|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Вимірювач LC. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка У практиці радіоаматора вимір параметрів радіоелементів, що використовуються - перший основний крок у досягненні поставлених цілей при створенні радіотехнічного або електронного комплексу. Не знаючи властивостей "елементарних цеглинок", дуже важко сказати, які властивості матиме побудований з них будинок. У цій статті читачеві запропоновано опис нескладного вимірювального приладу, який має бути в лабораторії кожного радіоаматора. Принцип роботи пропонованого LC-метра заснований на вимірюванні енергії, що накопичується в електричному полі конденсатора та магнітному полі котушки. Вперше стосовно аматорської конструкції цей метод був описаний в [1], а в наступні роки з незначними змінами широко був використаний у багатьох конструкціях вимірювачів індуктивності та ємності. Застосування в даній конструкції мікроконтролера та РКІ індикатора дозволило створити простий, малогабаритний, дешевий та зручний в експлуатації прилад, що має досить високу точність вимірів. При роботі з приладом не потрібно маніпулювати ніякими органами управління, досить просто підключити елемент, що вимірюється, і вважати показання з індикатора. Технічні характеристики
Принципова схема пристрою показана на рис. 1
Сигнал збудливої напруги рямокутної форми з виведення 6 (РВ1) мікроконтролера DD1 через три нижні за схемою буферних елемента DD2 надходить на вимірювальну частину пристрою. Під час високого рівня напруги зарядка вимірюваного конденсатора Сх відбувається через резистор R9 та діод VD6, а під час низького - розрядка через R9 та VD5. Середній струм розрядки, пропорційний величині ємності, що вимірювається, пристрій перетворює за допомогою операційного підсилювача DA1 в напругу. Конденсатори С5 та С7 згладжують його пульсації. Резистор R14 служить точної установки нуля ОУ. При вимірюванні індуктивності під час високого рівня струм у котушці наростає до значення, що визначається резистором R10, а під час низького - струм, що створюється ЕРС самоіндукції котушки, що вимірюється, через VD4 і R11 також надходить на вхід мікросхеми DA1. Таким чином, при постійній напрузі живлення та частоті сигналу напруга на виході ОУ прямопропорційна величинам вимірюваних ємності або індуктивності. Але це справедливо лише за умови, що зарядка конденсатора виконана повністю протягом половини періоду збудливої напруги і також повністю відбулася розрядка протягом іншої половини. Аналогічно для котушки індуктивності. Струм у ній повинен встигати наростати до максимального значення та спадати до нуля. Ці умови можна забезпечити відповідним вибором резисторів R9-R11 та частоти збудливої напруги. Напруга, пропорційна значення параметра вимірюваного елемента, з виходу ОУ через фільтр R6C2 подають на вбудований десятирозрядний АЦП мікроконтролера DD1. Конденсатор С1 – фільтр внутрішнього джерела зразкової напруги АЦП. Три верхніх за схемою елемента DD2, а також VD1, VD2, С4, С11 використані для формування напруги -5, необхідного для роботи ОУ Результат вимірювання прилад відображає на десятирозрядному семисегментному РКІ HG1 (КО-4В, серійно випускає фірма "Телесистеми" у м. Зеленограді). Аналогічний індикатор використано у телефонах "PANAPHONE". Для підвищення точності прилад має дев'ять піддіапазонів виміру. Частота збудливої напруги першому піддіапазоні дорівнює 800 кГц. На такій частоті вимірюють конденсатори з ємністю до приблизно 90 пФ і котушки з індуктивністю до 90 мкГн. На кожному наступному піддіапазон частота знижена в 4 рази, відповідно в стільки ж разів розширено межу вимірювання. На дев'ятому піддіапазон частота дорівнює 12 Гц, що забезпечує вимірювання конденсаторів з ємністю до 5 мкФ і котушок з індуктивністю до 5 Гн. Потрібний піддіапазон прилад вибирає автоматично, причому після включення живлення вимірювання починається з дев'ятого піддіапазону. У процесі перемикання номер піддіапазону відображається на індикаторі, що дозволяє визначити, на якій частоті вимірюють. Після вибору потрібного піддіапазону результат вимірювання пФ або мкГн виведений на індикатор. Для зручності зчитування десяті частки пФ (мкГн) та одиниці мкФ (Гн) відокремлені порожнім знайоместом, а результат округлений до трьох значущих цифр. Світлодіод HL1 червоного кольору світіння використаний як стабістор на 1,5 В для живлення індикатора. Кнопка SB1 служить для програмної корекції нуля, що допомагає компенсувати ємність та індуктивність клем та перемикача SA1. Цей перемикач можна виключити, якщо встановити окремі клеми для підключення індуктивності та ємності, що вимірюється, але це менш зручно в експлуатації. Резистор R7 призначений для швидкої розрядки конденсаторів С9 та С10 при вимиканні живлення. Без нього повторне включення, що забезпечує коректну роботу індикатора, можливе не раніше ніж через 10 с, що трохи незручно під час експлуатації. Всі деталі приладу, окрім перемикача SA1, змонтовані на односторонній друкованій платі, яка показана на рис. 2.
Індикатор HG1 та кнопка SB1 встановлені з боку монтажу та виведені на лицьову панель. Довжина проводів до перемикача SA1 та вхідних клем не повинна перевищувати 2...3 см. Діоди VD3-VD6 - високочастотні з малим падінням напруги, можна застосувати Д311, Д18, Д20. Підстроювальні резистори R11, R12, R14 малогабаритні типу СПЗ-19. Заміна R11 на дротяний резистор небажана, оскільки призведе до зниження точності вимірювань. Мікросхему 140УД1208 можна замінити на який-небудь інший ОУ, що має ланцюг установки нуля і здатний працювати від напруги ±5 В, а К561ЛН2 можна замінити на будь-яку КМОП мікросхему серій 1561, 1554, 74НС, 74АС, що містить 74. Застосування ТТЛ серій 14, 155, 555 та ін небажано. Мікроконтролер ATtinyl 1533L фірми ATMEL аналога не має і замінити його на інший тип, наприклад, популярний AT5S90, неможливо без коригування програми. Номінал ємностей конденсаторів С4, С5, С11 не слід зменшувати. Перемикач SA1 має бути малогабаритним та з мінімальною ємністю між висновками. При програмуванні мікроконтролера всі FUSE біти слід залишити за замовчуванням: BODLEVEL = 0, BODEN = 1, SPIEN = 0, RSTDISBL = 1, CKSEL1 ... 0 = 00. Калібрувальний байт потрібно записати до молодшого байта програми за адресою $000F. Це забезпечить точну установку тактової частоти 1,6 МГц і відповідно частоти збудливої напруги для вимірювальної схеми на першому діапазоні 800 кГц. В екземплярі ATtinyl 5L, що був у автора, калібрувальний байт дорівнює $8В. Для налагодження необхідно підібрати кілька котушок і конденсаторів зі значеннями параметрів у діапазоні вимірювання приладу та мінімальний допуск відхилення по номіналу. Якщо є можливість, точне значення слід виміряти за допомогою промислового вимірювача LC. Це будуть ваші "зразкові" елементи. Враховуючи, що шкала вимірювача лінійна, в принципі, достатньо одного конденсатора та однієї котушки. Але найкраще проконтролювати весь діапазон. Як зразкові котушки добре підходять нормалізовані дроселі типів ДМ, ДП. Налагодження починають із встановлення нуля мікросхеми DA1, контролюючи напругу на його виході за допомогою мультиметра. Слід виставити цю напругу не більше 0...+5 мВ резистором R14. Двигун резистора R12 повинен бути в середньому, а перемикач SA1 бажано від'єднати від плати для зниження паразитної ємності входу. Показання індикатора при цьому мають бути не більше 0...3. Потім відновлюють з'єднання SA1, натискають та відпускають кнопку SB1. Через 2 секунди індикатор повинен показувати 0...±1. Після цього до вхідних клем підключають зразкову ємність і, обертаючи двигун R12, встановлюють відповідність показання істинного значення ємності вибраного конденсатора. Ціна молодшого розряду – 0,1 пФ. Потім необхідно проконтролювати весь діапазон і, при необхідності, уточнити положення двигуна R12, намагаючись отримати похибку не гірше 2...3%. Допустиме і підстроювання нуля, якщо показання в кінці шкали трохи занижені або завищені. Але після кожної зміни положення двигуна R14 слід відключати конденсатор, що вимірюється, і натискати кнопку установки нуля. Налаштувавши прилад у режимі вимірювання ємності, слід перевести SA1 у нижнє за схемою положення, замкнути вхідні гнізда та натиснути SB1. Після корекції нуля на вхід підключити зразкову котушку та резистором R11 виставити необхідні показання. Ціна молодшого розряду – 0,1 мкГн. При цьому слід звернути увагу, щоб опір R11 був не менше 800 Ом, інакше слід зменшити опір резистора R10. Якщо R11 буде більше 1 ком, R10 треба збільшити, тобто R10 і R11 повинні бути близькі за номіналом. Таке налаштування забезпечує приблизно однакову постійну часу "зарядки" та "розрядки" котушки і, відповідно, мінімальну похибку вимірювання. Похибка не гірша ±2...3 % при вимірі конденсаторів можна забезпечити легко, а ось при вимірі котушок все дещо складніше. Індуктивність котушки багато в чому залежить від низки супутніх умов - активний опір обмотки, втрати в магнітопроводах на вихрові струми, на гістерезис, магнітна проникність феромагнетиків нелінійно залежить від напруженості магнітного поля та ін. Досить високе значення залишкової індукції. Докладніше процеси, що відбуваються при намагнічуванні магнітних матеріалів, описані в [2]. Внаслідок впливу всіх цих факторів показання приладу при вимірюванні індуктивності деяких котушок можуть не збігтися з показаннями промислового приладу, що вимірює комплексний опір на фіксованій частоті. Але не поспішайте лаяти цей прилад та його автора. Просто слід враховувати особливості принципу виміру. Для котушок без магнітопроводу, для незамкнутих магнітопроводів та для феромагнітних магнітопроводів із зазором точність вимірювання цілком задовільна, якщо активний опір котушки не перевищує 20...30 Ом. А це означає, що індуктивність всіх котушок та дроселів високочастотних пристроїв, трансформаторів для імпульсних джерел живлення тощо можна вимірювати дуже точно. А ось при вимірі індуктивності малогабаритних котушок з великою кількістю витків з тонкого дроту і замкненим магнітопроводом без зазору (особливо із трансформаторної сталі) буде велика похибка. Але ж у реальному приладі умови роботи котушки можуть і не відповідати ідеалу, який забезпечений при вимірі комплексного опору. Наприклад, індуктивність обмотки одного з трансформаторів у наявності у автора, виміряна промисловим вимірником LC, виявилася близько 3 Гн. Під час подачі постійного струму підмагнічування всього 5 мА показання стали близько 450 мГн, тобто індуктивність зменшилася в 7 разів! А в реальних робочих пристроях струм через котушки майже завжди має постійну складову. Вимірювач, що описується, показав індуктивність обмотки цього трансформатора 1,5 Гн. І ще невідомо, яка цифра буде ближчою до реальних умов роботи. Все вищесказане тією чи іншою мірою справедливе для всіх без винятку аматорських вимірювачів LC. Просто їх автори скромно про це замовчують. Не в останню чергу саме тому функція вимірювання ємності є в багатьох моделях недорогих мультиметрів, а вимірювати індуктивність можуть тільки дорогі і складні професійні прилади. У аматорських умовах зробити хороший і точний вимірювач комплексного опору дуже складно, простіше придбати промисловий, якщо він справді потрібний. Якщо це з тих чи інших причин неможливо, думаю, пропонована конструкція може стати непоганим компромісом з оптимальним співвідношенням ціни, якості та зручності в експлуатації. література
Автор: І.Хлюпін, м.Кіров
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Ультрабюджетний смартфон Infinix Smart 7 HD ▪ Молекулярний датчик для смартфонів ▪ Датчик тиску Honeywell у SMD-виконанні ▪ Електромобіль, що поглинає вуглекислий газ
▪ розділ сайту Основи безпечної життєдіяльності (ОБЖД). Добірка статей ▪ стаття Немає царських шляхів до геометрії. Крилатий вислів ▪ стаття Чому люди колекціонують поштові марки? Детальна відповідь ▪ стаття Функціональний склад телевізорів Superstar Довідник ▪ стаття Трьохканальний мультимедійний УМЗЧ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page