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.
Программа для измерения сопротивления, индуктивности и емкости неизвестных электронных компонентов.
Требует изготовления простейшего переходника для подключения к звуковой карте компьютера (два штеккера, резистор, провода и щупы).
Download the single-frequency version - Скачать программу v1.11
(архив 175 кБ, одна рабочая частота).
Download the double-frequency version - Скачать программу v2.16
(архив 174 кБ, две рабочих частоты).
Это еще один вариант, пополняющий и без того обширную коллекцию аналогичных программ. Здесь не воплощены все задумки, работа над которыми продолжается. Функционирование «основы» вы можете оценить прямо сейчас.
В основу заложен общеизвестный принцип определения амплитудных и фазовых соотношений между сигналами с известного (образцовогоо) компонента, и с компонента, параметры которого надо определить. В качестве тестового используется сигнал синусоидальной формы, генерируемый звуковой картой. В первой версии программы использовалась только одна фиксированная частота 11025 Гц, в следующей версии к ней добавилась вторая (в 10 раз меньшая). Это позволило расширить верхние границы измерений для емкостей и индуктивностей.
Выбор именно этой частоты (четверть от частоты сэмлинга) является главной «инновацией», отличающей этот проект от остальных. На такой частоте алгоритм интегрирования по-Фурье (не путать с БПФ - быстрым преобразованием Фурье) максимально упрощается, а нежелательные побочные эффекты, приводящие к росту шума в измеряемом параметре, полностью пропадают. В итоге кардинально улучшается быстродействие и снижается разброс показаний (особо ярко выраженный на краях диапазонов). Это позволяет расширить диапазоны измерений и обойтись только одним образцовым элементом (резистором).
Собрав схему согласно рисунку и установив регуляторы уровня Windows в оптимальное положение, а также произведя начальную калибровку по закороченным между собой щупам («Cal.0»), можно сразу же приступать к измерениям. С такой калибровкой без труда ловятся низкие сопротивления, в том числе ESR, порядка 0,001 ом, а СКО (среднеквадратическое отклонение) результатов измерений в этом случае составляет порядка 0,0003 ом. Если зафиксировать положение проводов (чтобы не менялась их индуктивность), то можно «ловить» индуктивности порядка 5 нГн. Калибровку «Cal.0» желательно проводить после каждого старта программы, поскольку положение регуляторов уровня в среде Windows может быть, в общем случае, непредсказуемым.
Чтобы расширить диапазон измерений в область больших R, L и малых C, требуется учитывать входное сопротивление звуковой карты. Для этого служит кнопка «Cal.^», нажимать на которую надо при разомкнутых между собой щупах. После такой калибровки можно достичь следующих диапазонов измерений (при нормировании случайной составляющей погрешности на краях диапазонов на уровне 10%):
- по R - 0.01 ом... 3 Мом,
- по L - 100 нГн... 100 Гн,
- по C - 10 пФ... 10 000 мкФ (для версии с двумя рабочими частотами)
Минимальная погрешность измерения определяется допуском образцового резистора. Если предполагается использование обычного ширпотребовского резистора (и даже с номиналом, отличным от указанного), в программе предусмотрена возможность его калибровки. Соответствующая кнопка «Cal.R» становится активной при переходе в режим «Ref.» Величина резистора, который будет использоваться в качестве эталонного, задается в файле *.ini в качестве значения параметра «CE_real». После калибровки уточненные характеристики образцового резистора запишутся в виде новых значений параметров «CR_real» и «CR_imag» (в 2-х частотной версии параметры измеряются на двух частотах).
С регуляторами уровня программа напрямую не работает - пользуйтесь стандартным микшером Windows или аналогичным. Шкала «Level» служит для настройки оптимального положения регуляторов. Здесь можно порекомендовать такую методику настройки:
1. Определиться, какой регулятор отвечают за уровень воспроизведения, а какой - за уровень записи. Остальные регуляторы желательно заглушить для минимизации вносимых ими шумов. Регуляторы балланса - в среднее положение.
2. Исключить прегрузку по выходу. Для этого, установив регулятор записи в положение ниже среднего, с помощью регулятора воспроизведения найти ту точку, где ограничивается рост столбика «Level», а затем немного отступить назад. Скорее всего перегрузки вообще не будет, но для надежности регулятор лучше не выводить на отметку «макс».
3. Исключить прегрузку по входу - регулятором уровня записи сделать так, чтобы столбик «Level» не доходил до конца шкалы (оптимальное положение - 70...90%) в отсутствии измеряемого компонента, т.е. при разомкнутых щупах.
4. Замыкание щупов между собой не должно приводить к сильной просадке уровня. Если это так, то выходные усилители звуковой карты слишком слабы для данной задачи (иногда решается настройками карты).
Требования к системе
- ОС семейства Windows (тестировалась под Windows XP),
- поддержка звука 44,1 ksps, 16 bit, stereo,
- наличие одного аудио устройства в системе (если окажется несколько, то программа будет работать с первым из них, и не факт, что у веб-камеры окажутся гнезда «Line In» и «Line Out»).
Особенности измерений, или чтобы не попасть впростак
Любой измерительный инструмент требует знания его возможностей и умения правильно интерпретировать результат. Например, при использовании мультиметра стоит задуматься, а какое переменное напряжение он, собственно, меряет (при отличии формы от синусоидальной)?
В 2-х частотной версии для измерения больших емкостей и индуктивностей используется низкая (1,1 кГц) частота. Граница перехода отмечена сменой цвета шкалы с зеленого на желтый. Аналогично меняется и цвет показаний - с зеленого на желтый при переходе к измерениям на низкой частоте.
Стереофонический вход звуковой карты позволяет организовать «четырехпроводную» схему подключения только для измеряемого компонента, схема же подключения эталонного резистора остается «двухпроводной». При таком раскладе любая нестабильность контакта разъема (в нашем случае - земляного) может исказить результат измерения. Ситуацию спасает относительно большая величина сопротивления эталонного резистора по сравнению к нестабильностью сопротивления контакта - 100 ом против долей ома.
И последнее. Если измеряемый компонет - конденсатор, то он может оказаться заряженным! Даже разряженный электролитический конденсатор со временем может «собрать» оставшийся заряд. Схема не имеет защиты, так что вы рискуете вывести из строя свою звуковую карту, а в худшем случае - сам компьютер. Сказанное относится и к тестированию компонетов в устройстве, тем более - необесточенном.
Буквой C. Вот отсюда и пошло название прибора. Или иными словами, LC-метр – это прибор для измерения значений индуктивности и емкости.
На фото он выглядит примерно вот так:
LC-метр на вид напоминает . Он также имеет два щупа для измерения значений катушки индуктивности и емкости. Выводы конденсаторов можно пихать либо в отверстия для конденсаторов, там где написано Cx, а можно и напрямую к щупам. Проще и быстрее все-таки подсоединять к щупам. Индуктивность и емкость измеряются очень просто, выставляем предел измерения, покрутив крутилку, и смотрим обозначение на дисплее LC-метра
. Как говорится, даже маленький ребенок без труда освоит эту “игрушку”.
Как измерить емкость LC-метром
Вот у нас четыре испытуемых конденсатора. Трое из них – неполярные, а один – полярный (черный с серой полосой)
Погнали
Давайте разберемся с обозначениями на конденсаторе. 0,022 мкФ – это его емкость, то есть 0,022 микрофарад. Далее +-5% – это его погрешность. То есть измеряемое значение может быть на плюс или минус 5% больше или меньше. Если больше или меньше 5 % – значит конденсатор у нас плохой, и его желательно не использовать. Пять процентов от 0,022 – это 0,001. Следовательно, конденсатор можно считать вполне рабочим, если его измеряемая емкость будет находится в диапазоне от 0,021 до 0,023. У нас значение 0,025. Если даже учесть погрешность измерения прибора – это не есть хорошо. Выкидываем его куда подальше. Ах да, обратите внимание на вольты, которые пишутся после процентов. Там написано 200 Вольт – это значит, что он рассчитан на напряжение до 200 Вольт. Если у него в схеме будет на выводах напряжение больше 200 Вольт, то он, скорее всего, выйдет из строя.
Если, например, на конденсаторе указано 220 В, то это – максимальное значение напряжения . С учётом того, что в сетях переменного тока указываются , то такой конденсатор не подойдёт для применения при напряжении сети 220 В, так как максимальное значение напряжения в этой сети = 220 В х 1,4 (то есть корень из 2) = 310 В. Конденсатор надо выбрать такой, чтобы он был рассчитан на напряжение намного превышающее 310 Вольт.
Следующий советский конденсатор
0,47 микрофарад. Погрешность +-10 %. Это значит 0,047 в ту и другую сторону. Его можно считать нормальным в диапазоне 0,423-0,517микроФарад. На LC-метре 0,489 – следовательно, он вполне работоспособный.
Следующий импортный конденсатор
На нем написано,22 – это значит 0,22 микрофарад. 160 – это предел напряжения. Вполне нормальный конденсатор.
И следующий электролитический или, как его называют радиолюбители, электролит. 2,2 микрофарада на 50 Вольт.
Все ОК!
Как измерить индуктивность LC-метром
Давайте замеряем индуктивность катушки индуктивности . Берем катушку и цепляемся к ее выводам. 0,029 миллигенри или 29 микрогенри.
Таким же образом можно проверить другие катушки индуктивности.
Где купить LC-метр
В настоящее время прогресс дошел до того, что можно купить универсальный R/L/C/Transistor-metr , который умеет замерять почти все параметры радиоэлектронных компонентов
Ну для эстетов все таки есть нормальные LC-метры, которые в один клик можно приобрести с Китая в интернет-магазине Алиэкспресс;-)
Вот страничка на LC-метры.
Вывод
Катушки индуктивности и конденсаторы – незаменимая вещь в электронике и электротехнике. Очень важно знать их параметры, потому как малейшее отклонение параметра от значения написанного на них может сильно изменить работу схемы, особенно это касается приемопередающей аппаратуры. Измеряйте, измеряйте и еще раз измеряйте!
Этот точный LC метр построен на базе недорогих компонентов, которые очень легко найти в радиомагазинах. Диапазон измерителя LC-метра достаточно широк и подходит для измерения даже очень низких значения емкости и индуктивности.
Печатная плата - рисунок
Индуктивности - диапазоны измерений:
- 10nH - 1000nH
- 1uH - 1000uH
- 1mH - 100mH
Диапазоны измерения емкости:
- 0.1pF - 1000pF
- 1nF - 900nF
Большим плюсом устройства является автоматическая калибровка при включении питания, поэтому исключена ошибка в калибровке, что присуще некоторым аналогичным , особенно аналоговых. При необходимости, можно выполнить повторную калибровку в любой момент, нажатием кнопки reset. В обем данный LC метр полностью автоматический. Прошивку МК PIC16F628 .
Компоненты прибора
Слишком точные компоненты являются необязательными, за исключением одного (или более) конденсаторов, которые используются для калибровки измерителя. Два 1000 пФ конденсатора по входу должны быть достаточно хорошего качества. Пенополистирол является более предпочтительным. Избегайте керамических конденсаторы, ведь некоторые из них могут иметь большие потери.
Два конденсатора по 10 мкФ в генераторе должен быть танталовые (у них низкое последовательное сопротивление и индуктивность). Кварцевый резонатор на 4 МГц должен быть строго 4.000 МГц, а не что-то приближенное к этому значению. Каждый 1% ошибки в частоте кварца добавляет 2% ошибок при измерении значения индуктивности. Реле должно обеспечить около 30 мА тока срабатывания. Резистором R5 выставляется контраст ЖК дисплея LC метра. Питается прибор от обычной батарейки Крона, так как дальше напряжение стабилизируется микросхемой 7805 .