Простую схему для измерения lc. Компактный многофункциональный прибор - измеритель L, C, ESR, пробник-генератор сигналов

Этот проект - простой LC-метр на основе популярного дешёвого микроконтроллера PIC16F682A. Он похож на другую, недавно опубликованную тут . Обычно такие функции трудно найти в дешевых коммерческих цифровых мультиметрах. И если некоторые ещё могут мерять ёмкость, то индуктивность точно нет. А значит придётся собрать такой приборчик своими руками, тем более ничего сложного в схеме нет. В нем используется PIC контроллер и все нужные файлы плат и HEX файлы для программирования микроконтроллера есть по ссылке .

Вот схема измерителя LC

Дроссель на 82uH. Общее потребление (с подсветкой) 30 мА. Резистор R11 ограничивает подсветку и должен быть рассчитан в соответствии с фактическим токопотреблением ЖК-модуля.

В измеритель нужно 9 В батарею питания. Поэтому тут использован стабилизатор напряжения 78L05. Также добавлен автоматический режим сна схемы. За время в режиме работы отвечает значение конденсатора C10 на 680nF. Это время в данном случае 10 минут. Полевой MOSFET Q2 может быть заменен на BS170.

В процессе настройки, следующей целью было сделать потребляемый ток максимально низким. С увеличением значения R11 до 1,2 ком, которые управляют подсветкой, общий ток устройства был снижен до 12 мА. Можно было уменьшить еще больше, но видимость очень страдает.

Результат работы собранного устройства

Эти фотографии показывают LC метр в действии. На первой конденсатор 1nF/1%, а на второй дроссель 22uH/10%. Прибор очень чувствителен - когда ставим щупы, то уже есть 3-5 пФ на дисплее, но это устраняется при калибровке кнопкой. Конечно можно купить готовый аналогичный по функциям измеритель, но конструкция его столь проста, что совсем не проблема спаять и самому.

Обсудить статью ИЗМЕРИТЕЛЬ LC

Рассмотрена схема измерителя емкости конденсаторов и индуктивности катушек, выполненная всего на пяти транзисторах и, несмотря на свою простоту и доступность, позволяет в большом диапазоне определять с приемлемой точностью емкость и индуктивность катушек. Имеется четыре поддиапазона для конденсаторов и целых пять поддиапазонов катушек. После достаточно простой процедуры калибровки, с применением двух подстроечных сопротивлений, максимальная погрешность будет около 3%, что согласитесь, для радиолюбительской самоделки совсем не плохо.

Предлагаю спаять своими руками эту простую схему LC-метра. Основой радиолюбительской самоделки служит генератор, выполненный на VT1, VT2 и радиокомпонентах обвязки. Его рабочая частота определяется параметрами LC колебательного контура, который состоит из неизвестной емкости конденсатора Cx и параллельно подключенной катушки L1, в режиме определения неизвестной емкости - контакты X1 и X2 должны быть замкнуты, а в режиме измерения индуктивности Lx, она подключается последовательно с катушкой L1 и параллельно соединенному конденсатору C1.

С подключением к LC-метру неизвестного элемента, начинает работать генератор на какой-то частоте, которая фиксируется очень простым частотомером, собранным на транзисторах VT3 и VT4. Затем значение частоты преобразуется в постоянный ток, который отклоняет стрелку микроамперметра.

Измеритель индуктивности сборка схемы. Соединительные провода рекомендуется делать по возможности максимально короткими для подключения неизвестных элементов. После окончания процесса общей сборки необходимо откалибровать конструкцию во всех диапазонах.

Калибровка осуществляется с помощью подбора сопротивлений подстроечных резисторов R12 и R15 при подключении к измерительным выводам радиоэлементов с заранее известными номиналами. Так как в одном диапазоне номинал подстроечных резисторов будет один, а в другом он будет другой, то необходимо определить нечто среднее для всех диапазонов, при этом погрешность измерения не должна выйти за 3%.

Этот достаточно точный LC метр собран на микроконтроллере PIC16F628A. В основе конструкции LC метра лежит частотомер с LC осциллятором, частота которого изменяется в зависимости от измеряемых величин индуктивности или емкости, и в результате вычисляется. Точность частоты доходит до 1 Гц.

Реле RL1 необходимо для выбора L или C режима измерения. Счетчик работает на основе математических уравнений. Для обоих неизвестных L и C , уравнения 1 и 2 являются общими.

Калибровка

При включении питания осуществляется автоматическая калибровка прибора. Начальный рабочий режим - индуктивность. Подождите пару минут для прогрева цепей устройства, затем нажмите тумблер "zero", для повторной калибровки. Дисплей должен вывести значения ind = 0.00 . Теперь подсоедините тестовый номинал индуктивности, например 10uH или 100uH. LC-метр должен вывести на экран точное значение. Для настройки счетчика имеются перемычки Jp1 ~ Jp4 .

Представленный ниже проект измерителя индуктивности очень прост для повторения состоит из минимума радиокомпонентов. Диапазоны измерения индуктивности : - 10нГ - 1000нГ; 1мкГ - 1000мкГ; 1мГ - 100мГ. Диапазоны измерения емкости: - 0.1пФ - 1000пФ - 1нФ - 900нФ

Измерительное устройство поддерживает автокалибровку при включении питания, что исключает вероятность человеческого фактора при ручной калибровке. Абсолютно, в любой момент можно заново откалибровать измеритель, просто нажав кнопку сброса. В приборе имеется автоматический выбор диапазона измерений.

В конструкции устройства нет необходимости использования каких-либо прецизионных и дорогих радио компонентов. Единственное, нужно иметь одну "внешнюю" емкость, номинал которой известен с большой точностью. Два конденсатора емкостью в 1000 пФ должны быть нормальногно качества, желательно использовать полистирольные, а две емкости по 10 мкФ должны быть танталовыми.

Кварц нужно взять точно на 4.000 МГц. Каждый 1% несоответствия частоты, приведет к 2% ошибке измерения. Реле с малым током катушки, т.к. микроконтроллер не способен обеспечить ток выше 30 мА. Не забудьте параллельно катушке реле для подавления обратного тока и исключения дребезга поставить диод.

Печатная плата и прошивка микроконтроллера по ссылке выше.

ИСТОЧНИК: Журнал "Радио" № 7 2004 г.

В практике радиолюбителя измерение параметров используемых радиоэлементов — первый основополагающий шаг в достижении поставленных целей при создании радиотехнического или электронного комплекса. Не зная свойств "элементарных кирпичиков", очень трудно сказать, какими свойствами будет обладать построенный из них дом. В данной статье читателю предложено описание несложного измерительного прибора, который должен быть в лаборатории у каждого радиолюбителя.

Принцип работы предлагаемого LC-метра основан на измерении энергии, накапливаемой в электрическом поле конденсатора и магнитном поле катушки. Впервые применительно к любительской конструкции этот метод был описан в , а в последующие годы с незначительными изменениями широко был использован во многих конструкциях измерителей индуктивности и емкости. Применение в данной конструкции микроконтроллера и ЖКИ индикатора позволило создать простой, малогабаритный, дешевый и удобный в эксплуатации прибор, имеющий достаточно высокую точность измерений. При работе с прибором не нужно манипулировать никакими органами управления, достаточно просто подключить измеряемый элемент и считать показа ния с индикатора.

Технические характеристики

Диапазон измеряемой емкости.............0,1пФ...5мкФ
Диапазон измеряемой индуктивности........0,1 мкГн...5 Гн
Погрешность измеряемой величины, не более, %.........±3
Напряжение питания, В........7,5...9
Ток потребления, мА, не более.........................15
Автоматический выбор диапазона измерений
Программная коррекция нуля
Габариты, мм............140x40x30

Принципиальная схема прибора показана на рис. 1

Сигнал возбуждающего напряжения рямоугольной формы с вывода 6 (РВ1) микроконтроллера DD1 через три нижних по схеме буферных элемента DD2 поступает на измерительную часть устройства. Во время высокого уровня напряжения зарядка измеряемого конденсатора Сх происходит через резистор R9 и диод VD6, а во время низкого — разрядка через R9 и VD5. Средний ток разрядки, пропорциональный величине измеряемой емкости, устройство преобразует с помощью операционного усилителя DA1 в напряжение. Конденсаторы С5 и С7 сглаживают его пульсации. Резистор R14 служит для точной установки нуля ОУ.

При измерении индуктивности во время высокого уровня ток в катушке нарастает до значения, определяемого резистором R10, а во время низкого — ток, создаваемый ЭДС самоиндукции измеряемой катушки, через VD4 и R11 также поступает на вход микросхемы DA1.

Таким образом, при постоянном напряжении питания и частоте сигнала напряжение на выходе ОУ прямопропорционально величинам измеряемых емкости или индуктивности. Но это справедливо только при условии, что зарядка конденсатора выполнена полностью в течение половины периода возбуждающего напряжения и также полностью произошла разрядка в течение другой половины. Аналогично и для катушки индуктивности. Ток в ней должен успевать нарастать до максимального значения и спадать до нуля. Эти условия можно обеспечить соответствующим выбором резисторов R9—R11 и частоты возбуждающего напряжения.

Напряжение, пропорциональное значению параметра измеряемого элемента, с выхода ОУ через фильтр R6C2 подают на встроенный десятиразрядный АЦП микроконтроллера DD1. Конденсатор С1 — фильтр внутреннего источника образцового напряжения АЦП.

Три верхних по схеме элемента DD2, а также VD1, VD2, С4, С11 использованы для формирования напряжения -5 В, необходимого для работы ОУ

Результат измерения прибор отображает на десяти разрядном семисегментном ЖКИ HG1 (КО-4В, серийно выпускает фирма "Телесистемы" в г.Зеленограде). Аналогичный индикатор использован в телефонах "PANAPHONE".

Для повышения точности прибор имеет девять поддиапазонов измерения. Частота возбуждающего напряжения на первом поддиапазоне равна 800 кГц. На такой частоте измеряют конденсаторы с емкостью примерно до 90 пФ и катушки с индуктивностью до 90 мкГн. На каждом последующем поддиапазоне частота снижена в 4 раза, соответственно во столько же раз расширен предел измерения. На девятом поддиапазоне частота равна 12 Гц, что обеспечивает измерение конденсаторов с емкостью до 5 мкФ и катушек с индуктивностью до 5 Гн. Нужный поддиапазон прибор выбирает автоматически, причем после включения питания измерение начинает с девятого поддиапазона. В процессе переключения номер поддиапазона отображен на индикаторе, что позволяет определить, на какой частоте выполняют измерение.

После выбора нужного поддиапазона результат измерения в пФ или мкГн выведен на индикатор. Для удобства считывания десятые доли пФ (мкГн) и единицы мкФ (Гн) отделены пустым знакоместом, а результат округлен до трех значащих цифр.

Светодиод HL1 красного цвета свечения использован в качестве стабистора на 1,5 В для питания индикатора. Кнопка SB1 служит для программной коррекции нуля, что помогает компенсировать емкость и индуктивность клемм и переключателя SA1. Этот переключатель можно исключить, если установить отдельные клеммы для подключения измеряемой индуктивности и емкости, но это менее удобно в эксплуатации. Резистор R7 предназначен для быстрой разрядки конденсаторов С9 и С10 при выключении питания. Без него повторное включение, обеспечивающее корректную работу индикатора, возможно не ранее чем через 10 с, что несколько неудобно при эксплуатации.

Все детали прибора, кроме переключателя SA1, смонтированы на односторонней печатной плате, которая показана на рис. 2 .

Индикатор HG1 и кнопка SB1 установлены со стороны монтажа и выведены на лицевую панель. Длина проводов до переключателя SA1 и входных клемм не должна превышать 2...3 см. Диоды VD3—VD6 — высокочастотные с малым падением напряжения, можно применить Д311, Д18, Д20. Подстроечные резисторы R11, R12, R14 малогабаритные типа СПЗ-19. Замена R11 на проволочный резистор нежелательна, так как приведет к снижению точности измерений. Микросхему 140УД1208 можно заменить на какой-либо другой ОУ, имеющий цепь установки нуля и способный работать от напряжения ±5 В, а К561ЛН2 можно заменить на любую КМОП микросхему серий 1561, 1554, 74НС, 74АС, содержащую шесть инверторов, например, 74НС14. Применение ТТЛ серий 155, 555, 1533 и др. нежелательно. Микроконтроллер ATtinyl 5L фирмы ATMEL аналога не имеет и заменить его на другой тип, например популярный AT90S2313, невозможно без корректировки программы.

Номинал емкостей конденсаторов С4, С5, С11 уменьшать не следует. Переключатель SA1 должен быть малогабаритным и с минимальной емкостью между выводами.

При программировании микроконтроллера все FUSE биты следует оставить по умолчанию: BODLEVEL=0, BODEN=1, SPIEN=0, RSTDISBL=1, CKSEL1 ...0=00. Калибровочный байт нужно записать в младший байт программы по адресу $000F. Это обеспечит точную установку тактовой частоты 1,6 МГц и, соответственно, частоты возбуждающего напряжения для измерительной схемы на первом диапазоне 800 кГц. В экземпляре ATtinyl 5L, имевшемся у автора, калибровочный байт равен $8В Коды прошивки микроконтроллера можно скачать на ftp сервера журнала "Радио" (см. ), или .

Для наладки необходимо подобрать несколько катушек и конденсаторов со значениями параметров в диапазоне измерения прибора и имеющих минимальный допуск отклонения по номиналу. Если есть возможность, их точные значения следует измерить с помощью промышленного измерителя LC. Это будут ваши "образцовые" элементы. Учитывая, что шкала измерителя линейная, в принципе, достаточно одного конденсатора и одной катушки. Но лучше проконтролировать весь диапазон. В качестве образцовых катушек хорошо подходят нормализованные дроссели типов ДМ, ДП.

Настроив прибор в режиме измерения емкости, следует перевести SA1 в нижнее по схеме положение, замкнуть входные гнезда и нажать SB1. После коррекции нуля на вход подключить образцовую катушку и резистором R11 выставить необходимые показания. Цена младшего разряда — 0,1 мкГн. При этом следует обратить внимание, чтобы сопротивление R11 было не менее 800 Ом, в противном случае следует уменьшить сопротивление резистора R10. Если R11 будет больше 1 кОм, R10 надо увеличить, т. е. R10 и R11 должны быть близки по номиналу. Такая настройка обеспечивает примерно одинаковую постоянную времени "зарядки" и "разрядки" катушки и, соответственно, минимальную погрешность измерения.

Погрешность не хуже ±2...3 % при измерении конденсаторов можно обеспечить без труда, а вот при измерении катушек же все обстоит несколько сложнее. Индуктивность катушки во многом зависит от ряда сопутствующих условий — активное сопротивление обмотки, потери в магнитопроводах на вихревые токи, на гистерезис, магнитная проницаемость ферромагнетиков нелинейно зависит от напряженности магнитного поля и др. Катушки при измерении испытывают воздействие различных внешних полей, а все реальные ферромагнетики имеют довольно высокое значение остаточной индукции. Более подробно процессы, происходящие при намагничивании магнитных материалов, описаны в . В результате воздействия всех этих факторов показания прибора при измерении индуктивности некоторых катушек могут не совпасть с показаниями промышленного прибора, измеряющего комплексное сопротивление на фиксированной частоте. Но не спешите ругать этот прибор и его автора. Просто следует учитывать особенности принципа измерения. Для катушек без магнитопровода, для незамкнутых магнитопроводов и для ферромагнитных магнитопроводов с зазором точность измерения вполне удовлетворительна, если активное сопротивление катушки не превышает 20...30 Ом. А это значит, что индуктивность всех катушек и дросселей высокочастотных устройств, трансформаторов для импульсных источников питания и т. п. можно измерять весьма точно.

А вот при измерении индуктивности малогабаритных катушек с большим числом витков из тонкого провода и замкнутым магнитопроводом без зазора (особенно из трансформаторной стали) будет большая погрешность. Но ведь в реальном приборе условия работы катушки могут и не соответствовать тому идеалу, который обеспечен при измерении комплексного сопротивления. Например, индуктивность обмотки одного из трансформаторов в наличии у автора, измеренная промышленным измерителем LC, оказалась около 3 Гн. При подаче постоянного тока подмагничивания всего 5 мА показания стали около 450 мГн, т. е. индуктивность уменьшилась в 7 раз! А в реальных рабочих устройствах ток через катушки почти всегда имеет постоянную составляющую. Описываемый измеритель показал индуктивность обмотки этого трансформатора 1,5 Гн. И еще неизвестно, какая цифра будет ближе к реальным условиям работы.

Все вышесказанное в той или иной степени справедливо для всех без исключения любительских измерителей LC. Просто их авторы скромно об этом умалчивают. Не в последнюю очередь именно по этой причине функция измерения емкости есть во многих моделях недорогих мультиметров, а измерять индуктивность могут только дорогие и сложные профессиональные приборы. В любительских условиях сделать хороший и точный измеритель комплексного сопротивления очень сложно, проще приобрести промышленный, если он действительно нужен. Если это по тем или иным причинам невозможно, думаю, предлагаемая конструкция может послужить неплохим компромиссом с оптимальным соотношением цены, качества и удобства в эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА

Степанов А. Простой LC-метр. — Радио, 1982, ╧ 3, с. 47, 48.
Семенов Б. Силовая электроника. — М.:СОЛОН-Р, 2001.

Хотя у меня и имеется в наличии профессиональный автоматический мост Е7-8, но уж слишком он громозкий и тяжёлый - 35 кГ!

Поэтому, мне и захотелось попробовать свои силы в изготовлении несложного измерителя LC на микроконтроллере. Была найдена самая простая (но с претензиями на хорошее качество работы) схема на устаревшем, но достаточно доступном микроконтроллере 16F84A, LM311N и LCD индикаторе типа 1601.

Вариант печатной платы 90х65 мм этого LC измерителя от YL2GL (джампер J3 на плату не устанавливал (в нём нет надобности) - подсветка LCD индикатора 1601, если она у него есть, включена постоянно!):

Вид некоторых деталей, под которые разработана печатная плата:

Один из вариантов печатной платы LC измерителя выполненный методом ЛУТ:

Четыре версии файла прошивки в *.hex формате для программирования PICа 16F84A помещёны в Каталог файлов сайта (рекомендуют третью версию прошивки, как версию с автокалибровкой прибора...):

Программирование PIC 16F84A можно осуществить при помощи простейшего JDM программатора, подключаемого к порту COM1 компьютера (нужно помнить, что JDM программатор хорошо работает с более старыми компьютерами, а вот с новейшими - двухъядерными и всеми видами лаптопов, нотебуков, может не работать, так как у них принудительно ограничен ток на контактах COM порта. Поэтому, ищите компьютер, который будет работать с JDM программатором без проблем, или делайте программатор по другой схеме - с внешним питанием):

и программы ICprog.

С учётом покупки LCD индикатора 1601 на:

Хотелось бы отметить по схеме прибора, что нужно обратить внимание на наличие или отсутствие установленного на плате LCD индикатора 1601 резистора 10...12 Ом в цепи подсветки. При отсутствии, его нужно припаять последовательно с подсветкой, в противном случае можно её просто сжечь при установке джампера J3!

Имеется две схемы LC измерителя, отличающиеся схемой включения обмотки низковольтного реле. Во второй схеме обмотка реле через гасящий резистор подключается на землю, а не на +5В:

Прошивки PIC 16F84A приведены под первый вариант схемы, находящийся в начале статьи. Они могут, конечно, работать и с последним вариантом схемы, но перед показаниями значений ёмкости и индуктивности появится знак "-".

После сборки LC метра прибор запускается с первого включения. Для однострочного LCD индикатора 1601 необходимо замкнуть джампер J1. Для двухстрочного, типа 1602 - оставить разомкнутым. Подстроечным резистором 10К нужно отрегулировать контрасность LCD дисплея. Чем ближе движок резистора к "земле", тем выше контрасность дисплея.

После первого включения необходимо проверить частоту генератора на выходе LM311N, замкнув джампер J2, при положении переключателя L/C на С.

Частота на экране LCD должна быть в районе 550 кГц.

Затем, короткой перемычкой замыкаем гнёзда прибора в режиме L.

Прибор пишет - Calibrating и через секунду переходит в режим измерения: L=0.00 mkH.

Вытаскиваем пермычку, вставляем в гнёзда измеряемую эталонную индуктивность и смотрим показания прибора. Если значение отличается от того, что мы намеряли на эталонном приборе, то подбираем поточнее индуктивность 82 мкГ прибора.

Поэтому, желательно использовать дроссель с возможностью подстройки индуктивности (ферритовый каркас с подстроечным сердечником).

Затем переходим в режим измерения ёмкости С.

На LCD индикатора высветится С=х.х pF

Кратковременно нажимаем кнопку SW1 - калибровка.

Вид некоторых деталей, под которые разработана печатная плата:

Один из вариантов печатной платы LC измерителя выполненный методом ЛУТ:

и программы ICprog.

С учётом покупки LCD индикатора 1601 на:

Частота на экране LCD должна быть в районе 550 кГц.

Показания на дисплее, при этом, будут без одного нуля - 55000.

Если у вас есть ёмкости с указанным на них 1% разбросом, то можно использовать и их.

Начинать настройку прибора лучше в режиме измерения ёмкости - С.

Нажимаем кнопку SW1 - калибровка.

На экране прибора кратковременно появится надпись Calibrating и показания на экране обнулятся до C=0.0 pF.

Вставляем в гнёзда эталонную ёмкость и если показания прибора отличаются от необходимого значения, то подбираем ёмкость последовательно с контактами низковольтного реле, каждый раз повторяя калибровку прибора.

Главная > Банки

Простую схему для измерения lc. Компактный многофункциональный прибор - измеритель L, C, ESR, пробник-генератор сигналов

Вот схема измерителя LC

Результат работы собранного устройства

Рекомендуем также