LC-метр – приставка до мультиметра. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

Ця стаття продовжує тему розширення можливостей найпопулярніших мультиметрів серії 83x. Малий струм, що споживається приставкою, дозволяє живити її від внутрішнього стабілізатора АЦП мультиметра. За допомогою цієї приставки можна вимірювати індуктивність котушок та дроселів, ємність конденсаторів без випоювання їх із плати.

Конструкції вимірювальних приставок до мультиметрів, крім відмінності схемних рішень і методів вимірювань того чи іншого параметра, різні ще й по здатності працювати від власного джерела живлення і без нього, використовуючи стабілізатор напруги АЦП мультиметра. Приставки, що живляться від стабілізатора АЦП мультиметра, на думку автора, зручніші в експлуатації, особливо "поза будинком". У разі необхідності їх можна живити і від зовнішнього джерела напругою 3, наприклад, від двох гальванічних елементів. Звичайно, постає питання про споживаний такий приставкою струм, який не повинен перевищувати декількох міліампер, але застосування сучасної елементної бази в поєднанні з оптимальною схемотехнікою вирішує це завдання. Втім, питання про споживаний струм завжди був і буде актуальним, особливо для вимірювальних приладів з автономним живленням, коли тривалість роботи від автономного джерела найчастіше визначає вибір приладу.

При розробці LC-метра основна увага була приділена не лише мінімізації споживаного струму, а й можливості вимірювання індуктивності котушок та дроселів, ємності конденсаторів без випаювання їх із плати. Таку можливість завжди слід враховувати при розробці подібних вимірювальних приладів. Можна навести чимало прикладів, коли радіоаматори у своїх конструкціях, на жаль, не звертають на це уваги. Якщо, наприклад, вимірювати ємність конденсатора методом зарядки стабільним струмом, то вже при напрузі на конденсаторі більше 0,3...0,4 без випаювання його з плати достовірно визначити ємність часто неможливо.

Принцип роботи LC-метра не нов [1, 2], він заснований на обчисленні квадрата виміряного періоду власних коливань в резонансному LC-контурі, який пов'язаний з параметрами його елементів співвідношенням

Т = 2π √LC або LC = (Т/2π)².

З цієї формули випливає, що індуктивність, що вимірюється, лінійно пов'язана з квадратом періоду коливань при незмінній ємності в контурі. Очевидно, що тієї ж лінійної залежності пов'язана і вимірювана ємність при незмінній індуктивності, і для вимірювань індуктивності або ємності достатньо перетворити період коливань на зручну величину. З наведеної вище формули видно, що при незмінній ємності 25330 пФ або індуктивності 25,33 мГн для мультиметрів серії 83х мінімальна дискретність виміру - 0,1 мкГн та 0,1 пФ в інтервалах 0...200 мкГн та 0...200 пФ відповідно, а частота коливань при вимірюваній індуктивності 1 мкГн дорівнює 1 МГц.

Приставка містить вимірювальний генератор, частота якого визначається LC-контуром і в залежності від роду вимірювань - індуктивністю, підключеною до вхідних гнізд котушки, або ємністю конденсатора, вузол стабілізації вихідної напруги генератора, формувач імпульсів, дільники частоти для розширення інтервалів вимірювань та перетворювач періоду повторення напруга, пропорційна його квадрату, яке вимірює мультиметр.

Основні технічні характеристики

• Межі виміру індуктивності .......200 мкГн; 2 мГн; 20 мГн; 200 мГн; 2 Гн; 20 Гн
• Межі вимірювання ємності .......200 пФ; 2 нФ; 20 нФ; 0,2 мкФ; 2 мкФ; 20 мкФ
• Похибка виміру на перших чотирьох межах від 0,1 граничного значення і вище, не більше, % .......3
• Похибка виміру в межах 2 мкФ і 2 Гн, не більше, % .......10
• Похибка виміру в межах 20 мкФ і 20 Гн, не більше, % .......20
• Максимальний струм, що споживається, не більше, мА .......3

Похибка вимірювання індуктивності на межах 2 і 20 Гн залежить від власної ємності котушки, її активного опору, залишкової намагніченості магнітопроводу, а ємності на межах 2 і 20 мкФ - від активного опору котушки в LC-контурі та ЕПС (ESR) вимірювання.

Схему приставки наведено на рис. 1. У положенні "Lx" перемикача SA1 вимірюють індуктивність котушки, підключеної до гнізда XS1, XS2, паралельно якій підключений конденсатор С1, а в положенні "Cx" - ємність конденсатора, паралельно якому підключена котушка індуктивності L1. На транзисторах VT1, VT2 зібраний вимірювальний генератор синусоїдальної напруги, частота якого, як сказано вище, визначається елементами LC-контуру. Це підсилювач, охоплений позитивним зворотним зв'язком (ПОС).

Перший ступінь підсилювача зібрана за схемою із загальним колектором (емітерний повторювач), вона має великий вхідний опір і малий вихідний, а друга - за схемою із загальною базою (ПРО) - має малий вхідний і великий вихідний опір. Тим самим було досягнуто гарного узгодження при замиканні виходу другої з входом першої. Обидві ступені неінвертують, тому таке з'єднання охоплює підсилювач стовідсоткової ПІС, яка в поєднанні з високим вхідним опором емітерного повторювача і вихідним каскаду з ПРО забезпечує роботу генератора на резонансній частоті LC-контуру в широкому інтервалі частот.

Рис. 1 (натисніть , щоб збільшити)

Розглянемо роботу LC-метра з підключеною до гнізда XS1, XS2 "Lx, Cx" котушкою індуктивності або конденсатором. Напруга з виходу генератора надходить на підсилювач з високим вхідним опором, зібраний на транзисторі VT3, який підсилює його вп'ятеро, що необхідно для нормальної роботи вузла стабілізації напруги вихідної генератора. Вузол стабілізації зібраний на діодах VD1, VD2, конденсаторах С3, С5 та транзисторі VT4. Він підтримує вихідну напругу генератора на незмінному рівні близько 100 мВ ефф., при якому можна проводити вимірювання без випоювання елементів з плати, а також підвищує стійкість коливань генератора на цьому рівні.

Вихідна напруга підсилювача, випрямлена діодами VD1, VD2 і згладжена конденсатором С5 надходить на базу транзистора VT4. При амплітуді напруги на виході генератора менше 150 мВ цей транзистор відкритий базовим струмом, що протікає через резистор R7, і на генератор подається повна напруга живлення +3 (таку напругу необхідно подати на генератор для його надійного запуску, а також при вимірюванні індуктивності 1). .3 мкГн). Якщо при вимірюванні амплітуда напруги генератора стане більше 150 мВ, на виході випрямляча з'явиться напруга полярності, що закриває транзистор VT4. Його колекторний струм зменшиться, що призведе до зменшення напруги живлення генератора та відновлення амплітуди його вихідної напруги до заданого рівня. В іншому випадку відбувається зворотний процес.

Вихідна напруга підсилювача на транзисторі VT3 через ланцюг С4,С6,R8 надходить на формувач імпульсів, зібраний на транзисторах VT5 і VT6 за схемою тригера Шмітта з емітерним зв'язком. На його виході формуються прямокутні імпульси з частотою генератора, малим часом спаду (близько 50 нс) і розмахом, що дорівнює напрузі живлення. Такий час спаду необхідний нормальної роботи десяткових лічильників DD1-DD3. Резистор R8 забезпечує стійку роботу тригера Шмітта на низьких частотах. Кожен із лічильників DD1 - DD3 ділить частоту сигналу на 10. Вихідні сигнали лічильників надходять на перемикач меж вимірювань SA2.

З рухомого контакту перемикача в залежності від вибраної межі виміру "х1", "х10²", "х10⁴імпульсні сигнали прямокутної форми U_и (рис. 2,а) надходять на перетворювач "період-напруга", зібраний на ОУ DA1.1, польових транзисторах VT7-VT9 та конденсаторі С8. З приходом чергового імпульсу сигналу тривалістю 0,5Т транзистор VT7 цей час закривається. Напруга з резистивного дільника R13R14 (близько 2,5) надходить на неінвертуючий вхід ОУ DA 1.1. На цьому ОУ та транзисторі VT9 зібрано джерело стабільного струму (ІТ). Струм ІТ 140 мкА заданий паралельним включенням резисторів R16 і R17 при замкнутих контактах вимикача SA3 (положення "х1") і в десять разів менше - 14 мкА - резистором R16 при розімкнених (положення "х10").

Рис. 2

У момент приходу імпульсу тривалістю 0,5T транзистор VT8 через диференціюючий ланцюг С7R15 відкривається на 5...7 мкс, розряджаючи цей час конденсатор С8, після чого закривається і починається зарядка конденсатора С8 стабільним струмом від ІТ (рис. 2,б). Після закінчення імпульсу транзистор VT7 відкривається, замикаючи резистор R13, і струм ІТ стає рівним нулю. Протягом наступного інтервалу 0,5T напруга U1 на конденсаторі С8 залишається до приходу наступного імпульсу незмінною і рівною

U₁ = У_С8 = I_ІТ1хТ/(2хС8) = К₁хТ,

де До₁ = I_ІТ1/(2хС8) – постійний коефіцієнт.

З цього виразу випливає, що напруга на зарядженому конденсаторі С8 пропорційно періоду імпульсів, що надходять. При цьому напрузі 2 відповідає максимальне значення вимірюваного параметра на кожному межі вимірювання. До конденсатора підключений вхід буферного підсилювача на ОУ DA1.2 з одиничним коефіцієнтом посилення, вхідний струм якого мізерно малий (одиниці пикоампер) і не впливає на розрядку (і зарядку) конденсатора С8.

З виходу буферного підсилювача воно надходить на наступний перетворювач - "напруга струм" на ОУ DA2.1. На цьому ОУ та резисторах R18-R21 зібрано ще один ІТ (ІТ2). Струм цього ІТ визначається вхідною напругою, що надходить на лівий за схемою виведення резистора R18, і його опором, а знак - від того, який з резисторів (у нашому випадку R18 або R20) включений вхідним. ІТ навантажений на конденсатор С9. Під час дії вхідного імпульсу тривалістю 0,5Т транзистор VT10 відкритий та напруга U₂ на конденсаторі С9 дорівнює нулю (рис. 2, в). Після закінчення імпульсу транзистор закривається і починається зарядка конденсатора постійним струмом від напруги, що надходить на резистор R18 буферного підсилювача на ОУ DA1.2. Як видно з діаграми (рис. 2, в), напруга на конденсаторі лінійно зростає у вигляді пилки до появи через час 0,5Т наступного імпульсу. На момент його появи напруга на конденсаторі досягне значення

U_2max = У_С9max = I_ІТ2хТ/(2хС9) = U_C8xT/(2xR18xС9) = K₂xU_C8xT = К₁хК₂хТ²,

де До₁, К₂ - Постійні коефіцієнти; До₂ = 1/(2xR18xC9).

З цього виразу випливає, що амплітуда напруги на конденсаторі С9 пропорційна квадрату періоду імпульсів, що надходять, тобто лінійно залежить від вимірюваної індуктивності або ємності. Таке перетворення "в квадрат періоду" логічно зрозуміло і без наведеного виразу, оскільки напруга на конденсаторі С9 залежить лінійно одночасно як від періоду, так і від напруги на вході ІТ, що також залежить лінійно від періоду. При цьому напрузі U2max, що дорівнює 2, відповідає максимальне значення вимірюваного параметра на кожному межі вимірювання.

До конденсатора С9 підключений вхід підсилювача буфера на ОУ DA2.2. З його виходу напруга пилкоподібної форми, зменшена до необхідного рівня дільником R22R23, надходить на вхід "VΩmA" мультиметра (роз'єм XP2). Вбудована інтегруюча RC-ланцюг мультиметра, підключена до входу АЦП (постійна часу 0,1 с), і зовнішня - R22C12 згладжують імпульси пилкоподібної форми до середнього за період значення, яке дорівнює чверті амплітудного. Так, при амплітуді "пили" на роз'ємі XP2 "VΩmA" 0,8 В напруга на вході АЦП мультиметра дорівнює 200 мВ, що відповідає верхній межі вимірювання постійної напруги на межі 200 мВ.

Приставка зібрана на платі із фольгованого з двох сторін склотекстоліту. Креслення друкованої плати показано на рис. 3 а розташування на ній елементів - на рис. 4.

Рис. 3

Рис. 4

Фотографії друкованої плати представлені на рис. 5, 6. Штир ХР1 ​​"NPNC" - відповідний роз'єм. Штирі ХР2 "VΩmA" і ХР3 "СОМ" - від вимірювальних щупів для мультиметра, що вийшли з ладу. Вхідні гнізда XS1, XS2 - клемник гвинтовий 350-02-021-12 серії 350 фірми DINKLE. Перемикачі двигунові: SA1 - SS12D07; SA2, SA3 - серії MSS, MS, IS, наприклад, MSS-23D19 (MS-23D18) та MSS-22D18 (MS-22D16) відповідно. Котушка L1 - саморобна, містить приблизно (уточнюється при налагодженні) 160 витків проводу ПЕВ-2 0,2, намотаних у чотирьох секціях по 40 витків на кільцевому магнітопроводі типорозміру 10x6x4,5 з фериту 2000Н1 Феррит цих марок мають низький температурний коефіцієнт магнітної проникності. Використання феритів інших марок, наприклад N2000, призведе до збільшення похибки вимірювання ємності при зміні температури вже на 3...48 ^оС.

Рис. 5

Рис. 6

Конденсатори С1, С8 і С9 - імпортні плівкові вивідні на напругу 63 В (наприклад, WIMA, EPCOS). Відхилення ємності конденсаторів С8, С9 має бути трохи більше 5 %. Інші - для поверхневого монтажу: С2, С10, С11 - типорозміру 0805; С4, С6, С7 – 1206; оксидні С3, С5, С12 - танталові В. Всі резистори типорозміру 1206. Резистори R13, R14, R16-R21 слід застосувати з допуском не більше 1%, причому резистори R18, R20 і R19, R21 відібрати кожною з мультиметрів парі. Найчастіше - для відбору досить стрічкового пакування з 10...20 резисторів ряду Е24 п'ятивідсоткового класу точності.

Транзистори VT1 ​​-VT5 повинні мати коефіцієнт передачі струму щонайменше 500, VT6 - від 50 до 200. Транзистори BSS84 замінні IRLML6302, а IRLML2402 - на FDV303N. При іншій заміні слід врахувати, що гранична напруга транзисторів повинна бути не більше 2 В, опір відкритого каналу - не більше 0,5 Ом, а вхідна ємність - не більше 200 пФ при напрузі стік-витік 1 В. Мікропотужні ОУ AD8542ARZ замінні, наприклад , МСР602 або вітчизняними КФ1446УД4А Останні бажано відібрати за напругою зміщення нуля не більше 2 мВ для зменшення похибки вимірювання, коли його результат не перевищує 10% встановленої межі. Десяткові лічильники 74HC4017D високошвидкісної логіки можна замінити аналогічними з серії 4000В фірми NXP (PHILIPS) - HEF4017В. Застосовувати аналогічні лічильники інших фірм, тим більше вітчизняні К561ІЕ8, не слід. При напрузі живлення 3 В вхідна частота 1 МГц з вимірювального генератора для таких лічильників занадто велика, а тривалість спаду імпульсу на їх вході (50 нс) - мала. Вони можуть такий сигнал "не відчути".

Висновки конденсаторів С8, С9, що йдуть до загального дроту, пропаюють із двох сторін друкованої плати. Аналогічно пропаюють висновки перемикача SA3 та висновок, що йде від рухомого контакту SA2, а також вилки ХР1-ХР3. Причому XP2 і XP3 кріплять пайкою в першу чергу, а потім уже "за місцем" свердлять отвір і впаюють вилку ХР1. В отвори майданчиків біля початку транзистора VT10 і резистора R14 вставляють відрізки лудженого дроту і пропаюють їх з двох сторін. Перед монтажем мікросхем DD2, DD3 висновок 4 слід відігнути або видалити.

При роботі з LC-метром перемикач роду робіт мультиметра встановлюють положення вимірювання постійної напруги на межі "200mV". Межі вимірювань LC-метра, що відповідають положенням перемикачів SA2, SA3, наведено у таблиці.

Калібрування LC-метра проводять в залежності від наявності необхідних приладів та кваліфікації. У найпростішому випадку знадобляться котушка з точно відомою індуктивністю, значення якої близьке до межі вимірювання, і такий же конденсатор з виміряною ємністю. Для виключення похибки від вхідної ємності LC-метра ємність конденсатора повинна бути не менше ніж 1800 пФ (наприклад, 1800 пФ, 0,018 мкФ, 0,18 мкФ). Приставку спочатку підключають до автономного джерела живлення напругою 3 і вимірюють споживаний струм, який не повинен перевищувати 3 мА, а потім підключають до мультиметра.

Далі встановлюють перемикач SA1 в положення "Lx" і підключають до гнізда XS1, XS2 "Lx, Cx" котушку з відомою індуктивністю. Перемикачі SA2 і SA3 встановлюють на відповідну межу і добиваються показань на індикаторі, чисельно рівними індуктивності (ком індикатора не враховують), підключаючи при необхідності паралельно конденсатору С1 додатковий ємністю до 3300 пФ. У конденсаторів С1, С8, С9 на друкованій платі передбачені майданчики для розпаювання додаткових типорозмірів 0805 для поверхневого монтажу.

Можливе точніше коригування показань зміною в невеликих межах опору резистора R22 або R23. Аналогічно калібрують LC-метр при вимірюванні ємності, але відповідні показання на індикаторі встановлюють, змінюючи кількість витків котушки L1.

Вимірюючи ємність приставкою, необхідно враховувати її вхідну ємність, яка в авторському зразку дорівнює 41,1 пФ. Це значення відображає індикатор мультиметра, якщо встановити перемикач SA1 у положення "Сх", а SA2 та SA3 - у положення "x1". При зміні топології друкованої плати з'єднання висновків конденсаторів С8 і С9 з транзисторами висновків VT9 і VT10 повинні бути виконані окремими провідниками.

Приставку можна використовувати як генератор фіксованих частот синусоїдальної та прямокутної форми. Синусоїдальний сигнал напругою 0,1 знімають з емітера транзистора VT3, прямокутний амплітудою 3В - з рухомого контакту перемикача SA2. Потрібні частоти отримують підключаючи до входу приставки конденсатори відповідної ємності в положенні "Cx" перемикача SA1.

Креслення друкованої плати у форматі Sprint Layout 5.0 можна завантажити з ftp://ftp.radio.ru/pub/2014/08/Lc-metr.zip.

література

1. Універсальний LC-генератор. – Радіо, 1979, № 5, с. 58.
2. L-метр із лінійною шкалою. – Радіо, 1984, № 5, с. 58, 61.

Автор: С. Глібін

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Безпілотні роботи заряджатимуть електромобілі 22.12.2019 Концерн Volkswagen розробив технологію, яка дозволить власникам електромобілів для зарядки своїх машин паркуватися будь-де, включаючи місця, розташовані далеко від розеток. Замість них використовуватиметься пересувний акумулятор. За задумом інженерів Volkswagen Group Components, на парковках розташують зарядні термінали для пересувних акумуляторів. Ці акумулятори переміщатиме безпілотний робот, який прикотить батарею до машини, підключить її та від'єднає після закінчення процесу зарядки, щоб потім доставити акумулятор на зарядний майданчик. Кожен акумулятор має ємність 25 кВтг та підтримує зарядку потужністю до 50 кВт. Запрошувати зарядних роботів власники електромобілів зможуть або через мобільний додаток, або робот самостійно виявить транспорт, що вимагає зарядки, і підключить його до батареї.

Інші цікаві новини:

▪ Консервативний розум

▪ Високоінтегрований драйвер електромотора ATA6026

▪ Розумний фотоспалах Canon Speedlite 470EX-A

▪ Літаючий гоночний електромобіль Alauda Airspeeder Mk3

▪ Кросівки з функцією автоматичного шнурування Nike HyperAdapt 1.0

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Культурні та дикі рослини. Добірка статей

▪ стаття Короткий зміст творів російської літератури ХІХ століття

▪ стаття Які медузи теоретично безсмертні? Детальна відповідь

▪ стаття Академічний вузол. Поради туристу

▪ стаття Електронний переривник склоочисника. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Ковпак, під яким усе зникає. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024