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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Синий свет стимулирует иммунитет 27.12.2016 Как солнечный свет может помочь иммунитету? Считается, что здесь свою роль играет витамин D - в последнее время появляются данные, что его недостаток чреват ослаблением иммунной системы. Поскольку витамин D синтезируется в коже под действием ультрафиолета, то получается, что ультрафиолетовые лучи с Солнца помогают поддерживать иммунитет в рабочем состоянии. Но УФ-излучение и витамин D - это еще не все. Исследователи из Джорджтаунского университета обнаружили, что обычный синий свет из солнечного спектра стимулирует активность Т-клеток. По роду своей деятельности Т-лимфоциты должны активно двигаться, поскольку именно они непосредственно уничтожают другие клетки, которые заразились бактериальной или вирусной инфекцией или же переродились в злокачественные клетки. Даже если речь идет не Т-киллерах (чем они заняты, понятно по названию), а о Т-хелперах или Т-регуляторах, которые контролируют силу иммунного ответа, то и они должны постоянно быть в движении, чтобы вовремя оказаться там, где нужно. В статье в Scientific Reports говорится, что синий свет ускоряет Т-лимфоциты - они в буквальном смысле начинают быстрее ползать. Под действием света в Т-клетках повышается уровень пероксида водорода, который играет роль боевого отравляющего вещества, убивающего бактерий, и одновременно служит сигнальной молекулой, которая сообщает другим иммунным клеткам об опасности. Именно под действием пероксида водорода Т-лимфоциты начинают двигаться шустрее. В нашей коже Т-клеток очень много, примерно вдвое больше, чем в крови, что понятно: огромное количество патогенов попадает в нас именно с поверхности тела, через раны, трещинки и т. д. Хотя Т-лимфоциты сидят сравнительно глубоко, в слое дермы, синие световые волны до них все же доходят - и можно представить, как армия взбудораженных Т-клеток после порции синего света разбегается по организму. Впрочем, тут еще стоит проверить, действительно ли световая активация Т-клеток помогает бороться с настоящими инфекциями; но если это действительно так, то больным с ослабленным иммунитетом, которым не хватает обычного солнца, можно будет среди прочего прописывать еще и облучение синим светом.

Другие интересные новости:

▪ Лазер с рекордными показателями стабильности

▪ Кофе без кофейных зерен

▪ Гибрид телевизионного ПДУ и портативного динамика

▪ Реакция мозга на оскорбления и комплименты

▪ MSP432 и СС3100 для интернета вещей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья Природные ЧС биологического происхождения (массовые заболевания): эпидемии, эпизоотии. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Какой игрушкой американским производителям не удалось заменить плюшевого мишку? Подробный ответ

▪ статья Врач-детский хирург. Должностная инструкция

▪ статья Система управления двигателем Digifant. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Повелитель змей. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026