Саморобні вимірювальні прилади

Радиоконструктор 1 999 №1

прилад призначений для використання в радіоаматорського практиці, він дає можливість вимірювати ємності конденсаторів в межах 10 пф - 10мкФ, індуктивності котушок і дроселів в межах 10 мкГн -1 Гн. Похибка вимірювання не перевищує 4%, відображення результатів на шкалі мікроамперметра на 100 мкА.

Принципова схема показана на малюнку. На мікросхемах виконаний генератор прямокутних імпульсів, частоту яких можна змінювати поступово за допомогою перемикача S1. Далі слід вимірювальний міст з мікроамперметром на виході. Котушки і конденсатори підключаються, відповідно до роз'ємів "L" і "С" Харчується прилад від мережевого джерела на силовому трансформаторі Т1, диодном випрямлячі на VD6-VD9 і стабілізаторі на VT1.

При підборі деталей можна взяти, практично будь-які десяткові лічильники КМОП або МОП, наприклад К561ІЕ14 або К176ІЕ4 і включити їх послідовно за схемою декадного подільника. Потрібно враховувати, що для мікросхем К176 потрібно підвищити напруга живлення до 9-10В замінивши стабілітрон КС156 на Д818, КС210. Взагалі, для живлення мікросхем К561 можна вибрати напругу від 5-ти до 15-ти вольт, відповідно і стабілітрон можна вибрати на цю напругу. Діоди Д9 можна замінити на Д18, Д20 або, що краще на ГД507. КД522 - будь-які кремнієві імпульсні.

Представлений нижче проект вимірювача ємності й індуктивності дуже простий для повторення і містить мінімум деталей. Проте, діапазон виміру лежить в досить широких межах.

Діапазони вимірювання індуктивності:
- 10нг - 1000нГ
- 1мкг - 1000мкг
- 1 мг - 100мг

Діапазони вимірювання ємності:
- 0.1пФ - 1000пФ
- 1нФ - 900нФ

У приладі підтримується автокалібровка при включенні харчування, що виключає можливість людської помилки при ручному калібрування. Однак, в будь-який момент часу можна заново відкалібрувати вимірювач, натиснувши кнопку скидання. У приладі передбачено автоматичний вибір діапазону вимірювань.

У схемі пристрою не потрібно застосування будь-яких прецизійних електронних компонентів. Єдине, потрібно мати один "зовнішній" конденсатор, номінал якого ви знаєте з великою точністю.
Два конденсатора номіналом 1000 пФ повинні бути хорошої якості, переважно полістирольними. Також підійдуть конденсатори МКТ серії. Керамічні не підійдуть.
Два конденсатора на 10 мкФ повинні бути танталовими.

Кварцовий резонатор повинен бути точно 4.000 МГц. Кожен 1% невідповідності частоти резонатора, призведе до 2% помилку індикації виміряної величини.

Реле підберіть з малим струмом котушки, тому що мікроконтролер не може забезпечити струм більше 30 мА. Не забудьте паралельно котушці реле поставити діод.

список радіоелементів

Розглянуто схему вимірювача ємності конденсаторів і індуктивності котушок, виконана всього на п'яти транзисторах і, незважаючи на свою простоту і доступність, дозволяє у великому діапазоні визначати з прийнятною точністю ємність і індуктивність котушок. Є чотири піддіапазони для конденсаторів і цілих п'ять піддіапазонів котушок. Після досить простої процедури калібрування, із застосуванням двох підлаштування опорів, максимальна похибка буде близько 3%, що погодьтеся, для радіоаматорського саморобки зовсім не погано.

Пропоную спаяти своїми руками цю просту схему LC-метра. Основою радіоаматорського саморобки служить генератор, виконаний на VT1, VT2 і радіокомпонентів обв'язки. Його робоча частота визначається параметрами LC коливального контуру, який складається з невідомої ємності конденсатора Cx і паралельно підключеного котушки L1, в режимі визначення невідомої ємності - контакти X1 і X2 повинні бути замкнуті, а в режимі вимірювання індуктивності Lx, вона підключається послідовно з котушкою L1 і паралельно сполученого конденсатору C1.

З підключенням до LC-метру невідомого елемента, починає працювати генератор на якийсь частоті, яка фіксується дуже простим частотоміром, зібраним на транзисторах VT3 і VT4. Потім значення частоти перетвориться в постійний струм, який відхиляє стрілку мікроамперметра.

Вимірювач індуктивності збірка схеми. З'єднувальні дроти рекомендується робити по можливості максимально короткими для підключення невідомих елементів. Після закінчення процесу загального складання необхідно відкалібрувати конструкцію у всіх діапазонах.

Калібрування здійснюється за допомогою підбору опорів підлаштування резисторів R12 і R15 при підключенні до вимірювальних висновків радіоелементів з заздалегідь відомими номіналами. Так як в одному діапазоні номінал підлаштування резисторів буде один, а в іншому він буде інший, то необхідно визначити щось середнє для всіх діапазонів, при цьому похибка вимірювання не повинна вийти за 3%.

Цей досить точний LC метр зібраний на мікроконтролері PIC16F628A. В основі конструкції LC метра лежить частотомер з LC осциллятором, частота якого змінюється в залежності від вимірюваних величин індуктивності або ємності, і в результаті обчислюється. Точність частоти доходить до 1 Гц.

Реле RL1 необхідно для вибору L або C режиму вимірювання. Лічильник працює на основі математичних рівнянь. Для обох невідомих L і C, Рівняння 1 і 2 є загальними.

калібрування

При включенні харчування здійснюється автоматичне калібрування приладу. Початковий робочий режим - індуктивність. Зачекайте пару хвилин для прогріву ланцюгів пристрою, потім натисніть тумблер "zero", для повторного калібрування. Дисплей повинен вивести значення ind \u003d 0.00. Тепер підключіть тестовий номінал індуктивності, наприклад 10uH або 100uH. LC-метр повинен вивести на екран точне значення. Для настройки лічильника є перемички Jp1 ~ Jp4.

Представлений нижче проект вимірювача індуктивності дуже простий для повторення складається з мінімуму радиокомпонентов. Діапазони вимірювання індуктивності: - 10нг - 1000нГ; 1мкг - 1000мкг; 1 мг - 100мг. Діапазони вимірювання ємності: - 0.1пФ - 1000пФ - 1нФ - 900нФ

Вимірювальний пристрій підтримує Автокалібровка при включенні харчування, що виключає ймовірність людського фактора при ручному калібрування. Абсолютно, в будь-який момент можна заново відкалібрувати вимірювач, просто натиснувши кнопку скидання. У приладі є автоматичний вибір діапазону вимірювань.

В конструкції пристрою немає необхідності використання будь-яких прецизійних і дорогих радіо компонентів. Єдине, потрібно мати одну "зовнішню" ємність, номінал якої відомий з великою точністю. Два конденсатора ємністю в 1000 пФ повинні бути нормальногно якості, бажано використовувати полістирольні, а дві ємності по 10 мкФ повинні бути танталовими.

Кварц потрібно взяти точно на 4.000 МГц. Кожен 1% невідповідності частоти, призведе до 2% помилку вимірювання. Реле з малим струмом котушки, тому що мікроконтролер не здатний забезпечити струм вище 30 мА. Не забудьте паралельно котушці реле для придушення зворотного струму і виключення брязкоту поставити діод.

Друкована плата і прошивка мікроконтролера за посиланням вище.

Я впевнений, що цей проект не є новим, але це власна розробка і хочу, щоб цей проект так, же був відомий і корисний.

схема LC метра на ATmega8 досить проста. Осцилятори є класичним і виконаний на операційному підсилювачі LM311. Основна мета, яку я переслідував при створенні даного LC метра - зробити його не дорогим і доступним для збірки кожним радіоаматором.

Принципова схема вимірювача ємності і індукції

Характеристики LC-метра:

• Вимірювання ємності конденсаторів: 1пФ - 0,3мкФ.
• Вимірювання індуктивності котушок: 1мкГн-0,5мГн.
• Висновок інформації на ЖК індикатор 1 × 6 або 2 × 16 символів в залежності від обраного програмного забезпечення

Для даного приладу я розробив програмне забезпечення, що дозволяє використовувати той індикатор, який є в розпорядженні у радіоаматора або 1х16 символьний ЖК-дисплей, або 2х 16 символів.

Тести з обох дисплеїв, дали відмінні результати. При використанні дисплея 2х16 символів у верхньому рядку відображається режим вимірювання (Cap - ємність, Ind -) і частота генератора, в нижній же рядку результат вимірювання. На дисплеї 1х16 символів зліва відображається результат вимірювання, а праворуч частота роботи генератора.

Однак, щоб помістити на один рядок символів виміряне значення і частоту, я скоротив дозвіл дисплея. Це ніяк не позначається на точність вимірювання, тільки чисто візуально.

Як і в інших відомих варіантах, які засновані на тій же універсальною схемою, я додав в LC-метр кнопку калібрування. Калібрування проводиться за допомогою еталонного конденсатора ємністю 1000пФ з відхиленням 1%.

При натисканні кнопки калібрування відображається наступне:

Вимірювання, проведені за допомогою даного приладу на подив точні, і точність багато в чому залежить від точності стандартного конденсатора, який вставляється в ланцюг, коли ви натискаєте кнопку калібрування. Метод калібрування пристрою полягає всього лише в вимірі ємності еталонного конденсатора і автоматичного запису його значення в пам'ять мікроконтролера.

Якщо ви не знаєте точне значення, можете відкалібрувати прилад, змінюючи значення вимірювань крок за кроком до отримання найбільш точного значення конденсатора. Для подібної калібрування є дві кнопки, зверніть увагу, на схемі вони позначені як «UP» і «DOWN». Натискаючи їх можна домогтися коригування ємності каліброваного конденсатора. Потім дане значення автоматично записується в пам'ять.

Перед кожним вимірюванням ємності необхідно скинути попередні свідчення. Скидання на нуль відбувається при натисканні «CAL».

Для скидання в режимі індуктивності, необхідно спочатку замкнути висновки входу, а потім натиснути «CAL».

Весь монтаж розроблений з урахуванням вільної доступності радіодеталей і з метою досягнення компактності пристрою. Розмір плати не перевищують розмірів ЖК-дисплея. Я використовував як дискретні компоненти, так і компоненти поверхневого монтажу. Реле з робочою напругою 5В. Кварцовий резонатор - 8MHz.

Хоча у мене і є в наявності професійний автоматичний міст Е7-8, але аж надто він громозкой і важкий - 35 кг!

Тому, мені і захотілося спробувати свої сили у виготовленні нескладного вимірювача LC на мікроконтролері. Була знайдена найпростіша (але з претензіями на гарну якість роботи) схема на застарілому, але досить доступному мікроконтролері 16F84A, LM311N і LCD індикаторі типу 1601.

Варіант друкованої плати 90х65 мм цього LC вимірювача від YL2GL (джампер J3 на плату не встановлював (в ньому немає потреби) - підсвічування LCD індикатора 1601, якщо вона у нього є, включена постійно!):

Вид деяких деталей, під які розроблена друкована плата:

Один з варіантів друкованої плати LC вимірювача виконаний методом Лут:

Чотири версії файлу прошивки в * .hex форматі для програмування PICа 16F84A поміщений в Каталог файлів сайту (рекомендують третю версію прошивки, як версію з автокалібруванням приладу при включенні):

Програмування PIC 16F84A можна здійснити за допомогою найпростішого JDM програматора, що підключається до порту COM1 комп'ютера (потрібно пам'ятати, що JDM програматор добре працює з більш старими комп'ютерами, а ось з новітніми - двоядерними і всіма видами лаптопов, нотебуков, може не працювати, так як у них примусово обмежений струм на контактах COM порту. Тому, шукайте комп'ютер, який буде працювати з JDM программатором без проблем, або робіть програматор за іншою схемою - із зовнішнім живленням):

і програми ICprog.

З урахуванням покупки LCD індикатора 1601 на:

Хотілося б відзначити за схемою приладу, що потрібно звернути увагу на наявність або відсутність встановленого на платі LCD індикатора 1601 резистора 10 ... 12 Ом в ланцюзі підсвічування. При відсутності, його потрібно припаяти послідовно з підсвічуванням, в іншому випадку можна її просто спалити при установці джампера J3!

Є дві схеми LC вимірювача, що відрізняються схемою включення обмотки низьковольтного реле. У другій схемі обмотка реле через резистор підключається на землю, а не на +5 В:

Прошивки PIC 16F84A наведені під перший варіант схеми, що знаходиться на початку статті. Вони можуть, звичайно, працювати і з останнім варіантом схеми, але перед показаннями значень ємності та індуктивності з'явиться знак "-".

Після складання LC метра прилад запускається з першого включення. Для однострочного LCD індикатора тисячі шістсот одна необхідно замкнути джампер J1. Для дворядкового, типу 1602 - залишити розімкненим. Підлаштування резистором 10К потрібно відрегулювати контрасность LCD дисплея. Чим ближче движок резистора до "землі", тим вище контрасность дисплея.

Після першого включення необхідно перевірити частоту генератора на виході LM311N, замкнувши джампер J2, при положенні перемикача L / C на С.

Частота на екрані LCD повинна бути в районі 550 кГц.

На екрані відображається стан, при цьому, будуть без одного нуля - 55000.

Якщо у вас є ємності з зазначеним на них 1% розкидом, то можна використовувати і їх.

Починати настройку приладу краще в режимі вимірювання ємності - С.

Натискаємо кнопку SW1 - калібрування.

На екрані приладу короткочасно з'явиться напис Calibrating і свідчення на екрані обнуляться до C \u003d 0.0 pF.

Вставляємо в гнізда еталонну ємність і якщо показання приладу відрізняються від необхідного значення, то підбираємо ємність послідовно з контактами низьковольтного реле, кожен раз повторюючи калібрування приладу.