Capacimètre numérique. Mesure des paramètres des condensateurs Modèles basés sur des expanseurs à deux jonctions : assemblage et configuration

DANS circuits électriques des condensateurs sont utilisés différents types. Tout d’abord, leur capacité diffère. Afin de déterminer ce paramètre, des compteurs spéciaux sont utilisés. Ces appareils peuvent être réalisés avec différents contacts. Les modifications modernes se distinguent par une précision de mesure élevée. Afin de fabriquer de vos propres mains un simple capacimètre à condensateur, vous devez vous familiariser avec les principaux composants de l'appareil.

Comment fonctionne le compteur ?

La modification standard comprend un module avec un extenseur. Les données sont affichées sur l'écran. Certaines modifications fonctionnent sur la base d'un transistor relais. Il est capable de fonctionner à différentes fréquences. Cependant, il convient de noter que cette modification ne convient pas à de nombreux types de condensateurs.

Appareils de faible précision

Vous pouvez créer de vos propres mains un compteur ESR de faible précision pour la capacité du condensateur à l'aide d'un module adaptateur. Cependant, l'expandeur est utilisé en premier. Il est plus judicieux de sélectionner des contacts avec deux semi-conducteurs. Avec une tension de sortie de 5 V, le courant ne doit pas dépasser 2 A. Des filtres sont utilisés pour protéger le compteur des pannes. Le réglage doit être effectué à une fréquence de 50 Hz. Dans ce cas, le testeur doit afficher une résistance ne dépassant pas 50 Ohms. Certaines personnes ont des problèmes de conductivité cathodique. Dans ce cas, le module doit être remplacé.

Description des modèles de haute précision

Lorsque vous fabriquez un capacimètre à condensateur de vos propres mains, le calcul de la précision doit être effectué sur la base d'un expanseur linéaire. L'indicateur de surcharge de la modification dépend de la conductivité du module. De nombreux experts conseillent de choisir un transistor dipolaire pour le modèle. Tout d’abord, il est capable de fonctionner sans perte de chaleur. Il convient également de noter que les éléments présentés surchauffent rarement. Un contacteur pour le compteur peut être utilisé avec une faible conductivité.

Pour fabriquer de vos propres mains un capacimètre à condensateur simple et précis, vous devez prendre soin d'un thyristor. L'élément spécifié doit fonctionner à une tension d'au moins 5 V. Avec une conductivité de 30 microns, la surcharge dans de tels appareils ne dépasse généralement pas 3 A. Des filtres sont utilisés de différents types. Ils doivent être installés après le transistor. Il convient également de noter que l'écran ne peut être connecté que via des ports filaires. Pour charger le compteur, des piles de 3 W conviennent.

Comment réaliser un modèle de la série AVR ?

Vous pouvez fabriquer un capacimètre à condensateur de vos propres mains, AVR, uniquement sur la base d'un transistor variable. Tout d'abord, un contacteur est sélectionné pour modification. Pour configurer le modèle, vous devez immédiatement mesurer la tension de sortie. La résistance négative des compteurs ne doit pas dépasser 45 ohms. Avec une conductivité de 40 microns, la surcharge dans les appareils est de 4 A. Pour assurer une précision de mesure maximale, des comparateurs sont utilisés.

Certains experts recommandent de choisir uniquement des filtres ouverts. Ils n'ont pas peur des bruits impulsifs, même sous de lourdes charges. Les stabilisateurs de poteaux ont récemment été très demandés. Seuls les comparateurs de grille ne peuvent pas être modifiés. Avant d'allumer l'appareil, une mesure de résistance est effectuée. Pour des modèles de qualité ce paramètre est d'environ 40 ohms. Cependant, dans ce cas, tout dépend de la fréquence des modifications.

Mise en place et assemblage d'un modèle basé sur PIC16F628A

Fabriquer un capacimètre à condensateur de vos propres mains à l'aide du PIC16F628A est assez problématique. Tout d'abord, un émetteur-récepteur ouvert est sélectionné pour l'assemblage. Le module peut être utilisé comme un type réglable. Certains experts déconseillent l'installation de filtres à haute conductivité. Avant de souder le module, la tension de sortie est vérifiée.

Si la résistance augmente, il est recommandé de remplacer le transistor. Afin de surmonter le bruit impulsif, des comparateurs sont utilisés. Vous pouvez également utiliser des stabilisateurs de conducteur. Les écrans sont souvent utilisés type de texte. Ils doivent être installés via les ports de canal. La modification est configurée à l'aide d'un testeur. Si les paramètres de capacité des condensateurs sont trop élevés, il vaut la peine de remplacer les transistors à faible conductivité.

Modèle pour condensateurs électrolytiques

Si nécessaire, vous pouvez fabriquer de vos propres mains un capacimètre pour condensateurs électrolytiques. Les modèles de magasin de ce type se distinguent par une faible conductivité. De nombreuses modifications sont apportées aux modules contacteurs et fonctionnent à une tension ne dépassant pas 40 V. Leur système de protection est de classe RK.

Il convient également de noter que les compteurs de ce genre caractérisé par une fréquence réduite. Leurs filtres sont uniquement du type transition, ils sont capables de gérer efficacement le bruit impulsionnel, ainsi que vibrations harmoniques. Si nous parlons des inconvénients des modifications, il est important de noter qu'elles ont un petit débit. Ils fonctionnent mal dans des conditions d’humidité élevée. Les experts soulignent également une incompatibilité avec les contacteurs filaires. Les appareils ne peuvent pas être utilisés dans des circuits à courant alternatif.

Modifications pour les condensateurs de terrain

Les dispositifs pour condensateurs de champ se caractérisent par une sensibilité réduite. De nombreux modèles sont capables de fonctionner à partir de contacteurs en ligne droite. Les appareils sont le plus souvent utilisés de type transitionnel. Afin de réaliser la modification vous-même, vous devez utiliser un transistor réglable. Les filtres sont installés dans un ordre séquentiel. Pour tester le compteur, de petits condensateurs sont d'abord utilisés. Dans ce cas, le testeur détecte une résistance négative. Si l'écart est supérieur à 15 %, il est nécessaire de vérifier les performances du transistor. La tension de sortie ne doit pas dépasser 15 V.

Appareils 2V

À 2 V, un capacimètre à condensateur DIY est assez simple à réaliser. Tout d'abord, les experts recommandent de préparer un transistor ouvert à faible conductivité. Il est également important de choisir un bon modulateur. Les comparateurs sont généralement utilisés avec une faible sensibilité. Le système de protection de nombreux modèles est utilisé dans la série KR sur les filtres à mailles. Pour surmonter les oscillations impulsionnelles, des stabilisateurs d'ondes sont utilisés. Il convient également de noter que l'assemblage de la modification implique l'utilisation d'une rallonge à trois broches. Pour configurer le modèle, vous devez utiliser un testeur de contact et la résistance ne doit pas être inférieure à 50 Ohms.

modifications 3V

Lorsque vous pliez un capacimètre à condensateur de vos propres mains, vous pouvez utiliser un adaptateur avec un extenseur. Il est plus judicieux de sélectionner un transistor type linéaire. En moyenne, la conductivité du compteur doit être de 4 microns. Il est également important de sécuriser le contacteur avant d'installer les filtres. De nombreuses modifications incluent également des émetteurs-récepteurs. Cependant, ces éléments ne sont pas capables de fonctionner avec des condensateurs de champ. Leur paramètre de capacité maximale est de 4 pF. Le système de protection des modèles est de classe RK.

Modèles 4 V

Il est permis d'assembler un capacimètre à condensateur de vos propres mains uniquement en utilisant des transistors linéaires. Le modèle nécessitera également un extenseur et un adaptateur de haute qualité. Selon les experts, il est préférable d'utiliser des filtres de type transitionnel. Si l'on considère les modifications du marché, ils peuvent utiliser deux extensions. Les modèles fonctionnent à une fréquence ne dépassant pas 45 Hz. Dans le même temps, leur sensibilité change souvent.

Si vous assemblez un simple compteur, le contacteur peut être utilisé sans triode. Il a une faible conductivité, mais est capable de fonctionner sous de lourdes charges. Il convient également de noter que la modification devrait inclure plusieurs filtres polaires qui prêteront attention aux oscillations harmoniques.

Modifications avec un seul extenseur de jonction

Fabriquer un capacimètre à condensateur de vos propres mains basé sur un expanseur à jonction unique est assez simple. Tout d'abord, il est recommandé de sélectionner un module à faible conductivité pour modification. Le paramètre de sensibilité ne doit pas dépasser 4 mV. Certains modèles ont un sérieux problème de conductivité. Les transistors sont généralement utilisés du type onde. Lors de l'utilisation de filtres à mailles, le thyristor chauffe rapidement.

Éviter problèmes similaires, il est recommandé d'installer deux filtres à la fois sur les adaptateurs maillé. A la fin des travaux, il ne reste plus qu'à souder le comparateur. Pour améliorer les performances de la modification, des stabilisateurs de canal sont installés. Il convient également de noter qu'il existe des dispositifs basés sur des contacteurs variables. Ils sont capables de fonctionner à une fréquence ne dépassant pas 50 Hz.

Modèles basés sur des extenseurs à deux jonctions : assemblage et configuration

Il est assez simple d'assembler de vos propres mains un capacimètre à condensateur numérique sur des extenseurs à deux jonctions. Cependant, pour le fonctionnement normal des modifications, seuls les transistors réglables. Il convient également de noter que lors du montage, vous devez sélectionner des comparateurs d'impulsions.

L'affichage de l'appareil est du type ligne. Dans ce cas, le port peut être utilisé pour trois canaux. Pour résoudre les problèmes de distorsion dans le circuit, des filtres faible sensibilité sont utilisés. Il convient également de noter que les modifications doivent être assemblées à l'aide de stabilisateurs à diode. Le modèle est configuré avec une résistance négative de 55 Ohms.

Les condensateurs sont très largement utilisés dans tous types de circuits électroniques et quasiment aucun circuit radio ne peut s'en passer. Dans ce projet, nous discuterons des techniques de construction compteur numérique conteneurs utilisant microcontrôleur PIC. Ce projet peut mesurer des valeurs de capacité de 1 nF à 99 uF (il mesure donc également les picofarads). Le microcontrôleur utilisé dans ce projet est le PIC16F628A.

Le circuit se compose de deux parties, la première partie du circuit est présentée ci-dessous :

Deuxième partie:

Les sorties de la deuxième partie du circuit sont connectées aux sorties du microcontrôleur, selon les désignations qui y figurent.

Ce capacimètre est basé sur le principe de charge d'un condensateur via résistance série. Si nous connaissons le temps nécessaire au condensateur pour se charger jusqu'à une tension connue, alors nous pouvons résoudre cette équation pour C connaissant la valeur de R.

Connaissant la valeur de la résistance (dans ce cas il s'agit de 22K) et le temps de charge, nous pouvons maintenant résoudre l'équation du condensateur pour calculer la capacité C. C'est le principe utilisé dans le programme. La mesure démarre lorsque le bouton de mesure est enfoncé. La capacité mesurée est affichée sur affichage LCD. Pour alimenter le circuit, une alimentation 5V est nécessaire.

Le firmware du microcontrôleur est écrit en C. Pro pour le compilateur PIC. La valeur maximale de capacité mesurable est de 99,99 uF. Le programme affiche le message "Hors plage" si la valeur mesurée est hors plage. Il est clair que les microfarads prendront plus de temps à mesurer que les pico ou les nanofarads. L'appareil est assez précis et l'erreur n'est que de 1 nF.

Note: Les condensateurs haute tension doivent être déchargés avec une résistance haute résistance avant de commencer les mesures.

Exemples de capacités mesurées :

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Avec ce capacimètre, vous pouvez facilement mesurer n'importe quelle capacité depuis des unités de pF jusqu'à des centaines de microfarads. Il existe plusieurs méthodes pour mesurer la capacité. Ce projet utilise la méthode d'intégration.

Le principal avantage de cette méthode est que la mesure est basée sur une mesure du temps, qui peut être effectuée de manière assez précise sur un MC. Cette méthode est très adaptée à un capacimètre fait maison, et elle peut également être facilement implémentée sur un microcontrôleur.

Principe de fonctionnement d'un capacimètre

Les valeurs sont exprimées en unités SI, t secondes, R ohms, C farads. Le temps pendant lequel la tension sur le condensateur atteint la valeur V C1 est exprimé approximativement par la formule suivante :

De cette formule il résulte que le temps t1 est proportionnel à la capacité du condensateur. La capacité peut donc être calculée à partir du temps de charge du condensateur.

Schème

La formule 2 exprime le temps nécessaire pour charger le condensateur à partir de 0 volt. Cependant, il est difficile de travailler avec une tension proche de zéro pour les raisons suivantes :

• La tension ne descend pas jusqu'à 0 volt. Il faut du temps pour que le condensateur se décharge complètement. Cela entraînera une augmentation des temps de mesure.
• Temps requis entre les démarragescharger et démarrer la minuterie. Cela entraînera une erreur de mesure. Pour AVR, ce n'est pas critique car cela ne nécessite qu'un seul cycle d'horloge.
• Courant de fuite à l'entrée analogique. Selon la fiche technique de l'AVR, les fuites de courant augmentent lorsque la tension d'entrée est proche de zéro volt.

Pour éviter ces difficultés, deux tensions de seuil VC 1 (0,17 Vcc) et VC 2 (0,5 Vcc) ont été utilisées. La surface du PCB doit être propre pour minimiser les courants de fuite. La tension d'alimentation requise pour le microcontrôleur est fournie par un convertisseur DC-DC alimenté par une batterie de 1,5 VAA. Au lieu d'un convertisseur DC-DC, il est conseillé d'utiliser 9 Vbatterie et convertisseur 78 L05, de préférenceAussiNe pas eteindreDBO, sinon des problèmes pourraient survenir avec EEPROM.

Étalonnage

Pour calibrer la plage inférieure : En utilisant le bouton SW1. Ensuite, connectez la broche n°1 et la broche n°3 sur P1, insérez un condensateur 1nF et appuyez sur SW1.

Pour calibrer la gamme haute : Fermez les broches n°4 et n°6 du connecteur P1, insérez un condensateur de 100 nF et appuyez sur SW1.

L'inscription "E4" lorsqu'elle est allumée signifie que la valeur d'étalonnage n'a pas été trouvée dans l'EEPROM.

Usage

Télémétrie automatique

La charge commence via une résistance de 3,3 M. Si la tension sur le condensateur n'atteint pas 0,5 Vcc en moins de 130 mS (>57nF), le condensateur est déchargé et rechargé, mais à travers une résistance de 3,3 kOhm. Si la tension sur le condensateur n'atteint pas 0,5 Vcc en 1 seconde (>440µF), l'inscription « E2 ». Lorsque le temps est mesuré, la capacité est calculée et affichée. Le dernier segment affiche la plage de mesure (pF, nF, µF).

Serrer

Vous pouvez utiliser une partie d'une douille comme pince. Lors de la mesure de petites capacités (unités de picofarads), l'utilisation de fils longs n'est pas souhaitable.

Ce capacimètre peut mesurer la capacité des condensateurs avec une résolution de 1 pF à l'extrémité inférieure de la plage. La capacité maximale mesurée est de 10 000 µF. La précision réelle est inconnue, mais l'erreur linéaire est inférieure à 0,5 % maximum et généralement inférieure à 0,1 % (obtenue en mesurant plusieurs condensateurs connectés en parallèle). Les plus grandes difficultés surviennent lors de la mesure de condensateurs électrolytiques de grande capacité.

Le capacimètre fonctionne en mode de sélection automatique des limites de mesure, ou de force dans la plage de capacité inférieure ou supérieure. L'appareil dispose de deux limites de mesure différentes, réalisant deux mesures pour le même condensateur. Cela permet de vérifier l'exactitude de la mesure et de savoir si la pièce mesurée est réellement un condensateur. Avec cette méthode, les électrolytes présentent leur non-linéarité caractéristique, donnant différentes significationsà différentes limites de mesure.

Le capacimètre dispose d'un système de menus qui vous permet, entre autres, de calibrer la valeur zéro et la capacité de 1 µF. L'étalonnage est stocké dans l'EEPROM.

L'une des plus petites puces, Atmega8, a été choisie pour le projet. Le circuit est alimenté par une pile 9V via un régulateur linéaire 7805.

L'appareil peut fonctionner selon trois modes : mesure dans la plage inférieure, dans la plage supérieure et en mode décharge. Ces modes sont déterminés par l'état des broches PD5 et PD6 du contrôleur. Pendant la décharge, PD6 a un journal. 0 et le condensateur est déchargé à travers la résistance R7 (220 Ohm). Dans la plage de mesure supérieure, PD5 a un journal. 1, chargeant le condensateur via R8 (1,8K) et PD6 est à l'état Z pour permettre au comparateur analogique de comparer la tension. Dans la plage de mesure inférieure, PD5 est également à l'état Z et le condensateur n'est chargé que via R6 (1,8 MΩ).

N'importe quel affichage de caractères 16x2 sur le contrôleur HD44780 peut être utilisé comme indicateur. La disposition du connecteur d'affichage est illustrée dans cette figure :

L'appareil est assemblé sur une maquette et placé dans un simple rectangle boite en plastique. Le couvercle du boîtier comporte des trous découpés pour l'indicateur, le bouton et la LED, qui sont fixés avec de la colle thermofusible :

Programme de capacimètre

L'appareil peut utiliser les contrôleurs des familles atmega8 et atmega48/88/168. Lors du remplacement d'un contrôleur dans le programme, vous devez modifier la ligne responsable de la configuration de la minuterie d'un contrôleur spécifique.

Il s’agit d’un simple capacimètre. Il existe plusieurs méthodes pour mesurer la capacité, par exemple en utilisant un pont de résistance ou en mesurant la déflexion d'une aiguille magnétique. Récemment, les capacimètres typiques mesurent la capacité et certains caractéristiques supplémentaires mesurer le vecteur courant en l'appliquant à la capacité mesurée Tension alternative. Certains capacimètres simples utilisent la méthode d'intégration, mesurant la réponse transitoire à court terme du circuit RC. Il existe des kits prêts à l'emploi pour assembler des capacimètres qui mettent en œuvre cette méthode.

Ce projet utilise la méthode d'intégration. L'avantage de cette méthode est que le résultat peut facilement être obtenu immédiatement sous forme numérique, car la méthode est basée sur la mesure d'intervalles de temps, un circuit analogique précis n'est pas nécessaire, le compteur peut facilement être calibré à l'aide d'un microcontrôleur. Ainsi, la méthode d’intégration est la plus adaptée à un capacimètre fabriqué à la main.

Processus de transition

Un phénomène qui se produit jusqu'à ce que l'état du circuit se stabilise après un changement d'état est appelé processus transitoire. Le processus transitoire est l'un des phénomènes fondamentaux dans les circuits à impulsions. Lorsque l'interrupteur de la figure 1a s'ouvre, le condensateur C se chargera à travers la résistance R et la tension Vc changera comme le montre la figure 1b. Pour changer l'état du circuit de la figure 1a, il est également possible de changer la force électromotrice E, au lieu d'utiliser un interrupteur, les deux méthodes seront équivalentes. La dépendance de la tension Vc sur le temps t est exprimée par la formule.

(1)

Dimensions des quantités : t - secondes, R - Ohms, C - Farads, nombre - e, environ 2,72. lorsque la tension Vc atteint une certaine valeur Vc1, le temps t1 peut être exprimé par la formule :

(2)

Cela signifie que le temps t1 est proportionnel à C. Ainsi, la capacité peut être calculée à partir du temps de charge et d'autres paramètres fixes.

Matériel

Pour mesurer le temps de charge, vous n'avez besoin que d'un comparateur de tension, d'un compteur et d'une logique d'interconnexion. Cependant, le microcontrôleur (AT90S2313) utilisé dans ce projet facilite la mise en œuvre. Au début, je pensais que le comparateur analogique des contrôleurs AVR était inutile, mais j'ai découvert que le signal de la sortie du comparateur pouvait être appliqué à l'entrée de la bascule TC1. C’est une excellente opportunité pour notre cas.

Le circuit intégrateur peut être simplifié comme indiqué dans le schéma du dispositif. La tension de référence est créée par un diviseur résistif. À première vue, il semble que l'utilisation d'un diviseur rend le résultat instable aux changements de tension d'alimentation, mais le temps de charge ne dépend pas de la tension d'alimentation. En utilisant la formule (2), vous constaterez que la tension peut généralement être remplacée par le paramètre Vc1/E, qui dépend uniquement du rapport des résistances du diviseur. Le circuit intégré de minuterie NE555 profite de cet avantage. Bien entendu, la tension d'alimentation doit être stable pendant la mesure.

En raison de principes fondamentaux, une seule tension de référence peut être utilisée lors de la mesure de la capacité. Cependant, l’utilisation d’une tension d’entrée proche de zéro est problématique pour les raisons suivantes.

• La tension ne chutera jamais à zéro volt. La tension aux bornes du condensateur ne peut pas descendre jusqu'à 0 volt. Il faut du temps pour décharger le condensateur jusqu'à un niveau de tension suffisamment bas pour permettre les mesures. Cela augmentera l'intervalle de mesure. La chute de tension aux bornes du commutateur de décharge augmentera également cet effet.
• Il y a un temps entre le début de la charge et le début du minuteur. Cela peut entraîner une erreur de mesure. Cela peut être ignoré sur les AVR car ils ne nécessitent qu'un seul cycle d'horloge pour ce faire. Sur d'autres contrôleurs, vous devrez peut-être résoudre ce problème.
• Courant de fuite dans un circuit analogique. Selon la spécification AVR, le courant de fuite au niveau des entrées analogiques augmente lorsque la tension à leurs bornes est proche de zéro. Cela peut entraîner une erreur de mesure.

Pour éviter d'utiliser une tension proche de zéro, deux tensions de référence Vc1 (0,17 Vcc) et Vc2 (0,5 Vcc) sont utilisées et la différence des intervalles de temps t2-t1 (0,5RC) est mesurée. Cela évite les problèmes ci-dessus et le retard du comparateur est également compensé. Circuit imprimé les appareils doivent être maintenus propres pour minimiser les fuites de courant à travers la surface.

La tension d'alimentation est générée par un convertisseur alimenté par une batterie de 1,5 volt. L'alimentation principale n'est pas applicable pour le circuit de mesure, bien qu'en apparence il semble que le circuit ne soit pas soumis à des fluctuations de tension, puisque deux filtres sont utilisés dans le circuit d'alimentation. . Je recommande d'utiliser une pile de 9 volts avec un stabilisateur de 5 volts 78L05 à la place, et ne désactivez pas la fonction BOD, sinon vous souffrirez d'une corruption des données dans la mémoire non volatile du contrôleur.

L'obtention du diplôme

Pour calibrer la plage basse : Tout d'abord, réglez 0 avec le bouton SW1. Connectez ensuite un condensateur de précision 1nF, court-circuitez les broches n°1 et n°3 de P1 et appuyez sur le bouton SW1.

Pour calibrer la gamme haute : connectez un condensateur de précision d'une capacité de 100 nF, fermez les broches #4 et #6 du connecteur P1, appuyez sur le bouton SW1.

« E4 » lorsqu'il est allumé signifie que la valeur d'étalonnage dans la mémoire non volatile est endommagée. Ce message ne s'affichera jamais si l'étalonnage a déjà été effectué. Quant à la mise à zéro, cette valeur n'est pas écrite en mémoire non volatile et doit être réinitialisée à chaque mise sous tension et avant chaque mesure.

Usage

Changement de gamme automatique

Le processus de mesure démarre à intervalles de 500 millisecondes à partir du moment où la capacité mesurée est connectée. La mesure commence à partir de la plage inférieure (3,3 mOhm). Si la tension du condensateur n'atteint pas 0,5 Vcc en 130 millisecondes (>57 nF), le condensateur se décharge et la mesure redémarre dans la plage haute (3,3 kOhm). Si la tension du condensateur n'atteint pas 0,5 Vcc en 1 seconde (>440 µF), la mesure est annulée et le message « E2 » s'affiche. Si la valeur de temps valide est mesurée, la capacité est calculée et affichée. La valeur de capacité est affichée de telle manière que seuls les trois premiers chiffres en partant de la gauche s'affichent à l'écran. Celui-ci sélectionne automatiquement deux plages de mesure et trois plages d'affichage.