Мікрофарадометр. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Мікрофарадометр. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

Коментарі до статті

У статті описано вимірювач ємності неполярних та оксидних конденсаторів, виконаний на основі мікроконтролера PIC16F876A. Діапазон вимірювання ємності - 1...999·10³ мкФ - розділений на два піддіапазони. Індикація результатів вимірювання проводиться трирозрядним цифровим світлодіодним індикатором з автоматичною установкою коми. Деякий вплив еквівалентного послідовного опору на точність вимірювання більшою мірою компенсується при калібруванні приладу.

У радіоаматорській практиці необхідність виміру великих значень електричної ємності очевидна. Багато сучасних мультиметрів мають функцію вимірювання ємності конденсатора, їхня верхня межа не перевищує 20-100 мкФ, а при пограничному розширенні діапазону істотно знижується точність вимірювання [1]. Професійні RLC-метри вимірюють ємність до 1 Ф і більше [2], але через свою високу вартість вони мало доступні більшості радіоаматорів. У журналі "Радіо" описано кілька пристроїв для вимірювання ємності оксидних конденсаторів [3,4]; вони, як правило, оформлені у вигляді приставок та засновані на непрямих методах виміру.

Разом з тим, використовуючи сучасну елементну базу та основні фізичні співвідношення, можна побудувати простий прилад, який має досить високі метрологічні характеристики. У пропонованому пристрої використовується принцип пропорційності заряду Q електричної ємності при фіксованому значенні напруги U: С = Q/U; де Q = It. У свою чергу при заданому струмі зарядки заряд конденсатора пропорційний часу протікання зарядного струму [5].

Технічні характеристики

Діапазон виміру, мкФ .. .1...999·10³
Похибка у всьому діапазоні, %, не більше..............±3
Час виміру, з, не більше ..........................2,5
Вибір меж вимірювання .. .автоматичний
Число розрядів індикації.........3
Напруга мережі живлення, В 220
Споживана потужність,
Вт, не більше...................12
Габаритні розміри вимірювача ємності – 127x72x25 мм, маса з блоком живлення – не більше 0,8 кг.

Основу приладу становить мікроконтролер PIC16F876A [6], що виконує всі основні функції: управління процесом вимірювання, обчислення його результатів та відображення отриманого значення вимірюваної ємності на індикаторі.

Мікрофарадометр
Рис. 1

Принципова схема пристрою показана на рис. 1. Мікроконтролер DD1 працює за програмою, коди якої наведені у таблиці. Після включення живлення та ініціалізації мікроконтролера пристрій працює в автоматичному режимі. Висновок RA0 налаштований як вхід компаратора, RA3 - вхід зразкової напруги компаратора, RCO, RC1 - виходи управління джерелами зарядного струму, RC2 - вихід включення розрядки конденсатора.

Цикл вимірювання починається з розрядки конденсатора через транзистор VT2 та резистор R5. Потім включається джерело зарядного струму, що дорівнює 1 мА, на транзисторі VT3 [5]. Напруга на конденсаторі починає збільшуватися. Після досягнення ним значення приблизно 1, рівного зразковому напрузі на вході RA3, мікроконтролер DD1 зупиняє процес зарядки і фіксує його тривалість.

Якщо напруга на вимірюваному конденсаторі не досягне зразкового протягом 1,2 с, відбувається перехід на старшу межу вимірювання: включається джерело струму, що дорівнює 1 А, на транзисторі VT1, індикація "х1000" і повторюється вимір. Далі мікроконтролер обчислює значення вимірюваної ємності за часом зарядки, зарядного струму і напруги на конденсаторі з урахуванням межі вимірювання та відповідного калібрувального коефіцієнта. Цикл виміру періодично повторюється.

Динамічна індикація результатів організована на трирозрядному світлодіодному індикаторі HG1-HG3, транзисторах VT5-VT7 та портах мікроконтролера RC3-RC5, RBO-RB7 за класичною схемою.

Кнопки SB1-SB3, підключені до портів RA1, RA2, RA5, служать для введення калібрувальних коефіцієнтів при налаштуванні та повірці приладу. Кнопка "Режим" - вхід у режим калібрування, вибір коефіцієнта, перехід у режим виміру.

Кнопки "+" і "-" - встановлення значення обраного коефіцієнта в межах від 1 до 255. Калібрувальний коефіцієнт для діапазону "мкФ" відображається без десяткових ком, для "мкФх1000" - з комою в розряді одиниць. Встановлені значення автоматично записуються в пам'ять мікроконтролера, зберігаються там після вимкнення живлення та зчитуються при включенні приладу.

Вихідний текст керуючої програми написаний мовою С серед програмування MPLAB IDE версії 6.5 [7], укомплектованої компілятором PICC версії 8.05PL1 [8].

Мікрофарадометр

Конструктивно пристрій оформлений в корпусі від мультиметра М838 (див. фото на рис. 2). Для живлення використовується виносний випрямляч (у мережевому вилці), що забезпечує вихідну напругу 9...12 В при струмі до 1 А. З числа наявних у продажу підходить, наприклад, БП7Н-12-1000. Стабілізатор напруги DA1 встановлений платі приладу. До контактних майданчиків Х1, Х2 необхідно припаяти висновки оксидного конденсатора С1 ємністю не менше 1000 мкФ на напругу 16 В. Він займе місце в відсіку батарей корпусу приладу.

Мікрофарадометр
Рис. 3

Мікрофарадометр
Рис. 4

Мікрофарадометр
Рис. 5

Друкована плата вимірювача - з двостороннім друкованим монтажем та двостороннім розташуванням деталей; її основні розміри показано на рис. 3. Креслення друкованої плати з боку установки індикаторів представлено на рис. 4, а з боку установки мікросхеми та транзисторів - на рис. 5. Для формування перехідних отворів у платі просвердлені отвори діаметром 0,5 мм, в які розклепані та запаяні відрізки висновків від резисторів МЛТ-0,25. Мікроконтролер DD1 необхідно встановити на плату приладу в панель з пружними затискачами. Зовнішній вигляд змонтованої плати показано на фото рис. 6, 7.

Мікрофарадометр

У приладі використані резистори МЛТ чи аналогічні; резистор R5 - з манганинового дроту діаметром 1 мм і довжиною 15 мм, можна використовувати датчик струму з мультиметра М838. Більшість конденсаторів – серій КМ, К10-17, оксидні – К53-4, К53-14, К52-1, а С1 (1000 мкФ) – К50-35. Кварцовий резонатор – на частоту 10...12 МГц у корпусі НС-49. Кнопки малогабаритні тактові SWT2, TS-A1PS-130. Світлодіодні індикатори TR319 можна замінити будь-якими іншими з такою ж цоколівкою, наприклад SA05-11HWA. Транзистор VT2 - потужний польовий зі струмом стоку не менше 10 А та опором сток-витік не більше 0,1 Ом. Клеми ХЗ, Х4 аналогічні використовуваним мультиметрі М838. Стабілізатор DA1 та транзистор VT1 встановлені на пластинчасті тепловідведення площею 12 та 5 см2 відповідно.

Мікрофарадометр

Налаштування пристрою починають до встановлення мікроконтролера в панель на платі. Включають живлення вимикачем SA1 і перевіряють наявність та правильність подачі напруги живлення 5 на контакти панелі мікроконтролера. Напруга на контактах 1-3, 7 має приблизно дорівнює напругі живлення, на контактах 14-16 близько 4 В, а на 21-28 напруга близько до нуля. Потім перевіряють працездатність кнопок SB1-SB3: натискаючи їх, контролюють появу низького рівня входах RA1, RA2, RA5. Ланцюги динамічної індикації перевіряють послідовним приєднанням загального дроту до відповідних висновків портів RBO-RB7 та RC3-RC5: при цьому спостерігають світіння заданих сегментів у вибраному розряді. Джерела струму включають почергово подачею низького рівня контакти 11, 12, при цьому амперметр повинен бути підключений до гнізд ХЗ, Х4 замість вимірюваного конденсатора. При включенні ланцюга RC0 струм повинен бути в інтервалі 0,5... 1 мА; а по ланцюгу RC1 - 0,5... 1 А. Ланцюг розрядки перевіряють при включеному джерелі струму 1 А подачею напруги +5 на контакт 13. Показання вольтметра, підключеного до гнізд ХЗ, Х4, при цьому повинні впасти до нуля.

Далі після відключення живлення вставляють запрограмований мікроконтролер в панель і включають прилад. На дисплеї мають бути показання, близькі до нуля, індикатор "Цикл" (HL1) світиться уривчасто, а індикатор "х1000" (HL2) не світиться. Тепер можна зробити пробні виміри з метою оцінки працездатності приладу загалом.

Отримані результати можуть значно відрізнятися від справжніх з великого розкиду параметрів джерел струму, похибки установки зразкової напруги, помилки компаратора, частоти встановленого кварцового резонатора та інших менш помітних факторів. Необхідне калібрування приладу.

Для калібрування вимірювача потрібно мати чотири зразкові конденсатори різних номіналів: два - для діапазону "мкФ" ємністю 100...900 мкФ, два - для діапазону "мкФ х1000" ємністю більше 10000 мкФ. Для точного визначення їхньої ємності бажано скористатися повіреним промисловим вимірником або будь-яким непрямим методом. Проводячи вимірювання та змінюючи калібрувальні коефіцієнти відповідно до показань приладу, домагаються збіги істинного значення ємності калібрувальних конденсаторів та показань приладу. Після калібрування прилад готовий до експлуатації.

На старшій межі вимірювання показання приладу певною мірою залежать від еквівалентного послідовного опору (ЕПС) конденсатора, що вимірювається; це виявляється у заниженні справжнього значення ємності. Щоб похибка приладу не перевищувала зазначену, ЕПС має перевищувати 0,1 Ом. Для справних оксидних конденсаторів ємністю більше 1000 мкФ середньостатистичне значення ЕПС знаходиться саме в цих межах [9], його компенсується вплив калібрування приладу. Для більш об'єктивної оцінки працездатності оксидних конденсаторів необхідний сумісний вимір ємності та ЕПС - це тема наступної розробки.

Досвід роботи з описаним вимірником показав його добрі споживчі характеристики: точність, довготривалу стабільність показань, зручність експлуатації. Він дозволяє проводити необхідні вимірювання, що виникають при розробці, виготовленні та ремонті електронного обладнання.

Програму мікроконтролера можна завантажити звідси.

література

Загорулько А. Розширення меж вимірювання мультиметра M830G. – Радіо, 2004, № 9, с. 27.
Вимірювачі RLC WayneKerr4265,4276. – Радіо, 2005, № 11, с. 73.
Дерегуз А. Вимірювач ємності оксидних конденсаторів. – Радіо, 2001, № 12, с. 27.
Савосін А. Мікрофарадометр. – Радіо, 2003, № 5, с. 22, 23.
Хоровіц П., Хілл У. Мистецтво схемотехніки. - М: Мир, 2001.
Microchip Technology Inc. DS39582B. PlC16F87xA. Data Sheet. 28/40/44 - Pin Enhanced Flash Microcontrollers. – microchip.com.
Microchip Technology Inc. DS1281C. MPLAB IDE v6xx. Quick Start Guide. – microchip.com.
HI-TECH Software. PICC Manual.-htsoft.com.
Peak Electronic Desing Limined. Equivalent Series Resistance Analyser. Model ESR 60. Users Guide.- peakelec.co.uk.

Автор: А. Топніков, м. Углич Ярославської обл.; Публікація: radioradar.net

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

Розумна підставка для приготування коктейлів 10.11.2019

Люди люблять коктейлі за їхній смак, тому правильно змішані напої цінуються особливо високо. Але змішати інгредієнти в потрібних пропорціях непросто, а походи в добрі бари недешеві.

З'явився спосіб готувати ідеальні коктейлі вдома самостійно. Для цього було розроблено спеціальний гаджет Barsys Coaster від творця робота-бармена, який коштує надто дорого для приватного використання – 1000 доларів. Новий пристрій є просто підставкою під склянку вартістю 149 доларів.

Barsys Coaster - це розумний пристрій, який нагадує, скільки того чи іншого інгредієнта потрібно додати в коктейль, щоб він вийшов ідеальним. Для цього потрібно поставити склянку на підставку, приєднати її до планшета чи смартфона з відповідним додатком та почати наливати напої.

Програма підкаже, що і в якій послідовності слід наливати, а підставка змінить колір, коли того чи іншого інгредієнта в склянці стане достатньо. "За допомогою Coaster ми вирішили зробити приготування коктейлю таким самим легким, як процес наливання в склянку пива або вина", - каже засновник і генеральний директор Barsys Акшет Теварі.

Наближаються новорічні свята, які не обходяться без напоїв та закусок, і поява нового гаджета може виявитися дуже доречною.

Інші цікаві новини:

▪ Супутникове угруповання із 1600 апаратів

▪ Мікропроцесорні протези кінцівок

▪ Процесори Zhaoxin KaiXian KX-6780A та KX-U6880A

▪ Літакам - чисте повітря

▪ Toyota BLAID: пристрій майбутнього, що носиться для сліпих

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Мистецтво аудіо. Добірка статей

▪ стаття Холодильник. Історія винаходу та виробництва

▪ статья Який знаменитий тенор якось потай виконав арію за баса, що втратив голос? Детальна відповідь

▪ стаття Оператор установок волокноутворення. Посадова інструкція