożądanego odczytu na głowicy wskaźnika PA1 (polecam skalibrować go według własnych odczytów, można to zrobić poprzez demontaż głowicy wskaźnika i naklejenie nowej skali z nowymi napisami)
Prawie dwa lata temu kupiłem cyfrowy miernik pojemności i zrobiłem, można rzec, pierwszą rzecz, na którą się natknąłem. Byłem tak zmęczony niezdolnością multimetru Mastech MY62 do pomiaru pojemności kondensatorów powyżej 20 mikrofaradów, a nie zmierzył poprawnie mniej niż 100 pikofaradów. W SM-7115A podobały mi się dwa czynniki:
- Mierzy cały wymagany zakres
- Kompaktowość i wygoda
Zapłaciłem 750 rubli. Szczerze wierzyłem, że nie było to warte swojej ceny, a cena była „zawyżona” z powodu całkowitego braku konkurencyjnych produktów. Kraj pochodzenia to oczywiście Chiny. Bałem się, że „skłamie”, bardziej niż tego byłem pewien - ale na próżno.
Pojemnik i przewody do niego zostały zapakowane w polietylen, każdy we własnej kopercie i zamknięty w pudełku z grubej tektury, wolną przestrzeń wypełniono pianką. Pudełko zawierało również instrukcje dla język angielski. wymiary urządzenie 135 x 72 x 36 mm, waga 180 gramów. Kolor nadwozia jest czarny, przedni panel jest liliowy. Posiada ciekłokrystaliczny wskaźnik, dziewięć zakresów pomiarowych, dwie pozycje wyłączenia zasilania, regulator zerowania, przewody o długości 15 cm w różnych kolorach (czerwono - czarny), za pomocą których do urządzenia podłączany jest mierzony kondensator, zakończone krokodylkami oraz gniazda na obudowie urządzenia dla ich podłączenia są oznaczone kolorowym oznaczeniem o odpowiedniej biegunowości, dodatkowo możliwy jest pomiar bez nich (co zwiększa dokładność), dla których są dwa podłużne gniazda, które są oznaczone symbolem mierzonego kondensatora. Zastosowano baterię 9 V, posiada funkcję automatycznego wskazywania jej rozładowania. Trzycyfrowy wskaźnik ciekłokrystaliczny +1 miejsce po przecinku, deklarowany przez producenta zakres pomiarowy od 0,1 pF do 20000 μF, z możliwością regulacji w zakresie pomiarowym od 0 do 200 pF, do zera w zakresie +/- 20 pF czas jednego pomiaru 2-3 sekundy.
Tabela dopuszczalnych błędów pomiarów, indywidualnie według zakresu. Przedstawione przez producenta.
W tylnej części obudowy znajduje się zintegrowana podstawka. Pozwala to na bardziej kompaktowe umieszczenie miernika na stanowisku pracy i zmienia widok wyświetlacza ciekłokrystalicznego na lepsze.
Komora baterii jest całkowicie niezależna; aby wymienić baterię, wystarczy przesunąć jej pokrywę na bok. Wygoda z kategorii niepozornych, kiedy jest.
Aby zdjąć tylną pokrywę obudowy wystarczy odkręcić jedną śrubę samogwintującą. Najbardziej masywnym elementem na płytce drukowanej jest bezpiecznik 500 mA.
Podstawa pracy przyrząd pomiarowy stosowana jest metoda podwójnej integracji. Montowany jest na licznikach logicznych HEF4518BT - 2 szt., Kluczu HEF4066BT, liczniku dziesiętnym z dekoderem HCF4017 i tranzystorami smd: J6 - 4 szt., M6 - 2 szt.
Odkręcając sześć kolejnych śrubek, można zobaczyć drugą stronę płytki. Rezystor zmienny, za pomocą którego ustawia się wartość „0”, stoi tak, że w razie potrzeby można go łatwo wymienić. Po lewej stronie znajdują się styki do podłączenia mierzonego kondensatora, te powyżej służą bezpośrednie połączenie (bez przewodów).
Urządzenie nie jest od razu ustawiane na zerowy punkt odniesienia, ale zachowuje ustawiony odczyt. Po odłączeniu przewodów jest to znacznie łatwiejsze.
Aby wyraźnie wykazać różnicę w dokładności pomiaru za pomocą różne sposoby pomiary (z przewodami i bez) wziąłem kondensatory małej pojemności z oznaczeniem fabrycznym - 8,2 pF
Recenzja wideo urządzenia
Bez przewodów Z przewodami
Nr 18 pF 7,3 pF
Nr 2 7,6 pF 8,3 pF
Nr 3 8,1 pF 9,3 pF
Wszystko jest jasne, jednoznacznie bez przewodów, pomiary będą dokładniejsze, chociaż rozbieżność wynosi prawie 1 pF. Wielokrotnie dokonywałem też pomiarów kondensatorów stojących na płytkach - wskazania do pomiaru sprawnych są dość adekwatne do wskazanej na nich wartości nominalnej. Jeśli nie chcesz być bardzo dużym dziobem, to można powiedzieć, że współczynnik jakości urządzenia jest dość wysoki.
Wady urządzenia
- zerowanie nie jest wykonywane natychmiast,
- płatki stykowe, przy pomiarach bez drutów nie ma elastyczności, po rozwarciu nie powracają do pierwotnego położenia,
- miernik nie jest wyposażony w pojemnik kalibracyjny.
wnioski
Ogólnie jestem zadowolony z urządzenia. Mierzy dobrze, jest kompaktowy (bez problemu mieści się w kieszeni), więc nie biorę tego, co dostaję z rynku radiowego, ale to, czego potrzebuję. Planuję w miarę upływu czasu sfinalizować: wymienić potencjometr i bezpośrednie styki pomiarowe. Jego schemat lub coś podobnego można znaleźć w sekcji. Powiedziałem Ci „wszystko tak, jak jest”, a już sam zdecydujesz, czy warto uzupełniać swoje domowe laboratorium takim urządzeniem. Autor - Babay.
W tym artykule damy najwięcej pełne instrukcje, co pozwoli ci wykonać miernik pojemności kondensatora własnymi rękami, bez pomocy wykwalifikowanych rzemieślników.
Niestety sprzęt często zawodzi. Powód jest najczęściej jeden - pojawienie się kondensatora elektrolitycznego. Wszyscy radioamatorzy są zaznajomieni z tzw. „Wysychaniem”, które pojawia się z powodu naruszenia szczelności obudowy urządzenia. Reaktancja wzrasta z powodu spadku nominalnej pojemności.
Ponadto podczas pracy zaczynają zachodzić reakcje elektrochemiczne, które niszczą połączenia zacisków. W rezultacie styki są zrywane, tworząc rezystancję styku, która jest obliczana czasami w dziesiątkach omów. To samo stanie się, gdy rezystor zostanie podłączony do kondensatora roboczego. Obecność tej bardzo szeregowej rezystancji wpłynie negatywnie na działanie urządzenia elektronicznego, cała praca kondensatorów zostanie zniekształcona w obwodzie.
Ze względu na silny wpływ rezystancji w zakresie od trzech do pięciu omów zasilacze impulsowe stają się bezużyteczne, ponieważ wypalają się w nich drogie tranzystory, a także mikroukłady. Jeśli części zostały sprawdzone podczas montażu urządzenia, a podczas montażu nie popełniono błędów, to nie będzie problemów z jego regulacją.
Przy okazji proponujemy przyjrzeć się nowej lutownicy do Aliexpress - POŁĄCZYĆ (świetne recenzje). Lub poszukaj sobie czegoś ze sprzętu lutowniczego w sklepie VseInstrumenty.ru - link do działu z lutownicami .
Schemat, zasada działania, urządzenie
Ten obwód jest używany ze wzmacniaczem operacyjnym. Urządzenie, które zamierzamy wykonać własnymi rękami, pozwoli nam zmierzyć pojemność kondensatorów w zakresie od pary pikofaradów do jednego mikrofarada.
Zajmijmy się danym schematem:
- Podzakresy... Jednostka ma 6 „podzakresów”, ich górne limity to 10, 100; 1000 pF, a także 0,01, 0,1 i 1 mikrofarada. Pojemność jest liczona wzdłuż siatki pomiarowej mikroamperomierza.
- Spotkanie... Podstawą urządzenia jest pomiar prądu przemiennego, który przepływa przez kondensator, który należy zbadać.
- Wzmacniacz DA 1 zawiera generator impulsów. Drgania ich powtarzania zależą od pojemności kondensatorów C 1-C 6, a także od położenia rezystora „trymera” przełącznika dźwigniowego R 5. Częstotliwość będzie się zmieniać w zakresie od 100 Hz do 200 kHz. Do trymera R 1 określamy współmierny model oscylacji na wyjściu generatora.
- Diody wskazane na schemacie jako D 3 i D 6, rezystory (wyregulowane) R 7-R 11, mikroamperomierz RA 1, stanowią sam miernik prądu przemiennego. Wewnątrz mikroamperomierza rezystancja nie może przekraczać 3 kΩ, aby błąd pomiaru nie przekraczał dziesięciu procent w zakresie do 10 pF.
- Rezystory regulacyjne R 7 - R 11 są podłączone do innych podzakresów równolegle do R A 1. Wymagany podzakres pomiarowy jest ustawiany za pomocą przełącznika dźwigniowego S A 1. Jedna kategoria styków przełącza kondensatory (ustawienie częstotliwości) C 1 i C 6 w generatorze, druga przełącza rezystory we wskaźniku.
- Do odbioru energii urządzenie potrzebuje 2-biegunowego stabilizowanego źródła (napięcie od 8 do 15 V). Kondensator regulujący częstotliwość może mieć 20% różnicę w wartościach znamionowych, ale same muszą mieć wysoką stabilność, czas i temperaturę.
Oczywiście dla zwykłego człowieka, który nie jest biegły w fizyce, wszystko to może wydawać się skomplikowane, ale musisz zrozumieć, że aby wykonać miernik kondensatora własnymi rękami, musisz mieć pewną wiedzę i umiejętności. Następnie porozmawiajmy o tym, jak skonfigurować urządzenie.
Konfiguracja urządzenia pomiarowego
Aby dokonać prawidłowej regulacji, postępuj zgodnie z instrukcjami:
- Po pierwsze, symetrię oscylacji uzyskuje się za pomocą rezystora R 1. „Suwak” na rezystorze R 5 znajduje się pośrodku.
- Następnym krokiem będzie podłączenie kondensatora odniesienia 10 pF do zacisków oznaczonych cx. Za pomocą rezystora R 5 strzałka mikroamperomierza jest przesuwana do odpowiedniej skali pojemności kondensatora odniesienia.
- Następnie sprawdzany jest przebieg na wyjściu generatora. Kalibracja jest przeprowadzana na wszystkich podpasmach, tutaj stosowane są rezystory R 7 i R 11.
Mechanizm urządzenia może być inny. Parametry wymiarowe zależą od typu mikroamperomierza. Podczas pracy z urządzeniem nie ma żadnych osobliwości.
Tworzenie różnych modeli liczników
Model serii AVR
Taki miernik można wykonać na podstawie zmiennego tranzystora. Oto instrukcja:
- Wybieramy stycznik;
- Mierzymy napięcie wyjściowe;
- ujemna rezystancja w mierniku pojemności nie przekracza 45 omów;
- Jeśli przewodność wynosi 40 mikronów, przeciążenie wyniesie 4 amperów;
- Aby poprawić dokładność pomiaru, musisz użyć komparatorów;
- Istnieje również opinia, że \u200b\u200blepiej jest używać tylko otwartych filtrów, ponieważ nie boją się szumu impulsowego w przypadku dużego obciążenia pracą;
- Zaleca się również stosowanie stabilizatorów biegunowych, ale tylko komparatory sieciowe nie nadają się do modyfikacji urządzenia;
Przed włączeniem miernika kondensatorów należy zmierzyć rezystancję, która powinna wynosić około 40 omów dla dobrze wykonanych urządzeń. Ale wskaźnik może się różnić w zależności od częstotliwości modyfikacji.
Aby uzyskać więcej informacji o tym, jak zrobić miernik pojemności kondensatora własnymi rękami, zobacz poniższy film.
Instrukcje wideo
Miernik ESR DIY... Istnieje szeroki wachlarz awarii sprzętu, których przyczyna jest właśnie elektrolityczna. Głównym czynnikiem powodującym wadliwe działanie kondensatorów elektrolitycznych jest znane wszystkim radioamatorom „wysychanie”, które występuje z powodu złego uszczelnienia obudowy. W tym przypadku jego pojemność lub inaczej reaktancja wzrasta w wyniku spadku jego pojemności nominalnej.
Ponadto podczas pracy zachodzą w nim reakcje elektrochemiczne, które powodują korozję punktów styku wyprowadzeń z płytkami. Styk pogarsza się, w wyniku czego powstaje „rezystancja styku”, sięgająca czasami kilkudziesięciu omów. Dokładnie tak samo jest, jeśli rezystor jest podłączony szeregowo do kondensatora roboczego, a poza tym rezystor ten znajduje się w nim. Taka rezystancja jest również nazywana „równoważną rezystancją szeregową” lub ESR.
Istnienie rezystancji szeregowej negatywnie wpływa na działanie urządzeń elektronicznych, zniekształcając działanie kondensatorów w obwodzie. Zwiększony ESR (około 3 ... 5 Ohm) ma niezwykle silny wpływ na wydajność, prowadząc do spalania drogich mikroukładów i tranzystorów.
Poniższa tabela przedstawia średnie wartości ESR (w miliomach) dla nowych kondensatorów o różnych pojemnościach, w zależności od napięcia, dla którego zostały zaprojektowane.
Nie jest tajemnicą, że reaktancja maleje wraz ze wzrostem częstotliwości. Na przykład przy częstotliwości 100 kHz i pojemności 10 μF składnik pojemnościowy nie będzie większy niż 0,2 oma. Mierząc spadek napięcia przemiennego o częstotliwości 100 kHz i więcej, możemy założyć, że przy błędzie w zakresie 10 ... 20% wynikiem pomiaru będzie czynna rezystancja kondensatora. Dlatego wcale nie jest trudny w montażu.
Opis miernika ESR do kondensatorów
Generator impulsów o częstotliwości 120 kHz jest montowany na bramkach logicznych DD1.1 i DD1.2. Częstotliwość oscylatora jest określana przez obwód RC na elementach R1 i C1.
Do porozumienia wprowadzono element DD1.3. Aby zwiększyć moc impulsów z generatora, do obwodu wprowadza się elementy DD1.4… DD1.6. Następnie sygnał przechodzi przez dzielnik napięcia na rezystorach R2 i R3 i trafia do badanego kondensatora Cx. Jednostka pomiaru napięcia AC zawiera diody VD1 i VD2 oraz multimetr, np. Miernik napięcia M838. Multimetr musi być ustawiony na tryb pomiaru napięcia DC. Miernik ESR jest regulowany poprzez zmianę wartości R2.
Chip DD1 - K561LN2 można zmienić na K1561LN2. Diody VD1 i VD2 są germanowe, można zastosować D9, GD507, D18.
Na nich znajdują się radiowe części miernika ESR, które można wykonać ręcznie. Konstrukcyjnie urządzenie wykonane jest w jednej obudowie z baterią. Sonda X1 jest wykonana w postaci szydła i jest przymocowana do korpusu urządzenia, sonda X2 to drut o długości nie większej niż 10 cm, na końcu którego znajduje się igła. Kondensatory można sprawdzić bezpośrednio na płytce, nie trzeba ich lutować, co znacznie ułatwia poszukiwanie uszkodzonego kondensatora podczas naprawy.
Konfiguracja urządzenia
1, 5, 10, 15, 25, 30, 40, 60, 70 i 80 omów.
Konieczne jest podłączenie rezystora 1 Ohm do sond X1 i X2 i obrócenie R2, aby uzyskać 1mV na multimetrze. Następnie zamiast 1 Ohm podłącz kolejny rezystor (5 Ohm) i bez zmiany R2 zapisz odczyt multimetru. Zrób to samo z pozostałymi odpornościami. W rezultacie otrzymujesz tabelę wartości, z której możesz określić reaktancję.
Za pomocą tego miernika pojemności można łatwo zmierzyć dowolną pojemność od jednostek pF do setek mikrofaradów. Istnieje kilka metod pomiaru pojemności. Ten projekt wykorzystuje metodę integracji.
Główną zaletą stosowania tej metody jest to, że pomiar opiera się na pomiarze czasu, który można dość dokładnie wykonać na MC. Ta metoda jest bardzo odpowiednia dla domowego miernika pojemności, a ponadto jest łatwa do wdrożenia na mikrokontrolerze.
Zasada działania licznika pojemności
Zjawiska, które występują, gdy zmienia się stan obwodu, nazywane są przejściami. To jedna z podstawowych koncepcji układów cyfrowych. Gdy przełącznik na rysunku 1 jest otwarty, kondensator jest ładowany przez R, a napięcie na nim zmieni się, jak pokazano na rysunku 1b. Współczynnik określający napięcie na kondensatorze ma postać:
Wartości są wyrażone w jednostkach SI, t sekundach, R omach, C faradach. Czas, w którym napięcie na kondensatorze osiąga wartość V C1, jest przybliżony za pomocą następującego wzoru:
Z tego wzoru wynika, że \u200b\u200bczas t1 jest proporcjonalny do pojemności kondensatora. Dlatego pojemność można obliczyć na podstawie czasu ładowania kondensatora.
Schemat
Aby zmierzyć czas ładowania, komparator i zegar mikrokontrolera oraz mikroukład logika cyfrowa... Dość rozsądne jest użycie mikrokontrolera AT90S2313 (nowoczesny analog - ATtiny2313). Wyjście komparatora jest używane jako przerzutnik T C1. Napięcie progowe jest ustawiane za pomocą dzielnika rezystora. Czas ładowania jest niezależny od napięcia zasilania. Czas ładowania jest określony wzorem 2, dlatego nie zależy od napięcia zasilania stosunek we wzorze VC 1 / E jest określony tylko przez współczynnik dzielnika. Oczywiście podczas pomiaru napięcie zasilania musi być stałe.Formuła 2 wyraża czas ładowania kondensatora od 0 woltów. Jednak praca z napięciem bliskim zeru jest trudna z następujących powodów:
- Napięcie nie spada do 0 woltów. Całkowite rozładowanie kondensatora zajmuje trochę czasu. Zwiększy to czasy i pomiary.
- Od startu potrzeba czasu ładowanie i uruchamianie timera. Spowoduje to błąd pomiaru. Nie jest to krytyczne dla AVR. wystarczy jeden środek.
- Prąd upływu na wejściu analogowym. Zgodnie z arkuszem danych AVR, prąd upływu wzrasta, gdy napięcie wejściowe jest bliskie zeru.
Aby zapobiec tym komplikacjom, stosuje się dwa napięcia progowe VC 1 (0,17 Vcc) i VC 2 (0,5 Vcc). Powierzchnię PCB należy utrzymywać w czystości, aby zminimalizować prądy upływowe. Wymagane napięcie zasilania mikrokontrolera zapewnia przetwornica DC-DC zasilana baterią 1,5VAA. Zamiast konwertera DC-DC zaleca się użycie 9 V akumulator i konwerter 78 L05, najlepiejrównieżnie wyłączaćBODw przeciwnym razie mogą wystąpić problemy z EEPROM.
Kalibrowanie
 |
 |
 |
Aby skalibrować dolny zakres: Za pomocą przycisku SW1. Następnie połącz styk # 1 i pin # 3 na złączu P1, włóż kondensator 1nF i naciśnij SW1.
Aby skalibrować wysoki zakres: Krótki pin # 4 i # 6 P1, włóż kondensator 100nF i naciśnij SW1.
„E4” po włączeniu oznacza, że \u200b\u200bw pamięci EEPROM nie znaleziono żadnej wartości kalibracji.
Za pomocą
Automatyczne wykrywanie zasięgu
Ładowanie rozpoczyna się przez rezystor 3,3 M. Jeśli napięcie na kondensatorze nie osiągnie 0,5 Vcc w czasie krótszym niż 130 mS (\u003e 57nF), kondensator jest rozładowywany i ładowany, ale przez rezystor 3,3 kΩ. Jeżeli napięcie na kondensatorze nie osiąga 0,5 Vcc w ciągu 1 sekundy (\u003e 440 µF), pojawia się napis „E2”. Podczas pomiaru czasu pojemność jest obliczana i wyświetlana. Ostatni segment wyświetla zakres pomiarowy (pF, nF, µF).
Zacisk
Część gniazda może służyć jako zacisk. Podczas pomiaru małych pojemności (jednostek pikofaradowych) stosowanie długich przewodów jest niepożądane.
