Высокоточный измеритель индуктивности и емкости

LC МЕТР

Источник: http://radioskot.ru/publ/izmeriteli/lc_metr/15-1-0-803

Высокоточный измеритель индуктивности и емкости

Это очень точный измеритель индуктивности/емкости на базе микроконтроллера PIC16F628A. Идея реализована на примере точного измерителя индуктивности/емкости.Конструкция устройства немного отличается от аналогичных устройств, найденных в сети Интернет.

Целью моего не легкого труда было предоставить простое решение, которое легко собрать с первой попытки. Большинство конструкций данного типа устройств работает не так, как описано в документации, или на них просто недостаточно справочной информации.

Наиболее трудной частью проекта было запрограммировать весь математический код с плавающей запятой в память программ размером 2k микроконтроллера 16F628A.

Обычно измеритель индуктивности/емкости представляет собой измеритель частоты, имеющий в составе генератор колебаний, который генерирует колебания и измеряет величины L или C, после чего вычисляется конечный результат. Погрешность частоты составляет 1Гц. Для получения более подробной информации по измерению частоты с помощью синхронизирующих устройств, обратитесь к моей статье о цифровом частотомере.

Теоретические сведения: Внимательно посмотрите на схему; я не использовал язычковое реле, поскольку не нашел его на местном рынке радиокомпонентов. Поэтому я решил сначала использовать полевой МОП-транзистор вместо язычкового реле.

Но наилучший результат я получил с помощью обычного NPN-транзистора, такого как BC547. Если вы не доверяете транзисторам, тогда вы сможете добавить язычковое реле самостоятельно.

Я использовал внутренний компаратор контроллера для генератора и подсоединил его к источнику внешней синхронизации таймера Timer1 для вычисления частоты. Благодаря этому не понадобилось использовать внешний операционный усилитель Lm311.

Реле RL1 использовалось для выбора режима измерения L и C. Измеритель работает на базе четырех основных уравнений, которые представлены ниже:

Для обеих неизвестных величин L и C, обычно применяется равенство 1 и 2. Средние значения F1 мы получаем с помощью LC колебательного контура, затем подсоединяем Ccal параллельно колебательному контуру и получаем величину F2.
Сразу после этого,

1. Для емкости требуется F3 (уравнение 3), оставляя Cx параллельно колебательному контуру, затем вычисляется Cx из уравнения 4
2. Для индуктивности требуется F3 (уравнение 7), оставляя Lx последовательно колебательному контуру, и c затем вычисляется Lx из уравнения 8

Следовательно, как для индуктивности, так и для емкости, уравнения 1, 2, и уравнения 5, 6 одинаковы. После получения приблизительных значений индуктивности или емкости, программа автоматически приведет значения к техническим единицам, которые отобразит на жидкокристаллическом дисплее разрешением 16×2. 

Если вам тяжело осилить все математические вычисления, тогда лучше оставить их на время и перейти к аппаратным средствам. Для начала выполните процесс калибровки, который разъяснен в следующей главе.

Конструкция:
Точность измерения зависит от состояния ваших компонентов. Два конденсатора, емкостью 33пФ в генераторе должны быть танталовыми (для низкой серии сопротивлений/индуктивностей).

Используйте C4, C5 (Ccal) полистирольного типа, поскольку зеленые конденсаторы имеют слишком большое отклонение величины. Избегайте использования керамических конденсаторов. Некоторые из них имеют большие затухания.

1. Сначала проверьте, чтобы все компоненты отлично подходили на свои места в плате.
2. Запрограммируйте микросхему (16F628A) с помощью Hex файла, указанного ниже на данной странице. Если у вас нет программатора / загрузчика, тогда обратитесь к моей схеме PicKit-2 клона. Его очень легко собрать самостоятельно.
3. Сначала подайте питание на схему без микросхемы, затем проверьте напряжение на выводе 5, 14 колодки ИС с помощью вольтметра. Если напряжение равно 5В, тогда все отлично.
4. Поместите микросхему в колодку ИС и подайте питание. Если на жидкокристаллическом дисплее будет повышенная контрастность, тогда увеличьте значение резистора R11 на несколько килоом.

Калибровка:

1. Закоротите два тестовых проводника и подайте питание на схему. При этом выполнится автоматическая калибровка. Устройство перейдет в режим по умолчанию – режим индуктивности. Дайте несколько минут на “разогрев”, затем нажмите кнопку “zero” (нуль) для выполнения форсированной повторной калибровки. Теперь на дисплее должно отображаться значение ind = 0.00 uH (мкГн)
2. Теперь разомкните два тестовых проводника и подсоедините заранее известную индуктивность, например 10 мкГн или 100 мкГн. Измеритель индуктивности/емкости должен считать приблизительно аналогичное значение (допускается погрешность до +/- 10%).
3. После этого необходимо настроить измеритель для отображения результата с погрешностью около +/- 1%. Чтобы выполнить это, проверьте что в схеме установлены 4 джампера Jp1 ~ Jp4. Джамперы Jp1 и Jp2 предназначены для увеличения (+) и уменьшения (–) значений. Для увеличения значения сначала установите Jp1 и выполните шаги 1,2, для уменьшения значения установите Jp2 и выполните шаги 1,2.
4. Если на дисплее отображаются необходимые значения, тогда снимите джамперы. После этого микросхема запомнит калибровку, пока вы не заходите снова внести изменения.
5. Если у вас все еще не получается получить требуемое значение, установите джампер Jp3, чтобы увидеть величину F1. На дисплее отобразится значение около 503292 с индуктивностью 100мкГн и емкостью 1нФ. Или установите джампер Jp4, чтобы посмотреть значение F2. Если на дисплее ничего не появится, то это означает, что ваш генератор неправильно работает. Еще раз проверьте вашу плату.

Читайте также:  Диско-конусная антенна

Список радиоэлементов

ОбозначениеТипНоминалКоличествоПримечаниеМагазинМой блокнотU1U3Q1, Q2D1, D3С1, С2, С6, С7С3, С10С4, С5С8, С9R1, R3, R4R2, R14, R15R5R6R7, R9-R12R8, R13LCD1Х1RL1SW1L1BP1, BP2JP1-JP4J1

Скачать список элементов (PDF)

Оригинал статьи

Прикрепленные файлы:

Источник: http://cxem.net/izmer/izmer149.php

Как измерить индуктивность мультиметром

При работе с любыми электроприборами или токопроводящими деталями, наличие измерительной аппаратуры является необходимым, будь то амперметр, вольтметр или омметр. Но для того чтобы не покупать все эти устройства, лучше обзавестись мультиметром.

Мультиметр является универсальным измерительным аппаратом, который позволяет измерить любую характеристику электричества. Мультиметры бывают аналоговые и цифровые.

Аналоговый мультиметр

Данный тип мультеметров отображает показания измерений при помощи стрелки, под которой установлено табло с различными шкалами значений.

Каждая шкала отображает показания того или иного измерения, которые подписаны непосредственно на табло.

Но для новичков такой мультиметр будет не самым лучшим выбором, поскольку разобраться во всех обозначениях, которые находятся на табло довольно трудно. Это может привести к не правильному пониманию результатов измерения.

Цифровой мультиметр

В отличие от аналоговых, этот мультиметр позволяет с легкостью определять интересуемые величины, при этом его точность измерений гораздо выше по сравнению со стрелочными аппаратами.

Также наличие переключателя между различными характеристиками электричества исключает возможность перепутать то или иное значение, поскольку пользователю не нужно разбираться в градации шкалы показаний.

Результаты измерений отображаются на дисплее (в более ранних моделях – светодиодных, а в современных – жидкокристаллических). За счет этого цифровой мультиметр комфортен для профессионалов и прост и понятен в использовании для новичков.

Измеритель индуктивности для мультиметра

Несмотря на то, что определять индуктивность при работе с электроникой приходится редко, это все же иногда необходимо, а мультиметры с измерением индуктивности найти достаточно трудно. В данной ситуации поможет специальная приставка к мультиметру, позволяющая измерить индуктивность.

Зачастую для подобной приставки используется цифровой мультиметр установленный на измерение напряжения с порогом точности измерения в 200 мВ, который можно приобрести в любом магазине электро и радиоаппаратуры в готовом виде. Это позволит сделать простую приставку к цифровому мультиметру.

Сборка платы приставки.

Собрать приставку-тестер к мультиметру для измерения индуктивности можно без особых проблем в домашних условиях, обладая базовыми знаниями и навыками в области радиотехники и пайки микросхем.

В схеме платы можно применять транзисторы КТ361Б, КТ361Г и КТ3701 с любыми буквенными маркерами, но для получения более точных измерений лучше использовать транзисторы с маркировкой КТ362Б и КТ363. Эти транзисторы устанавливаются на плате в позициях VT1 и VT2.

На позиции VT3 необходимо установить кремневый транзистор со структурой p-n-p, например, КТ209В с любой буквенной маркировкой. Позиции VT4 и VT5 предназначены для буферных усилителей.

Подойдет большинство высокочастотных транзисторов, с параметрами h21Э для одного не меньше 150, а для другого более 50.

Для позиций VD и VD2 подойдут любые высокочастотные кремневые диоды.

Резистор можно выбрать МЛТ 0,125 или аналогичный ему. Конденсатор С1 берется с номинальной емкостью 25330 пФ, поскольку он отвечает за точность измерений и ее значение стоит подбирать с отклонением не более 1%.

Такой конденсатор можно сделать объединив термостабильные конденсаторы разной емкости (например, 2 на 10000 пФ, 1 на 5100 пФ и 1 на 220 пФ).

Для остальных позиций подойдут любые малогабаритные электролитические и керамические конденсаторы с допустимым разбросом в 1,5-2 раза.

Проводу к «бананам» и «крокодилам» лучше взять короче, что бы уменьшить влияние их собственной индуктивности на показания замеров. В месте припаивания проводов к плате, соединение стоит дополнительно зафиксировать каплей термоклея.

При необходимости регулирования диапазона измерений на плату можно добавить разъем для переключателя (например, на три диапазона).

Корпус приставки к мультиметру

Корпус можно сделать из уже готового короба подходящего размера или сделать короб самостоятельно. Материал можно выбрать любой, например, пластик или тонкий стеклотекстолит. Короб делается под размер платы, и в нем подготавливаются отверстия для ее крепления. Также делаются отверстия для подключения проводки. Все фиксируется небольшими шурупами.

Питание приставки осуществляется от сети при помощи блока питания с напряжением в 12 В.

Настройка измерителя индуктивности

Для того чтобы откалибровать приставку для измерения индуктивности понадобятся несколько индукционных катушек с известной индуктивность (например, 100 мкГн и 15 мкГн).

Катушки по очереди подключаются к приставке и, в зависимости от индуктивности, движком подстроечного резистора на экране мультиметра выставляется значение 100,0 для катушки на 100 мкГн и 15 для катушки на 15 мкГн с точностью 5%. По такому же методу устройство настраивается и в других диапазонах.

Важным фактором является то, что для точной калибровки приставки необходимы точные значение тестовых катушек индуктивности.

Альтернативным методом определения индуктивности является программа LIMP. Но этот способ требует некоторой подготовки и понимания работы программы.

Но как в первом, так и во втором случае точность подобных измерений индуктивности будет не очень высока.

Для работы с высокоточным оборудованием данный измеритель индуктивности подходит плохо, а для домашних нужд или для радиолюбителей будет отличным помощником.

Проведение замеров индуктивности

После сборки приставку к мультиметру необходимо протестировать. Есть несколько способов, как проверить устройство:

1. Определение индуктивности измерительной приставки. Для этого необходимо замкнуть два провода, предназначенных для подключения к индуктивной катушке. Например, при длине каждого провода и перемычки 3 см образуется один виток индукционной катушки. Этот виток обладает индуктивностью 0,1 – 0,2 мкГн. При определении индуктивности свыше 5 мкГн данная погрешность не учитывается в расчетах. В диапазоне 0,5 – 5 мкГн при измерении необходимо брать в расчет индуктивность устройства. Показания менее 0,5 мкГн являются примерными.
2. Измерение неизвестной величины индуктивности. Зная частоту катушки, при помощи упрощенной формулы расчета индуктивности можно определить это значение.
3. В случае, когда порог срабатывания кремниевых p-n переходов выше амплитуды измеряемой электрической цепи (от 70 до 80 мВ), можно измерить индуктивность катушек непосредственно в самой схеме (предварительно обесточив ее). Поскольку собственная емкость приставки имеет большое значение (25330 пФ), погрешность подобных измерений будет составлять не более 5% при условии, что емкость измеряемой цепи не превышает 1200 пФ.

При подключении приставки непосредственно к катушкам расположенным на плате применяется проводка длиной 30 сантиметров с зажимами для фиксации или щупами. Провода скручиваются с расчетом один виток на сантиметр длины. В таком случае образуется индуктивность приставки в диапазоне 0,5 – 0,6 мкГн, которую также необходимо учитывать при измерениях индуктивности.

Источник: https://EvoSnab.ru/instrument/avo/izmerenie-induktivnosti-multimetrom

:: ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ И ИНДУКТИВНОСТИ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ ::

Источник: http://samodelnie.ru/publ/samodelnye_pribory/izmeritel_emkosti_i_induktivnosti_na_mikrokontrollere/5-1-0-225

CLR2313 – измеритель ёмкостей, индуктивностей и сопротивлений

Каждый радиолюбитель должен иметь, такой прибор, который может производить такие измерения

C 0.0 pF … >9999 мF
L 0.0 мH … ~9999 мH

R 0.0 Ом … >9999 кОм

Простая схема, но имеет в составе два точных конденсатора и два резистора, как показала практика, основная стабильность схемы зависит  от этих конденсаторов  и параметрического стабилизатора  MC78FC00 series собственным током потребления 1мкА и разводкой платы от паразитных наводок.

В общем, по настройке не сравнить с изготовленным мной ранее AVR-Transistortester на ATmega8  который заработал сразу, никаких настроек и никаких точных деталей.

Однако, для повседневного пользования,  CLR2313  с его измерениями L и C очень важен, и очень актуален, когда смд элементы не имеют маркировки.

Схема прибора

Я в своём варианте сборки в отличие от авторской схемы использовал детали, стабилизатор LD-50 полное название LD1117S50TR разброс 1%, дроссель (сам не мотал, покупной) 1000мкГн, конденсаторы К71-7 4700пик +-1% , смд резисторы 2ком (эта замена не есть хорошо, так как автор делал расчеты на  номиналах своей схемы ) остальные детали как в схеме автора.

Схема собрана, прошивку использовал из архива выложенном на форуме радиокота CLR_2313_162_4.rar

фьюзы выставил так

После включения подстроил контрастность, и сразу видно что, схема работает, но замер номиналов деталей отличается в разы, от реальности, теперь калибровка.

Процедура калибровки описана в статье автора 

Внимательно прочитал теорию, У меня всё равно не получалось на практике,

Тогда я решил на действующей схеме, эксперементально с помощью PonyProg внести изменения констант в EEPROM, спасибо ребятам с форума радиокота подсказали, где они находятся, вот фото, по которому я ориентировался что изменить.

произвёл правку констант прямо в EEPROM программой PonyProg, (ваша задача будет упрощена, если вы сделаете разъем для внутрисхемного программирования в удобном месте.) Сделав это раз, становится понятно, что это, проще простого.

Прошивка из собраного и калиброванного, прибора CLR2313, формат – e2p для PonyProg  CLR2313_off.e2p

                                                             прошивка прибора CLR2313, формат – НЕХ и ЕЕР  CLR2313_off

Устройство заработало, несмотря на то, что, я использовал детали не строго по схеме (это указывает на то что, схема имеет неплохую “живучесть” и при небольшой аккуратности может быть легко повторена), все работает и теперь довольно таки  точно, вычисляет номиналы тестируемых деталей (ориентируюсь по купленным деталям с известными номиналами) и самое главное, что измерение от 0 и до 9999. Так что, ещё раз спасибо автору akl  за хороший труд, и удачи всем в повторении прибора. 

Теперь у меня два полезных прибора CLR2313 и AVR-Transistortester на ATmega8 ,и предназначение у них одно, помогать хоббийным радиолюбителям,
  Объединение этих приборов в одно  устройство следующая статья AVR-Transistortester & CLR2313.

Спасибо автору akl. 

Обсуждение на форуме радиокота здесь http://radiokot.ru/forum

Исходник   CLR_2313_162_4.rar

Источник: http://sxem.org/2-vse-stati/24-izmereniya/141-clr2313

Радиосхемы. – Измеритель емкости и индуктивности

категория

Самодельные измерительные приборы

материалы в категории

Радиоконструктор 2002 №4

Такой прибор очень полезно иметь в арсенале любого радиолюбителя. С его помощью можно измерять индуктивности от 100 Гн до 10 мГн. и измерять ёмкости от 1 мкФ до 100 пФ, с достаточно высокой точностью. Практически он состоит из милливольтметра переменного тока, синусоидального генератора частотой 159 Гц, и набора добавочных резисторов.

Если сравнивать прибор с обычным тестером постоянного тока, то его компоненты, при измерении индуктивности, включаются как при измерении сопротивления, а при измерении ёмкости, – как при измерении проводимости. Разница в том, что в качестве измерительной головки выступает милливольтметр переменного тока, а в качестве источника напряжения выступает генератор синусоидального сигнала.

Частота генератора 159 Гц выбрана не случайно, такой выбор частоты обеспечивает необходимый коэффициент пропорциональности между показаниями милливольтметра и фактическим значением измеряемой величины.

Принципиальная схема прибора показана на рисунке. Измерительный элемент – милливольтметр переменного тока, выполнен на операционном усилителе А1. Резистор R9 служит для балансировки усилителя. Его шток выводится на фронтальную панель прибора и снабжается небольшой рукояткой.

Перед началом измерения при помощи R9 нужно установить стрелку измерительного прибора точно на нуль. В качестве измерительной головки используется микроамперметр типа М900 со шкалой 0-100 мкА.

Можно использовать и другую аналогичную измерительную головку, сопротивление её катушки существенного значения не имеет, но должно укладываться в 300-2000 Ом.

Переключателем S1 переключают режимы (“L С”). S2 служит для переключения пределов измерения. Объект измерения подключается к зажимам “X”. Набор добавочных резисторов R1-R5 совместно с измеряемым объектом образует делитель переменного напряжения, поступающего от генератора на ОУ А2.

Если мы измеряем ёмкость (S1 в показанном на схеме положении), то “X” оказывается в верхнем плече этого делителя и милливольтметр измеряет напряжение на добавочных резисторах.

Если измеряем индуктивность, то “X” будет в нижнем плече, и отсчёт измеряемой величины будет производиться по падению напряжения на измеряемой катушке.

Операционный усилитель КР544УД2 можно заменить на К544УД2, К544УД1, КР544УД1, или на импортный МАВ355. ОУ К140УД608 можно заменить на такой же как А1, или на К140УД6, К140УД708, К140УД7, половину К157УД2 или на импортный МА1458. Диоды Д18 – любые германиевые, можно даже Д9, но лучше ГД507.

Диоды КД521 можно заменить на КД522, КД503, КД510. Переключатель S1 – приборный тумблер, S2 – приборный галетный.

Источник питания должен быть стабилизирован.

Точность во многом зависит от точности резисторов R1-R5.

Настройку начинают с генератора. Подстройкой R15 установите переменное напряжение на выходе А2 равное 1 V.

Затем проведите пробные измерения конденсаторов известных ёмкостей. Если необходимо подкорректируйте величины R1-R5. либо, если ошибки в одной пропорции на всех пределах, – немного изменить переменное напряжение на выходе А2 (подстройкой R15).

Паличев М.Д.

Литература:

1. Horsky J.0 Horsky P. “Universalni meridlo”. Amaterske Radio. 1-1990. s.9.

Источник: http://radio-uchebnik.ru/shem/18-pribory-i-izmereniya/702-izmeritel-emkosti-i-induktivnosti

Измеритель индуктивности и ёмкости (LC)

Радиолюбитель 2000 №11-12

Хочу предложить измеритель LC с прямым отсчётом. Данный пробник, несмотря на свою простоту, обладает большими возможностями. Он позволяет измерять:

– ёмкость конденсаторов (не выпаивая их из схемы); – индуктивность; – частоту сигналов (TTL-уровня); – тангенс угла и сопротивление потерь конденсаторов; – магнитную проницаемость сердечников; – добротность катушек индуктивности;

– наличие короткозамкнутых витков в катушках. Схема пробника показана на рис.1.

рис.1. Схема измерителя LC

На элементах DD1 и DD2 собран генератор, времязадающим элементом которого является измеряемая ёмкость или индуктивность. На элементах DD3 и DD4 собран делитель частоты с максимальным коэффициентом деления 16777211.

Вся шкала пробника включает 25 значений, отличающихся друг от друга в 2 раза. При работе пробника визуально определяется, частота мигания какого светодиода ближе всего к 1 Гц. Показания напротив него и являются результатом измерения.

Читайте также:  Повышающий преобразователь с mppt контролером заряда для солнечных батарей

Диод VD2 защищает прибор от переполюсовки питания.

Измерение ёмкости. Перед измерением конденсатор необходимо разрядить. Переключатель S1 поставить в разомкнутое положение (измерение ёмкости). В зависимости от необходимой точности, измерение можно провести тремя способами.

Способ 1. К щупам пробника подключается измеряемый конденсатор (его можно не выпаивать из схемы) и определяется, какой светодиод мигает с частотой около 1 Гц. На шкале против него читается значение ёмкости.
Способ 2.

Для более точного измерения ёмкости нужно сделать все как в способе 1, только смотреть на светодиод, который мигает с частотой, большей чем 1 Гц, подсчитать количество миганий за 10 с, и вычислить частоту миганий, разделив подсчитанное количество на 10.

Показание напротив этого светодиода разделить на полученную частоту. Результат и будет значением ёмкости конденсатора.
Способ 3. Для ещё более точного определения ёмкости можно воспользоваться осциллографом или частотомером.

Причём при использовании осциллографа можно оценить и качество проверяемого конденсатора (определить тангенс угла потерь). Подключив осциллограф или частотомер к щупам пробника, этими же щупами нужно коснуться проверяемого конденсатора.

Если конденсатор имеет малые потери, то вид осциллограмы будет такой, как показано на рис.2 а. При больших потерях вид осциллограммы будет такой, как на рис.2 б. Определите величину периода Т и по формуле (1) подсчитайте ёмкость конденсатора:

С=T/40-5*10-9 (Ф). (1)

При ремонте радиоаппаратуры достаточно измерить ёмкость конденсатора по способу 1. Если полученное значение ёмкости меньше номинала, указанного на конденсаторе, в 2 и более число раз, такой конденсатор необходимо заменить.

рис.2. Осциллограммы

Измерение индуктивности. Индуктивность, так же как и ёмкость, можно измерить тремя способами.

Способ 1. Он аналогичен способу 1 для измерения ёмкостей. Только переключатель S1 нужно замкнуть.
Способ 2.

Аналогичен способу 2 для измерения ёмкостей конденсаторов. Переключатель S1 поставить в положение для измерения индуктивности (замкнуть).
Способ 3.

Аналогичен способу 3 для измерения ёмкостей. Индуктивность рассчитываем по формуле

L = 40*Т (Гн), (2)

а вид осциллограмм для катушек с малыми и большими потерями приведён на рис.За и 3б соответственно. Значения ёмкостей конденсаторов и индуктивностей катушек с потерями, определённые с помощью пробника, будут содержать погрешность – тем большую, чем больше эти потери.

рис.3. Осциллограммы

Измерение частоты сигнала. Пробник позволяет измерять частоту сигнала ТТЛ-уровня, при условии, что питание пробника гальванически развязано от питания проверяемой цепи.

Переключатель S1 необходимо поставить в положение для измерения индуктивности. Одним щупом коснитесь общего провода, а другим – источника сигнала. Напротив светодиода, мигающего с частотой около 1 Гц, прочитайте показания частоты сигнала.

Для более точного определения частоты можно воспользоваться способом 2.

Определение тангенса угла потерь конденсаторов. Тангенс угла потерь (tg d) точно можно определить с использованием осциллографа.

Способ 1. Для этого необходимо подключить к щупам пробника осциллограф и проверяемый конденсатор. Если осциллограмма выглядит как на рис.2б, конденсатор имеет потери, величину которых можно вычислить. Конденсатор с потерями можно заменить эквивалентной схемой – последовательно соединёнными конденсатором и сопротивлением потерь. Тогда тангенс угла потерь равен:

tg d = Rп/Xc = Rп/(2*pi*f*C), (3)

где Rп – сопротивление потерь (Ом); Хc – реактивное сопротивление конденсатора (Ом); f – частота, на которой работает конденсатор (Гц);

C – ёмкость конденсатора (Ф).

Для данного пробника:

Rп = Uп/0,03 (Ом). (4)

Uп – измеряется по осциллографу, согласно рис.2б. При подключении к пробнику конденсатора, период Т, с учётом сопротивления потерь Rп, равен:

T = 3,33*(12-Rп)*(C + 5*10-9) (c) (5)

Если в данную формулу подставить Rп=0, то получается формула (1).

Способ 2. Измерьте ёмкость конденсатора с помощью пробника. Если пробник показал ёмкость в 2 или более число раз меньшую, чем номинал конденсатора (обозначенный на нем), данный конденсатор имеет большое сопротивление потерь Rп, а соответственно, и большой tg d. Тогда, согласно формуле (5), можно найти сопротивление потерь. Результаты расчёта сведены в таблицу.

В верхней строке таблицы – кратность показаний пробника (во сколько раз ёмкость конденсатора меньше ёмкости, обозначенной на корпусе конденсатора. В нижней строке – соответствующее сопротивление потерь.

Определение добротности катушек индуктивности. Определите индуктивность катушки L1. Омметром (желательно цифровым) измерьте активное сопротивление катушки R. Подсчитайте реактивное сопротивление на заданной частоте.

XL= 2*pi*f*L (Ом), (6)

где XL – реактивное сопротивление катушки (Ом); f – рабочая частота (Гц);

L – индуктивность катушки (Гн).

Добротность катушки индуктивности рассчитывается по формуле;

Q = XL/R. (7)

На данном пробнике показания заметны при Q>11.

рис.4. Типы сердечников

Определение магнитной проницаемости сердечника из феррита. Рассмотрим три вида сердечников (рис.4). Рассчитаем величины, необходимые для определения магнитной проницаемости сердечников.

lМ=(D + d)*pi/2 (9)
SМ=(D – d)*h/2 (10)
lМ=2*(А+В-2*С) (11)
SМ=h*c (12)
lМ=2*(h+а+с)+3/2*а (13)
SМ = a*b (14)

Формулы (9) и (10) используются для кольца, (11) и (12) – для П-образного, а (13) и (14) – для Ш-образного сердечника. Все размеры в формулах (9)…(14) берутся в сантиметрах.

Намотайте не менее 15 витков провода (внавал) на сердечник и измерьте пробником полученную индуктивность, (для Ш-образного сердечника витки нужно мотать по размеру а).

Эффективная магнитная проницаемость сердечника рассчитывается по формуле

uэ=(L*lМ)/(u0*n2*SМ) (15)

где L – индуктивность катушки, намотанной на данный сердечник (Гн);
lм – длина средней магнитной силовой линии (см);
SM – площадь сечения магнитопровода (см2);
u0 – магнитная проницаемость вакуума (u0=4*pi*10-9 Гн/см);
n – количество витков.

Выявление короткозамкнутых витков. Для определения наличия короткозамкнутых витков в катушках, намотанных на кольцеобразных, П-образных и Ш-образных сердечниках, необходимо сравнить индуктивность, измеренную пробником, и расчётную:

L=u0*uэ*n2*Sм/lм , (16)

где uэ – эффективная магнитная проницаемость для ферритовых материалов (указывается на них). Если она неизвестна, её можно определить так, как описано выше. Если индуктивность, определённая пробником, меньше в 2 и более раз, чем расчётная, то в катушке имеются короткозамкнутые витки.

Детали. Формулы (1, 2, 4, 5) верны только для пробника, собранного на микросхемах 74НС00. Если генератор пробника собрать на микросхемах других серий, в том числе и отечественных, в формулах появятся поправочные коэффициенты. При выборе микросхем нужно помнить, что:

– размах напряжения на щупах пробника не должен превышать 0,3…0,4 В, чтобы не открывались р-n переходы не только кремниевых, но и германиевых транзисторов и диодов. Это позволяет проверять конденсаторы, не выпаивая их из плат; – ИМС должны быть достаточно быстродействующими (шире диапазон измерения);

– при использовании некоторых серий необходимо подключить конденсатор С6 1000 пФ…0,01 мкФ (рис.1) для устойчивого запуска генератора. Это резко сужает диапазон измерений.

Автором были проверены микросхемы серий К155, К555, К531, К131, КР1533, 7400, 74LS00, 74НС00. Всем требованиям больше всего отвечала микросхема КР1533ЛАЗ. У неё размах напряжения на щупах был около 0,02 В. Но из-за этого она оказалась слишком чувствительной к помехам и наводкам от рук.

Приходилось применять специальные меры, которые резко снижали диапазон измерений. ИМС К155ЛАЗ имела большой размах напряжения, что открывало р-n переходы даже кремниевых транзисторов и диодов. К555ЛАЗ открывала р-п переходы только германиевых транзисторов и диодов.

Так что из этих серий лучше всего использовать микросхему 74НС00. Она малочувствительна к помехам и наводкам от рук, не открывает p-n переходы даже германиевых транзисторов и диодов. К тому же, имеет малое потребление энергии. Для счётчиков также лучше использовать микросхемы серии CD74HCT4040, т.к.

они достаточно высокочастотны, имеют выходной ток, достаточный для хорошего свечения светодиодов, мало потребляют энергии. Напряжение питания должно быть стабилизированным. Оно выбрано 4,4 В.

При выборе напряжения питания необходимо помнить, что его изменение приводит к изменению коэффициентов в формулах (1, 2, 4, 5), а следовательно, влияет на показания пробника. Изменяя Un, можно изменить диапазон измеряемых величин в ту или иную сторону.

Изменение напряжения питания также влияет на чувствительность пробника к конденсаторам с потерями. Если его уменьшать, чувствительность падает, увеличивать – растёт. Светодиоды в пробнике – любые, красного свечения. Их все можно не устанавливать, а установить, например, через один. Правда, шаг шкалы при этом увеличится.

Настройка. Пробник размещён на плате размером 105×30 мм. Шкала пробника рассчитана по формулам 1 и 2 и соответствует действительности только при использовании микросхемы 74НС00 и напряжения питания 4,3 В. Микросхему DD2 желательно установить в панельку, т.к.

если случайно коснуться пробником неразряженного конденсатора, находящегося под большим напряжением, микросхема может сгореть. Поэтому нужно обязательно разряжать конденсаторы перед измерением. Щупы пробника должны иметь минимальную длину, т.к. на его работоспособность влияет даже очень маленькая индуктивность щупов.

В авторском варианте длина одного щупа (вместе с кабелем) – 22 см, а другого – 10 см.

С.Володько, г.Гомель.

Источник: http://nice.artip.ru/izmeritel-induktivnosti-i-yomkosti-lc