Измеритель LC. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Хочу предложить измеритель LC с прямым отсчетом. Данный пробник, несмотря на свою простоту, обладает большими возможностями. Он позволяет измерять:

• емкость конденсаторов (не выпаивая их из схемы);
• индуктивность;
• частоту сигналов (TTL-уровня);
• тангенс угла и сопротивление потерь конденсаторов;
• магнитную проницаемость сердечников;
• добротность катушек индуктивности;
• наличие короткозамкнутых витков в катушках. Схема пробника показана на рис. 1.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

На элементах DD1 и DD2 собран генератор, времязадающим элементом которого является измеряемая емкость или индуктивность. На элементах DD3 и DD4 собран делитель частоты с максимальным коэффициентом деления 16777211. Вся шкала пробника включает 25 значений, отличающихся друг от друга в 2 раза. При работе пробника визуально определяется, частота мигания какого светодиода ближе всего к 1 Гц. Показания напротив него и являются результатом измерения. Диод VD2 защищает прибор от переполюсовки питания.

Измерение емкости. Перед измерением конденсатор необходимо разрядить. Переключатель S1 поставить в разомкнутое положение (измерение емкости). В зависимости от необходимой точности, измерение можно провести тремя способами.

Технические характеристики:

• Номинальное напряжение питания, В......4,3
• Ток потребления, мА, не более......45
• Диапазон измеряемой емкости, мкФ......80*10^-6...25*10³
• Диапазон измеряемой индуктивности, Гн......2,5*10^-6...40
• Диапазон измеряемой частоты, Гц......1...16*10⁶
• Амплитуда напряжения на щупах при измерении емкостей, В......0,35
• Амплитуда напряжения на щупах при измерении индуктивностей, В......10
• Минимальная добротность индуктивностей......11

Способ 1. К щупам пробника подключается измеряемый конденсатор (его можно не выпаивать из схемы) и определяется, какой светодиод мигает с частотой около 1 Гц. На шкале против него читается значение емкости.

Способ 2. Для более точного измерения емкости нужно сделать все как в способе 1, только смотреть на светодиод, который мигает с частотой, большей чем 1 Гц, подсчитать количество миганий за 10 с, и вычислить частоту миганий, разделив подсчитанное количество на 10. Показание напротив этого светодиода разделить на полученную частоту. Результат и будет значением емкости конденсатора.

Способ 3. Для еще более точного определения емкости можно воспользоваться осциллографом или частотомером. Причем при использовании осциллографа можно оценить и качество проверяемого конденсатора (определить тангенс угла потерь). Подключив осциллограф или частотомер к щупам пробника, этими же щупами нужно коснуться проверяемого конденсатора. Если конденсатор имеет малые потери, то вид осциллограмы будет такой, как показано на рис. 2а. При больших потерях вид осциллограммы будет такой, как на рис. 2б. Определите величину периода Т и по формуле (1) подсчитайте емкость конденсатора:

С=T/40-5*10^-9 (Ф). (1)

При ремонте радиоаппаратуры достаточно измерить емкость конденсатора по способу 1. Если полученное значение емкости меньше номинала, указанного на конденсаторе, в 2 и более число раз, такой конденсатор необходимо заменить.

Рис. 2

Измерение индуктивности. Индуктивность, так же как и емкость, можно измерить тремя способами.

Способ 1. Он аналогичен способу 1 для измерения емкостей. Только переключатель S1 нужно замкнуть.

Способ 2. Аналогичен способу 2 для измерения емкостей конденсаторов. Переключатель S1 поставить в положение для измерения индуктивности (замкнуть).

Способ 3. Аналогичен способу 3 для измерения емкостей. Индуктивность рассчитываем по формуле

L = 40*Т (Гн), (2)

а вид осциллограмм для катушек с малыми и большими потерями приведен на рис. За и 3б соответственно. Значения емкостей конденсаторов и индуктивностей катушек с потерями, определенные с помощью пробника, будут содержать погрешность - тем большую, чем больше эти потери.

Рис. 3

Измерение частоты сигнала. Пробник позволяет измерять частоту сигнала ТТЛ-уровня, при условии, что питание пробника гальванически развязано от питания проверяемой цепи. Переключатель S1 необходимо поставить в положение для измерения индуктивности. Одним щупом коснитесь общего провода, а другим - источника сигнала. Напротив светодиода, мигающего с частотой около 1 Гц, прочитайте показания частоты сигнала. Для более точного определения частоты можно воспользоваться способом 2.

Определение тангенса угла потерь конденсаторов. Тангенс угла потерь (tg d) точно можно определить с использованием осциллографа.

Способ 1. Для этого необходимо подключить к щупам пробника осциллограф и проверяемый конденсатор. Если осциллограмма выглядит как на рис. 2б, конденсатор имеет потери, величину которых можно вычислить. Конденсатор с потерями можно заменить эквивалентной схемой - последовательно соединенными конденсатором и сопротивлением потерь. Тогда тангенс угла потерь равен:

tg d = Rп/Xc = Rп/(2*pi*f*C), (3)

где Rп - сопротивление потерь (Ом); Хc - реактивное сопротивление конденсатора (Ом); f - частота, на которой работает конденсатор (Гц); C - емкость конденсатора (Ф).

Для данного пробника:

Rп = Uп/0,03 (Ом). (4)

Uп - измеряется по осциллографу, согласно рис. 2,б. При подключении к пробнику конденсатора, период Т, с учетом сопротивления потерь Rп, равен:

T = 3,33*(12-Rп)*(C + 5*10-9) (c) (5)

Если в данную формулу подставить Rп=0, то получается формула (1).

Способ 2. Измерьте емкость конденсатора с помощью пробника. Если пробник показал емкость в 2 или более число раз меньшую, чем номинал конденсатора (обозначенный на нем), данный конденсатор имеет большое сопротивление потерь Rп, а соответственно, и большой tg d. Тогда, согласно формуле (5), можно найти сопротивление потерь. Результаты расчета сведены в таблицу:

В верхней строке таблицы - кратность показаний пробника (во сколько раз емкость конденсатора меньше емкости, обозначенной на корпусе конденсатора. В нижней строке - соответствующее сопротивление потерь.

Определение добротности катушек индуктивности. Определите индуктивность катушки L1. Омметром (желательно цифровым) измерьте активное сопротивление катушки R. Подсчитайте реактивное сопротивление на заданной частоте.

XL= 2*pi*f*L (Ом), (6)

где XL - реактивное сопротивление катушки (Ом); f - рабочая частота (Гц); L - индуктивность катушки (Гн).

Добротность катушки индуктивности рассчитывается по формуле;

Q = XL/R. (7)

На данном пробнике показания заметны при Q>11.

рис. 4.

Определение магнитной проницаемости сердечника из феррита. Рассмотрим три вида сердечников (рис. 4). Рассчитаем величины, необходимые для определения магнитной проницаемости сердечников.

lМ=(D + d)*pi/2 (9)

SМ=(D - d)*h/2 (10)

lМ=2*(А+В-2*С) (11)

SМ=h*c (12)

lМ=2*(h+а+с)+3/2*а (13)

SМ = a*b (14)

Формулы (9) и (10) используются для кольца, (11) и (12) - для П-образного, а (13) и (14) - для Ш-образного сердечника. Все размеры в формулах (9)...(14) берутся в сантиметрах.

Намотайте не менее 15 витков провода (внавал) на сердечник и измерьте пробником полученную индуктивность, (для Ш-образного сердечника витки нужно мотать по размеру а). Эффективная магнитная проницаемость сердечника рассчитывается по формуле

uэ=(L*lМ)/(u0*n²*SМ) (15)

где L - индуктивность катушки, намотанной на данный сердечник (Гн);

lм - длина средней магнитной силовой линии (см);

SM - площадь сечения магнитопровода (см²);

u0 - магнитная проницаемость вакуума (u0=4*pi*10^-9 Гн/см);

n - количество витков.

Выявление короткозамкнутых витков. Для определения наличия короткозамкнутых витков в катушках, намотанных на кольцеобразных, П-образных и Ш-образных сердечниках, необходимо сравнить индуктивность, измеренную пробником, и расчетную:

L=u0*uэ*n2*Sм/lм, (16)

где uэ - эффективная магнитная проницаемость для ферритовых материалов (указывается на них). Если она неизвестна, ее можно определить так, как описано выше.

Если индуктивность, определенная пробником, меньше в 2 и более раз, чем расчетная, то в катушке имеются короткозамкнутые витки.

Детали. Формулы (1, 2, 4, 5) верны только для пробника, собранного на микросхемах 74НС00. Если генератор пробника собрать на микросхемах других серий, в том числе и отечественных, в формулах появятся поправочные коэффициенты. При выборе микросхем нужно помнить, что:

• размах напряжения на щупах пробника не должен превышать 0,3...0,4 В, чтобы не открывались р-n переходы не только кремниевых, но и германиевых транзисторов и диодов. Это позволяет проверять конденсаторы, не выпаивая их из плат;
• ИМС должны быть достаточно быстродействующими (шире диапазон измерения);
• при использовании некоторых серий необходимо подключить конденсатор С6 1000 пФ...0,01 мкФ (рис. 1) для устойчивого запуска генератора. Это резко сужает диапазон измерений.

Автором были проверены микросхемы серий К155, К555, К531, К131, КР1533, 7400, 74LS00, 74НС00. Всем требованиям больше всего отвечала микросхема КР1533ЛАЗ. У нее размах напряжения на щупах был около 0,02 В. Но из-за этого она оказалась слишком чувствительной к помехам и наводкам от рук. Приходилось применять специальные меры, которые резко снижали диапазон измерений. ИМС К155ЛАЗ имела большой размах напряжения, что открывало р-n переходы даже кремниевых транзисторов и диодов. К555ЛАЗ открывала р-п переходы только германиевых транзисторов и диодов. Так что из этих серий лучше всего использовать микросхему 74НСОО. Она малочувствительна к помехам и наводкам от рук, не открывает р-п переходы даже германиевых транзисторов и диодов. К тому же, имеет малое потребление энергии.

Для счетчиков также лучше использовать микросхемы серии CD74HCT4040, т.к. они достаточно высокочастотны, имеют выходной ток, достаточный для хорошего свечения светодиодов, мало потребляют энергии. Напряжение питания должно быть стабилизированным. Оно выбрано 4,4 В. При выборе напряжения питания необходимо помнить, что его изменение приводит к изменению коэффициентов в формулах (1, 2, 4, 5), а следовательно, влияет на показания пробника. Изменяя Un, можно изменить диапазон измеряемых величин в ту или иную сторону. Изменение напряжения питания также влияет на чувствительность пробника к конденсаторам с потерями. Если его уменьшать, чувствительность падает, увеличивать - растет.

Светодиоды в пробнике - любые, красного свечения. Их все можно не устанавливать, а установить, например, через один. Правда, шаг шкалы при этом увеличится.

Настройка. Пробник размещен на плате размером 105x30 мм. Шкала пробника рассчитана по формулам 1 и 2 и соответствует действительности только при использовании микросхемы 74НСОО и напряжения питания 4,3 В. Микросхему DD2 желательно установить в панельку, т.к. если случайно коснуться пробником неразряженного конденсатора, находящегося под большим напряжением, микросхема может сгореть. Поэтому нужно обязательно разряжать конденсаторы перед измерением.

Щупы пробника должны иметь минимальную длину, т.к. на его работоспособность влияет даже очень маленькая индуктивность щупов. В авторском варианте длина одного щупа (вместе с кабелем) - 22 см, а другого - 10 см.

Автор: С.Володько, г.Гомель.

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива Новый способ поиска внеземной жизни 18.01.2018 Ученые изобрели новый метод поиска обитаемых планет. Для этого они смоделировали атмосферу Земли древних времен и выяснили, какая смесь газов не может быть на безжизненной планете. Это углекислый газ и метан. Конечно, в телескоп рассмотреть живые организмы не представляется возможным, но можно пронаблюдать за спектром, благодаря чему может быть определен атмосферный состав. В случае если кислород, который является жизненно важным, вступит в химическую реакцию с чем попало, он просто исчезнет из атмосферы при условии отсутствия запасов живых организмов. Но, кстати, на 3емле только спустя два миллиарда лет был замечен кислород в атмосферной среде. Эксперты применили подход целесообразности в поиске данного активного газа. Идея гласит, что для обнаружения планет необходимо найти в их атмосферном составе газы, которые далеки от химического равновесия. Как выяснилось, это метан и углекислый газ при отсутствии угарного. Специалистами были рассмотрены различные варианты производства метана. Исходя из результатов, они сделали вывод, что на землеподобных планетах присутствие хотя бы 0,1% метана в атмосфере является маленьким признаком обитаемости. Углекислый газ в своем роде является некой противоположностью метана и тоже играет очень важную роль. Авторы проекта единогласно утверждают, что подобная смесь газов может получиться вследствие химических процессов совместно только с угарным газом. В случае его отсутствия следует вывод, что химическая среда стала продуктом чьей-нибудь жизненной деятельности. Важной особенность метода является то, что данные газы возможно обнаружить в случае их присутствия по спектрам планет. В скором времени планируется запустить телескоп "Джеймс Уэбб", который поможет ученым продолжить исследования обитаемости.

Другие интересные новости:

▪ Сверхкомпактная сеть 4G

▪ Измерена масса нейтрино

▪ Построится крупнейшая в мире волновая электростанция

▪ Кентавр, потомок Сегвэя

▪ Вращение Марса ускоряется с каждым годом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Родом из детства. Крылатое выражение

▪ статья После показа какого мультфильма в больницы попало около 700 детей? Подробный ответ

▪ статья Ориентирование по следам лыжников. Советы туристу

▪ статья Изготовление зеркал. Простые рецепты и советы

▪ статья Обзор по антеннам Дельта-2. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

All languages of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua
2000-2024