Miernik RLC i ESR, czyli urządzenie do pomiaru kondensatorów, indukcyjności i rezystorów niskooporowych. Miernik LC Przyrząd do pomiaru pojemności i indukcyjności na PIC16F628A Domowe obwody miernika cyfrowego l c f

Rozważany jest obwód do pomiaru pojemności kondensatorów i indukcyjności cewek, który jest wykonany tylko na pięciu tranzystorach i pomimo swojej prostoty i dostępności umożliwia określenie pojemności i indukcyjności cewek z akceptowalną dokładnością w szerokim zakresie. Są cztery podzakresy dla kondensatorów i aż pięć podzakresów dla cewek. Po dość prostej procedurze kalibracji, przy użyciu dwóch rezystorów dostrajających, maksymalny błąd wyniesie około 3%, co, jak widać, wcale nie jest złe dla domowego produktu amatorskiego radia.

Proponuję lutować ten prosty obwód miernika LC własnymi rękami. Podstawą domowych produktów amatorskiego radia jest generator wykonany na VT1, VT2 i elementach radiowych uprzęży. Częstotliwość jego pracy jest określona parametrami LC obwodu oscylacyjnego, który składa się z nieznanej pojemności Cx i połączonej równolegle cewki L1, w trybie wyznaczania nieznanej pojemności - styki X1 i X2 muszą być zwarte, a w w trybie pomiaru indukcyjności Lx, jest on połączony szeregowo z cewką L1 i kondensatorem C1 połączonymi równolegle.

Po podłączeniu nieznanego elementu do miernika LC generator zaczyna pracować z pewną częstotliwością, którą ustala bardzo prosty miernik częstotliwości zamontowany na tranzystorach VT3 i VT4. Następnie wartość częstotliwości jest zamieniana na prąd stały, który odchyla wskazówkę mikroamperomierza.

Zespół obwodu miernika indukcyjności. Zaleca się, aby przewody łączące były jak najkrótsze, aby połączyć nieznane elementy. Po zakończeniu procesu generalnego montażu konieczna jest kalibracja konstrukcji we wszystkich zakresach.

Kalibracja odbywa się poprzez wybór rezystancji rezystorów strojenia R12 i R15 po podłączeniu do zacisków pomiarowych elementów radiowych o znanych wartościach. Ponieważ w jednym zakresie wartość rezystorów dostrajających będzie taka sama, aw drugim inna, konieczne jest wyznaczenie czegoś średniego dla wszystkich zakresów, przy czym błąd pomiaru nie powinien przekraczać 3%.

Ten dość dokładny miernik LC jest montowany na mikrokontrolerze PIC16F628A. Konstrukcja miernika LC oparta jest na mierniku częstotliwości z oscylatorem LC, którego częstotliwość zmienia się w zależności od mierzonych wartości indukcyjności lub pojemności iw rezultacie jest obliczana. Dokładność częstotliwości wynosi do 1 Hz.

Przekaźnik RL1 jest wymagany do wyboru trybu pomiaru L lub C. Licznik działa w oparciu o równania matematyczne. Dla obu niewiadomych Ł I C, Równania 1 i 2 są ogólne.

Kalibrowanie

Po włączeniu zasilania instrument kalibruje się automatycznie. Początkowym trybem pracy jest indukcyjność. Poczekaj kilka minut, aż obwody urządzenia się rozgrzeją, a następnie naciśnij przełącznik „zero”, aby przeprowadzić ponowną kalibrację. Wyświetlacz powinien pokazywać wartości wskaźnik = 0,00. Teraz podłącz testową wartość induktora, taką jak 10uH lub 100uH. Miernik LC powinien wyświetlać dokładną wartość na ekranie. Są zworki do konfiguracji licznika. Jp1 ~ Jp4.

Poniższy projekt miernika indukcyjności jest bardzo prosty do powtórzenia i składa się z minimum elementów radiowych. Zakresy pomiarowe indukcyjności: - 10nG - 1000nG; 1mcg - 1000mcg; 1 mg - 100 mg. Zakresy pomiaru pojemności:- 0,1 pF - 1000 pF - 1 nF - 900 nF

Miernik obsługuje autokalibrację po włączeniu zasilania, co eliminuje możliwość błędu ludzkiego podczas ręcznej kalibracji. Oczywiście w każdej chwili możesz ponownie skalibrować miernik, po prostu naciskając przycisk resetowania. Przyrząd posiada automatyczny dobór zakresu pomiarowego.

W konstrukcji urządzenia nie ma potrzeby stosowania precyzyjnych i drogich elementów radiowych. Jedyną rzeczą jest to, że musisz mieć jedną „zewnętrzną” pojemność, której wartość jest znana z dużą dokładnością. Dwa kondensatory 1000 pF powinny być normalnej jakości, najlepiej z polistyrenu, a dwa kondensatory o pojemności 10 mikrofaradów powinny być tantalowe.

Kwarc należy wziąć dokładnie przy 4.000 MHz. Każde niedopasowanie częstotliwości o 1% spowoduje błąd pomiaru o 2%. Przekaźnik z niskim prądem cewki, as mikrokontroler nie jest w stanie dostarczyć prądu większego niż 30 mA. Nie zapomnij umieścić diody równolegle z cewką przekaźnika, aby stłumić prąd wsteczny i wyeliminować drgania.

Płytka drukowana i oprogramowanie układowe mikrokontrolera pod powyższym linkiem.

Ostatnio awaria kondensatorów elektrolitycznych stała się jedną z głównych przyczyn awarii sprzętu radiowego. Ale do prawidłowej diagnozy nie zawsze wystarczy mieć tylko miernik pojemności, dlatego dzisiaj porozmawiamy o jeszcze jednym parametrze - ESR.
Co to jest, na co wpływa i jak jest mierzone, postaram się opowiedzieć w tej recenzji.

Na początek powiem, że ta recenzja będzie radykalnie różniła się od poprzedniej, chociaż obie te recenzje dotyczą amatorskich radiowych przyrządów pomiarowych.
1. Tym razem nie konstruktor, a „półprodukt”
2. W tej recenzji nie będę niczego lutował.
3. W tym przeglądzie również nie będzie żadnych schematów, myślę, że do końca przeglądu będzie jasne dlaczego.
4. To urządzenie jest bardzo wąsko skupione, w przeciwieństwie do poprzedniego „wielomaszynowego”.
5. Jeśli wiele osób wiedziało o poprzednim urządzeniu, to to jest prawie nikomu nieznane.
6. Recenzja będzie niewielka

Po pierwsze, jak zawsze, opakowanie.

Nie było żadnych skarg na opakowanie urządzenia, jest proste i kompaktowe.

Zestaw jest całkowicie spartański, zestaw zawiera tylko samo urządzenie i nie zawiera instrukcji, sond i baterii.

Instrukcja nie błyszczy również treścią informacyjną, powszechnymi zwrotami i obrazkami.

Charakterystyka techniczna urządzenia określona w instrukcji.

Cóż, bardziej zrozumiałym językiem.
Opór
Zakres - 0,01 - 20 omów
Dokładność - 1% + 2 cyfry.

Równoważna rezystancja szeregowa (ESR)
Zakres - 0,01 - 20 Ohm, pracuje w zakresie kondensatorów od 0,1uF
Dokładność - 2% + 2 cyfry

Pojemność
Zakres - 0.1uF - 1000uF (3-1000uF mierzone przy częstotliwości 3KHz, 0.1-3uF - 72KHz)
Dokładność - zależy od częstotliwości pomiaru, ale wynosi około 2% ± 10 znaków

Indukcyjność
Zakres wynosi 0-60uH przy 72KHz i 0-1200uH przy 3KHz.
Dokładność - 2% + 2 cyfry.

Na początek powiem ci, co to jest - ESR.
Wielu dość często słyszało słowo - kondensator, a niektórzy nawet je widzieli :)
Jeśli nie widziałeś, to na poniższym zdjęciu są najczęstsi przedstawiciele tej techniki.

W rzeczywistości równoważny obwód kondensatora wygląda mniej więcej tak, jak pokazano na poniższym rysunku.
Obrazek przedstawia -
C- pojemność równoważna, R- odporność na wycieki, R jest równoważną rezystancją szeregową, Ł jest równoważną indukcyjnością.

I mówiąc prościej,
Równoważna pojemność- jest to kondensator w "czystej" postaci tj. bez wad.
Odporność na wycieki- jest to rezystancja, która oprócz obwodów zewnętrznych rozładowuje kondensator. Jeśli narysujemy analogię z beczką wody, to jest to naturalne parowanie. Może być więcej, może mniej, ale zawsze będzie.
Równoważna indukcyjność- Można powiedzieć, że jest to dławik połączony szeregowo z kondensatorem. Na przykład są to zwinięte płytki kondensatora. Ten parametr zakłóca działanie kondensatora podczas pracy przy wysokich częstotliwościach, a im wyższa częstotliwość, tym większy wpływ.
Równoważna rezystancja szeregowa, ESR- To jest parametr, który rozważamy.
Można go traktować jako rezystor połączony szeregowo z idealnym kondensatorem.
Są to rezystancje przewodów, płytek, ograniczenia fizyczne itp.
W najtańszych kondensatorach ta rezystancja jest zwykle większa, w droższych LowESR jest mniejsza, zdarzają się też Ultra LowESR.
A jeśli jest to proste (ale bardzo przesadzone), to jest to to samo, co pobieranie wody do beczki przez krótki i gruby wąż lub przez cienki i długi. W każdym przypadku beczka zatankuje, ale im cieńszy wąż, tym dłużej to potrwa i z większymi stratami w czasie.

Z powodu tej rezystancji niemożliwe jest natychmiastowe rozładowanie lub naładowanie kondensatora, ponadto podczas pracy przy wysokich częstotliwościach to właśnie ta rezystancja nagrzewa kondensator.
Ale najgorsze jest to, że konwencjonalny miernik pojemności tego nie mierzy.
Często miałem przypadki, gdy podczas pomiaru złego kondensatora urządzenie pokazywało normalną pojemność (a nawet wyższą), ale urządzenie nie działało. Podczas pomiaru za pomocą miernika ESR od razu stało się jasne, że jego rezystancja wewnętrzna jest bardzo wysoka i nie może normalnie pracować (przynajmniej tam, gdzie stał wcześniej).
Niektórzy prawdopodobnie widzieli spuchnięte kondensatory. Jeśli odetniemy przypadki, gdy kondensatory były spuchnięte po prostu leżąc na półce, to reszta będzie wynikiem wzrostu rezystancji wewnętrznej. Gdy kondensator działa, rezystancja wewnętrzna stopniowo wzrasta, dzieje się tak z powodu nieprawidłowego trybu pracy lub przegrzania.
Im większy opór wewnętrzny, tym bardziej kondensator zaczyna się nagrzewać od wewnątrz, im większe nagrzewanie od wewnątrz, tym bardziej rośnie opór. W rezultacie elektrolit zaczyna „gotować się”, a ze względu na wzrost ciśnienia wewnętrznego kondensator pęcznieje.

Ale kondensator nie zawsze puchnie, czasami wygląda zupełnie normalnie, pojemność jest w porządku, ale nie działa normalnie.
Podłączasz go do miernika ESR i zamiast zwykłych 20-30 mOhm ma już 1-2 Ohm.
W swojej pracy wykorzystuję własnoręcznie wykonany miernik ESR, złożony wiele lat temu według schematu z forum ProRadio, autorem projektu jest Go.
Ten miernik ESR dość często pojawia się w moich recenzjach i często jestem o niego pytany, ale kiedy zobaczyłem gotowe urządzenie w nowościach sklepu, postanowiłem zamówić je do testów.
Kolejnym podsycanym zainteresowaniem był fakt, że nigdzie nie znalazłem informacji na temat tego urządzenia, no cóż, tym bardziej ciekawe :)

Zewnętrznie urządzenie wygląda jak „półprodukt”, tj. zmontowana konstrukcja, ale bez korpusu.
To prawda, dla wygody producent zainstalował całą tę konstrukcję na takich plastikowych „nóżkach”, nawet plastikowych nakrętkach :)

Z prawej strony urządzenia znajdują się zaciski do podłączenia mierzonego elementu.
Niestety schemat połączeń jest dwuprzewodowy, co oznacza, że ​​im dłuższe przewody sondy (jeśli są stosowane), tym większy błąd odczytów.
W bardziej poprawnych konstrukcjach stosuje się połączenie czteroprzewodowe, w jednej parze kondensator jest ładowany/rozładowywany, w drugiej mierzone jest napięcie na kondensatorze. w tej wersji przewody mogą mieć co najmniej metr długości, nie będzie globalnej różnicy w odczytach.
Obok zacisków znajdują się również dwa styki płytki drukowanej, które służą do kalibracji urządzenia (zdałem sobie z tego sprawę później).

Poniżej miejsce na zamontowanie baterii typu 6F22 9 Volt (Krona).

Urządzenie może być również zasilane z zewnętrznego źródła zasilania podłączonego poprzez złącze MicroUSB. Po podłączeniu zasilania do tego złącza bateria automatycznie się wyłączy. przy częstym użytkowaniu radziłbym zasilać urządzenie ze złącza USB, ponieważ baterie pękają dość zauważalnie.
Na zdjęciu widać również, że opaska, za pomocą której mocowana jest bateria, jest wielokrotnego użytku. Zamek listwy ma język, po naciśnięciu można go otworzyć.

Po złożeniu wygląda tak.

Urządzenie włącza się i steruje jednym przyciskiem.
Włączanie - naciśnięcie dłuższe niż 1 sek.
Naciśnięcie w trybie pracy przełącza przyrząd między pomiarami L i C-ESR.
Wyłączenie - naciśnięcie przycisku na dłużej niż 2 sekundy.

Gdy urządzenie jest włączone, najpierw wyświetlana jest nazwa i wersja oprogramowania, następnie pojawia się napis ostrzegający, że przed sprawdzeniem należy rozładować kondensatory.
Przytrzymanie przycisku dłużej niż dwie sekundy powoduje wyświetlenie napisu Wyłącz zasilanie, a po zwolnieniu przycisku urządzenie wyłącza się.

Jak pisałem powyżej, urządzenie posiada dwa tryby pracy.
1. pomiar indukcyjności
2. pomiar pojemności, rezystancji (lub ESR).
W obu trybach napięcie zasilania przyrządu jest wyświetlane na ekranie.

Oczywiście zobaczmy, jakie jest wypełnienie tego urządzenia.
Z wyglądu jest zauważalnie bardziej skomplikowany niż poprzedni tester tranzystorów, co pośrednio wskazuje albo na nieprzemyślany układ, albo na najlepsze parametry, wydaje mi się, że w tym przypadku bardziej prawdopodobna jest ta druga opcja.

Cóż, nie ma sensu opisywać wyświetlacza w szczególności, klasycznej wersji 1602. Jedyne co mnie zaskoczyło to czarny kolor textolitu.

Zrobiłem ogólne zdjęcie płytki drukowanej w dwóch wersjach, z lampą błyskową i bez, ogólnie rzecz biorąc, urządzenie naprawdę nie chciało być fotografowane, ingerując we mnie w każdy możliwy sposób, więc z góry przepraszam za jakość.
Na wszelki wypadek przypominam, że wszystkie zdjęcia w moich recenzjach są klikalne.

„Sercem” urządzenia jest mikrokontroler 12le5a08s2, nie znalazłem informacji o tym konkretnym kontrolerze, ale w datasheet jego innej wersji wymknęła się informacja, że ​​został on zmontowany na rdzeniu 8051.

Część pomiarowa zawiera całkiem sporo elementów, przy okazji podano, że procesor ma 12 bitów przetwornika ADC, który służy do pomiaru. Ogólnie taka pojemność jest bardzo dobra, ciekawe jak bardzo jest realna.
Początkowo myślałem, żeby narysować schemat całej tej „hańby”, ale potem zdałem sobie sprawę, że nie ma to większego sensu, skoro charakterystyka urządzenia pod względem zakresu pomiarowego nie jest bardzo duża. Ale jeśli ktoś jest zainteresowany, możesz spróbować przerysować.

W układzie pomiarowym jest też włączony wzmacniacz operacyjny, jak dla mnie jest całkiem niezły, zastosowałem go we wzmacniaczu sygnału z bocznika prądowego obciążenia elektronicznego.

Najwyraźniej jest to węzeł przełączający zasilanie między baterią a złączem USB.

Od spodu płytki nie ma prawie nic ciekawego, poza przyciskiem komponentów nie ma :(

Ale znalazłem coś ciekawego nawet na pustej płytce drukowanej :)))
Faktem jest, że gdy otrzymałem urządzenie i bawiłem się nim kategorycznie nie mogłem sprawić, aby wyświetlało pojemność kondensatora powyżej 680uF, uparcie pokazywało OL i tyle.
Badając płytkę, nie mogłem nie zauważyć trzech par styków do podłączenia przycisków (sądząc po oznaczeniach).
Najpierw szturchnąłem klawisz 2, który wyskoczył mi na ekranie - kalibracja zera (darmowe tłumaczenie) - OK.
Ha, myślę, cóż, shchazzz my ciebie.
Ale nie, kalibracja zajęła mi dużo czasu, bo ze względu na rzadkość urządzenia nie ma o nim w ogóle informacji. Jedyna wzmianka ze słowem kalibracja to .

Zamknięcie innych par styków wyświetla wartości stałych (podobno).
poza tym opcji było więcej, z innymi literami, a czasami przy zamykaniu klawisza 3 wymykał się napis - Saved OK (po angielsku).

Ale wracając do kalibracji.
Urządzenie samo oparło się wszystkiemu.
Na początek próbowałem zewrzeć zaciski pęsetą i skalibrować w ten sposób, ale urządzenie ostatecznie pokazało prawidłową pojemność i ujemną rezystancję dla kondensatorów.
Następnie zwarłem dwa pola testowe na płytce, urządzenie zaczęło wykazywać prawidłową rezystancję, ale zakres pomiaru pojemności zawęził się do 220-330 mikrofaradów.
I po długich poszukiwaniach w Internecie natknąłem się na frazę (link jest tuż powyżej) - Użyj drutu miedzianego o grubości 3 cm, aby usunąć zwarcie
W tłumaczeniu oznaczało to - użyj drutu miedzianego o grubości 3 cm. Pomyślałem, że grubość 3 cm jest jakoś fajna i najprawdopodobniej oznaczała 3 cm długości.
Odciąłem kawałek drutu o długości około 3 cm i zwarłem łaty na płytce, zaczęło działać dużo lepiej, ale nadal nie to samo.
Wziąłem drut dwa razy dłużej i powtórzyłem operację. Po tym urządzenie zaczęło działać w miarę normalnie i po tej kalibracji przeprowadziłem dalsze testy.

Na początek wybrałem różne podzespoły, z którymi sprawdzę, jak działa urządzenie.
Na zdjęciu są ułożone zgodnie z kolejnością testowania, tylko dławiki leżą odwrotnie.
Wszystkie komponenty zostały przetestowane od najmniejszego nominału do największego.

Przed testami obejrzałem oscyloskopem, co urządzenie wyprowadza na swoje zaciski pomiarowe.
Według oscyloskopu częstotliwość jest ustawiona na około 72 kHz.

Jeśli chodzi o pomiar indukcyjności, odczyty są dość zgodne z tymi wskazanymi na komponentach.
1. indukcyjność 22uH
2. indukcyjność 150uH
Swoją drogą podczas procesu kalibracji zauważyłem, że żadne manipulacje nie wpłynęły na dokładność pomiarów pojemności i indukcyjności, a jedynie na dokładność pomiarów rezystancji.

Przy indukcyjności 150uH przebieg na zaciskach wyglądał tak

Nie było też problemów z małymi kondensatorami.
1. 100nF 1%
2. 0,39025 uF 1%

Przebieg kondensatora 0,39025 uF

Następnie pojawiły się elektrolity.
1. 4,7 uF 63 V
2. 10uF 450V
3. 470 uF 100 woltów
4. 470uF 25V niski ESR
Osobno powiem o kondensatorze 10uF 450 woltów. Byłem bardzo zaskoczony odczytami i nie jest to wada konkretnego elementu, ponieważ kondensatory są nowe, a mam dwa identyczne. odczyty były również takie same dla obu, a inne urządzenia pokazywały dokładnie pojemność około 10 mikrofaradów. co więcej, nawet na tym urządzeniu odczyty o wartości około 10 mikrofaradów skakały kilka razy. dlaczego tak jest, nie rozumiem.

1. Niska impedancja 680 uF 25 V
2. 680uF 25V niski ESR.
3. 1000uF 35V zwykły Samwha.
4. Seria Samwha RD 1000 uF 35 V.

Przebieg na stykach podczas testowania zwykłego 1000uF 35 Volt Samwha.
Teoretycznie przy pomiarze pojemnych elektrolitów częstotliwość powinna spaść do 3 kHz, ale oscylogram wyraźnie pokazuje, że częstotliwość nie zmieniała się podczas wszystkich testów i wynosiła około 72 kHz.

Seria 1000uF 35 Volt Samwha RD czasami dawała taki wynik, objawiał się to słabym kontaktem wyprowadzeń z zaciskami pomiarowymi.

Po zrobieniu zdjęcia grupowego, zmierzeniu i umieszczeniu części na swoich miejscach przypomniałem sobie, że zapomniałem zmierzyć rezystancji rezystorów.
Aby zmierzyć, wziąłem kilka rezystorów
1. 0,1 Ohma 1%
2. 0,47 Ohma 1%
Rezystancja drugiego rezystora jest nieco przeszacowana i wyraźnie przekracza granicę 1%, a nawet bliżej 10%. ale myślę, że jest to bardziej prawdopodobne ze względu na fakt, że pomiar odbywa się na prądzie przemiennym i wpływa na indukcyjność rezystora drutowego, ponieważ mały rezystor 2,4 Ohm wykazał rezystancję 2,38 Ohm.

Szukając informacji o urządzeniu, kilka razy natknąłem się na zdjęcie tego urządzenia, które pokazuje jednoczesny pomiar z różnymi częstotliwościami, ale moje urządzenie tego nie wyświetla, znowu nie jest jasne dlaczego :(
Albo inna wersja, albo coś innego, ale jest różnica. Generalnie odniosłem wrażenie, że mierzy tylko przy częstotliwości 72KHz.
Wysoka częstotliwość pomiarów jest dobra, ale zawsze wygodniej jest mieć alternatywę.

Streszczenie
plusy
W działaniu urządzenie wykazywało dość dobrą celność (choć po kalibracji)
Jeśli nie wziąć pod uwagę faktu, że musiałem go skalibrować, to można powiedzieć, że konstrukcja jest gotowa do pracy „od razu po wyjęciu z pudełka”, ale przyznam, że miałem takie „szczęście”.
Podwójne jedzenie.

Minusy
Całkowity brak informacji o kalibracji przyrządu
Wąski zakres pomiarowy
Moje urządzenie zaczęło normalnie działać dopiero po kalibracji.

Moja opinia. Szczerze mówiąc, urządzenie zrobiło na mnie silne podwójne wrażenie. Z jednej strony uzyskałem całkiem dobre wyniki, az drugiej strony dostałem więcej pytań niż odpowiedzi.
Na przykład nie rozumiałem w 100%, jak go poprawnie skalibrować, nie rozumiałem też, dlaczego mój kondensator 10uF jest wyświetlany jako 2,3, a poza tym nie jest jasne, dlaczego pomiar odbywa się tylko przy 72KHz.
Nawet nie wiem, czy polecam, czy nie. Jeśli w ogóle nie masz ochoty na lutowanie, to możesz skorzystać z tego lub testera tranzystorów z poprzedniej recenzji, a jeśli chcesz mieć lepsze charakterystyki (głównie w kierunku poszerzenia zakresu) i nie musisz mierzyć indukcyjności, to potrafi zmontować miernik C-ESR firmy Go.
Bardzo zdenerwował mnie górny zakres pomiaru pojemności 1000 μF, choć spokojnie zmierzyłem 2200 μF, to jednak dokładność urządzenia spadła, zaczęło wyraźnie zawyżać odczyty pojemności.

W sumie to na razie tyle, będę bardzo zadowolony z wszelkich informacji o urządzeniu i chętnie dodam je do recenzji. Przyznam, że ktoś też go ma, choć jest to bardzo mało prawdopodobne, skoro nic na nim nie znalazłem, choć często wszystkie urządzenia są powtórką niektórych już znanych konstrukcji.

Produkt został przekazany do napisania recenzji przez sklep. Recenzja jest publikowana zgodnie z punktem 18 Regulaminu Serwisu.