Algoritmus a kondenzátorok kapacitásának mérésére abr. Digitális kapacitásmérő. Kétcsatlakozású tágítókon alapuló modellek: összeszerelés és beállítás

Miután találtam egy cikket az internetes digitális kapacitásmérőről, meg akartam építeni ezt a mérőt. Az AT90S2313 mikrokontroller és a közös anóddal ellátott LED-jelzők azonban nem voltak kéznél. De volt ATMEGA16 DIP-csomagban és négy számjegyű, hétszegmenses folyadékkristály-jelző. A mikrokontroller kimenetei éppen arra voltak elegendőek, hogy közvetlenül az LCD-re csatlakoztassuk. Így a mérőt leegyszerűsítették egy mikroáramkörre (sőt, van egy második - feszültségszabályozó), egy tranzisztorra, egy diódára, egy marék ellenállás-kondenzátorra, három csatlakozóra és egy gombra. legyen kompakt és könnyen használható. Most nincs kérdésem a kondenzátor kapacitásának mérésével kapcsolatban. Ez különösen fontos a több pikofarad kapacitású (sőt a pikofarad töredéke) SMD kondenzátoroknál, amelyeket mindig ellenőrizek, mielőtt bármilyen táblába forrasztom. Jelenleg számos asztali és hordozható mérőóra készül, amelyek gyártói alacsonyabb, 0,1 pF-os kapacitásmérési határt és kellő pontosságot igényelnek az ilyen kis kapacitások mérésére. Sok esetben azonban a méréseket meglehetősen alacsony frekvencián (néhány kilohertz) végzik. A kérdés az, hogy ilyen körülmények között lehet-e elfogadható mérési pontosságot elérni (akkor is, ha a mérttel párhuzamosan egy nagyobb kondenzátort kapcsolunk)? Ráadásul az interneten jó néhány klónt találhat az RLC mérőáramkör mikrokontrolleren és műveleti erősítő(ugyanaz amivel elektromágneses reléés egy- vagy kétsoros LCD-vel). Kis kapacitásokat azonban „emberi módon” nem lehet ilyen eszközökkel mérni. Sok mástól eltérően ezt a mérőt kifejezetten kis kapacitásértékek mérésére tervezték.

Kis induktivitások (nanohenry egység) mérésére sikeresen használom a cégünk által gyártott RigExpert AA-230 analizátort.

A kapacitásmérő fotója:

A kapacitásmérő paraméterei

Mérési tartomány: 1 pF és kb. 470 µF között.
Mérési határok: automatikus határkapcsolás - 0 ... 56 nF (alsó határ) és 56 nF ... 470 μF (felső határ).
Jelzés: három jelentős számjegy (két számjegy a 10pF-nél kisebb kapacitásoknál).
Működés: egyetlen gomb a nullázáshoz és a kalibráláshoz.
Kalibrálás: Egyszeres, két referenciakondenzátorral, 100 pF és 100 nF.

A mikrokontroller érintkezőinek többsége az LCD-hez csatlakozik. Némelyikük rendelkezik csatlakozóval is a mikrokontroller (ByteBlaster) áramkörön belüli programozására. A kapacitásmérő áramkörben négy kimenet használatos, beleértve az AIN0 és AIN1 komparátor bemeneteket, a mérési határérték vezérlő kimenetet (tranzisztor használatával) és a küszöbfeszültség kiválasztási kimenetet. A mikrokontroller egyetlen megmaradt kimenetéhez egy gomb csatlakozik.

A +5 V feszültségszabályozót a hagyományos séma szerint szerelik össze.

Az indikátor egy hétszegmenses, 4 számjegyű, közvetlen szegmenskapcsolat (azaz nem multiplex). Sajnos az LCD-n nem volt jelölés. Ugyanazok a kivezetések és méretek (51 × 23 mm) számos vállalat mutatói, például az AND és a Varitronix.

A diagram az alábbiakban látható (az ábrán nem látható fordított polaritásvédő dióda, a tápcsatlakozót ezen keresztül javasolt csatlakoztatni):

mikrokontroller program

Mivel az ATMEGA16 a "MEGA" sorozatból való és nem az "apró" sorozatból, nincs sok értelme assembler programot írni. A C nyelven ez sokkal gyorsabbá és egyszerűbbé tehető, és a mikrokontroller megfelelő mennyiségű flash memóriája lehetővé teszi a beépített lebegőpontos függvénykönyvtár használatát a kapacitás kiszámításakor.

A mikrokontroller két lépésben végez kapacitásmérést. Először is meg kell határozni a kondenzátor töltési idejét egy 3,3 MΩ (alsó határ) ellenálláson keresztül. Ha a szükséges feszültséget 0,15 másodpercen belül nem éri el (ami kb. 56 pF kapacitásnak felel meg), a kondenzátor töltése megismétlődik a 3,3 kΩ-os ellenálláson keresztül (mérés felső határa).

Ebben az esetben a mikrokontroller először egy 100 ohmos ellenálláson keresztül kisüti a kondenzátort, majd 0,17 V feszültségre tölti. Csak ezután mérik a töltési időt 2,5 V feszültségre (a tápfeszültség fele). Ezt követően a mérési ciklus megismétlődik.

Amikor az eredmény megjelenik, váltakozó polaritású (a közös vezetékéhez viszonyítva) körülbelül 78 Hz frekvenciájú feszültséget kapcsolunk az LCD-kimenetekre. A kellően magas frekvencia teljesen kiküszöböli a jelző villogását.

Ez a kapacitásmérő képes mérni a kondenzátorok kapacitását 1 pF felbontással a tartomány alsó végén. A maximális mérhető kapacitás 10 000 uF. A tényleges pontosság nem ismert, de a lineáris hiba maximum 0,5%-on belül van, és általában 0,1%-nál kisebb (több párhuzamosan kapcsolt kondenzátor mérésével érhető el). A legnagyobb nehézségek a nagy kapacitású elektrolitkondenzátorok mérésénél jelentkeznek.

A kapacitásmérő a mérési határértékek automatikus kiválasztásának módjában, vagy a teljesítmény alsó vagy felső tartományában kényszeresen működik. A készüléknek két különböző mérési határa van, ugyanazon kondenzátoron két mérést valósít meg. Ez lehetővé teszi a mérés valódiságának ellenőrzését és annak megállapítását, hogy a mért rész valóban kondenzátor-e. Ezzel a módszerrel az elektrolitok jellegzetes nemlinearitásukat mutatják, adják különböző jelentések különböző mérési határokon.

A kapacitásmérő menürendszerrel rendelkezik, amely lehetővé teszi a nulla érték és az 1 uF-os kapacitás kalibrálását is. A kalibrálást az EEPROM tárolja.

A projekthez az egyik legkisebb chipet, az Atmega8-at választották. Az áramkört 9 V-os elem táplálja egy 7805-ös lineáris szabályozón keresztül.

A készülék három üzemmódban működhet: mérés alsó tartományban, felső tartományban és kisütési módban. Ezeket az üzemmódokat a vezérlő PD5 és PD6 kimeneteinek állapota határozza meg. A kisütés során a PD6-nak van egy naplója. 0 és a kondenzátor az R7 ellenálláson keresztül kisül (220 ohm). A felső mérési tartományban a PD5 naplóval rendelkezik. Az 1. ábrán látható, hogy a kondenzátor töltése R8-on (1,8K) és PD6-on keresztül Z-állapotban van, hogy lehetővé tegye az analóg komparátor számára a feszültség összehasonlítását. Az alsó mérési tartományban a PD5 is Z-állapotban van, és a kondenzátor csak R6-on keresztül töltődik (1,8MΩ).

A HD44780 vezérlő bármely 16x2 karakteres kijelzője használható indikátorként. A kijelző csatlakozójának kivezetése az alábbi ábrán látható:

A készülék kenyérsütődeszkára van felszerelve, és egy egyszerű téglalap alakú műanyag tokban van elhelyezve. A tok fedelében lyukak vannak kivágva a kijelző, a gomb és a LED számára, amelyeket forró ragasztóval rögzítenek:

Kapacitásmérő program

A készülék a család atmega8 és atmega48/88/168 vezérlőit tudja használni. A vezérlő cseréjekor a programban meg kell változtatnia egy adott vezérlő időzítőjének konfigurációjáért felelős sort.

Egy mikrokontrolleren, de rádióamatőr kollégákkal folytatott beszélgetések és kísérletek sorozata után felmerültek gondolatok a további fejlesztéséről. Az új készüléket megnövelt pontosság és egyebek jellemzik széleskörű. A PIC16F90 vezérlőn alapul.

Kapacitás- és induktivitásmérő áramkör

Az LCR mérő jellemzői

Kondenzátorok:

• 1-1nF - felbontás: 0,1 pF, pontosság: 1%
• 1nF - 100nF - Felbontás: 1pF, Pontosság: 1%
• 100nF - 1uF - 1nF felbontás, hiba: 2,5%

elektrolitok:

• 100 nF - 100 000 uF - 1 nF felbontás, pontosság: 5%

Induktivitás:

• 10nH-tól 20H-ig - felbontás 10nH, pontosság: 5%

Ellenállás:

• 1 mΩ - 0,5 Ω - 1 mΩ felbontás, pontosság: 5%

Itt jobbá kell válnia - a készülék inkább milliohmméterként működik. Az egy ohmnál nagyobb ellenállások szinte nem mérnek. Nyomtatott áramkör mert a műszert úgy alakították ki, hogy a tetején lévő LCD-kijelzőt csatlakoztatni lehessen. Az R10 trimmellenállás a kijelző kontrasztjának beállítására szolgál.

Minden ellenállás fémfólia, 1%. Két 1nF-os kondenzátor is 1% kedvezménnyel. A CX1 - 33nF kapacitás szintén kritikus - polipropilénnek kell lennie, a kondenzátor magas üzemi feszültségével (több száz volt). Az induktornak alacsony Rdc-nek kell lennie. A mérőben van egy csatlakozó a különállóhoz hálózati adapter, amely megkerüli a kikapcsoló gombot.

Ha a készülék külső hálózati adapterrel működik, az R11 ellenállás ellenállásának csökkentésével növelheti a képernyő háttérvilágításának fényerejét. A megfelelő ellenállásérték kiválasztásához olvassa el a kijelző dokumentációját.

Ne feledje, hogy az elektrolit kondenzátorokat mérés előtt kisütni kell, ellenkező esetben fennáll a vezérlő megégésének veszélye. Az áramkör összeállításához szükséges összes fájl (több firmware opció, nyomtatott áramköri lapok) az archívumban található. .

Ez egy egyszerű kapacitásmérő. A kapacitás mérésére többféle módszer létezik, például ellenálláshíd használata vagy mágneses tű elhajlásának mérése. V Utóbbi időben tipikus kapacitásmérők mérik a kapacitást és néhány további jellemzőkáramvektor mérése, váltakozó feszültség alkalmazása a mért kapacitásra. Egyes egyszerű kapacitásmérők az integrációs módszert használják, mérik az RC áramkör rövid távú válaszát tranziens közben. Vannak kész készletek a kapacitásmérők összeszereléséhez, amelyek megvalósítják ezt a módszert.

Ez a projekt az integrációs módszert használja. Ennek a módszernek az az előnye, hogy az eredmény azonnal elérhető digitális formában Mivel a módszer az időintervallumok mérésén alapul, nincs szükség pontos analóg áramkörre, a mérő mikrokontrollerrel könnyen kalibrálható. Így az integrációs módszer a legmegfelelőbb egy kézzel összeszerelt kapacitásmérőhöz.

átmeneti folyamat

Tranziensnek nevezzük azt a jelenséget, amely addig tart, amíg az áramkör állapota állapotváltozás után stabilizálódik. Az átmenet folyamata az egyik alapvető jelenség impulzus áramkörök. Amikor az 1a. ábrán látható kapcsolót kinyitják, a C kondenzátor az R ellenálláson keresztül töltődik, és a Vc feszültség az 1b. ábrán látható módon megváltozik. Az 1a ábrán látható áramkör állapotának megváltoztatásához az EMF E megváltoztatása is lehetséges, kapcsoló használata helyett ez a két módszer egyenértékű lesz. A Vc feszültség t időtől való függését a képlet fejezi ki.

(1)

Mértékegységek: t - másodperc, R - Ohm, C - Farad, szám - e, körülbelül 2,72. amikor a Vc feszültség elér egy bizonyos Vc1 értéket, a t1 idő a következőképpen fejezhető ki:

(2)

Ez azt jelenti, hogy a t1 idő arányos C-vel. Így a kapacitás kiszámítható a töltési időből és egyéb rögzített paraméterekből.

Hardver

A töltési idő méréséhez nem kell más, mint egy feszültség-összehasonlító, egy számláló és némi csatlakozási logika. A projektben használt mikrokontroller (AT90S2313) azonban megkönnyíti ennek megvalósítását. Először azt hittem, hogy az analóg komparátor az AVR vezérlőkben használhatatlan, de azt tapasztaltam, hogy a komparátor kimenetét a TC1 trigger bemenetére lehet táplálni. Ez egy nagyszerű lehetőség a mi esetünkben.

Az integráló áramkör leegyszerűsíthető az eszközdiagram szerint. A referenciafeszültséget egy ellenállásos osztó állítja elő. Úgy tűnik, hogy az osztó használata instabillá teszi az eredményt a tápfeszültség változásaira, azonban a töltési idő nem függ a tápfeszültségtől. A (2) képlet segítségével megállapítható, hogy a feszültség általában helyettesíthető a Vc1/E paraméterrel, amely csak az osztóellenállások arányától függ. Ezt az előnyt az NE555 időzítő chip használja. Természetesen a tápfeszültségnek stabilnak kell lennie a mérés során.

Az alapelveknek megfelelően a kapacitás mérésénél csak egy referenciafeszültség használható. A nullához közeli bemeneti feszültség használata azonban problémás a következő okok miatt.

• A feszültség soha nem csökken nulla voltra. A kondenzátor feszültsége nem csökkenhet 0 voltra. Időbe telik, amíg a kondenzátor kellőképpen kisül, hogy alacsony feszültségszinten mérhető legyen. Ez növeli a mérési intervallumot. A kisülési kulcson lévő feszültségesés szintén növeli ezt a hatást.
• A töltés kezdete és az időzítő kezdete között egy idő telik el. Ez mérési hibát okozhat. Ez elhanyagolható az AVR-eknél, mivel csak egy ciklust igényelnek. órajel frekvenciája, ezért. Előfordulhat, hogy más vezérlőknek meg kell oldaniuk ezt a problémát.
• Szivárgási áram egy analóg áramkörben. Az AVR specifikációnak megfelelően az analóg bemenetek szivárgási árama megnő, ha a feszültség nullához közelít. Ez mérési hibákat okozhat.

A nullához közeli feszültség használatának elkerülése érdekében két referenciafeszültséget, Vc1 (0,17 Vcc) és Vc2 (0,5 Vcc) használunk, és mérjük a t2-t1 (0,5RC) időintervallum különbséget. Ezzel elkerülhetők a fenti problémák, és a komparátor késleltetése is kompenzálva van. A készülék nyomtatott áramköri lapját tisztán kell tartani, hogy minimálisra csökkentsük az áramszivárgást a felületen.

A tápfeszültséget egy 1,5 voltos akkumulátorral táplált átalakító állítja elő. A kulcsos tápegység nem alkalmazható a mérőáramkörre, bár úgy tűnik, hogy az áramkört nem érintik a feszültségingadozások, mivel két szűrőt használnak a tápáramkörben . Javasoljuk, hogy 9 voltos akkumulátort használjon 5 voltos 78-as szabályozóvalL05 helyettés ne zárja ki a BOD funkciót, különben adatsérülést szenved a vezérlő nem felejtő memóriájában.

érettségi

Az alsó tartomány kalibrálásához: Először állítsa be a 0-t az SW1 gombbal. Ezután csatlakoztasson egy 1nF-os precíziós kondenzátort, a P1 csatlakozó 1. és 3. érintkezőjét, majd nyomja meg az SW1 gombot.

A magas tartomány kalibrálásához: csatlakoztasson egy 100 nF-os precíziós kondenzátort, zárja rövidre a P1 csatlakozó 4-es és 6-os érintkezőjét, nyomja meg az SW1 gombot.

Az „E4” bekapcsolt állapotban azt jelenti, hogy a nem felejtő memória kalibrációs értéke sérült. Ez az üzenet soha nem jelenik meg, ha már elvégezték a kalibrálást. Ami a nulla beállítást illeti, ez az érték nem tárolódik a nem felejtő memóriában, és minden bekapcsoláskor és minden mérés előtt vissza kell állítani.

Használat

Automatikus kapcsolás hatótávolság

A mérési folyamat 500 ezredmásodperces intervallummal kezdődik a mért kapacitás csatlakoztatásának pillanatától számítva. A mérés az alsó tartományból indul (3,3 mΩ). Ha a kondenzátor feszültsége nem éri el a 0,5 Vcc-t 130 milliszekundumon belül (>57 nF), a kondenzátor kisül, és a mérés újraindul a felső tartományban (3,3 kΩ). Ha a kondenzátor feszültsége 1 másodpercen belül nem éri el a 0,5 Vcc-t (>440 uF), a mérés megszakad, és az "E2" üzenet jelenik meg. Az érvényes időérték mérése esetén a kapacitás kiszámításra és megjelenítésre kerül. A kapacitás értéke úgy jelenik meg, hogy csak a bal oldali első három számjegy jelenik meg a kijelzőn. Ez automatikusan kiválaszt két mérési tartományt és három megjelenítési tartományt.

Biztos vagyok benne, hogy ez a projekt nem új, de ez a saját fejlesztésem, és szeretném, ha ez a projekt is ismert és hasznos lenne.

Rendszer LC mérő az ATmega8-on elég egyszerű. Az oszcillátor klasszikus, és az LM311 műveleti erősítőn alapul. A fő cél, amelyre az LC-mérő megalkotásakor törekedtem, az volt, hogy olcsó és megfizethető legyen minden rádióamatőr számára.

A kapacitás- és indukciós mérő sematikus diagramja

Az LC mérő tulajdonságai:

• Kondenzátor kapacitásmérés: 1pF - 0,3uF.
• Tekercsek induktivitásának mérése: 1mkH-0,5mH.
• Információk megjelenítése az LCD kijelzőn 1×6 vagy 2×16 karakter a kiválasztott szoftvertől függően

Ehhez a készülékhez fejlesztettem ki szoftver, amely lehetővé teszi a rádióamatőr rendelkezésére álló indikátor használatát, akár 1x16 karakteres LCD kijelzőt, akár 2x16 karaktert.

Mindkét kijelzővel végzett tesztek kiváló eredményeket adtak. 2x16 karakteres kijelző használata esetén felső sor megjelenik a mérési mód (Cap - kapacitás, Ind - ) és a generátor frekvenciája, az alsó sorban a mérési eredmény. Az 1x16 karakteres kijelzőn a bal oldalon a mérési eredmény, a jobb oldalon a generátor frekvenciája látható.

Annak érdekében azonban, hogy a mért érték és a frekvencia ugyanarra a karaktersorra kerüljön, csökkentettem a kijelző felbontását. Ez semmilyen módon nem befolyásolja a mérés pontosságát, csak vizuálisan.

Mint a többi jól ismert változatban is, amelyek ugyanazon alapulnak univerzális séma, Az LC mérőhöz kalibráló gombot adtam. A kalibrálást 1000pF kapacitású referenciakondenzátorral végezzük, 1%-os eltéréssel.

Ha megnyomja a kalibráló gombot, a következő jelenik meg:

Az ezzel a műszerrel végzett mérések meglepően pontosak, és a pontosság nagymértékben függ az áramkörbe helyezett szabványos kondenzátor pontosságától, amikor megnyomja a kalibráló gombot. A készülék kalibrációs módszere csak a referencia kondenzátor kapacitásának mérésére szolgál és automatikus felvételértékeit a mikrokontroller memóriájába.

Ha nem ismeri a pontos értéket, kalibrálhatja a műszert a mérési értékek lépésről lépésre történő változtatásával, amíg meg nem kapja a legpontosabb kondenzátorértéket. Két gomb van az ilyen kalibráláshoz, kérjük, vegye figyelembe, hogy ezek az ábrán „UP” és „DOWN” jelöléssel vannak ellátva. Ezek megnyomásával beállíthatja a kalibráló kondenzátor kapacitását. Ez az érték ezután automatikusan a memóriába kerül.

Minden kapacitásmérés előtt vissza kell állítani a korábbi értékeket. A nullázás a "CAL" gomb megnyomásával történik.

Az induktív módban történő visszaállításhoz először rövidre kell zárni a bemeneti érintkezőket, majd meg kell nyomni a „CAL” gombot.

A teljes telepítést a rádióalkatrészek szabad hozzáférhetősége és a kompakt készülék elérése érdekében tervezték. A tábla mérete nem haladja meg az LCD kijelző méretét. Használtam diszkrét és felületre szerelhető alkatrészeket is. Relé 5V üzemi feszültséggel. Kvarc rezonátor - 8MHz.