Poté, co jsem našel článek o internetovém digitálním kapacitním měřiči, chtěl jsem postavit tento měřič. Mikrokontrolér AT90S2313 však nebyl po ruce a LED indikátory se společnou anodou. Ale byly tam ATMEGA16 v DIP pouzdře a čtyřmístný sedmisegmentový indikátor tekutých krystalů. Výstupy mikrokontroléru stačily tak akorát k připojení přímo k LCD. Měřič byl tedy zjednodušen na jeden mikroobvod (ve skutečnosti existuje druhý - regulátor napětí), jeden tranzistor, diodu, hrst odporových kondenzátorů, tři konektory a tlačítko. být kompaktní a snadno použitelný. Nyní nemám žádné otázky o tom, jak měřit kapacitu kondenzátoru. To je důležité zejména u SMD kondenzátorů s kapacitami několika pikofaradů (a dokonce zlomků pikofaradů), které vždy před pájením do jakékoli desky zkontroluji. Nyní se vyrábí mnoho stolních a přenosných měřičů, jejichž výrobci uvádějí nižší limit měření kapacity 0,1 pF a dostatečnou přesnost pro měření takto malých kapacit. V mnoha z nich se však měření provádějí při poměrně nízké frekvenci (několik kilohertzů). Otázkou je, zda je možné za takových podmínek získat přijatelnou přesnost měření (i když je paralelně s měřeným zapojen větší kondenzátor)? Navíc na internetu lze najít nemálo klonů obvodu RLC měřiče na mikrokontroléru a operačním zesilovači (ten s elektromagnetickým relé a s jedno- nebo dvouřádkovým LCD). S takovými zařízeními však není možné „lidsky“ měřit malé kapacity. Na rozdíl od mnoha jiných je tento měřič speciálně navržen pro měření malých kapacitních hodnot.

Pro měření malých indukčností (jednotky nanohenry) úspěšně používám analyzátor RigExpert AA-230, který vyrábí naše společnost.

Foto měřiče kapacity:

Parametry měřiče kapacity

Rozsah měření: 1 pF až přibližně 470 µF.
Limity měření: automatické přepínání limity - 0 ... 56 nF (spodní limit) a 56 nF ... 470 μF (horní limit).
Indikace: tři platné číslice (dvě číslice pro kapacity menší než 10pF).
Ovládání: jediné tlačítko pro nulování a kalibraci.
Kalibrace: Jednoduchá, s použitím dvou referenčních kondenzátorů, 100 pF a 100 nF.

Většina pinů mikrokontroléru je připojena k LCD. Některé z nich mají i konektor pro in-circuit programování mikrokontroléru (ByteBlaster). V obvodu měření kapacity jsou použity čtyři výstupy, včetně vstupů komparátoru AIN0 a AIN1, výstupu řízení meze měření (pomocí tranzistoru) a výstupu pro výběr prahového napětí. K jedinému zbývajícímu výstupu mikrokontroléru je připojeno tlačítko.

Regulátor napětí +5 V je sestaven podle tradičního schématu.

Indikátor je sedmisegmentové, 4místné, přímé segmentové připojení (tedy nemultiplexní). Bohužel na LCD nebylo žádné označení. Stejné pinout a rozměry (51 × 23 mm) jsou indikátory mnoha společností, například AND a Varitronix.

Schéma je uvedeno níže (schéma nezobrazuje ochrannou diodu proti přepólování, doporučuje se připojit napájecí konektor přes ni):

program pro mikrokontrolér

Vzhledem k tomu, že ATMEGA16 je z řady "MEGA" a ne z "malé" řady, nemá smysl psát program v assembleru. V jazyce C je to možné výrazně zrychlit a usnadnit a slušná velikost flash paměti mikrokontroléru umožňuje využít při výpočtu kapacity vestavěnou knihovnu funkcí s plovoucí desetinnou čárkou.

Mikrokontrolér provádí měření kapacity ve dvou krocích. Nejprve se určí doba nabíjení kondenzátoru přes rezistor s odporem 3,3 MΩ (spodní mez). Pokud požadované napětí není dosaženo do 0,15 sekundy (odpovídá kapacitě asi 56 pF), nabíjení kondenzátoru se opakuje přes odpor 3,3 kΩ (horní mez měření).

V tomto případě mikrokontrolér nejprve vybije kondenzátor přes odpor 100 Ohm a poté jej nabije na napětí 0,17 V. Teprve poté se změří doba nabíjení na napětí 2,5 V (polovina napájecího napětí). Poté se cyklus měření opakuje.

Po zobrazení výsledku je na výstupy LCD přivedeno napětí se střídavou polaritou (vzhledem k jeho společnému vodiči) s frekvencí asi 78 Hz. Dostatečně vysoká frekvence zcela eliminuje blikání indikátoru.

Toto schéma, navzdory jeho zdánlivá složitost, docela snadné opakovat, protože je smontován na digitální obvody a při absenci chyb při instalaci a použití známých dobrých dílů prakticky nevyžaduje úpravu. Možnosti zařízení jsou však poměrně velké:

• rozsah měření - 0,01 - 10000 uF;
• 4 podrozsahy - 10, 100, 1000, 10 000 uF;
• výběr podrozsahu – automatický;
• indikace výsledku – digitální, 4 číslice s plovoucí desetinnou čárkou;
• chyba měření - jednotka nejméně významné číslice;

Zvažte obvod zařízení:

Klikni pro zvětšení

Na čipu DD1, přesněji na jeho dvou prvcích, krystalový oscilátor, jehož fungování nevyžaduje žádné vysvětlení. Dále hodinová frekvence jde do děliče, sestaveného na mikroobvodech DD2 - DD4. Signály z ní o frekvencích 1000, 100, 10 a 1 kHz jsou odesílány do multiplexeru DD6.1, který slouží jako uzel pro automatickou volbu subpásma.

Hlavní měřicí jednotkou je jediný vibrátor namontovaný na prvcích DD5.3, DD5.4, jehož trvání pulzu přímo závisí na kondenzátoru, který je k němu připojen. Principem měření kapacity je počítání počtu pulzů při provozu jednoho vibrátoru. Na prvcích DD5.1, DD5.2 je namontován uzel zabraňující odskoku kontaktů tlačítka "Spustit měření". No a poslední částí obvodu je čtyřmístná řada binárně-decimálních čítačů DD9 - DD12 s výstupem na čtyři sedmisegmentové indikátory.

Zvažte algoritmus měřiče. Po stisku tlačítka SB1 se binární čítač DD8 vynuluje a přepne uzel rozsahu (multiplexer DD6.1) na nejnižší rozsah měření - 0,010 - 10,00 uF. Zároveň jeden ze vstupů elektronický klíč DD1.3 přijímá impulsy s frekvencí 1 MHz. Na druhý vstup téhož spínače prochází povolovací signál z jednoho vibrátoru, jehož doba trvání je přímo úměrná kapacitě měřeného kondenzátoru, který je k němu připojen.

Na počítací dekádě DD9 ... DD12 tak začnou přicházet pulsy s frekvencí 1 MHz. Pokud dojde k přetečení dekády, pak přenosový signál z DD12 zvýší čítač DD8 o jednu a umožní zápis nuly do spouště DD7 na vstupu D. Tato nula zapne tvarovač DD5.1, DD5.2 a otočení, resetuje počítací dekádu, nastaví DD7 znovu na "1" a restartuje jednorázový. Proces se opakuje, ale do počítací dekády je nyní přes přepínač dodávána frekvence 100 kHz (zapnul se druhý rozsah).

Pokud se před koncem pulsu z jednorázovky opět přeteče počítací dekáda, pak se rozsah opět změní. Pokud se vibrátor vypne dříve, počítání se zastaví a na indikátoru můžete odečíst hodnotu kapacity připojené k měření. Posledním dotykem je ovládací blok desetinné tečky, který označuje aktuální podrozsah měření. Jeho funkce plní druhá část multiplexeru DD6, která osvětluje požadovaný bod v závislosti na zahrnutém subpásmu.

Vakuové fluorescenční indikátory IV6 se používají jako indikátory v obvodu, takže napájení měřiče musí produkovat dvě napětí: 1 V pro žhavení a +12 V pro napájení anody lamp a mikroobvodů. Pokud jsou indikátory nahrazeny LCD, lze při použití jednoho zdroje + 9V upustit LED matrice nemožné kvůli nízké nosnosti mikroobvodů DD9 ... DD12.

Jako kalibrační odpor R8 je lepší použít víceotáčkový rezistor, protože chyba měření zařízení bude záviset na přesnosti kalibrace. Zbývající odpory mohou být MLT-0,125. Pokud jde o mikroobvody, lze v zařízení použít jakoukoli řadu K1561, K564, K561, K176, ale je třeba mít na paměti, že řada 176 se velmi zdráhá pracovat s křemenným rezonátorem (DD1).

Nastavení zařízení je poměrně jednoduché, ale mělo by být provedeno s velkou opatrností.

• Dočasně deaktivujte tlačítko SB1 z DD8 (pin 13).
• Aplikujte na spojovací bod R3 s R2 obdélníkové impulsy frekvence přibližně 50-100 Hz (postačí jakýkoli jednoduchý generátor na logickém čipu).
• Místo měřeného kondenzátoru připojte vzorový kondenzátor, jehož kapacita je známá a leží v rozmezí 0,5 - 4 μF (například K71-5V 1 μF ± 1 %). Pokud je to možné, je lepší změřit kapacitu pomocí měřicího můstku, ale můžete se spolehnout i na kapacitu uvedenou na pouzdru. Zde je potřeba myslet na to, že jak přesně si přístroj zkalibrujete, tak vás bude měřit i v budoucnu.
• Pomocí trimrového rezistoru R8 nastavte hodnoty indikátoru co nejpřesněji v souladu s kapacitou referenčního kondenzátoru. Po kalibraci je lepší ladicí odpor uzamknout kapkou laku nebo barvy.

Na základě materiálů "Radioamatér" č. 5,2001.

Tento článek poskytuje základní obvod měřiče kapacity na logickém čipu. Takové klasické a elementární obvodové řešení lze rychle a jednoduše reprodukovat. Proto bude tento článek užitečný pro začínajícího radioamatéra, který se rozhodl sestavit měřič kapacity elementárního kondenzátoru.

Činnost obvodu měřiče kapacity:

Obrázek č. 1 - Obvod měřiče kapacity

Seznam prvků měřiče kapacity:

R1- R4 - 47 kΩ

R5 - 1,1 kOhm

C3 - 1500 pF

C4 - 12000 pF

C5 -0,1 uF

C měř. - kondenzátor, jehož kapacitu chcete změřit

SA1 - tlačítkový spínač

DA1 - K155LA3 nebo SN7400

VD1-VD2 - KD509 nebo ekvivalent 1N903A

PA1 - Hlavice ukazatele (celkový vychylovací proud 1 mA, odpor rámu 240 Ohm)

XS1-XS2 - konektory pro aligátory

Tato verze měřiče kapacity kondenzátoru má čtyři rozsahy, které lze zvolit přepínačem SA1. Například v poloze "1" můžete měřit kondenzátory s kapacitou 50 pF, v poloze "2" - až 500 pF, v poloze "3" - až 5000 pF, v poloze "4" - až 0,05 mikrofarady.

Prvky čipu DA1 poskytují dostatečný proud pro nabití měřeného kondenzátoru (C meas.). Pro přesnost měření je zvláště důležité adekvátně vybrat diody VD1-VD2, musí mít stejné (nejpodobnější) vlastnosti.

Nastavení obvodu měřiče kapacity:

Nastavení takového obvodu je celkem jednoduché, je potřeba připojit C rev. se známými charakteristikami (se známou kapacitou). Přepínačem SA1 zvolte požadovaný rozsah měření a otáčejte knoflíkem stavebního odporu, dokud nedosáhnete požadovaného odečítání na hlavici indikátoru PA1 (doporučuji zkalibrovat v souladu s vašimi naměřenými hodnotami, lze to provést demontáží hlavy indikátoru a přilepením nová stupnice s novými nápisy)

S tímto kapacitním měřičem můžete snadno změřit jakoukoli kapacitu od jednotek pF až po stovky mikrofaradů. Existuje několik metod měření kapacity. Tento projekt využívá metodu integrace.

Hlavní výhodou použití této metody je, že měření je časově založené, což lze na MCU provádět poměrně přesně. Tato metoda je velmi vhodná pro domácí měřič kapacity a je také snadno implementovatelná na mikrokontroléru.

Princip činnosti měřiče kapacity

Jevy, ke kterým dochází při změně stavu obvodu, se nazývají přechodné jevy. To je jeden ze základních pojmů digitální obvody. Když je spínač na obrázku 1 rozpojený, kondenzátor se nabíjí přes odpor R a napětí na něm se změní, jak je znázorněno na obrázku 1b. Poměr určující napětí na kondenzátoru je:

Hodnoty jsou vyjádřeny v jednotkách SI, t sekundách, R ohmech, C farad. Doba, za kterou napětí na kondenzátoru dosáhne hodnoty V C1, je přibližně vyjádřena následujícím vzorcem:

Z tohoto vzorce vyplývá, že čas t1 je úměrný kapacitě kondenzátoru. Proto lze kapacitu vypočítat z doby nabíjení kondenzátoru.

Systém

Pro měření doby nabíjení stačí komparátor a časovač mikrokontroléru a digitální logický čip. Je docela rozumné použít mikrokontrolér AT90S2313 (moderní analog je ATtiny2313). Výstup komparátoru se používá jako spouštěč T C1 . Prahové napětí se nastavuje odporovým děličem. Doba nabíjení nezávisí na napájecím napětí. Doba nabíjení je určena vzorcem 2, nezávisí tedy na napájecím napětí. poměr ve vzorci VC 1 /E je určen pouze koeficientem dělitele. Samozřejmě během měření musí být napájecí napětí konstantní.

Vzorec 2 vyjadřuje dobu nabíjení kondenzátoru od 0 voltů. Je však obtížné pracovat s napětím blízkým nule z následujících důvodů:

• Napětí neklesne na 0 voltů. Pro plné vybití kondenzátor potřebuje čas. Tím se prodlouží čas a měření.
• Požadovaný čas mezi startemnabíjení a spuštění časovače. To způsobí chybu měření. Pro AVR to není kritické. trvá to jen jeden úder.
• Únik proudu na analogovém vstupu. Podle datového listu AVR se únik proudu zvyšuje, když se vstupní napětí blíží nule voltů.

Aby se předešlo těmto potížím, byla použita dvě prahová napětí VC 1 (0,17 Vcc) a VC 2 (0,5 Vcc). Povrch tištěný spoj musí být udržovány v čistotě, aby se minimalizovaly svodové proudy. Potřebné napájecí napětí pro mikrokontrolér zajišťuje DC-DC měnič napájený 1,5VAA baterií. Místo DC-DC měniče je vhodné použít 9 PROTIbaterie a převodník 78 L05, nejlépetakynevypínatBODjinak mohou nastat problémy EEPROM.

Kalibrace

Chcete-li kalibrovat spodní rozsah: Tlačítkem SW1. Dále připojte pin #1 a pin #3 na konektor P1, vložte 1nF kondenzátor a stiskněte SW1.

Pro kalibraci vysokého rozsahu: Zkraťte kolíky #4 a #6 konektoru P1, vložte kondenzátor 100nF a stiskněte SW1.

Nápis "E4" při zapnutí znamená, že kalibrační hodnota nebyla nalezena v EEPROM.

Používání

Automatická detekce dosahu

Nabíjení začíná přes 3,3M rezistor. Pokud napětí na kondenzátoru nedosáhne 0,5 Vcc za méně než 130 mS (>57 nF), kondenzátor se vybije a nová nabíječka ale přes odpor 3,3kΩ. Pokud napětí kondenzátoru nedosáhne 0,5 Vcc po dobu 1 sekundy (>440µF), napište „E2“. Při měření času se vypočítá a zobrazí kapacita. Poslední segment zobrazuje rozsah měření (pF, nF, µF).

svorka

Jako svorku můžete použít část zásuvky. Při měření malých kapacit (jednotky pikofaradů) je použití dlouhých vodičů nežádoucí.

DIY měřič kapacity kondenzátoru- níže je schéma a popis toho, jak bez velkého úsilí můžete samostatně vyrobit zařízení pro testování kapacity kondenzátorů. Takové zařízení může být velmi užitečné při nákupu kontejnerů na elektronickém trhu. S jeho pomocí se bez problémů odhalí nekvalitní nebo vadný akumulační prvek. elektrický náboj. Kruhový diagram tento ESR, jak mu většina elektrotechniků obvykle říká, není nic složitého a sestavit takové zařízení zvládne i začínající radioamatér.

Navíc měřič kapacity kondenzátoru nevyžaduje dlouhou dobu a velké finanční náklady na jeho montáž, výroba sondy ekvivalentního sériového odporu trvá doslova dvě až tři hodiny. Také není nutné běžet do rádia - každý radioamatér bude mít nepoužité díly vhodné pro tento design. Vše, co potřebujete k opakování tohoto obvodu, je multimetr téměř jakéhokoli modelu, je pouze žádoucí, aby byl digitální a s tuctem dílů. Na digitálním testeru není třeba provádět žádné úpravy ani modernizaci, stačí s ním pouze připájet vývody dílů na potřebná místa na jeho desce.

Schéma zařízení ESR:

Seznam prvků potřebných pro montáž elektroměru:

Jednou z hlavních součástí zařízení je transformátor, který by měl mít poměr závitů 11/1. Feritové prstencové jádro M2000NM1-36 K10x6x3, které musí být nejprve obaleno izolačním materiálem. Poté na něj naviňte primární vinutí a uspořádejte závity podle principu - otočení k závitu, přičemž vyplňte celý kruh. Sekundární vinutí musí být také provedeno s rovnoměrným rozložením po celém obvodu. Přibližný počet otočení primární vinutí pro kroužek K10x6x3 bude 60-90 otáček a sekundár by měl být jedenáctkrát menší.

Můžete použít téměř jakoukoli křemíkovou diodu se zpětným napětím alespoň 40 V, pokud opravdu nepotřebujete super přesnost měření, pak je KA220 docela vhodný. Pro přesnější určení kapacity budete muset do varianty dát diodu s malým úbytkem napětí přímé spojení— Schottky. Ochranná supresorová dioda D2 musí být dimenzována na zpětné napětí od 28 V do 38 V. Nízkoenergetický křemíkový p-n-p tranzistor: například KT361 nebo jeho ekvivalent.

Změřte hodnotu EPS v rozsahu napětí 20V. Když je připojen konektor externího měřiče, doplněk ESR k multimetru okamžitě přejde do provozního režimu kapacitního testu. V tomto případě se na přístroji v testovacím rozsahu 200v a 1000v vizuálně zobrazí údaj cca 35v (záleží na použití odrušovací diody). V případě testu kapacity při 20 voltech se naměřená hodnota zobrazí jako „mimo mez měření“. Po odpojení konektoru externího měřiče se set-top box EPS okamžitě přepne do režimu provozu jako běžný multimetr.

Závěr

Princip činnosti zařízení - pro spuštění zařízení je třeba připojit adaptér k síti, zatímco ESR metr se zapne, když je ESR vypnutý, multimetr se automaticky přepne do standardních funkcí. Pro kalibraci zařízení je třeba zvolit konstantní odpor tak, aby odpovídal stupnici. Pro názornost je obrázek níže:

Když jsou sondy zkratovány, na stupnici multimetru se zobrazí 0,00-0,01, tento údaj znamená chybu přístroje v rozsahu měření do 1 ohmu.