Keď som našiel článok o internetovom digitálnom kapacitnom merači, chcel som postaviť tento merač. Mikrokontrolér AT90S2313 však nebol po ruke a LED indikátory so spoločnou anódou. Ale boli tam ATMEGA16 v DIP balení a štvormiestny sedemsegmentový indikátor tekutých kryštálov. Výstupy mikrokontroléra stačili na priame pripojenie k LCD. Merač sa teda zjednodušil len na jeden mikroobvod (v skutočnosti existuje druhý - regulátor napätia), jeden tranzistor, dióda, hrsť odporových kondenzátorov, tri konektory a tlačidlo. byť kompaktný a ľahko použiteľný. Teraz nemám žiadne otázky o tom, ako merať kapacitu kondenzátora. Dôležité je to najmä pri SMD kondenzátoroch s kapacitami niekoľkých pikofaradov (a dokonca zlomkov pikofaradov), ktoré vždy pred spájkovaním do akejkoľvek dosky skontrolujem. V súčasnosti sa vyrába veľa stolných a prenosných meračov, ktorých výrobcovia uvádzajú nižší limit merania kapacity 0,1 pF a dostatočnú presnosť na meranie tak malých kapacít. V mnohých z nich sa však merania vykonávajú pri pomerne nízkej frekvencii (niekoľko kilohertzov). Otázkou je, či je možné za takýchto podmienok získať prijateľnú presnosť merania (aj keď je paralelne k meranému zapojený väčší kondenzátor)? Okrem toho na internete nájdete nemálo klonov obvodu RLC merača na mikrokontroléri a operačnom zosilňovači (ten s elektromagnetickým relé a jedno- alebo dvojriadkovým LCD). S takýmito zariadeniami však nie je možné „ľudsky“ merať malé kapacity. Na rozdiel od mnohých iných je tento merač špeciálne navrhnutý na meranie malých hodnôt kapacity.

Čo sa týka merania malých indukčností (jednotky nanohenry), úspešne používam analyzátor RigExpert AA-230, ktorý vyrába naša spoločnosť.

Foto merača kapacity:

Parametre merača kapacity

Rozsah merania: 1 pF až približne 470 µF.
Limity merania: automatické prepínanie limity - 0 ... 56 nF (dolná hranica) a 56 nF ... 470 μF (horná hranica).
Indikácia: tri platné číslice (dve číslice pre kapacity menšie ako 10pF).
Obsluha: jediné tlačidlo pre nulovanie a kalibráciu.
Kalibrácia: Jednoduchá, s použitím dvoch referenčných kondenzátorov, 100 pF a 100 nF.

Väčšina kolíkov mikrokontroléra je pripojená k LCD. Niektoré z nich majú aj konektor pre in-circuit programovanie mikrokontroléra (ByteBlaster). V obvode merania kapacity sú zapojené štyri výstupy, vrátane vstupov komparátora AIN0 a AIN1, výstupu riadenia limitu merania (pomocou tranzistora) a výstupu pre výber prahového napätia. Na jediný zostávajúci výstup mikrokontroléra je pripojené tlačidlo.

Regulátor napätia +5 V je zostavený podľa tradičnej schémy.

Indikátor je sedemsegmentové, 4-miestne, priame segmentové spojenie (t.j. non-multiplex). Bohužiaľ, na LCD nebolo žiadne označenie. Rovnaký pinout a rozmery (51 × 23 mm) sú indikátormi mnohých spoločností, napríklad AND a Varitronix.

Schéma je uvedená nižšie (schéma nezobrazuje ochrannú diódu proti prepólovaniu, odporúča sa pripojiť napájací konektor cez ňu):

program pre mikrokontrolér

Keďže ATMEGA16 je zo série "MEGA" a nie z "maličkej" série, nemá zmysel písať assemblerový program. V jazyku C je to možné výrazne zrýchliť a zjednodušiť a slušná veľkosť flash pamäte mikrokontroléra umožňuje využiť pri výpočte kapacity vstavanú knižnicu funkcií s pohyblivou rádovou čiarkou.

Mikrokontrolér vykonáva meranie kapacity v dvoch krokoch. Najprv sa určí čas nabíjania kondenzátora cez odpor s odporom 3,3 MΩ (dolná hranica). Ak sa požadované napätie nedosiahne do 0,15 sekundy (zodpovedá kapacite asi 56 pF), nabíjanie kondenzátora sa opakuje cez odpor 3,3 kΩ (horná hranica merania).

V tomto prípade mikrokontrolér najskôr vybije kondenzátor cez odpor 100 Ohm a potom ho nabije na napätie 0,17 V. Až potom sa meria doba nabíjania na napätie 2,5 V (polovica napájacieho napätia). Potom sa cyklus merania opakuje.

Keď sa zobrazí výsledok, na výstupy LCD sa privedie napätie so striedavou polaritou (vzhľadom na jeho spoločný vodič) s frekvenciou asi 78 Hz. Dostatočne vysoká frekvencia úplne eliminuje blikanie indikátora.

Táto schéma, napriek jej zjavná zložitosť, celkom jednoduché zopakovať, pretože sa montuje na digitálnych obvodov a pri absencii chýb pri inštalácii a použití známych dobrých častí prakticky nevyžaduje úpravu. Možnosti zariadenia sú však dosť veľké:

• rozsah merania - 0,01 - 10000 uF;
• 4 podrozsahy - 10, 100, 1000, 10 000 uF;
• výber podrozsahu – automatický;
• indikácia výsledku – digitálna, 4-miestne s pohyblivou desatinnou čiarkou;
• chyba merania - jednotka najmenšej významnej číslice;

Zvážte obvod zariadenia:

klikni na zväčšenie

Na čipe DD1, presnejšie na jeho dvoch prvkoch, kryštálový oscilátor, ktorého fungovanie nevyžaduje žiadne vysvetlenie. Ďalej hodinová frekvencia prechádza na delič, zostavený na mikroobvodoch DD2 - DD4. Signály z neho s frekvenciami 1000, 100, 10 a 1 kHz sú odosielané do multiplexera DD6.1, ktorý sa používa ako uzol automatického výberu subpásiem.

Hlavnou meracou jednotkou je jediný vibrátor zostavený na prvkoch DD5.3, DD5.4, ktorých trvanie impulzu priamo závisí od kondenzátora, ktorý je k nemu pripojený. Princípom merania kapacity je počítať počet impulzov počas prevádzky jedného vibrátora. Na prvkoch DD5.1, DD5.2 je zostavený uzol, ktorý zabraňuje odskoku kontaktov tlačidla "Spustiť meranie". No a poslednou časťou obvodu je štvormiestny rad binárno-desiatkových čítačov DD9 - DD12 s výstupom na štyri sedemsegmentové indikátory.

Zvážte algoritmus merača. Po stlačení tlačidla SB1 sa binárne počítadlo DD8 vynuluje a prepne uzol rozsahu (multiplexer DD6.1) na najnižší rozsah merania - 0,010 - 10,00 uF. Zároveň jeden zo vstupov elektronický kľúč DD1.3 prijíma impulzy s frekvenciou 1 MHz. Na druhý vstup toho istého spínača prechádza povoľovací signál z jedného vibrátora, ktorého trvanie je priamo úmerné kapacite meraného kondenzátora, ktorý je k nemu pripojený.

Na počítacej dekáde DD9 ... DD12 teda začnú prichádzať impulzy s frekvenciou 1 MHz. Ak dôjde k pretečeniu dekády, potom prenosový signál z DD12 zvýši počítadlo DD8 o jednu a umožní zapísať nulu do spúšťača DD7 na vstupe D. Táto nula zapne tvarovač DD5.1, DD5.2 a v otočte, vynuluje počítaciu dekádu, nastaví DD7 opäť na "1" a reštartuje jednorazový. Proces sa opakuje, ale teraz sa do počítacej dekády cez spínač dodáva frekvencia 100 kHz (druhý rozsah je zapnutý).

Ak sa pred koncom impulzu z jednorazovky opäť pretečie počítacia dekáda, potom sa rozsah opäť zmení. Ak sa vibrátor vypne skôr, počítanie sa zastaví a na indikátore môžete odčítať hodnotu kapacity pripojenej na meranie. Posledným dotykom je ovládací blok desatinnej čiarky, ktorý označuje aktuálny podrozsah merania. Jeho funkcie plní druhá časť multiplexera DD6, ktorá osvetľuje požadovaný bod v závislosti od zahrnutého subpásma.

Vákuové fluorescenčné indikátory IV6 sa používajú ako indikátory v obvode, takže napájanie merača musí produkovať dve napätia: 1 V pre žhavenie a +12 V pre anódové napájanie lámp a mikroobvodov. Ak sú indikátory nahradené LCD, potom je možné upustiť od jedného zdroja + 9V pri použití LED matrice nemožné kvôli nízkej zaťažiteľnosti mikroobvodov DD9 ... DD12.

Ako kalibračný odpor R8 je lepšie použiť viacotáčkový odpor, pretože chyba merania zariadenia bude závisieť od presnosti kalibrácie. Zvyšné odpory môžu byť MLT-0,125. Pokiaľ ide o mikroobvody, v zariadení je možné použiť ktorýkoľvek zo série K1561, K564, K561, K176, ale treba mať na pamäti, že séria 176 je veľmi neochotná pracovať s kremenným rezonátorom (DD1).

Nastavenie zariadenia je pomerne jednoduché, ale malo by sa vykonávať s veľkou opatrnosťou.

• Dočasne deaktivujte tlačidlo SB1 z DD8 (pin 13).
• Aplikujte na miesto spojenia R3 s R2 obdĺžnikové impulzy frekvencia približne 50-100 Hz (postačí akýkoľvek jednoduchý generátor na logickom čipe).
• Namiesto meraného kondenzátora pripojte vzorový kondenzátor, ktorého kapacita je známa a leží v rozsahu 0,5 - 4 μF (napríklad K71-5V 1 μF ± 1%). Ak je to možné, je lepšie merať kapacitu pomocou meracieho mostíka, ale spoľahnúť sa môžete aj na kapacitu uvedenú na puzdre. Tu treba myslieť na to, že ako presne si prístroj nakalibrujete, tak vás bude merať aj v budúcnosti.
• Pomocou trimovacieho odporu R8 nastavte hodnoty indikátora čo najpresnejšie v súlade s kapacitou referenčného kondenzátora. Po kalibrácii je lepšie uzamknúť ladiaci odpor kvapkou laku alebo farby.

Na základe materiálov "Rádioamatér" č.5,2001.

Tento článok poskytuje základný obvod merača kapacity na logickom čipe. Takéto klasické a elementárne obvodové riešenie je možné rýchlo a jednoducho reprodukovať. Preto bude tento článok užitočný pre začínajúceho rádioamatéra, ktorý sa rozhodol zostaviť merač kapacity elementárneho kondenzátora.

Činnosť obvodu merača kapacity:

Obrázok č.1 - Obvod merača kapacity

Zoznam prvkov merača kapacity:

R1- R4 - 47 kΩ

R5 - 1,1 kOhm

C3 - 1500 pF

C4 - 12000 pF

C5 -0,1 uF

C meas. - kondenzátor, ktorého kapacitu chcete merať

SA1 - tlačidlový spínač

DA1 - K155LA3 alebo SN7400

VD1-VD2 - KD509 alebo ekvivalent 1N903A

PA1 - Hlavica ukazovateľa (celkový vychyľovací prúd 1 mA, odpor rámu 240 Ohm)

XS1-XS2 - konektory aligátora

Táto verzia merača kapacity kondenzátora má štyri rozsahy, ktoré je možné zvoliť prepínačom SA1. Napríklad v polohe "1" môžete merať kondenzátory s kapacitou 50 pF, v polohe "2" - do 500 pF, v polohe "3" - do 5000 pF, v polohe "4" - do 0,05 mikrofarady.

Prvky čipu DA1 poskytujú dostatočný prúd na nabitie meraného kondenzátora (C meas.). Pre presnosť merania je obzvlášť dôležité primerane vybrať diódy VD1-VD2, musia mať rovnaké (najpodobnejšie) charakteristiky.

Nastavenie obvodu merača kapacity:

Nastavenie takéhoto okruhu je celkom jednoduché, je potrebné pripojiť C rev. so známymi charakteristikami (so známou kapacitou). Prepínačom SA1 zvoľte požadovaný rozsah merania a otáčajte gombíkom stavebného odporu, kým nedosiahnete požadovaný údaj na hlavici indikátora PA1 (odporúčam kalibrovať v súlade s vašimi údajmi, to sa dá urobiť tak, že hlavu indikátora rozoberiete a prilepíte nová stupnica s novými nápismi)

S týmto kapacitným meračom môžete jednoducho zmerať akúkoľvek kapacitu od jednotiek pF až po stovky mikrofarád. Existuje niekoľko metód na meranie kapacity. Tento projekt využíva integračnú metódu.

Hlavnou výhodou použitia tejto metódy je, že meranie je založené na čase, čo sa dá na MCU robiť celkom presne. Táto metóda je veľmi vhodná pre domáci merač kapacity a je tiež ľahko implementovateľná na mikrokontroléri.

Princíp činnosti merača kapacity

Javy, ktoré sa vyskytujú pri zmene stavu obvodu, sa nazývajú prechodné javy. Toto je jeden zo základných pojmov digitálnych obvodov. Keď je spínač na obrázku 1 otvorený, kondenzátor sa nabíja cez odpor R a napätie na ňom sa zmení, ako je znázornené na obrázku 1b. Pomer určujúci napätie na kondenzátore je:

Hodnoty sú vyjadrené v jednotkách SI, t sekundách, R ohmoch, C faradoch. Čas, ktorý trvá, kým napätie na kondenzátore dosiahne hodnotu V C1, je približne vyjadrený nasledujúcim vzorcom:

Z tohto vzorca vyplýva, že čas t1 je úmerný kapacite kondenzátora. Preto sa kapacita môže vypočítať z doby nabíjania kondenzátora.

Schéma

Na meranie doby nabíjania stačí komparátor a časovač mikrokontroléra a digitálny logický čip. Je celkom rozumné použiť mikrokontrolér AT90S2313 (moderný analóg je ATtiny2313). Výstup komparátora sa používa ako spúšťač T C1 . Prahové napätie je nastavené odporovým deličom. Doba nabíjania nezávisí od napájacieho napätia. Doba nabíjania je určená vzorcom 2, preto nezávisí od napájacieho napätia. pomer vo vzorci VC 1 /E je určený iba koeficientom deliča. Samozrejme, počas merania musí byť napájacie napätie konštantné.

Vzorec 2 vyjadruje dobu nabíjania kondenzátora od 0 voltov. Je však ťažké pracovať s napätím blízkym nule z nasledujúcich dôvodov:

• Napätie neklesne na 0 voltov. Pre úplné vybitie kondenzátor potrebuje čas. Tým sa zvýši čas a meranie.
• Požadovaný čas medzi štartomnabíjanie a spustenie časovača. To spôsobí chybu merania. Pre AVR to nie je kritické. trvá to len jeden úder.
• Únik prúdu na analógovom vstupe. Podľa údajového listu AVR sa únik prúdu zvyšuje, keď je vstupné napätie blízke nule voltov.

Aby sa predišlo týmto ťažkostiam, použili sa dve prahové napätia VC 1 (0,17 Vcc) a VC 2 (0,5 Vcc). Povrch vytlačená obvodová doska musia byť udržiavané v čistote, aby sa minimalizovali zvodové prúdy. Potrebné napájacie napätie pre mikrokontrolér zabezpečuje DC-DC menič napájaný 1,5VAA batériou. Namiesto DC-DC meniča je vhodné použiť 9 Vbatéria a prevodník 78 L05, najlepšietiežnevypínaťBODinak môžu nastať problémy EEPROM.

Kalibrácia

Ak chcete kalibrovať spodný rozsah: Pomocou tlačidla SW1. Potom pripojte kolík #1 a kolík #3 na konektor P1, vložte kondenzátor 1nF a stlačte SW1.

Ak chcete kalibrovať vysoký rozsah: Krátke kolíky #4 a #6 konektora P1, vložte 100nF kondenzátor a stlačte SW1.

Nápis „E4“ pri zapnutí znamená, že kalibračná hodnota nebola nájdená v EEPROM.

Použitie

Automatická detekcia dosahu

Nabíjanie začína cez 3,3M odpor. Ak napätie na kondenzátore nedosiahne 0,5 Vcc za menej ako 130 mS (>57 nF), kondenzátor sa vybije a nová nabíjačka ale cez odpor 3,3 kΩ. Ak napätie kondenzátora nedosiahne 0,5 Vcc po dobu 1 sekundy (>440µF), napíšte „E2“. Pri meraní času sa vypočíta a zobrazí kapacita. Posledný segment zobrazuje rozsah merania (pF, nF, µF).

svorka

Ako svorku môžete použiť časť zásuvky. Pri meraní malých kapacít (jednotky pikofaradov) je použitie dlhých drôtov nežiaduce.

DIY merač kapacity kondenzátora- nižšie je schéma a popis toho, ako bez veľkého úsilia môžete nezávisle vyrobiť zariadenie na testovanie kapacity kondenzátorov. Takéto zariadenie môže byť veľmi užitočné pri nákupe kontajnerov na elektronickom trhu. S jeho pomocou sa bez problémov zistí nekvalitný alebo chybný akumulačný prvok. nabíjačka. schému zapojenia tento ESR, ako ho väčšinou elektroinžinieri nazývajú, nie je nič zložité a zostaviť takéto zariadenie zvládne aj začínajúci rádioamatér.

Kapacitný merač kondenzátora navyše nevyžaduje dlhý čas a veľké finančné náklady na jeho montáž, výroba sondy ekvivalentného sériového odporu trvá doslova dve až tri hodiny. Tiež nie je potrebné bežať do obchodu s rádiom - každý rádioamatér bude mať určite nepoužité diely vhodné pre tento dizajn. Všetko, čo potrebujete na zopakovanie tohto obvodu, je multimeter takmer akéhokoľvek modelu, je len žiaduce, aby bol digitálny a s tuctom častí. Na digitálnom testere nie je potrebné robiť žiadne úpravy ani modernizáciu, stačí s ním iba prispájkovať vývody dielov na potrebné miesta na jeho doske.

Schematický diagram zariadenia ESR:

Zoznam prvkov potrebných na montáž elektromera:

Jednou z hlavných súčastí zariadenia je transformátor, ktorý by mal mať pomer závitov 11/1. Feritové prstencové jadro M2000NM1-36 K10x6x3, ktoré je potrebné najskôr obaliť izolačným materiálom. Potom naň naviňte primárne vinutie, pričom zákruty usporiadajte podľa princípu - otočenie k otočeniu, pričom vyplňte celý kruh. Sekundárne vinutie musí byť tiež vykonané s rovnomerným rozložením po celom obvode. Približný počet otočení primárne vinutie pre krúžok K10x6x3 bude 60-90 otáčok a sekundárny by mal byť jedenásťkrát menší.

Môžete použiť takmer akúkoľvek kremíkovú diódu s reverzným napätím najmenej 40 V, ak skutočne nepotrebujete super presnosť meraní, potom je KA220 celkom vhodný. Pre presnejšie určenie kapacity budete musieť do variantu vložiť diódu s malým úbytkom napätia priame spojenie— Schottky. Ochranná odrušovacia dióda D2 musí byť dimenzovaná na spätné napätie od 28 V do 38 V. Nízkoenergetický kremíkový p-n-p tranzistor: napríklad KT361 alebo jeho ekvivalent.

Zmerajte hodnotu EPS v rozsahu napätia 20V. Po pripojení konektora externého merača sa prídavný modul ESR k multimetru okamžite prepne do prevádzkového režimu testu kapacity. V tomto prípade sa na zariadení v testovacom rozsahu 200v a 1000v (závisí to od použitia odrušovacej diódy) vizuálne zobrazí údaj asi 35v. V prípade testu kapacity pri 20 voltoch sa údaj zobrazí ako „mimo meracieho limitu“. Po odpojení konektora externého meracieho prístroja sa EPS set-top box okamžite prepne do režimu prevádzky ako bežný multimeter.

Záver

Princíp činnosti zariadenia - na spustenie zariadenia je potrebné pripojiť adaptér k sieti, pričom sa zapne merač ESR, po vypnutí ESR sa multimeter automaticky prepne do štandardných funkcií. Na kalibráciu zariadenia je potrebné vybrať konštantný odpor tak, aby zodpovedal mierke. Pre prehľadnosť je obrázok nižšie:

Keď sú sondy skratované, na stupnici multimetra sa zobrazí 0,00-0,01, tento údaj znamená chybu prístroja v rozsahu merania do 1 ohm.