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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Инновационный кремниевый суперконденсатор 19.11.2013 Инновационная конструкция суперконденсатора, созданная специалистами по материаловедению из университета Вандербильта (США) под руководством ассистент-профессора Кэри Пинта (Cary Pint), делает возможным создание фотоэлементов, способных вырабатывать электроэнергию круглосуточно и не только когда светит солнце. Утверждается, что это первый суперконденсатор, изготовленный только из кремния и вместе с микроэлектронной схемой, которую он питает. И он может быть применен во встроенных элементах питания мобильных телефонов, которые заряжаются за секунды и работают неделями между зарядками. Ученые полагают, что станет возможным построить элементы питания из лишнего кремния, имеющегося в современных фотоэлементах, датчиках, мобильных телефонах и многих других электромеханических устройствах, что позволит снизить стоимость этих устройств. "Если вы предложите специалистам сделать суперконденсатор из кремния, они скажут вам, что это безумная идея, - рассказал Кэри Пинт, ассистент-профессор кафедры машиностроения, руководивший исследованием. - Но мы открыли простой способ добиться этого". Вместо того, чтобы хранить энергию в химических реакциях, как это происходит в батареях, суперконденсаторы хранят энергию, собирая ионы на поверхности пористого материала. В результате, они обладают способностью заряжаться и разряжаться в течение минут, а не часов, и служить несколько миллионов циклов, а не несколько тысяч циклов, как батареи. Эти свойства позволили суперконденсаторам, изготовленным из активированного углерода, захватить несколько нишевых рынков, таких как хранение энергии, выработанной регенеративными тормозными системами автобусов и электромобилей, и обеспечение бросков тока, необходимых для регулирования лопастей гигантских ветровых турбин при изменении ветровой обстановки. Суперконденсаторы пока что отстают по удельной емкости от литий-ионных батарей, поэтому они еще слишком громоздки для питания большинства пользовательских устройств. Однако они быстро развиваются. "Построение функциональных устройств с высокими характеристиками из наноразмерных строительных блоков с любым уровнем контроля оказалось достаточно сложным заданием. И когда оно было выполнено, то оказалось сложным для повторения", - пояснил ассистент-профессор Кэри Пинт. "Несмотря на отличные характеристики устройства, которое мы получили, нашей целью не было создание устройств с рекордными параметрами, - сказал Пинт. - Целью была разработка методов создания интегрированного хранилища энергии. Кремний - это идеальный материал для работы, потому что он является основой для множества современных технологий и устройств. К тому же, большая часть кремния в существующих устройствах остается неиспользуемой из-за того, что производить тонкие кремниевые подложки очень дорого и не выгодно". Группа Пинта сейчас использует этот подход к созданию хранилища энергии, которое могло быть сформировано в лишнем материале или на обратной стороне фотоэлементов и датчиков. Суперконденсаторы могли бы хранить избыточную электроэнергию, вырабатываемую фотоэлементами днем, и отдавать ее в часы наибольшей нагрузки вечером.

Другие интересные новости:

▪ LED драйверы Mean Well с функцией Smart Timer Dimming

▪ Умные очки Sharp с камерой Spectacles

▪ Помада и красит губы, и массирует их

▪ Картошка для пожарных

▪ Прототип искусственного электронного языка

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Измерительная техника. Подборка статей

▪ статья Их знали только в лицо. Крылатое выражение

▪ статья Что может свести собаку с ума? Подробный ответ

▪ статья Работа с домкратом. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Термометр с линейной шкалой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вытащенная карта превращается в каждую из выбранных карт. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026