Digitální měřič kapacity. Měření parametrů kondenzátorů Modely založené na dvoucestných expandérech: montáž a konfigurace

V elektrické obvody jsou použity kondenzátory odlišné typy. V první řadě se liší kapacitou. K určení tohoto parametru se používají speciální měřiče. Tato zařízení mohou být vyrobena s různými kontakty. Moderní modifikace se vyznačují vysokou přesností měření. Abyste si mohli vyrobit jednoduchý měřič kapacity kondenzátoru vlastníma rukama, musíte se seznámit s hlavními součástmi zařízení.

Jak měřič funguje?

Standardní modifikace obsahuje modul s expandérem. Údaje se zobrazují na displeji. Některé modifikace fungují na bázi reléového tranzistoru. Je schopen pracovat na různých frekvencích. Je však třeba poznamenat, že tato úprava není vhodná pro mnoho typů kondenzátorů.

Zařízení s nízkou přesností

Nízko přesný ESR měřič kapacity kondenzátoru si můžete vyrobit vlastními rukama pomocí modulu adaptéru. Nejprve se však použije expandér. Je vhodnější vybrat pro něj kontakty se dvěma polovodiči. Při výstupním napětí 5 V by proud neměl být větší než 2 A. K ochraně elektroměru před poruchami se používají filtry. Ladění by mělo být prováděno na frekvenci 50 Hz. V tomto případě by tester měl vykazovat odpor ne vyšší než 50 Ohmů. Někteří lidé mají problémy s vodivostí katody. V tomto případě by měl být modul vyměněn.

Popis vysoce přesných modelů

Při výrobě měřiče kapacity kondenzátoru vlastníma rukama by měl být výpočet přesnosti proveden na základě lineárního expandéru. Indikátor přetížení modifikace závisí na vodivosti modulu. Mnoho odborníků doporučuje vybrat pro model dipólový tranzistor. Především je schopen provozu bez tepelných ztrát. Za zmínku také stojí, že prezentované prvky se zřídka přehřívají. Stykač pro měřič lze použít s nízkou vodivostí.

Chcete-li vyrobit jednoduchý a přesný měřič kapacity kondenzátoru vlastními rukama, měli byste se postarat o tyristor. Uvedený prvek musí pracovat při napětí alespoň 5 V. Při vodivosti 30 mikronů přetížení v takových zařízeních zpravidla nepřesahuje 3 A. Používají se filtry různých typů. Měly by být instalovány za tranzistorem. Za zmínku také stojí, že displej lze připojit pouze přes kabelové porty. Pro nabíjení měřiče jsou vhodné 3W baterie.

Jak vyrobit model řady AVR?

Měřič kapacity kondenzátoru můžete vyrobit vlastníma rukama, AVR, pouze na základě proměnného tranzistoru. Nejprve se vybere stykač pro úpravu. Pro nastavení modelu byste měli okamžitě změřit výstupní napětí. Záporný odpor elektroměrů by neměl překročit 45 ohmů. Při vodivosti 40 mikronů je přetížení v přístrojích 4 A. Pro zajištění maximální přesnosti měření se používají komparátory.

Někteří odborníci doporučují volit pouze otevřené filtry. Nebojí se impulsního hluku ani při velkém zatížení. Stabilizátory tyčí jsou v poslední době velmi žádané. Pouze komparátory mřížky nejsou vhodné pro úpravu. Před zapnutím zařízení se provede měření odporu. Pro kvalitní modely tento parametr je přibližně 40 ohmů. V tomto případě však hodně záleží na frekvenci úprav.

Nastavení a sestavení modelu založeného na PIC16F628A

Vytvoření měřiče kapacity kondenzátoru vlastníma rukama pomocí PIC16F628A je docela problematické. Nejprve se pro montáž vybere otevřený transceiver. Modul lze použít jako nastavitelný typ. Někteří odborníci nedoporučují instalovat filtry s vysokou vodivostí. Před pájením modulu je zkontrolováno výstupní napětí.

Pokud je odpor zvýšený, doporučuje se vyměnit tranzistor. K překonání impulsního šumu se používají komparátory. Můžete také použít stabilizátory vodičů. Často se používají displeje typ textu. Měly by být instalovány prostřednictvím kanálových portů. Modifikace se konfiguruje pomocí testeru. Pokud jsou kapacitní parametry kondenzátorů příliš vysoké, vyplatí se vyměnit tranzistory s nízkou vodivostí.

Model pro elektrolytické kondenzátory

V případě potřeby si můžete vyrobit měřič kapacity pro elektrolytické kondenzátory vlastníma rukama. Modely obchodů tohoto typu se vyznačují nízkou vodivostí. Na stykačových modulech je provedeno mnoho úprav a pracují při napětí nejvýše 40 V. Jejich ochranný systém je třídy RK.

Za zmínku také stojí, že měřiče tohoto typu vyznačující se sníženou frekvencí. Jejich filtry jsou pouze přechodového typu, dokážou si efektivně poradit i s impulsním šumem harmonické vibrace. Pokud mluvíme o nevýhodách úprav, je důležité si uvědomit, že mají malé propustnost. V podmínkách vysoké vlhkosti fungují špatně. Odborníci také upozorňují na nekompatibilitu s drátovými stykači. Zařízení nelze použít v obvodech se střídavým proudem.

Úpravy pro polní kondenzátory

Zařízení pro polní kondenzátory se vyznačují sníženou citlivostí. Mnoho modelů je schopno pracovat z přímých stykačů. Nejčastěji se používají zařízení přechodového typu. Abyste mohli provést úpravu sami, musíte použít nastavitelný tranzistor. Filtry se instalují v sekvenčním pořadí. Pro testování měřiče se nejprve použijí malé kondenzátory. V tomto případě tester detekuje negativní odpor. Pokud je odchylka větší než 15 %, je nutné zkontrolovat výkon tranzistoru. Výstupní napětí na něm by nemělo přesáhnout 15 V.

2V zařízení

Při 2 V je výroba měřiče kapacity kondenzátoru pro vlastní potřebu poměrně jednoduchá. Nejprve odborníci doporučují připravit otevřený tranzistor s nízkou vodivostí. Je také důležité vybrat pro něj dobrý modulátor. Komparátory se obvykle používají s nízkou citlivostí. Ochranný systém mnoha modelů se používá v řadě KR na filtrech typu mesh. K překonání impulsních kmitů se používají stabilizátory vln. Za zmínku také stojí, že montáž modifikace zahrnuje použití třípinového expandéru. K nastavení modelu byste měli použít kontaktní tester a odpor by neměl být nižší než 50 Ohmů.

3V modifikace

Při skládání měřiče kapacity kondenzátoru vlastníma rukama můžete použít adaptér s expandérem. Vhodnější je zvolit tranzistor lineární typ. V průměru by vodivost měřiče měla být 4 mikrony. Před instalací filtrů je také důležité zajistit stykač. Mnoho modifikací zahrnuje také transceivery. Tyto prvky však nejsou schopny pracovat s polními kondenzátory. Jejich maximální kapacitní parametr je 4 pF. Ochranný systém modelů je třídy RK.

4V modely

Je povoleno sestavit měřič kapacity kondenzátoru vlastníma rukama pouze pomocí lineárních tranzistorů. Model bude také vyžadovat kvalitní expandér a adaptér. Podle odborníků je vhodnější používat filtry přechodového typu. Pokud uvažujeme o úpravách trhu, mohou využít dva expandéry. Modely pracují na frekvenci nepřesahující 45 Hz. Často se přitom mění jejich citlivost.

Pokud sestavíte jednoduchý měřič, lze stykač použít bez triody. Má nízkou vodivost, ale je schopen pracovat při velkém zatížení. Za zmínku také stojí, že úprava by měla obsahovat několik pólových filtrů, které budou věnovat pozornost harmonickým oscilacím.

Modifikace s expandérem s jednou křižovatkou

Výroba měřiče kapacity kondenzátoru vlastníma rukama na základě expandéru s jedním přechodem je poměrně jednoduchá. Nejprve se doporučuje vybrat pro úpravu modul s nízkou vodivostí. Parametr citlivosti by neměl být větší než 4 mV. Některé modely mají vážný problém s vodivostí. Obvykle se používají tranzistory vlnového typu. Při použití síťových filtrů se tyristor rychle zahřeje.

Vyhnout se podobné problémy, doporučuje se instalovat dva filtry najednou na síťové adaptéry. Na konci práce zbývá pouze připájet komparátor. Pro zlepšení výkonu modifikace jsou nainstalovány stabilizátory kanálů. Za zmínku také stojí, že existují zařízení založená na variabilních stykačích. Jsou schopny pracovat při frekvenci nepřesahující 50 Hz.

Modely založené na dvoucestných expandérech: montáž a konfigurace

Sestavit digitální kapacitní měřič kapacity na dvoucestných expandérech vlastníma rukama je docela jednoduché. Pro běžný provoz však vhodné pouze úpravy nastavitelné tranzistory. Za zmínku také stojí, že při montáži je třeba vybrat pulzní komparátory.

Displej pro zařízení je řádkového typu. V tomto případě lze port použít pro tři kanály. Pro řešení problémů se zkreslením v obvodu se používají filtry s nízkou citlivostí. Za zmínku také stojí, že úpravy musí být sestaveny pomocí diodových stabilizátorů. Model je konfigurován se záporným odporem 55 Ohmů.

Kondenzátory jsou velmi široce používány ve všech typech elektronických obvodů a neobejde se bez nich téměř žádný rádiový obvod. V tomto projektu budeme diskutovat o stavebních technikách digitální měřič pomocí kontejnerů mikrokontrolér PIC. Tento projekt dokáže měřit hodnoty kapacity od 1 nF do 99 uF (podle toho také měří pikofarady). Mikrokontrolér použitý v tomto projektu je PIC16F628A.

Obvod se skládá ze dvou částí, první část obvodu je uvedena níže:

Druhá část:

Výstupy druhé části z obvodu jsou připojeny k výstupům mikrokontroléru, podle označení na nich.

Tento měřič kapacity je založen na principu nabíjení kondenzátoru sériový odpor. Pokud známe dobu, za kterou se kondenzátor nabije na známé napětí, pak můžeme vyřešit tuto rovnici pro C se znalostí hodnoty R.

Když známe hodnotu odporu (v tomto případě je to 22K) a dobu nabíjení, můžeme nyní vyřešit rovnici kondenzátoru pro výpočet kapacity C. Toto je princip použitý v programu. Měření se spustí po stisknutí tlačítka měření. Naměřená kapacita se zobrazí na LCD displej. Pro napájení obvodu je potřeba 5V napájecí zdroj.

Firmware mikrokontroléru je napsán v jazyce C. Pro pro kompilátor PIC. Maximální hodnota měřitelné kapacity je 99,99 uF. Pokud je naměřená hodnota mimo rozsah, program zobrazí hlášení „Mimo rozsah.“ Je jasné, že mikrofarady budou měřit déle než piko nebo nanofarady.Přístroj je poměrně přesný a chyba je pouze 1 nF.

Poznámka: Vysokonapěťové kondenzátory je nutné před zahájením měření vybít vysokoodporovým rezistorem.

Příklady naměřených kapacit:

/C]

Pomocí tohoto měřiče kapacity můžete snadno změřit jakoukoli kapacitu od jednotek pF až po stovky mikrofaradů. Existuje několik metod měření kapacity. Tento projekt využívá metodu integrace.

Hlavní výhodou použití této metody je, že měření je založeno na měření času, které lze na MC provádět poměrně přesně. Tato metoda je velmi vhodná pro domácí měřič kapacity a lze ji také snadno implementovat na mikrokontroléru.

Princip činnosti měřiče kapacity

Hodnoty jsou vyjádřeny v jednotkách SI, t sekundách, R ohmech, C farad. Doba, za kterou napětí na kondenzátoru dosáhne hodnoty V C1, je přibližně vyjádřena následujícím vzorcem:

Z tohoto vzorce vyplývá, že čas t1 je úměrný kapacitě kondenzátoru. Proto lze kapacitu vypočítat z doby nabíjení kondenzátoru.

Systém

Vzorec 2 vyjadřuje čas potřebný k nabití kondenzátoru z 0 voltů. Je však obtížné pracovat s napětím blízkým nule z následujících důvodů:

• Napětí neklesne na 0 voltů.Úplné vybití kondenzátoru nějakou dobu trvá. To povede ke zvýšení doby měření.
• Čas potřebný mezi startynabíjení a spuštění časovače. To způsobí chybu měření. Pro AVR to není kritické, protože to vyžaduje pouze jeden hodinový cyklus.
• Svodový proud na analogovém vstupu. Podle datového listu AVR se únik proudu zvyšuje, když se vstupní napětí blíží nule voltů.

Aby se předešlo těmto potížím, byla použita dvě prahová napětí VC 1 (0,17 Vcc) a VC 2 (0,5 Vcc). Povrch PCB musí být čistý, aby se minimalizovaly svodové proudy. Potřebné napájecí napětí pro mikrokontrolér zajišťuje DC-DC měnič napájený 1,5VAA baterií. Místo DC-DC měniče je vhodné použít 9 PROTIbaterie a převodník 78 L05, nejlépeTakynevypínatBOD, jinak mohou nastat problémy s EEPROM.

Kalibrace

Chcete-li kalibrovat spodní rozsah: Pomocí tlačítka SW1. Dále připojte pin #1 a pin #3 na P1, vložte 1nF kondenzátor a stiskněte SW1.

Pro kalibraci vysokého rozsahu: Zavřete kolíky #4 a #6 konektoru P1, vložte kondenzátor 100nF a stiskněte SW1.

Nápis "E4" při zapnutí znamená, že kalibrační hodnota nebyla nalezena v EEPROM.

Používání

Automatický rozsah

Nabíjení začíná přes 3,3M rezistor. Pokud napětí na kondenzátoru nedosáhne 0,5 Vcc za méně než 130 mS (>57nF), kondenzátor se vybije a znovu nabije, ale přes odpor 3,3 kOhm. Pokud napětí na kondenzátoru nedosáhne 0,5 Vcc za 1 sekundu (>440µF), objeví se nápis „E2“. Při měření času se vypočítá a zobrazí kapacita. Poslední segment zobrazuje rozsah měření (pF, nF, µF).

Svorka

Jako svorku můžete použít část zásuvky. Při měření malých kapacit (jednotky pikofaradů) je použití dlouhých vodičů nežádoucí.

Tento kapacitní měřič může měřit kapacitu kondenzátorů s rozlišením 1 pF na spodní hranici rozsahu. Maximální naměřená kapacita je 10000 µF. Skutečná přesnost není známa, ale lineární chyba je maximálně 0,5 % a obvykle menší než 0,1 % (získáno měřením několika paralelně zapojených kondenzátorů). Největší potíže vznikají při měření velkokapacitních elektrolytických kondenzátorů.

Kapacitní měřič pracuje v režimu automatické volby mezí měření, nebo v dolním či horním kapacitním rozsahu nuceně. Zařízení má dvě různé meze měření, které realizují dvě měření pro stejný kondenzátor. Díky tomu je možné zkontrolovat přesnost měření a zjistit, zda je měřená část skutečně kondenzátorem. Při této metodě vykazují elektrolyty svou charakteristickou nelinearitu, dávají různé významy při různých mezích měření.

Měřič kapacity má systém menu, který mimo jiné umožňuje kalibrovat nulovou hodnotu a kapacitu 1 µF. Kalibrace je uložena v EEPROM.

Pro projekt byl vybrán jeden z nejmenších čipů, Atmega8. Obvod je napájen 9V baterií přes lineární regulátor 7805.

Zařízení může pracovat ve třech režimech: měření v dolním rozsahu, v horním rozsahu a ve vybíjecím režimu. Tyto režimy jsou určeny stavem pinů ovladače PD5 a PD6. Při vybíjení má PD6 log. 0 a kondenzátor se vybije přes rezistor R7 (220 Ohm). V horním rozsahu měření má PD5 log. 1, nabíjení kondenzátoru přes R8 (1,8K) a PD6 je ve stavu Z, aby umožnil analogovému komparátoru porovnat napětí. V dolním rozsahu měření je PD5 také ve stavu Z a kondenzátor se nabíjí pouze přes R6 (1,8 MΩ).

Jako indikátor lze použít jakýkoli 16x2 znakový displej na ovladači HD44780. Rozložení konektoru displeje je znázorněno na tomto obrázku:

Zařízení je sestaveno na prkénko a umístěno v jednoduchém obdélníku plastový obal. Kryt pouzdra má vyříznuté otvory pro indikátor, tlačítko a LED, které jsou zajištěny tavným lepidlem:

Program měření kapacity

Zařízení může používat ovladače rodiny atmega8 a atmega48/88/168. Při výměně ovladače v programu je třeba změnit řádek zodpovědný za konfiguraci časovače konkrétního ovladače.

Jedná se o jednoduchý měřič kapacity. Existuje několik metod měření kapacity, například pomocí odporového můstku nebo měření výchylky magnetické střelky. V poslední době typické kapacitní měřiče měří kapacitu a některé doplňkové vlastnosti měření vektoru proudu jeho aplikováním na měřenou kapacitu střídavé napětí. Některé jednoduché kapacitní měřiče využívají integrační metodu, měřící krátkodobou přechodovou odezvu RC obvodu. Existují hotové sady pro sestavení měřičů kapacity, které tuto metodu implementují.

Tento projekt využívá metodu integrace. Výhodou této metody je, že výsledek lze snadno získat okamžitě v digitální podobě, protože metoda je založena na měření časových intervalů, není potřeba přesný analogový obvod, měřidlo lze snadno zkalibrovat pomocí mikrokontroléru. Proto je metoda integrace nejvhodnější pro ručně vyrobený měřič kapacity.

Proces přechodu

Jev, který nastává, dokud se po změně stavu nestabilizuje stav obvodu, se nazývá přechodný proces. Přechodový proces je jedním ze základních jevů v pulzních obvodech. Když se spínač na obrázku 1a otevře, kondenzátor C se nabije přes odpor R a napětí Vc se změní, jak je znázorněno na obrázku 1b. Pro změnu stavu obvodu na obrázku 1a je také možné změnit emf E, místo použití přepínače budou obě metody ekvivalentní. Závislost napětí Vc na čase t vyjadřuje vzorec.

(1)

Rozměry veličin: t - sekundy, R - Ohmy, C - Farady, číslo - e, přibližně 2,72. když napětí Vc dosáhne určité hodnoty Vc1, lze čas t1 vyjádřit vzorcem:

(2)

To znamená, že čas t1 je úměrný C. Kapacita tak může být vypočtena z doby nabíjení a dalších pevných parametrů.

Hardware

K měření doby nabíjení potřebujete pouze napěťový komparátor, čítač a nějakou propojovací logiku. Mikrokontrolér (AT90S2313) použitý v tomto projektu však usnadňuje implementaci. Nejprve jsem si myslel, že analogový komparátor v AVR regulátorech je zbytečný, ale zjistil jsem, že signál z výstupu komparátoru lze přivést na vstup klopného obvodu TC1. Pro náš případ je to skvělá příležitost.

Integrační obvod lze zjednodušit, jak je znázorněno na schématu zařízení. Referenční napětí je tvořeno odporovým děličem. Na první pohled se zdá, že použití děliče činí výsledek nestabilním vůči změnám napájecího napětí, ale doba nabíjení nezávisí na napájecím napětí. Pomocí vzorce (2) lze zjistit, že napětí lze obecně nahradit parametrem Vc1/E, který závisí pouze na poměru odporů děliče. IC časovače NE555 využívá této výhody. Napájecí napětí musí být během měření samozřejmě stabilní.

Vzhledem k základním principům lze při měření kapacity použít pouze jedno referenční napětí. Použití vstupního napětí blízkého nule je však problematické z následujících důvodů.

• Napětí nikdy neklesne na nulu. Napětí na kondenzátoru nemůže klesnout na 0 voltů. Vybití kondenzátoru na dostatečně nízkou úroveň napětí, aby bylo možné provádět měření, nějakou dobu trvá. Tím se prodlouží interval měření. Pokles napětí na vybíjecím spínači také zvýší tento efekt.
• Mezi začátkem nabíjení a spuštěním časovače je čas. To může způsobit chybu měření. To lze na AVR ignorovat, protože k tomu potřebují pouze jeden hodinový cyklus. Na jiných ovladačích možná budete muset tento problém vyřešit.
• Svodový proud v analogovém obvodu. Podle specifikace AVR se svodový proud na analogových vstupech zvyšuje, když se napětí na nich blíží nule. To může způsobit chybu měření.

Aby se zabránilo použití napětí blízkého nule, použijí se dvě referenční napětí Vc1 (0,17 Vcc) a Vc2 (0,5 Vcc) a změří se rozdíl v časových intervalech t2-t1 (0,5RC). Tím se zabrání výše uvedeným problémům a kompenzuje se také zpoždění komparátoru. Tištěný spoj zařízení musí být udržována v čistotě, aby se minimalizoval únik proudu přes povrch.

Napájecí napětí je generováno měničem napájeným z 1,5V baterie. Klíčový napájecí zdroj není použitelný pro měřicí obvod, i když se zdá, že obvod nepodléhá kolísání napětí, protože v napájecím obvodu jsou použity dva filtry . Doporučuji použít 9V baterii s 5V stabilizátorem 78místo toho L05, a nevypínejte funkci BOD, jinak budete trpět poškozením dat v energeticky nezávislé paměti ovladače.

Promoce

Kalibrace dolního rozsahu: Nejprve nastavte 0 tlačítkem SW1. Poté připojte přesný kondenzátor 1nF, zkratujte piny #1 a #3 z P1 a stiskněte tlačítko SW1.

Pro kalibraci vysokého rozsahu: připojte přesný kondenzátor o kapacitě 100 nF, uzavřete piny #4 a #6 konektoru P1, stiskněte tlačítko SW1.

„E4“ při zapnutí znamená, že kalibrační hodnota v energeticky nezávislé paměti je poškozena. Tato zpráva se nikdy nezobrazí, pokud již byla provedena kalibrace. Pokud jde o nastavení nuly, tato hodnota se nezapisuje do energeticky nezávislé paměti a musí být resetována při každém zapnutí a před každým měřením.

Používání

Automatické přepínání rozsahů

Proces měření začíná v intervalech 500 milisekund od okamžiku připojení měřené kapacity. Měření začíná od spodního rozsahu (3,3 mOhm). Pokud napětí kondenzátoru nedosáhne 0,5 Vcc během 130 milisekund (>57 nF), kondenzátor se vybije a měření se restartuje ve vysokém rozsahu (3,3 kOhm). Pokud napětí kondenzátoru nedosáhne 0,5 Vcc během 1 sekundy (>440 µF), měření se zruší a zobrazí se zpráva „E2“. V případě, že je naměřena platná hodnota času, je kapacita vypočtena a zobrazena. Hodnota kapacity se zobrazuje tak, že se na displeji zobrazují pouze první tři číslice zleva. Tím se automaticky zvolí dva měřicí rozsahy a tři rozsahy zobrazení.