У цій статті наведено елементарну схему вимірювача ємності на логічної мікросхемі. Таке класичне і елементарне схемотехнічне рішення досить швидко і просто можна відтворити. Тому дана стаття буде корисна починаючому радіоаматорові, який задумав зібрати собі елементарний фарадометр конденсатора.
Робота схеми вимірювача ємності:
Малюнок №1 - Вимірювач ємності схема Перелік елементів вимірювача ємності:
R1- R4 - 47 Ком
R5 - 1,1 КОм
C3 - 1500 пФ
C4 - 12000 пФ
C5 -0,1 мкФ
C вим. - конденсатор ємність якого ви хочете вимірювати
SА1 - галетним перемикач
DA1 - К155ЛА3 або SN7400
VD1-VD2- КД509 або аналог 1N903A
PA1 - Стрілочна індикаторна головка (струм повного відхилення 1 мА, опір рамки 240 Ом)
XS1- XS2 - роз'єми типу «крокодил»
Такий варіант вимірювача ємності конденсаторів має чотири діапазони, які можна вибирати перемикачем SA1. На приклад в положенні «1» можна проміряти конденсатори з ємністю 50 пФ, в положенні «2» - до 500 пФ, в положенні «3» - до 5000 пФ, в положенні «4» - до 0,05 мкФ.
Елементи мікросхеми DA1 забезпечують достатній струм для заряду вимірюваного конденсатора (з ізм.). Особливо важливо для точності вимірювання, адекватно підібрати діоди VD1-VD2, вони повинні мати однакові (найбільш схожі) характеристики.
Налаштування схеми вимірювача ємності:
Налаштувати таку схему досить просто, вам необхідно підключити з ізм. зі свідомо відомими характеристиками (з відомою ємністю). Виберіть перемикачем SА1 необхідний діапазон вимірювання і обертайте ручку будівельних резистора до тих пір, поки не досягнете потрібного свідчення на індикаторній голівці PA1 (рекомендую її переписати в відповідно до ваших показаннями, це можна зробити шляхом розбору індикаторної головки і наклеювання нової шкали з новими написами)
Майже два роки тому купив цифровий вимірювач ємності, взяв, можна сказати, перше що попалося. Так сильно мене втомила нездатність мультиметра Маstech MY62 вимірювати ємність конденсаторів понад 20 микрофарад, та й менше 100 пикофарад він правильно НЕ міряв. Сподобалося в СМ-7115А два фактори:
- Вимірює весь затребуваний діапазон
- Компактність і зручність
Заплатив 750 рублів. Щиро вважав, що він цих грошей не варто, а ціну «накрутили» через повну відсутність конкурентної продукції. Країна виробник - звичайно Китай. Побоювався, що буде «прибріхувати», більше того був в цьому впевнений - проте марно.
YOмкостемер й проведення до нього були упаковані в поліетилен, кожен в свою оболонку і вкладені в коробку з товстого картону, вільний простір заповнений пінопластом. Так само в коробці знаходилася інструкція на англійською. габаритні розміри приладу 135 х 72 х 36 мм, вага 180 грам. Колір корпусу чорний, передня панель з бузковим відливом. Має рідкокристалічний індикатор, дев'ять діапазонів вимірювання, два положення відключення живлення, регулятор установки нуля, 15 сантиметрові, різного кольору (червоний - чорний) дроти, за допомогою яких підключається до приладу вимірюваний конденсатор, закінчуються зажимами типу «крокодил», а гнізда на корпусі приладу , для їх підключення, замаркіровані кольоровим позначенням відповідної полярності, додатково можливо вимір і без них (що збільшує точність), для чого є два довгастих гнізда, які підписані символом вимірюваного конденсатора. Використовується батарея харчування на 9 вольт, є функція автоматичної індикації її розряду. Рідкокристалічний індикатор трёхразрядний +1 знак після коми, заявлений виробником діапазон виміру становить від 0,1 пФ до 20000 мкФ, з можливістю юстирування на діапазоні вимірювання від 0 до 200 пФ, для установки нуля, в межах +/- 20 пФ, час одного виміру 2-3 секунди.
Таблиця допустимих похибок при вимірюваннях, індивідуально по діапазонах. Представлена \u200b\u200bвиробником.
На задній половині корпусу є інтегрована підставка. Вона дає можливість більш компактно розмістити вимірювач на робочому місці і змінює в кращу сторону огляд рідкокристалічного індикатора.
Батарейний відсік виконаний повністю автономно, для зміни елементу живлення досить зрушити в сторону його кришку. Зручність з розряду непримітних, коли воно є.
Для того щоб зняти задню кришку корпусу досить відкрутити один саморіз. Наймасивніший компонент друкованої плати - запобіжник на 500 мА.
В основу роботи вимірювального приладу покладено метод подвійного інтегрування. Зібраний він на логічних лічильниках HEF4518BT - 2 шт, ключі HEF4066BT, десятковому лічильнику з дешифратором HCF4017 і смд транзисторах: J6 - 4 шт, М6 - 2 шт.
Відкрутивши ще шість саморізів можна побачити іншу сторону друкованої плати. Змінний резистор, за допомогою якого проводиться установка на «0» коштує так, що його можна легко замінити при необхідності. Зліва контакти для підключення вимірюваного конденсатора, ті, що вище, для безпосереднього підключення (Без проводів).
Прилад виставляється на нульову точку відліку не відразу, але виставлений показання утримує. З відключеними проводами зробити це набагато простіше.
Для наочної демонстрації різниці в точності вимірювання при різний способах вимірювань (з проводами і без) взяв конденсатори малої ємності із заводською маркуванням - 8,2 пФ
Відеоогляд приладу
Без проводів З проводами
№1 8 пФ 7,3 пФ
№2 7,6 пФ 8,3 пФ
№3 8,1 пФ 9,3 пФ
Все наочно, однозначно без проводів вимірювання будуть точніше, хоча і розбіжність-то практично в межах 1 пФ. Так само неодноразово робив вимірювання конденсаторів що стоять на платах - свідчення виміру справних цілком адекватні згідно зазначеного на них номіналу. Якщо не бути сильно великим причепою, то цілком можна сказати, що добротність вимірювання у приладу досить висока.
недоліки приладу
- установка на нуль проводиться не відразу,
- у пелюсток контактів, для вимірювання без проводів, відсутня пружність, після разжатия в початкове положення не повертаються,
- вимірювач не укомплектоване калібрувальної ємністю.
висновки
У загальному і цілому приладом задоволений. Вимірює добре, компактний (легко поміщається в кишеню), так що на радіоринку беру не те, що дають, а що потрібно. Планую, як буде час, доопрацювати: замінити потенціометр і контакти безпосереднього вимірювання. Його схему, або щось схоже, можна пошукати в розділі. Розповів «все як є», а ви вже вирішуйте самі, чи варто поповнювати домашню лабораторію таким приладом. Автор - Babay.
У даній статті ми дамо найбільш повну інструкцію, Яка дозволить зробити фарадометр конденсаторів своїми руками, без допомоги кваліфікованих майстрів.
На жаль, апаратура не рідко виходить з ладу. Причина найчастіше одна - поява електролітичного конденсатора. Все радіоаматори знайомі з так званим «висиханням», яке з'являється через порушення герметичності корпусу приладу. Зростає реактивний опір через зниження номінальної ємності.
Далі, під час експлуатації починають відбуватися електрохімічні реакції, вони руйнують стики висновків. В результаті контакти порушуються, утворюючи контактний опір, якої обчислюється, часом десятками Oм. Те ж саме буде відбуватися при підключенні до робочого конденсатору резистора. Наявність цього самого послідовного опору позначиться негативно не робота електронного пристрою, в схемі буде спотворюватися вся робота конденсаторів.
Через сильний впливу опору в діапазоні три-п'ять Ом, приходять в непридатність імпульсні джерела харчування, адже в них перегорають дорогі транзистори, а також мікросхеми. Якщо деталі при складанні приладу були перевірені, а при монтажі не допущені помилки, то з його налагодженням не виникне проблем.
До речі, пропонуємо Вам доглянути собі новий паяльник на Аліекспресс - ПОСИЛАННЯ (Відмінні відгуки). Або доглянути собі що-небудь з паяльного обладнання в магазині «ВсеІнструменти.ру» - посилання на розділ з паяльниками .
Схема, принцип роботи, пристрій
Дана схема використовується із застосуванням операційного підсилювача. Прилад, який ми збираємося зробити своїми руками, дозволить проводити вимірювання ємності конденсаторів в діапазоні від пари пікoфарад до одного мікрофарад.
Давайте розберемося з наведеною схемою:
- Піддіапазони. У агрегату є 6 «поддиапазонов», у них високі кордону дорівнюють 10, 100; 1000 ПФ, а також 0,01, 0,1 і 1 мкф. Відраховується ємність по вимірювальної сітці микроамперметра.
- призначення. Основою роботи приладу є завмер змінного струму, він проходить крізь конденсатор, який необхідно досліджувати.
- На підсилювачі D А 1 знаходиться генератор імпульсів. Коливання їх повтору підпорядковується ємності С 1 С 6 конденсаторів, а також позиції тумблера «підлаштування» резистора R 5. Частота буде змінної від 100 Гц до 200 кГц. Підлаштування резистори R 1 визначаємо відповідну модель коливань при виході генератора.
- Зазначені на схемі діоди, як D 3 і D 6, резистори (налагоджені) R 7- R 11, мікроамперметр РА 1, складають сам вимірювач змінного струму. Усередині микроамперметра опір зобов'язана складати не більше 3 кОм, з метою, щоб похибка при вимірі не перевищила десяти відсотків на діапазоні до 10 пФ.
- До іншим піддіапазону паралельно Р A 1 під'єднують підлаштування резистори R 7 - R 11. Потрібний вимірювальний поддиапазон налаштовують за допомогою тумблера S А 1. Одна категорія контактів перемикає конденсатори (частотозадающіх) З 1 і С 6 в генераторі, другий перемикає в індикаторі резистори.
- Щоб прилад отримував енергію, йому потрібен 2-полярний стабілізований джерело (напруга від 8 до 15 В). У частотозадаючого конденсатора можуть на 20% різнитися номінали, проте самі вони зобов'язані мати високу стабільність тимчасову і температурну.
Звичайно, для звичайної людини, яка не розбирається у фізиці, це все може здатися складним, але ви повинні розуміти, щоб зробити фарадометр конденсаторів своїми руками, потрібно володіти певними знаннями і навичками. Далі поговоримо про те, як налагодити прилад.
Налагодження вимірювального приладу
Щоб зробити правильну наладку, коректний:
- Спершу досягається симетричність коливань за допомогою резистора R 1. «Бігунок» у резистора R 5 знаходиться посередині.
- Наступним дією буде підключення еталонного конденсатора 10 пф до клем, позначеним сх. За допомогою резистора R 5, переставляють стрілу микроамперметра на відповідну шкалу ємності еталонного конденсатора.
- Далі перевіряється форма коливання при виході генератора. Таріровка проводиться на всіх піддіапазонах, тут застосовують резистори R 7 і R 11.
Механізм пристрою може бути різним. Параметри розмірів залежать від типу мікроамперметра. Якихось особливостей при роботі з приладом не виділяється.
Створення різних моделей вимірників
Модель серії AVR
Зробити такий вимірювач можна на базі змінного транзистора. Ось інструкція:
- Підбираємо контактор;
- Заміряємо вихідна напруга;
- негативне опір в вимірювача ємності не більше 45 Ом;
- Якщо провідність 40 мк, то перевантаження складе 4 Ампера;
- Для підвищення точності вимірювання, потрібно використовувати компаратори;
- Також є думка, що краще використовувати тільки відкриті фільтри, так як для них не страшні імпульсні перешкоди в разі велику завантаженість;
- Також рекомендується використовувати полюсні стабілізатори, а ось для модифікації пристрою не підходять тільки сіткові компаратори;
Перед тим, як включати фарадометр конденсаторів, потрібно виконати замір опору, який повинен бути приблизно 40 Ом для добре зроблених пристроїв. Але показник може відрізнятися, в залежності від частотності модифікації.
Більш докладно про те, як зробити фарадометр конденсаторів своїми руками можна дізнатися з відео нижче.
Відео інструкції
ESR метр своїми руками. Є широкий перелік поломок апаратури, причиною яких якраз є електролітичний. Головний фактор несправності електролітичних конденсаторів, це знайоме всім радіоаматорам «висихання», яке виникає через погану герметизації корпусу. В даному випадку збільшується його ємнісний або, інакше кажучи, реактивне опір в слідстві зменшення його номінальної ємності.
Крім цього, в ході роботи в ньому проходять електрохімічні реакції, які роз'їдають точки з'єднання висновків з обкладинками. Контакт погіршується, в результаті утворюється «контактний опір», яке подекуди доходить до декількох десятків Ом. Це так само, якщо до справного конденсатора послідовно підключити резистор, і до того ж цей резистор розміщений всередині нього. Таке опір ще називають «еквівалентний послідовний опір» або ж ESR.
Існування послідовного опору негативно впливає на роботу електронних пристроїв, Спотворюючи роботу конденсаторів в схемі. Надзвичайно сильний вплив робить підвищений ESR (близько 3 ... 5 Ом) на працездатність, приводячи до згорання дорогих мікросхем і транзисторів.
Нижче в таблиці наведені середні величини ESR (в мілліоммах) для нових конденсаторів різної ємності в залежності від напруги, на яке вони розраховані.
Не секрет, що реактивний опір зменшується з підвищенням частоти. Наприклад, при частоті 100кГц і ємності 10мкФ місткість складова буде не більше 0,2 Ом. заміряючи падіння змінної напруги має частоту 100 кГц і вище, можна вважати, що при похибки в районі 10 ... 20% підсумком виміру буде активний опір конденсатора. Тому зовсім не складно зібрати.
Опис ESR метра для конденсаторів
Генератор імпульсів, що має частоту 120кГц, зібраний на логічних елементах DD1.1 і DD1.2. Частота генератора визначається RC-ланцюгом на елементах R1 і C1.
Для узгодження введений елемент DD1.3. Для збільшення потужності імпульсів з генератора в схему введені елементи DD1.4 ... DD1.6. Далі сигнал проходить через дільник напруги на резисторах R2 і R3 і надходить на досліджуваний конденсатор Сх. Блок вимірювання змінної напруги містить діоди VD1 і VD2 і мультиметр, як вимірник напруги, наприклад, М838. Мультиметр необхідно перевести в режим вимірювання постійної напруги. Підстроювання ESR метра здійснюють шляхом зміни величини R2.
Мікросхему DD1 - К561ЛН2 можна поміняти на К1561ЛН2. Діоди VD1 і VD2 германієві, можливо використовувати Д9, ГД507, Д18.
Радіодеталі ESR метра розташовані на, яку можна виготовити своїми руками. Конструктивно пристрій виконано в одному корпусі з елементом живлення. Щуп Х1 виконаний у вигляді шила і прикріплений до корпусу пристрою, щуп X2 - провід не більше 10 см в довжину на кінці якого голка. Перевірка конденсаторів можлива прямо на платі, випоювати їх не обов'язково, що істотно полегшує пошук несправного конденсатора під час ремонту.
Налаштування пристрою
1, 5, 10, 15, 25, 30, 40, 60, 70 і 80 Ом.
До щупам X1 і X2 необхідно під'єднати резистор в 1 Ом і обертанням R2 домогтися, щоб на мультиметри було 1мВ. Потім замість 1 Ом підключити наступний резистор (5 Ом) і не змінюючи R2 записати показання мультиметра. Те ж саме зробити і з рештою опорами. В результаті цього вийде таблиця значень, по якій можна буде визначати реактивний опір.
За допомогою даного вимірника ємності можна легко виміряти будь-яку ємність від одиниць пФ до сотень мкФ. Існує кілька методів вимірювання ємності. В даному проекті використовується інтеграційний метод.
Головна перевага використання цього методу в тому, що вимір засноване на вимірі часу, що може бути виконано на МК досить точно. Цей метод дуже підходить для саморобного вимірювача ємності, до того ж він легко реалізуємо на мікроконтролері.
Принцип роботи вимірювача ємності
Явища, що відбуваються при зміні стану схеми називаються перехідними процесами. Це одне з фундаментальних понять цифрових схем. Коли ключ на малюнку 1 розімкнути, конденсатор заряджається через резистор R, і напруга на ньому зміняться як показано на малюнку 1b. Співвідношення визначальне напруга на конденсаторі має вигляд:
Величини виражені в СІ одиницях, t секунди, R оми, C Фаради. Час за яке напруга на конденсаторі досягне значення V C1, наближено виражається наступною формулою:
З цієї формули випливає, що час t1 пропорційно ємності конденсатора. Отже, ємність може бути обчислена з часу зарядки конденсатора.
схема
Для вимірювання часу зарядки, досить компаратора і таймера мікроконтролера, і мікросхеми цифровий логіки. Цілком розумно використовувати мікроконтролер AT90S2313 (сучасний аналог - ATtiny2313). Вихід компаратора використовується як тригер T C1. Гранична напруга встановлюється резисторного дільником. Час зарядки не залежить від напруги живлення. Час зарядки визначається формулою 2, отже воно не залежить від напруги живлення тому співвідношення у формулі VC 1 / E визначається тільки коефіцієнтом подільника. Звичайно, вовремяізмереніянапряженіепітаніядолжнобитьпостоянно.Формула 2 висловлює час зарядки конденсатора від 0 вольт. Однак з напругою близьким до нуля складно працювати через наступних причин:
- Напруга не падає до 0 Вольт. для повної розрядки конденсатора необхідно час. Це призведе до збільшення часів іізмеренія.
- Потрібен час між стартом зарядки і запуском таймера. Це викличе похибка вимірювання. Для AVRето не критично тому на це необхідний всього один такт.
- Витік струму на аналоговому вході. Згідно даташіту AVR, витік струму зростає при напрузі на вході близькому до нуля вольт.
Для запобігання даних складнощів використано два порогових напруги VC 1 (0.17 Vcc) і VC 2 (0.5 Vcc). Поверхня друкованої плати повинна бути чистою для мінімізації струмів витоку. Необхідна напруга живлення мікроконтролера забезпечується DC-DCпреобразователем, що працює від 1.5VAA батарейки. Замість DC-DC перетворювача, бажано використовувати 9 V батарейку і перетворювач 78 L05, бажанотакожне вимикатиBOD, Інакше можуть виникнути проблеми з EEPROM.
калібрування
 |
 |
 |
Для калібрування нижнього діапазону: За допомогою кнопки SW1. Потім, з'єднайте pin # 1 і pin # 3 на роз'ємі P1, вставте конденсатор 1nF і натисніть SW1.
Для калібрування верхнього діапазону: Заблокуйте pin # 4 і # 6 роз'єму P1, вставте конденсатор на 100nFі натисніть SW1.
Напис "E4" при включенні означає, що каліброване значення в EEPROM, не знайдено.
Використання
автоматичне определеніедіапазона
Зарядка починається через резистор 3.3м. Якщо напруга на конденсаторі не досягне 0.5 Vccменее ніж за 130 mS (\u003e 57nF), відбувається розрядка конденсатора і нова зарядка, але вже через резистор 3.3кОм. Якщо напруга на конденсаторі не досягає 0.5 Vccза 1 секунду (\u003e 440μF), напис "E2". Коли час заміряні, відбувається обчислення та відображення ємності. Останній сегмент відображає діапазон виміру (pF, nF, μF).
Затискач
Як затиску можна використовувати частину якогось сокета. При вимірі малих ємностей (одиниці пикофарад) використання довгих проводів небажано.
