Я уже собирал несколько измерительных приборов, Частотомер, испытатель транзисторов.
Но, как говорится "наши руки, не для скуки" решил собрать Измеритель LCF. Схему и всю подноготную почерпнул с этой страницы LCF-метр на ATMEGA8 и LCD1602.
Данный прибор предназначен для измерения ёмкости конденсаторов, индуктивности и частоты.
Конденсаторы:
Диапазон измерений: 0,1 pF ÷ 10 000,0 uF.
Измерения проводятся в трех диапазонах, переключение диапазонов автоматическое.
В первом диапазоне измеряются емкости до 100 nF, во втором до 100 uF, в третьем выше 100 uF.
Индуктивность:
Диапазон измерений: 0,1 uH ÷ 100,0 H.
Частота:
Диапазон измерений: 1 Hz ÷ 4 MHz.
Выбор измеряемого параметра осуществляется кнопкой "Выбор" по кругу.
Если параметр выходи за пределы измерения на индикатор выводятся прочерки.
Схему и плату делал в ДипТрейс под свои компоненты.
Сначала собирал прибор в безкорнусном варианте на ATMega8(32). В моём архиве есть вариант этой платы.
Но побывав в магазине Чип и Дип обнаружил там много разных корпусов для РЭА
И сразу решил оформлять прибор в подходящий корпус.
Корпус G1204B 142.8×8, 5×38мм как нельзя лучше подходил для данного проекта. Тем более блок питания в корпусе я размещать не собирался. Место было много, я и не старался мельтешить.
Вот готовое устройство.
Что касаемо применяемых деталей, к точности номиналов никаких особых требований нет.
В прилагаемом архиве есть несколько прошивок, как на русском, так и на английской мове. Установите какую понравится, по функционалу разницы не заметил.
Фьюзы для ATMega8 будут
LOW= DE
HIGH= D9
После включения прибор начинает работать сразу, но прежде чем начать им пользоваться его следует его откалибровать. Привожу инструкцию автора по калибровке прибора.
Калибровка измерителя емкости.
1. Для калибровки следует выбрать режим измерения емкости и нажать на кнопку SET. В верхней строке дисплея появятся настроечные коэффициенты. Устанавливаемый параметр мигает. В нижней строке измеренная емкость.
2. К входным щупам не должно быть никаких подключений.
3. Нажать на кнопку PLUS или MINUS – произойдет настройка показаний емкости на 0. Коэффициент Z1 (Z2, Z3) установится автоматически. Если показания не стали нулевыми – операцию повторить.
4. Подключить к щупам образцовый конденсатор (для нижнего диапазона 1 nF ÷ 100 nF, для второго 100 nF ÷ 100 uF, для третьего 100 uF ÷ 10000 uF). Прибор автоматически выберет предел измерения.
5. Если показания емкости отличаются от номинала конденсатора – нажать на кнопку SET, начнет мигать параметр C1 (C2, C3).
6. Кнопками PLUS/MINUS установить требуемую емкость.
7. Повторить настройку, начиная с п.1.
8. Все диапазоны настраиваются аналогично. (В верхних диапазонах параметр Z2, Z2 как правило устанавливается в 0.)
9. Через 10 сек от последнего нажатия на кнопки прибор перейдет в основной режим, настройки запишутся в память.
10. Если из основного режима нажать на кнопки PLUS/MINUS, то произойдет установка коэффициентов Z1 (Z2, Z3).
Калибровка измерителя индуктивности.
1. Для калибровки следует выбрать режим измерения индуктивности и нажать на кнопку SET. В верхней строке дисплея появятся настроечные коэффициенты. Устанавливаемый параметр мигает. В нижней строке измеренная индуктивность.
2. Закоротить входные щупы.
3. Нажать на кнопку PLUS или MINUS – произойдет настройка показаний индуктивности на ноль. Параметр L0 устанавливается автоматически. Если показания не стали нулевыми – операцию повторить.
4. Подключить к щупам индуктивность известного номинала.
5. Если показания индуктивности отличаются от номинала – нажать на кнопку SET, начнет мигать параметр LC.
6. Кнопками PLUS/MINUS установить требуемую индуктивность.
7. Повторить настройку, начиная с п.1.
8. Через 10 сек от последнего нажатия на кнопки прибор перейдет в основной режим, настройки запишутся в память.
9. Если из основного режима нажать на кнопки PLUS/MINUS, то произойдет установка коэффициента L0 (настройка показаний на ноль, при этом щупы должны быть замкнуты).
Моя оценка работы прибора.
Начну с простого. Частоту прибор меряет достаточно точно и хорошая чувствительность, максимальное напряжение не мерил, щупы в розетку не совал.
Содержание / Contents
↑ Начало
↑ Мой вариант схемы измерителя ESR
Я внес минимальные изменения. Корпус — от неисправного «электронного дросселя» для галогеновых ламп. Питание — батарея «Крона» 9 Вольт и стабилизатор 78L05 . Убрал переключатель — измерять LowESR в диапазоне до 200 Ом надо очень редко (если приспичит, использую параллельное подключение). Изменил некоторые детали. Микросхема 74HC132N, транзисторы 2N7000 (to92) и IRLML2502 (sot23). Из-за увеличения напряжения с 3 до 5 Вольт отпала необходимость подбора транзисторов.
При испытаниях устройство нормально работало при напряжении батареи свежей 9,6 В до полностью разряженной 6 В.
Кроме того, для удобства, использовал smd-резисторы. Все smd-элементы прекрасно паяются паяльником ЭПСН-25. Вместо последовательного соединения R6R7 я использовал параллельное соединение — так удобнее, на плате я предусмотрел подключение переменного резистора параллельно R6 для подстройки нуля, но оказалось, что «нуль» стабилен во всем диапазоне указанных мною напряжений.
Удивление вызвало то, что в конструкции «разработанной в журнале» перепутана полярность подключения VT1 — перепутаны сток и исток (поправьте, если я неправ). Знаю, что транзисторы будут работать и при таком включении, но для редакторов такие ошибки недопустимы.
↑ Наладка
Наладка очень проста и заключается в установке чувствительности с помощью R4 при подключенном резисторе 2…5 Ом и установке нуля цифрового вольтметра на диапазоне 200mV.
Операции надо повторить несколько раз, далее можно убедиться в точности измерителя, подключая резисторы 0,1…5 Ом. Настраивать надо со штатными шнурами, плату хорошенько промыть, конденсатор С3 должен быть термостабилен.
↑ К вопросу о точности вообще
Начиная с 10 Ом, точность примерно 3% и ухудшается примерно до 6% при 20 Ом (200мВ), но точность при измерениях бракованных элементов не важна. Поскольку измерения проводятся при комнатной температуре, термонестабильность будет мала, испытаний на эту тему я не проводил.
При измерениях ESR конденсаторов в компьютерных блоках питания и на материнских платах, я пришел к выводу, что конденсаторы от 1000 мкФ с сопротивлением 0,5 Ом надо срочно выпаивать и отправлять в ведро, нормальное ESR 0,02…0,05 Ом. Попутно обнаружил, что у исправных конденсаторов ESR очень сильно зависит от температуры, так у конденсатора 22 мкФ ESR уменьшалась от тепла пальцев на 10%. Это объясняет, почему некоторые фанатичные лампадные конструкторы специально делают подогрев конденсаторов в катодных цепях с помощью проволочных обогревателей. По этой причине, а также по причине имеющегося сопротивления контактов считаю, что в измерения тысячных долей Ом нет особой необходимости.
На первом фото ЭПС конденсатора 0,03 Ом.
Желающие подробнее ознакомиться с принципом работы данного устройства могут прочитать оригинальную статью на стр. 19, 20 «Радио» №8 за 2011 год.
↑ Моя печатная плата
↑ Итого
Данный прибор работает у меня около месяца, его показания при измерениях конденсаторов с ESR в единицы Ом совпадают с прибором по схеме Ludens.
Он уже прошёл проверку в боевых условиях, когда у меня перестал включаться компьютер из-за емкостей в блоке питания, при этом не было явных следов «перегорания», а конденсаторы были не вздувшимися.
Точность показаний в диапазоне 0,01…0,1 Ом позволила отбраковать сомнительные и не выбрасывать старые выпаянные, но имеющие нормальную ёмкость и ESR конденсаторы. Прибор прост в изготовлении, детали доступны и дёшевы, толщина дорожек позволяет их рисовать даже спичкой.
На мой взгляд, схема очень удачна и заслуживает повторения.
↑ Файлы
Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
—
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»
Оригинальная статья в журнале «Радио» № 8 за 2011 год:
▼ radio-8-2011-esr-meter.7z 🕗 13/08/16 ⚖️ 1,09 Mb ⇣ 53
Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.
—
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»
В этой статье мы с вами будем собирать ESR-метр. В первый раз слышите слово “ESR”? А ну-ка бегом читать эту статью!
Для чего нужен ESR-метр
Итак, для чего нам вообще собирать ESR-метр? Для тех, кто поленился читать статью про ESR давайте вспомним, чем оно нам вредит. Дело в том, что сейчас почти во всей электронной аппаратуре используются импульсные блоки питания. В этих импульсных блоках питания “гуляют” высокие частоты и некоторые из этих частот проходят через электролитические конденсаторы. Если вы читали статью конденсатор в цепи постоянного и переменого тока, то наверняка помните, что высокие частоты конденсатор пропускает через себя почти без проблем. И проблем тем меньше, чем выше частота. Это, конечно, в идеале. В реальности же в каждом конденсаторе “спрятан” резистор. А какая мощность будет выделяться на резисторе?
P – это мощность, Ватт
I – сила тока, Ампер
R – сопротивление, Ом
А как вы знаете, мощность, которая рассеивается на резисторе – это и есть тепло 😉 И что тогда у нас получается? Конденсатор тупо превращается в маленькую печку)). Нагрев конденсатора – эффект очень нежелательный, так как при нагреве в лучшем случае он меняет свой номинал, а в худшем – просто раскрывается розочкой). Такие кондеры-розочки использовать уже нельзя.
Вздувшиеся электролитические конденсаторы – это большая проблема современной техники. Очень много отказов в работе электроники бывает именно по их вине. Визуально это проявляется в появлении припухлости в верхней части конденсатора. Видите небольшие прорези на шляпе этих конденсаторов? Это делается для того, чтобы такой конденсатор не разрывался от предсмертного шока и не забрызгивал всю плату электролитом, а ровнёхонько надрывал тонкую часть прорези и испускал тихий спокойных выдох. У советских конденсаторов таких прорезей не было, и поэтому если они и бахали, то делали это громко, эффектно и задорно)))
Но иногда бывает и так, что внешне такой конденсатор ничем не отличается от простых рабочих конденсаторов, а ESR очень велико. Поэтому, для проверки таких конденсаторов и был создан прибор под названием ESR-метр. У меня например ESR-метр идет в комплекте с Транзистор-метром:
Минус данного прибора в том, что им можно замерять ESR только демонтированных конденсаторов. Если замерять прямо на плате, то он выдаст полную ахинею.
Схема и сборка
В интернете очень давно гуляет схема простенького ESR-метра, а точнее – приставки к мультиметру. С помощью нее можно спокойно замерить ESR конденсатора, даже не выпаивая его из платы. Давайте же рассмотрим схемку нашей приставки. Кликните по ней, и схема откроется в новом окне и в полный рост:
Вы легко его узнаете по розовой окраске. Хотя бывают и другого цвета, но в основном розовый.
Что это за “фрукт”? МГТФ расшифровывается как Монтажный, Гибкий, Теплостойкий, в Фторопластовой изоляции. Этот провод отлично подходит для электронных поделок, так как при пайке его изоляция не плавится. Это только один из плюсов.
Обратную сторону с проводами МГТФ я показывать не буду). Там ничего интересного нет).
После сборки макетная плата выглядит вот так:
Микросхемы по привычке всегда ставлю в панельки:
При своей стоимости, панельки позволяют быстро сменить микросхему. Особенно это актуально для дорогих микроконтроллеров. Вдруг понадобится МК для других целей?)
Для подачи питания с батарейки на платку, я воспользовался стандартной клеммой от старого мультиметра:
Как быть, если у вас нет такой клеммы, а подать питание с Кроны необходимо? В таком случае, у вас наверняка есть старая батарейка Крона, так ведь? Аккуратно вскрываем корпус, снимаем клеммы батарейки, подпаиваем проводки и у нас готова клемма для подключения к новой батарейке. На крайний случай их можно также купить на Али. Выбор огромный.
Прибор выполнен в виде приставки к любому цифровому мультиметру:
Здесь есть одно “но”. Так как мы измеряем на пределе 200 милливольт постоянного напряжения (DCV), то и значения мы получим не в Омах или миллиомах, а в милливольтах, которые затем, сверяясь со значениями полученными при калибровке прибора, мы должны будем перевести в Омы.
А вот и мой самопальный щуп:
Подобные приборы не любят длинных проводов-щупов, идущих к ножкам конденсатора, и поэтому я был вынужден сделать подобие пинцета, собранное из двух половинок фольгированного текстолита.
Внутри корпуса платка выглядит примерно вот так:
Провода, идущие к пинцету, закреплены каплей термоклея. Между щупами, идущими к мультиметру, стоит конденсатор керамика 100 нанофарад с целью снизить уровень помех. В схеме применен подстроечный резистор на 1,5 Килоома. С помощью этого резистора мы и будем калибровать наш приборчик.
Калибровка прибора
После того как все собрали, приступаем к калибровке (настройке) нашего ESR-метра пошагово:
1)Если у вас есть осциллограф, замеряем на измерительных щупах напряжение с частотой 120-180 КилоГерц. Если замеряемая частота не укладывается в этот диапазон, то меняем значение резистора R3.
2) Цепляем мультиметр и ставим его крутилку на измерение милливольт постоянного напряжения.
3) Берем резистор номиналом в 1 Ом и цепляем его к измерительным щупам. В данном случае, к нашему самопальному пинцету.
4) Добиваемся того, чтобы мультиметр показал значение в 1 милливольт, меняя значение подстроечного резистора R1
5) Теперь берем сопротивление 2 Ома, и не меняя значение R1 записываем показания мультиметра
6) Берем 3 Ома и снова записываем показания и тд. Думаю, до 8-10 Ом вам таблички хватит вполне.
Например, мы можем выставить соответствие 1 милливольт – это 1 Ом, и т. д., хотя я предпочел настроить 4,8 милливольт – 1 Ом, для того чтобы была возможность точнее измерять низкие значения сопротивления. При замыкании щупов – контактов пинцета на дисплее мультиметра значение 2,8 милливольт. Сказывается сопротивление проводов-щупов. Это у нас типа 0 Ом ;-).
Приведу для ознакомления значения измерений низкоомных резисторов: при измерении резистора 0,68 Ом значения равны 3,9 милливольт, 1 ом – 4,8 милливольт, 2 Ома – 9,3 милливольта. У меня получилась вот такая табличка, которую я потом и наклеил на свой прибор
При измерении сопротивления в 10 Ом на экране уже показание 92,5 миллиВольт. Как мы видим, зависимость не пропорциональная.
После того, как я сделал замеры, смотрю в другую табличку:
Слева – номинал конденсатора, вверху – значение напряжения, на которое рассчитан этот конденсатор. Ну и, собственно, в таблице максимальное значение ESR конденсатора, который можно использовать в ВЧ схемах.
Давайте попробуем замерить ESR у двух импортных и одного отечественного конденсатора
Как вы видите, импортные конденсаторы обладают очень маленьким ESR. Советский конденсатор показывает уже большее значение. Оно и не удивительно. Старость не в радость).
Поправки к схеме
1) Для более-менее точных измерений, желательно, чтобы питание нашего ESR-метра было всегда стабильное. Если батарейка разрядится хотя бы на 1 Вольт, то показания ESR также будут уже с погрешностью. Так что лучше постарайтесь давать питание на ESR-метр всегда стабильное. Как я уже сказал, для этого можно использовать внешний блок питания или собрать схемку на 7809 микросхеме. Например, блок питания можно собрать по этой схеме.
2) Показания, которые выдает наша самоделка, не говорят о том, что наш самопальный прибор с великой точностью замеряет ESR. Скорее всего, его можно отнести к пробникам. А что делают пробники? Отвечают в основном на два вопроса: да или нет ;-). В данном случае прибор “говорит”, можно ли использовать такой конденсатор или лучше все-таки поставить его в НЧ (НизкоЧастотную) схему.
Данный пробник может собрать любой, даже начинающий радиолюбитель, если у него вдруг возникнет потребность заняться ремонтами. А вот и видео его работы:
“>