Микрофарадометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

В статье описан измеритель емкости неполярных и оксидных конденсаторов, выполненный на основе микроконтроллера PIC16F876A. Диапазон измерения емкости - 1...999·10³ мкФ - разделен на два поддиапазона. Индикация результатов измерения производится трехразрядным светодиодным цифровым индикатором с автоматической установкой запятой. Некоторое влияние эквивалентного последовательного сопротивления на точность измерения на большем пределе компенсируется при калибровке прибора.

В радиолюбительской практике необходимость измерения больших значений электрической емкости очевидна. Многие современные мультиметры имеют функцию измерения емкости конденсатора, их верхний предел не превышает 20-100 мкФ, а при запредельном расширении диапазона существенно снижается точность измерения [1]. Профессиональные RLC-метры измеряют емкость до 1 Ф и более [2], но ввиду своей высокой стоимости они мало доступны для большинства радиолюбителей. В журнале "Радио" описано несколько устройств для измерения емкости оксидных конденсаторов [3,4]; они, как правило, оформлены в виде приставок и основаны на косвенных методах измерения.

Вместе с тем, используя современную элементную базу и основные физические соотношения, можно построить простой прибор, имеющий достаточно высокие метрологические характеристики. В предлагаемом устройстве используется принцип пропорциональности заряда Q электрической емкости С при фиксированном значении напряжения U: С = Q/U; где Q = It. В свою очередь, при заданном токе зарядки заряд конденсатора пропорционален времени протекания зарядного тока [5].

Технические характеристики

Диапазон измерения, мкФ .. .1...999·10³
Погрешность во всем диапазоне, %, не более..............±3
Время измерения, с, не более ..........................2,5
Выбор пределов измерения .. .автоматический
Число разрядов индикации.........3
Напряжение питающей сети, В 220
Потребляемая мощность,
Вт, не более...................12
Габаритные размеры измерителя емкости - 127x72x25 мм, масса с блоком питания - не более 0,8 кг.

Основу прибора составляет микроконтроллер PIC16F876A [6], выполняющий все основные функции: управление процессом измерения, вычисление его результатов и отображение полученного значения измеряемой емкости на индикаторе.

Рис. 1

Принципиальная схема прибора показана на рис. 1. Микроконтроллер DD1 работает по программе, коды которой приведены в таблице. После включения питания и инициализации микроконтроллера устройство работает в автоматическом режиме. Вывод RA0 сконфигурирован как вход компаратора, RA3 - вход образцового напряжения компаратора, RCO, RC1 - выходы управления источниками зарядного тока, RC2 - выход включения разрядки измеряемого конденсатора.

Цикл измерения начинается с разрядки конденсатора через транзистор VT2 и резистор R5. Затем включается источник зарядного тока, равного 1 мА, на транзисторе VT3 [5]. Напряжение на конденсаторе начинает увеличиваться. По достижении им значения примерно 1 В, равного образцовому напряжению на входе RA3, микроконтроллер DD1 останавливает процесс зарядки и фиксирует его продолжительность.

Если напряжение на измеряемом конденсаторе не достигнет образцового в течение 1,2 с, происходит переход на старший предел измерения: включается источник тока, равного 1 А, на транзисторе VT1, индикация "х1000" и измерение повторяется. Далее микроконтроллер вычисляет значение измеряемой емкости по времени зарядки, зарядному току и напряжению на конденсаторе с учетом предела измерения и соответствующего ему калибровочного коэффициента. Цикл измерения периодически повторяется.

Динамическая индикация результатов организована на трехразрядном светодиодном индикаторе HG1-HG3, транзисторах VT5-VT7 и портах микроконтроллера RC3-RC5, RBO-RB7 по классической схеме.

Кнопки SB1-SB3, подключенные к портам RA1, RA2, RA5, служат для ввода калибровочных коэффициентов при настройке и поверке прибора. Кнопка "Режим" - вход в режим калибровки, выбор коэффициента, переход в режим измерения.

Кнопки "+" и "-" - установка значения выбранного коэффициента в пределах от 1 до 255. Калибровочный коэффициент для диапазона "мкФ" отображается без десятичных запятых, для "мкФх1000" - с запятой в разряде единиц. Установленные значения автоматически записываются в память микроконтроллера, сохраняются там после отключения питания и считываются при включении прибора.

Исходный текст управляющей программы написан на языке С в среде программирования MPLAB IDE версии 6.5 [7], укомплектованной компилятором PICC версии 8.05PL1 [8].

Конструктивно прибор оформлен в корпусе от мультиметра М838 (см. фото на рис. 2). Для питания используется выносной выпрямитель (в сетевой вилке), обеспечивающий выходное напряжение 9...12 В при токе до 1 А. Из числа имеющихся в продаже подходит, например, БП7Н-12-1000. Стабилизатор напряжения DA1 установлен на плате прибора. К контактным площадкам Х1, Х2 необходимо припаять выводы оксидного конденсатора С1 емкостью не менее 1000 мкФ на напряжение 16 В. Он займет место в батарейном отсеке корпуса прибора.

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Печатная плата измерителя - с двусторонним печатным монтажом и двусторонним расположением деталей; ее основные размеры показаны на рис. 3. Чертеж печатной платы со стороны установки индикаторов представлен на рис. 4, а со стороны установки микросхемы и транзисторов - на рис. 5. Для формирования переходных отверстий в плате просверлены отверстия диаметром 0,5 мм, в которые расклепаны и запаяны отрезки выводов от резисторов МЛТ-0,25. Микроконтроллер DD1 необходимо установить на плату прибора в панель с пружинящими зажимами. Внешний вид смонтированной платы показан на фото рис. 6, 7.

В приборе использованы резисторы МЛТ или аналогичные; резистор R5 - из манганиновой проволоки диаметром 1 мм и длиной 15 мм, можно использовать датчик тока из мультиметра М838. Большинство конденсаторов - серий КМ, К10-17, оксидные - К53-4, К53-14, К52-1, а С1 (1000 мкФ) - К50-35. Кварцевый резонатор - на частоту 10... 12 МГц в корпусе НС-49. Кнопки - малогабаритные тактовые SWT2, TS-A1PS-130. Светодиодные индикаторы TR319 можно заменить любыми другими с такой же цоколевкой, например SA05-11HWA. Транзистор VT2 - мощный полевой с током стока не менее 10 А и сопротивлением сток-исток не более 0,1 Ом. Клеммы ХЗ, Х4 аналогичны используемым в мультиметре М838. Стабилизатор DA1 и транзистор VT1 установлены на пластинчатые теплоотводы площадью 12 и 5 см2 соответственно.

Настройку прибора начинают до установки микроконтроллера в панель на плате. Включают питание выключателем SA1 и проверяют наличие и правильность подачи напряжения питания 5 В на контакты панели микроконтроллера. Напряжение на контактах 1-3, 7 должно быть примерно равно напряжению питания, на контактах 14-16 около 4 В, а на 21-28 напряжение близко к нулю. Затем проверяют работоспособность кнопок SB1-SB3: нажимая их, контролируют появление низкого уровня на входах RA1, RA2, RA5. Цепи динамической индикации проверяют последовательным подсоединением общего провода к соответствующим выводам портов RBO-RB7 и RC3-RC5: при этом наблюдают свечение заданных сегментов в выбранном разряде. Источники тока включают поочередно подачей низкого уровня на контакты 11, 12, при этом амперметр должен быть подключен к гнездам ХЗ, Х4 вместо измеряемого конденсатора. При включении по цепи RC0 ток должен быть в интервале 0,5... 1 мА; а по цепи RC1 - 0,5... 1 А. Цепь разрядки проверяют при включенном источнике тока 1 А подачей напряжения +5 В на контакт 13. Показания вольтметра, подключенного к гнездам ХЗ, Х4, при этом должны упасть до нуля.

Далее, после отключения питания, вставляют запрограммированный микроконтроллер в панель и включают прибор. На дисплее должны быть показания, близкие к нулю, индикатор "Цикл" (HL1) светится прерывисто, а индикатор "х1000" (HL2) не светится. Теперь можно произвести пробные замеры для оценки работоспособности прибора в целом.

Полученные результаты могут значительно отличаться от истинных в силу большого разброса параметров источников тока, погрешности установки образцового напряжения, ошибки компаратора, частоты установленного кварцевого резонатора и ряда других менее заметных факторов. Необходима калибровка прибора.

Для калибровки измерителя нужно иметь четыре образцовых конденсатора разных номиналов: два - для диапазона "мкФ" емкостью 100...900 мкФ, два - для диапазона "мкФ х1000" емкостью более 10000 мкФ. Для точного определения их емкости желательно воспользоваться поверенным промышленным измерителем или каким-либо косвенным методом. Проводя измерения и изменяя калибровочные коэффициенты соответственно показаниям прибора, добиваются совпадения истинного значения емкости калибровочных конденсаторов и показаний прибора. После проведения калибровки прибор готов к эксплуатации.

На старшем пределе измерения показания прибора в некоторой степени зависят от эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) измеряемого конденсатора; это выражается в занижении истинного значения емкости. Чтобы погрешность прибора не превышала указанную, ЭПС не должно превышать 0,1 Ом. Для исправных оксидных конденсаторов емкостью более 1000 мкФ среднестатистическое значение ЭПС находится именно в этих пределах [9], его влияние компенсируется при калибровке прибора. Для более объективной оценки работоспособности оксидных конденсаторов необходимо совместное измерение емкости и ЭПС - это тема следующей разработки.

Опыт работы с описанным измерителем показал его хорошие потребительские характеристики: точность, долговременную стабильность показаний, удобство эксплуатации. Он позволяет проводить необходимые измерения, возникающие при разработке, изготовлении и ремонте электронного оборудования.

Программу микроконтроллера можно скачать отсюда.

Литература

1. Загорулько А. Расширение пределов измерения мультиметра M830G. - Радио, 2004, № 9, с. 27.
2. Измерители RLC WayneKerr4265,4276. - Радио, 2005, № 11, с. 73.
3. Дерегуз А. Измеритель емкости оксидных конденсаторов. - Радио, 2001, № 12, с. 27.
4. Савосин А. Микрофарадометр. - Радио, 2003, № 5, с. 22, 23.
5. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. - М.: Мир, 2001.
6. Microchip Technology Inc. DS39582B. PlC16F87xA. Data Sheet. 28/40/44 - Pin Enhanced Flash Microcontrollers. -  microchip.com.
7. Microchip Technology Inc. DS1281C. MPLAB IDE v6xx. Quick Start Guide. -  microchip.com.
8. HI-TECH Software. PICC Manual.-htsoft.com.
9. Peak Electronic Desing Limined. Equivalent Series Resistance Analyser. Model ESR 60. Users Guide.-  peakelec.co.uk.

Автор: А. Топников, г. Углич Ярославской обл.; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Люди с синестезией лучше различают запахи 25.08.2017 Синестезия - это необычный феномен, при котором ощущение, полученное от одного органа чувств, тут же вызывает ощущение в другом. Самый распространенный вид синестезии - буквенно-цветовая, при которой восприятие букв ассоциируется у человека с ощущением цвета. При этом ольфакторно-цветовая синестезия (соотношение запахов с цветами) встречается намного реже - так, всего около 6% людей с синестезией "видят запахи". Исследователи из Университета Неймегена (Нидерланды) провели эксперимент, в котором попросили шестерых ольфакторно-цветовых синестетов и семнадцать несинестетов пройти батарею тестов на определение их обонятельного и цветового восприятия. Результаты показали, что синестеты лучше воспринимали как цвета, так и запахи; при этом оказалось, что они были более последовательны и точны в назывании последних. Ученые отмечают, что это первый случай, когда было зафиксировано улучшенное восприятие в модальности, вызывающей синестезию, и модальности, где синестезия переживается. "Journal of Experimental Psychology"

Другие интересные новости:

▪ Беспроводное подключение Xbox к ПК

▪ Программируемый фотонный квантовый чип

▪ Золото красное и зеленое

▪ Счастье от альтруизма недолговечно

▪ Пластик превращается в съедобные грибы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. Подборка статей

▪ статья Бюджетное право. Шпаргалка

▪ статья Что такое рентгеновские лучи? Подробный ответ

▪ статья Сгибание труб с помощью пружины. Домашняя мастерская

▪ статья Штемпелевание латуни. Простые рецепты и советы

▪ статья Девять решек. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025