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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Карманный аккумулятор Samsung Fast Charge Portable Battery Pack 5100 мАч 13.05.2017 Компания Samsung пополнила ассортимент аксессуаров для мобильных устройств новым портативным аккумулятором - Fast Charge Portable Battery Pack емкостью 5100 мАч. Как можно понять по названию, новинка поддерживает технологию быстрой зарядки. Запаса энергии хватит для полной подзарядки большинства современных смартфонов как минимум один раз. Батарея наделена портом USB Type-C, а также стандартным портом USB Type-A. Это позволяет одновременно подзаряжать собственно аккумулятор и подключенный к нему гаджет. Подвесной ремешок дает возможность закрепить карманный аккумулятор, скажем, на рюкзаке или походной куртке. Комплект поставки включает соединительный кабель USB - Micro-USB с переходником MicroUSB - USB Type-C. Новинка выпускается в двух вариантах цветового оформления - серебристом и темно-синем. По мнению Samsung, изделие станет отличным дополнением к флагманским смартфонам Galaxy S8 и Galaxy S8+. Цена новинки - приблизительно 60 долларов США.

Другие интересные новости:

▪ Сверхмалогабаритная антенна для мобильных телефонов

▪ Великобритания построит больших подводных роботов

▪ MESO вместо КМОП

▪ ТВ-брелок MeegoPad T07

▪ Выращены квантовые точки для электроники будущего

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Компьютерные устройства. Подборка статей

▪ статья Казанские сироты. Крылатое выражение

▪ статья Что подразумевало НАСА, отправив к Юпитеру исследовательскую станцию Юнона? Подробный ответ

▪ статья Машинист холодильных установок. Должностная инструкция

▪ статья Четырехканальный стробоскоп. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Двухтональная электронная сирена. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026