เครื่องวัดความจุไฟฟ้าแบบดิจิตอล การวัดพารามิเตอร์ตัวเก็บประจุ โมเดลที่ใช้ตัวขยายแบบสองทางแยก: การประกอบและการกำหนดค่า

ใน วงจรไฟฟ้ามีการใช้ตัวเก็บประจุ ประเภทต่างๆ. ประการแรก ความจุต่างกัน เพื่อกำหนดพารามิเตอร์นี้จะใช้มิเตอร์พิเศษ อุปกรณ์เหล่านี้สามารถผลิตได้ด้วยหน้าสัมผัสที่แตกต่างกัน การปรับเปลี่ยนสมัยใหม่มีความโดดเด่นด้วยความแม่นยำในการวัดสูง ในการสร้างเครื่องวัดความจุตัวเก็บประจุแบบง่าย ๆ ด้วยมือของคุณเองคุณต้องทำความคุ้นเคยกับส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์

มิเตอร์ทำงานอย่างไร?

การปรับเปลี่ยนมาตรฐานประกอบด้วยโมดูลที่มีตัวขยาย ข้อมูลจะแสดงบนจอแสดงผล การปรับเปลี่ยนบางอย่างทำงานบนพื้นฐานของทรานซิสเตอร์รีเลย์ สามารถทำงานที่ความถี่ต่างๆ ได้ อย่างไรก็ตามเป็นที่น่าสังเกตว่าการดัดแปลงนี้ไม่เหมาะกับตัวเก็บประจุหลายประเภท

อุปกรณ์ที่มีความแม่นยำต่ำ

คุณสามารถสร้างมิเตอร์ความจุตัวเก็บประจุ ESR ที่มีความแม่นยำต่ำได้ด้วยมือของคุณเองโดยใช้โมดูลอะแดปเตอร์ อย่างไรก็ตาม จะใช้ตัวขยายก่อน เป็นการสมควรมากกว่าที่จะเลือกรายชื่อผู้ติดต่อด้วยเซมิคอนดักเตอร์สองตัว ด้วยแรงดันเอาต์พุต 5 V กระแสไม่ควรเกิน 2 A. ตัวกรองใช้เพื่อป้องกันมิเตอร์จากความล้มเหลว การปรับจูนควรทำที่ความถี่ 50 Hz ในกรณีนี้ผู้ทดสอบควรแสดงความต้านทานไม่สูงกว่า 50 โอห์ม บางคนมีปัญหาเกี่ยวกับการนำแคโทด ในกรณีนี้ ควรเปลี่ยนโมดูล

คำอธิบายของโมเดลความแม่นยำสูง

เมื่อสร้างเครื่องวัดความจุของตัวเก็บประจุด้วยมือของคุณเองควรทำการคำนวณความแม่นยำตามตัวขยายเชิงเส้น ตัวบ่งชี้โอเวอร์โหลดของการปรับเปลี่ยนขึ้นอยู่กับค่าการนำไฟฟ้าของโมดูล ผู้เชี่ยวชาญหลายคนแนะนำให้เลือกทรานซิสเตอร์ไดโพลสำหรับรุ่นนี้ ประการแรกคือสามารถทำงานได้โดยไม่สูญเสียความร้อน นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าองค์ประกอบที่นำเสนอไม่ค่อยร้อนเกินไป คอนแทคเตอร์สำหรับมิเตอร์สามารถใช้ได้กับค่าการนำไฟฟ้าต่ำ

หากต้องการสร้างเครื่องวัดความจุของตัวเก็บประจุที่เรียบง่ายและแม่นยำด้วยมือของคุณเองคุณควรดูแลไทริสเตอร์ องค์ประกอบที่ระบุจะต้องทำงานที่แรงดันไฟฟ้าอย่างน้อย 5 V โดยมีค่าการนำไฟฟ้า 30 ไมครอน การโอเวอร์โหลดในอุปกรณ์ดังกล่าวตามกฎจะต้องไม่เกิน 3 A. มีการใช้ตัวกรองประเภทต่างๆ ควรติดตั้งไว้หลังทรานซิสเตอร์ เป็นที่น่าสังเกตว่าจอแสดงผลสามารถเชื่อมต่อผ่านพอร์ตแบบมีสายเท่านั้น ในการชาร์จมิเตอร์ควรใช้แบตเตอรี่ขนาด 3 วัตต์

จะสร้างโมเดลซีรีย์ AVR ได้อย่างไร?

คุณสามารถสร้างเครื่องวัดความจุของตัวเก็บประจุด้วยมือของคุณเอง AVR ได้โดยใช้ทรานซิสเตอร์แบบแปรผันเท่านั้น ก่อนอื่นให้เลือกคอนแทคเตอร์เพื่อแก้ไข หากต้องการตั้งค่าโมเดล ควรวัดแรงดันเอาต์พุตทันที ความต้านทานเชิงลบของมิเตอร์ไม่ควรเกิน 45 โอห์ม ที่มีค่าการนำไฟฟ้า 40 ไมครอน โอเวอร์โหลดในอุปกรณ์คือ 4 A เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำในการวัดสูงสุด จึงมีการใช้ตัวเปรียบเทียบ

ผู้เชี่ยวชาญบางคนแนะนำให้เลือกเฉพาะตัวกรองแบบเปิดเท่านั้น พวกเขาไม่กลัวเสียงรบกวนแม้อยู่ภายใต้ภาระหนัก ตัวกันโคลงเสาเป็นที่ต้องการอย่างมากเมื่อเร็ว ๆ นี้ เฉพาะตัวเปรียบเทียบกริดเท่านั้นที่ไม่เหมาะสำหรับการดัดแปลง ก่อนเปิดเครื่องจะมีการวัดความต้านทานก่อน สำหรับรุ่นคุณภาพ พารามิเตอร์นี้มีค่าประมาณ 40 โอห์ม อย่างไรก็ตามในกรณีนี้ ขึ้นอยู่กับความถี่ของการแก้ไขเป็นอย่างมาก

การตั้งค่าและการประกอบโมเดลโดยใช้ PIC16F628A

การสร้างเครื่องวัดความจุตัวเก็บประจุด้วยมือของคุณเองโดยใช้ PIC16F628A นั้นค่อนข้างมีปัญหา ประการแรก เลือกตัวรับส่งสัญญาณแบบเปิดสำหรับการประกอบ โมดูลสามารถใช้เป็นแบบปรับได้ ผู้เชี่ยวชาญบางคนไม่แนะนำให้ติดตั้งตัวกรองค่าการนำไฟฟ้าสูง ก่อนที่จะบัดกรีโมดูล จะมีการตรวจสอบแรงดันไฟขาออก

หากความต้านทานเพิ่มขึ้น แนะนำให้เปลี่ยนทรานซิสเตอร์ เพื่อที่จะเอาชนะสัญญาณรบกวนอิมพัลส์ จึงมีการใช้ตัวเปรียบเทียบ คุณยังสามารถใช้ตัวปรับความคงตัวของตัวนำได้ มักใช้จอแสดงผล ประเภทข้อความ. ควรติดตั้งผ่านพอร์ตช่องสัญญาณ การแก้ไขได้รับการกำหนดค่าโดยใช้เครื่องมือทดสอบ หากพารามิเตอร์ความจุของตัวเก็บประจุสูงเกินไปก็ควรเปลี่ยนทรานซิสเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ

แบบจำลองสำหรับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า

หากจำเป็นคุณสามารถสร้างเครื่องวัดความจุสำหรับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าด้วยมือของคุณเอง โมเดลร้านค้าประเภทนี้มีความโดดเด่นด้วยค่าการนำไฟฟ้าต่ำ มีการปรับเปลี่ยนหลายอย่างในโมดูลคอนแทคเตอร์และทำงานที่แรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 40 V ระบบป้องกันคือคลาส RK

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าเมตร ประเภทนี้โดดเด่นด้วยความถี่ที่ลดลง ตัวกรองของพวกเขาเป็นแบบการเปลี่ยนเท่านั้นพวกเขาสามารถรับมือกับสัญญาณรบกวนแรงกระตุ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพเช่นกัน การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิก. หากเราพูดถึงข้อเสียของการปรับเปลี่ยนสิ่งสำคัญคือต้องทราบว่ามีข้อเสียเล็กน้อย ปริมาณงาน. พวกเขาทำงานได้ไม่ดีในสภาพที่มีความชื้นสูง ผู้เชี่ยวชาญยังชี้ให้เห็นถึงความไม่เข้ากันกับคอนแทคเตอร์แบบมีสาย ไม่สามารถใช้อุปกรณ์ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับได้

การดัดแปลงตัวเก็บประจุสนาม

อุปกรณ์สำหรับตัวเก็บประจุสนามมีลักษณะความไวลดลง หลายรุ่นสามารถทำงานได้จากคอนแทคเตอร์แบบเส้นตรง อุปกรณ์ส่วนใหญ่มักใช้แบบเปลี่ยนผ่าน เพื่อที่จะทำการดัดแปลงด้วยตัวเอง คุณต้องใช้ทรานซิสเตอร์แบบปรับได้ มีการติดตั้งตัวกรองตามลำดับ ในการทดสอบมิเตอร์ จะใช้ตัวเก็บประจุขนาดเล็กก่อน ในกรณีนี้ ผู้ทดสอบตรวจพบความต้านทานเชิงลบ หากค่าเบี่ยงเบนมากกว่า 15% จำเป็นต้องตรวจสอบประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์ แรงดันไฟขาออกไม่ควรเกิน 15 V

อุปกรณ์ 2V

ที่ 2 V มิเตอร์วัดความจุตัวเก็บประจุแบบ DIY นั้นค่อนข้างง่ายที่จะทำ ก่อนอื่นผู้เชี่ยวชาญแนะนำให้เตรียมทรานซิสเตอร์แบบเปิดที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ สิ่งสำคัญคือต้องเลือกโมดูเลเตอร์ที่ดีสำหรับมัน เครื่องเปรียบเทียบมักใช้กับความไวต่ำ ระบบป้องกันของหลายรุ่นใช้ในซีรีส์ KR กับตัวกรองแบบตาข่าย เพื่อเอาชนะการสั่นของอิมพัลส์ จะใช้ตัวปรับความเสถียรของคลื่น นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าการประกอบการดัดแปลงนั้นเกี่ยวข้องกับการใช้ตัวขยายสามพิน ในการตั้งค่าโมเดล คุณควรใช้เครื่องทดสอบแบบสัมผัส และความต้านทานไม่ควรต่ำกว่า 50 โอห์ม

การปรับเปลี่ยน 3V

เมื่อพับมิเตอร์วัดความจุของตัวเก็บประจุด้วยมือของคุณเอง คุณสามารถใช้อะแดปเตอร์กับเครื่องขยายได้ การเลือกทรานซิสเตอร์จะสะดวกกว่า ประเภทเชิงเส้น. โดยเฉลี่ยแล้วค่าการนำไฟฟ้าของมิเตอร์ควรอยู่ที่ 4 ไมครอน สิ่งสำคัญคือต้องยึดคอนแทคเตอร์ให้แน่นก่อนติดตั้งตัวกรอง การปรับเปลี่ยนหลายอย่างยังรวมถึงตัวรับส่งสัญญาณด้วย อย่างไรก็ตามองค์ประกอบเหล่านี้ไม่สามารถทำงานร่วมกับตัวเก็บประจุภาคสนามได้ พารามิเตอร์ความจุสูงสุดคือ 4 pF ระบบป้องกันของรุ่นคือคลาส RK

รุ่น 4V

อนุญาตให้ประกอบเครื่องวัดความจุของตัวเก็บประจุด้วยมือของคุณเองโดยใช้ทรานซิสเตอร์เชิงเส้นเท่านั้น โมเดลดังกล่าวจะต้องใช้เครื่องขยายและอะแดปเตอร์คุณภาพสูงด้วย ตามที่ผู้เชี่ยวชาญแนะนำให้ใช้ตัวกรองประเภทการเปลี่ยนผ่านมากกว่า หากเราพิจารณาการปรับเปลี่ยนตลาด พวกเขาสามารถใช้ตัวขยายสองตัวได้ โมเดลทำงานที่ความถี่ไม่เกิน 45 Hz ในขณะเดียวกันความอ่อนไหวก็มักจะเปลี่ยนแปลงไป

หากคุณประกอบมิเตอร์ธรรมดาก็สามารถใช้คอนแทคเตอร์ได้โดยไม่ต้องใช้ไตรโอด มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ แต่สามารถทำงานภายใต้ภาระหนักได้ นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าการปรับเปลี่ยนควรมีตัวกรองโพลหลายตัวที่จะให้ความสนใจกับการสั่นของฮาร์มอนิก

การปรับเปลี่ยนด้วยตัวขยายทางแยกเดียว

การสร้างเครื่องวัดความจุของตัวเก็บประจุด้วยมือของคุณเองโดยใช้ตัวขยายทางแยกเดี่ยวนั้นค่อนข้างง่าย ก่อนอื่นขอแนะนำให้เลือกโมดูลที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำสำหรับการปรับเปลี่ยน พารามิเตอร์ความไวไม่ควรเกิน 4 mV บางรุ่นมีปัญหาการนำไฟฟ้าร้ายแรง ทรานซิสเตอร์มักจะใช้ชนิดคลื่น เมื่อใช้ตัวกรองแบบตาข่าย ไทริสเตอร์จะร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว

หลีกเลี่ยง ปัญหาที่คล้ายกันขอแนะนำให้ติดตั้งตัวกรองสองตัวพร้อมกันบนอะแดปเตอร์แบบตาข่าย ในตอนท้ายของงาน สิ่งที่เหลืออยู่คือการประสานตัวเปรียบเทียบ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการปรับเปลี่ยนจึงมีการติดตั้งตัวปรับเสถียรภาพของช่องสัญญาณ นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่ามีอุปกรณ์ที่ใช้คอนแทคเตอร์แบบแปรผัน สามารถทำงานได้ที่ความถี่ไม่เกิน 50 Hz

รุ่นที่ใช้ตัวขยายแบบสองทางแยก: การประกอบและการกำหนดค่า

มันค่อนข้างง่ายในการประกอบเครื่องวัดความจุตัวเก็บประจุแบบดิจิตอลบนตัวขยายสองทางด้วยมือของคุณเอง อย่างไรก็ตาม การปรับเปลี่ยนการทำงานปกติจะเหมาะสมเท่านั้น ทรานซิสเตอร์แบบปรับได้. นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าในระหว่างการประกอบคุณต้องเลือกเครื่องเปรียบเทียบพัลส์

จอแสดงผลของเครื่องเป็นแบบเส้น ในกรณีนี้สามารถใช้พอร์ตได้สามช่อง เพื่อแก้ไขปัญหาการบิดเบือนในวงจรจึงใช้ตัวกรองความไวต่ำ นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่าการดัดแปลงจะต้องประกอบโดยใช้ตัวปรับความเสถียรของไดโอด แบบจำลองได้รับการกำหนดค่าให้มีความต้านทานลบ 55 โอห์ม

ตัวเก็บประจุมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทุกประเภท และแทบไม่มีวงจรวิทยุใดที่สามารถทำได้หากไม่มีตัวเก็บประจุ ในโครงการนี้เราจะพูดถึงเทคนิคการก่อสร้าง มิเตอร์ดิจิตอลภาชนะที่ใช้ ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC. โครงการนี้สามารถวัดค่าความจุได้ตั้งแต่ 1 nF ถึง 99 uF (ดังนั้นจึงวัด picofarad ด้วย) ไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ในโปรเจ็กต์นี้คือ PIC16F628A

วงจรประกอบด้วยสองส่วน ส่วนแรกของวงจรแสดงไว้ด้านล่าง:

ส่วนที่สอง:

เอาต์พุตของส่วนที่สองจากวงจรเชื่อมต่อกับเอาต์พุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ตามการกำหนด

เครื่องวัดความจุไฟฟ้านี้ใช้หลักการชาร์จผ่านตัวเก็บประจุ ตัวต้านทานแบบอนุกรม. หากเรารู้เวลาที่ตัวเก็บประจุใช้ในการชาร์จจนถึงแรงดันไฟฟ้าที่ทราบ เราก็จะสามารถแก้สมการนี้เพื่อให้ C รู้ค่าของ R ได้

เมื่อทราบค่าตัวต้านทาน (ในกรณีนี้คือ 22K) และเวลาในการชาร์จ เราก็สามารถแก้สมการตัวเก็บประจุเพื่อคำนวณความจุ C ได้แล้ว นี่คือหลักการที่ใช้ในโปรแกรม การวัดจะเริ่มขึ้นเมื่อกดปุ่มการวัด ความจุที่วัดได้จะแสดงขึ้น จอ LCD. ในการจ่ายไฟให้กับวงจร จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟ 5V

เฟิร์มแวร์ไมโครคอนโทรลเลอร์เขียนด้วยภาษา C. Pro สำหรับคอมไพเลอร์ PIC ค่าความจุสูงสุดที่วัดได้คือ 99.99 uF โปรแกรมจะแสดงข้อความ “Out of Range” หากค่าที่วัดได้อยู่นอกช่วง ชัดเจนว่า microfarads จะใช้เวลาในการวัดนานกว่า pico หรือ nanofarads อุปกรณ์ค่อนข้างแม่นยำและมีข้อผิดพลาดเพียง 1 nF

บันทึก:ตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงจะต้องถูกคายประจุด้วยตัวต้านทานความต้านทานสูงก่อนที่จะเริ่มการวัด

ตัวอย่างของความสามารถที่วัดได้:

/ค]

ด้วยเครื่องวัดความจุไฟฟ้านี้ คุณสามารถวัดความจุไฟฟ้าตั้งแต่หน่วย pF ไปจนถึงไมโครฟารัดนับร้อยได้อย่างง่ายดาย มีหลายวิธีในการวัดความจุ โปรเจ็กต์นี้ใช้วิธีการบูรณาการ

ข้อได้เปรียบหลักของการใช้วิธีนี้คือการวัดจะขึ้นอยู่กับการวัดเวลา ซึ่งสามารถทำได้ค่อนข้างแม่นยำบน MC วิธีนี้เหมาะมากสำหรับเครื่องวัดความจุแบบโฮมเมดและยังสามารถนำไปใช้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ได้อย่างง่ายดาย

หลักการทำงานของเครื่องวัดความจุไฟฟ้า

ค่าจะแสดงเป็นหน่วย SI, t วินาที, R โอห์ม, C ฟารัด เวลาที่แรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุถึงค่า V C1 จะแสดงโดยประมาณตามสูตรต่อไปนี้:

จากสูตรนี้จะเป็นไปตามว่าเวลา t1 เป็นสัดส่วนกับความจุของตัวเก็บประจุ ดังนั้นจึงสามารถคำนวณความจุไฟฟ้าได้จากเวลาในการชาร์จของตัวเก็บประจุ

โครงการ

สูตร 2 แสดงเวลาที่ใช้ในการชาร์จตัวเก็บประจุตั้งแต่ 0 โวลต์ อย่างไรก็ตาม เป็นการยากที่จะทำงานกับแรงดันไฟฟ้าใกล้ศูนย์เนื่องจากสาเหตุดังต่อไปนี้:

• แรงดันไฟฟ้าไม่ลดลงเหลือ 0 โวลต์ตัวเก็บประจุต้องใช้เวลาในการคายประจุจนหมด ซึ่งจะทำให้เวลาในการวัดเพิ่มขึ้น
• เวลาที่ต้องการระหว่างการเริ่มต้นชาร์จและเริ่มจับเวลาซึ่งจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด สำหรับ AVR สิ่งนี้ไม่สำคัญเพราะว่า ต้องใช้เพียงหนึ่งรอบสัญญาณนาฬิกาเท่านั้น
• กระแสไฟรั่วที่อินพุตแบบอะนาล็อกตามเอกสารข้อมูล AVR การรั่วไหลของกระแสจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าขาเข้าใกล้กับศูนย์โวลต์

เพื่อป้องกันปัญหาเหล่านี้ จึงมีการใช้แรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ VC 1 (0.17 Vcc) และ VC 2 (0.5 Vcc) สองค่า พื้นผิว PCB ต้องสะอาดเพื่อลดกระแสรั่วไหล แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นมาจากตัวแปลง DC-DC ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 1.5VAA ขอแนะนำให้ใช้ตัวแปลง DC-DC แทน 9 วีแบตเตอรี่และตัวแปลง 78 ล05 โดยเฉพาะอย่างยิ่งอีกด้วยอย่าปิดบีโอดีมิฉะนั้นอาจเกิดปัญหาตามมาได้ อีพรอม.

การสอบเทียบ

หากต้องการปรับเทียบช่วงที่ต่ำกว่า:การใช้ปุ่ม SW1 ถัดไป เชื่อมต่อพิน #1 และพิน #3 บน P1 ใส่ตัวเก็บประจุ 1nF แล้วกด SW1

หากต้องการปรับเทียบช่วงสูง:ปิดพิน #4 และ #6 ของตัวเชื่อมต่อ P1 ใส่ตัวเก็บประจุ 100nF แล้วกด SW1

เมื่อเปิดใช้งานคำจารึก "E4" หมายความว่าไม่พบค่าการสอบเทียบใน EEPROM

การใช้งาน

อัตโนมัติ

การชาร์จเริ่มต้นผ่านตัวต้านทาน 3.3M หากแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุไม่ถึง 0.5 Vcc ในเวลาน้อยกว่า 130 mS (>57nF) ตัวเก็บประจุจะถูกคายประจุและชาร์จใหม่ แต่จะผ่านทางตัวต้านทาน 3.3 kOhm หากแรงดันไฟฟ้าบนตัวเก็บประจุไม่ถึง 0.5 Vcc ใน 1 วินาที (>440µF) จะมีข้อความว่า "E2" เมื่อวัดเวลาแล้ว ความจุจะถูกคำนวณและแสดง ส่วนสุดท้ายจะแสดงช่วงการวัด (pF, nF, µF)

ที่หนีบ

คุณสามารถใช้ส่วนหนึ่งของซ็อกเก็ตเป็นที่หนีบได้ เมื่อทำการวัดความจุขนาดเล็ก (หน่วยของ picofarad) การใช้สายไฟยาวไม่เป็นที่พึงปรารถนา

เครื่องวัดความจุไฟฟ้านี้สามารถวัดความจุของตัวเก็บประจุด้วยความละเอียด 1 pF ที่จุดต่ำสุดของช่วง ความจุที่วัดได้สูงสุดคือ 10,000 µF ไม่ทราบความแม่นยำที่แท้จริง แต่ข้อผิดพลาดเชิงเส้นอยู่ภายในค่าสูงสุด 0.5% และโดยปกติจะน้อยกว่า 0.1% (ได้มาจากการวัดตัวเก็บประจุหลายตัวที่เชื่อมต่อแบบขนาน) ปัญหาที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดขึ้นเมื่อทำการวัดตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าความจุสูง

เครื่องวัดความจุไฟฟ้าทำงานในโหมดการเลือกขีดจำกัดการวัดโดยอัตโนมัติ หรือบังคับใช้ในช่วงความจุด้านล่างหรือด้านบน อุปกรณ์มีขีดจำกัดการวัดที่แตกต่างกันสองแบบ โดยจะมีการวัดสองครั้งสำหรับตัวเก็บประจุตัวเดียวกัน ทำให้สามารถตรวจสอบความแม่นยำของการวัดและค้นหาว่าชิ้นส่วนที่วัดนั้นเป็นตัวเก็บประจุจริงๆ หรือไม่ ด้วยวิธีนี้ อิเล็กโทรไลต์จะแสดงคุณลักษณะที่ไม่เป็นเชิงเส้นโดยให้ ความหมายที่แตกต่างกันที่ขีดจำกัดการวัดที่แตกต่างกัน

เครื่องวัดความจุไฟฟ้ามีระบบเมนูที่ให้คุณปรับเทียบค่าศูนย์และความจุ 1 µF ได้ การสอบเทียบจะถูกเก็บไว้ใน EEPROM

หนึ่งในชิปที่เล็กที่สุด Atmega8 ได้รับเลือกสำหรับโครงการนี้ วงจรนี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 9V ผ่านตัวควบคุมเชิงเส้น 7805

อุปกรณ์สามารถทำงานได้ในสามโหมด: การวัดในช่วงด้านล่าง ช่วงด้านบน และในโหมดคายประจุ โหมดเหล่านี้ถูกกำหนดโดยสถานะของพินคอนโทรลเลอร์ PD5 และ PD6 ระหว่างการจำหน่าย PD6 มีบันทึก 0 และตัวเก็บประจุถูกคายประจุผ่านตัวต้านทาน R7 (220 โอห์ม) ในช่วงการวัดด้านบน PD5 มีบันทึก ในรูปที่ 1 การชาร์จตัวเก็บประจุผ่าน R8 (1.8K) และ PD6 อยู่ในสถานะ Z เพื่อให้ตัวเปรียบเทียบแบบอะนาล็อกสามารถเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าได้ ในช่วงการวัดที่ต่ำกว่า PD5 ก็อยู่ในสถานะ Z เช่นกัน และตัวเก็บประจุจะชาร์จผ่าน R6 เท่านั้น (1.8MΩ)

การแสดงอักขระขนาด 16x2 ใดๆ บนคอนโทรลเลอร์ HD44780 สามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ได้ โครงร่างตัวเชื่อมต่อจอแสดงผลแสดงในรูปนี้:

อุปกรณ์นี้ประกอบบนเขียงหั่นขนมและวางเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเรียบง่าย กล่องพลาสติก. ฝาครอบตัวเรือนมีรูที่ถูกตัดออกสำหรับตัวบ่งชี้ ปุ่ม และ LED ซึ่งยึดด้วยกาวร้อนละลาย:

โปรแกรมมิเตอร์ความจุไฟฟ้า

อุปกรณ์สามารถใช้คอนโทรลเลอร์ตระกูล atmega8 และ atmega48/88/168 เมื่อเปลี่ยนคอนโทรลเลอร์ในโปรแกรมคุณจะต้องเปลี่ยนบรรทัดที่รับผิดชอบในการกำหนดค่าตัวจับเวลาของคอนโทรลเลอร์เฉพาะ

นี่คือเครื่องวัดความจุอย่างง่าย มีหลายวิธีในการวัดความจุไฟฟ้า เช่น การใช้สะพานต้านทานหรือการวัดการโก่งตัวของเข็มแม่เหล็ก เมื่อเร็ว ๆ นี้ เครื่องวัดความจุไฟฟ้าทั่วไปจะวัดความจุและบางส่วน ลักษณะเพิ่มเติมการวัดเวกเตอร์กระแสไฟฟ้าโดยนำไปใช้กับความจุที่วัดได้ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ. มิเตอร์วัดความจุไฟฟ้าแบบง่ายบางเครื่องใช้วิธีการรวมเข้าด้วยกัน เพื่อวัดการตอบสนองชั่วคราวในระยะสั้นของวงจร RC มีชุดอุปกรณ์สำเร็จรูปสำหรับประกอบมิเตอร์ความจุที่ใช้วิธีนี้

โปรเจ็กต์นี้ใช้วิธีการบูรณาการ ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถรับผลลัพธ์ได้ง่าย ๆ ทันทีในรูปแบบดิจิทัล เนื่องจากวิธีการนี้ขึ้นอยู่กับช่วงเวลาในการวัด จึงไม่จำเป็นต้องมีวงจรแอนะล็อกที่แม่นยำ สามารถปรับเทียบมิเตอร์ได้อย่างง่ายดายโดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ ดังนั้นวิธีการบูรณาการจึงเหมาะสมที่สุดสำหรับเครื่องวัดความจุไฟฟ้าที่สร้างขึ้นด้วยมือ

กระบวนการเปลี่ยนผ่าน

ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจนกระทั่งสถานะของวงจรคงที่หลังจากการเปลี่ยนแปลงสถานะเรียกว่ากระบวนการชั่วคราว กระบวนการชั่วคราวเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์พื้นฐานในวงจรพัลส์ เมื่อสวิตช์ในรูปที่ 1a เปิดขึ้น ตัวเก็บประจุ C จะชาร์จผ่านตัวต้านทาน R และแรงดันไฟฟ้า Vc จะเปลี่ยนดังแสดงในรูปที่ 1b หากต้องการเปลี่ยนสถานะของวงจรในรูปที่ 1a ก็สามารถเปลี่ยนแรงเคลื่อนไฟฟ้า E ได้เช่นกัน แทนที่จะใช้สวิตช์ ทั้งสองวิธีจะเทียบเท่ากัน การพึ่งพาแรงดันไฟฟ้า Vc ตรงเวลา t แสดงโดยสูตร

(1)

ขนาดของปริมาณ: t - วินาที, R - โอห์ม, C - ฟารัด, ตัวเลข - e, ประมาณ 2.72 เมื่อแรงดันไฟฟ้า Vc ถึงค่าที่กำหนด Vc1 เวลา t1 สามารถแสดงได้ด้วยสูตร:

(2)

ซึ่งหมายความว่าเวลา t1 จะเป็นสัดส่วนกับ C ดังนั้น ความจุจึงสามารถคำนวณได้จากเวลาในการชาร์จและพารามิเตอร์คงที่อื่นๆ

ฮาร์ดแวร์

ในการวัดเวลาในการชาร์จ คุณจำเป็นต้องมีเพียงเครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า ตัวนับ และลอจิกการเชื่อมต่อโครงข่ายบางอย่างเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ไมโครคอนโทรลเลอร์ (AT90S2313) ที่ใช้ในโปรเจ็กต์นี้ช่วยให้ดำเนินการได้ง่ายขึ้น ตอนแรกฉันคิดว่าตัวเปรียบเทียบแอนะล็อกในตัวควบคุม AVR ไม่มีประโยชน์ แต่ฉันค้นพบว่าสัญญาณจากเอาต์พุตของตัวเปรียบเทียบสามารถนำไปใช้กับอินพุตของ TC1 ฟลิปฟล็อปได้ นี่เป็นโอกาสที่ดีสำหรับกรณีของเรา

วงจรรวมสามารถทำให้ง่ายขึ้นดังที่แสดงในแผนภาพอุปกรณ์ แรงดันอ้างอิงถูกสร้างขึ้นโดยตัวแบ่งตัวต้านทาน เมื่อมองแวบแรกดูเหมือนว่าการใช้ตัวแบ่งจะทำให้ผลลัพธ์ไม่เสถียรต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า แต่เวลาในการชาร์จไม่ได้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า จากการใช้สูตร (2) คุณจะพบว่าโดยทั่วไปแรงดันไฟฟ้าสามารถถูกแทนที่ด้วยพารามิเตอร์ Vc1/E ซึ่งขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความต้านทานของตัวแบ่งเท่านั้น IC ตัวจับเวลา NE555 ใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบนี้ แน่นอนว่าแรงดันไฟฟ้าจะต้องคงที่ระหว่างการวัด

เนื่องจากหลักการพื้นฐาน สามารถใช้แรงดันอ้างอิงเพียงอันเดียวในการวัดความจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตใกล้กับศูนย์อาจเป็นปัญหาได้จากสาเหตุต่อไปนี้

• แรงดันไฟฟ้าจะไม่ลดลงเหลือศูนย์โวลต์แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวเก็บประจุไม่สามารถลดลงเหลือ 0 โวลต์ได้ ต้องใช้เวลาในการคายประจุตัวเก็บประจุให้มีระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำพอที่จะทำการวัดได้ สิ่งนี้จะเพิ่มช่วงการวัด แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมสวิตช์คายประจุจะเพิ่มผลกระทบนี้ด้วย
• มีเวลาระหว่างการเริ่มต้นการชาร์จและการเริ่มจับเวลานี่อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด สิ่งนี้สามารถถูกละเว้นได้บน AVR เนื่องจากต้องใช้เพียงหนึ่งรอบสัญญาณนาฬิกาในการดำเนินการนี้ บนคอนโทรลเลอร์อื่นๆ คุณอาจต้องแก้ไขปัญหานี้
• กระแสไฟรั่วในวงจรแอนะล็อกตามข้อกำหนด AVR กระแสไฟรั่วที่อินพุตแบบอะนาล็อกจะเพิ่มขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมอินพุตใกล้กับศูนย์ นี่อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัด

เพื่อหลีกเลี่ยงการใช้แรงดันไฟฟ้าใกล้กับศูนย์ จึงมีการใช้แรงดันไฟฟ้าอ้างอิง 2 ค่า Vc1(0.17 Vcc) และ Vc2(0.5 Vcc) และวัดความแตกต่างในช่วงเวลา t2-t1 (0.5RC) วิธีนี้จะหลีกเลี่ยงปัญหาข้างต้นและชดเชยความล่าช้าของตัวเปรียบเทียบด้วย แผงวงจรพิมพ์อุปกรณ์จะต้องรักษาความสะอาดเพื่อลดการรั่วไหลของกระแสทั่วพื้นผิว

แรงดันไฟฟ้าที่จ่ายถูกสร้างขึ้นโดยตัวแปลงที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ 1.5 โวลต์ แหล่งจ่ายไฟหลักไม่สามารถใช้กับวงจรการวัดได้แม้ว่าในลักษณะที่ปรากฏดูเหมือนว่าวงจรจะไม่อยู่ภายใต้ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากมีการใช้ตัวกรองสองตัวในวงจรไฟฟ้า . ฉันแนะนำให้ใช้แบตเตอรี่ขนาด 9 โวลต์พร้อมตัวกันโคลง 5 โวลต์ 78L05 แทนและอย่าปิดการใช้งานฟังก์ชั่น BOD ไม่เช่นนั้นข้อมูลในหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนของคอนโทรลเลอร์จะเสียหาย

การสำเร็จการศึกษา

หากต้องการปรับเทียบช่วงต่ำ:ก่อนอื่นให้ตั้งค่า 0 ด้วยปุ่ม SW1 จากนั้นเชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่มีความแม่นยำ 1nF พินลัดวงจร #1 และ #3 ของ P1 แล้วกดปุ่ม SW1

หากต้องการปรับเทียบช่วงสูง:เชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่มีความแม่นยำด้วยความจุ 100 nF ปิดพิน # 4 และ # 6 ของตัวเชื่อมต่อ P1 กดปุ่ม SW1

เมื่อเปิดเครื่อง “E4” หมายความว่าค่าการสอบเทียบในหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือนเสียหาย ข้อความนี้จะไม่แสดงขึ้นหากได้ดำเนินการปรับเทียบแล้ว สำหรับการตั้งค่าศูนย์ ค่านี้จะไม่เขียนลงในหน่วยความจำแบบไม่ลบเลือน และจะต้องรีเซ็ตทุกครั้งที่เปิดเครื่องและก่อนการวัดแต่ละครั้ง

การใช้งาน

การสลับช่วงอัตโนมัติ

กระบวนการวัดเริ่มต้นที่ช่วง 500 มิลลิวินาทีนับจากวินาทีที่เชื่อมต่อความจุที่วัดได้ การวัดเริ่มต้นจากช่วงล่าง (3.3 mOhm) หากแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุไม่ถึง 0.5 Vcc ภายใน 130 มิลลิวินาที (>57 nF) ตัวเก็บประจุจะคายประจุและการวัดจะเริ่มใหม่อีกครั้งที่ช่วงสูง (3.3 kOhm) หากแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุไม่ถึง 0.5 Vcc ภายใน 1 วินาที (>440 µF) การวัดจะถูกยกเลิกและข้อความ "E2" จะแสดงขึ้น ในกรณีที่มีการวัดค่าเวลาที่ถูกต้อง ความจุจะถูกคำนวณและแสดง ค่าความจุจะแสดงในลักษณะที่แสดงเฉพาะตัวเลขสามหลักแรกจากด้านซ้ายบนจอแสดงผล ซึ่งจะเลือกช่วงการวัดสองช่วงและช่วงการแสดงผลสามช่วงโดยอัตโนมัติ