8-900-374-94-44
Измеритель ESR/L/C/F/P/t на PIC16F876A
Вот и утихли страсти по конкурсным работам, теперь можно спокойно обсудить и собрать понравившиеся конструкции. Я тоже, в свою очередь, поздравляю Радиокота с днем рождения! Как и обещал, предлагаю описание собранного прибора.
Потребность в измерителе параметров конденсаторов возникла около трех лет назад, поэтому был приобретен, не дешевый, специализированный LC-метр (марку не озвучиваю). Но в процессе работы выяснилось, что у него слишком большая погрешность при замерах электролитических конденсаторов, емкостью более 6000 мкФ. Второй отрицательный момент, это «прожорливость» прибора. «Крону» приходилось менять каждый месяц. Решил сделать свой измеритель. В качестве вариантов для изучения и повторения рассматривались несколько разработок:
Измеритель C и ESR+LCF ( Степан Миронюк ( miron63) с сайта pro-radio.ru)
Все приборы хороши по-своему, но хотелось объединить достоинства каждого в своей конструкции. Только, по моему мнению и для моих задач, лучшим вариантом для повторения и модернизации явился измеритель C и ESR+LCF от Степана Миронюка, тем более, автор любезно поделился с общественностью исходниками прошивки МК, за что ему огромная благодарность. Поэтому, задача что-либо изменить или доработать сильно облегчилась. Были сомнения в необходимости оформлять свою конструкцию в виде отдельной статьи, ведь в сети и так полно похожих измерителей. С другой стороны, возможно, именно этот вариант кому-то оптимально подойдет для изготовления, к тому же, внесено достаточно много изменений и доработок. На авторство схемы и метода измерений не претендую, но некоторые улучшения реализовать удалось. Используемый способ измерения емкости конденсаторов, заряжая их стабильным током за определенное время, позволяет получить достаточно точные замеры, но при условии очень малых собственных токов утечек конденсатора. При значительных утечках, сравнимых с токами заряда, получить достоверные замеры емкости практически невозможно. В этом измерителе я попытался анализировать и ориентировочно вычислять такие токи утечек. Главная задача это выявить подозрительные конденсаторы, а уж отбраковывать можно другими способами и приборами.
Готовый прибор выглядит так:
В моем распоряжении имелся лишний пульт ДУ от видеомагнитофона «Фунай», корпус которого и использовал. Он же определил конструктивные особенности изготовления платы прибора и применяемые детали. С левой стороны имеются входные гнезда для подключения проводов, или панелек под измеряемые компоненты. Лишние отверстия передней панели заклеены декоративной пластиной, на ней расположены ЖКИ и 5 кнопок: «Set», « + » , « — » , вкл./выкл. питания, выбор измерения Cx или Lx. Компоновка и расположение элементов на плате тоже привязано к имеющимся отверстиям в корпусе. ЖКИ установлен под платой, а распайка проводов от него – в соответствующие контактные площадки платы.
Вид на расположение компонентов со стороны монтажа:
Отсек для двух батареек типоразмера АА (аккумуляторов) определил вопрос с питанием. Теоретически допустимое входное напряжение питания не менее 2В и не более 5В. Преобразователь MAX756EPA может запускаться и при 1В, но вот полевые транзисторы при этом работают плохо. В готовом приборе потребляемый ток меняется от 20 до 40 мА при различных режимах работы. В режиме частотомера потребление максимально. Настройка прибора и отладка программы проводилась на уже использованных батарейках от фотоаппарата, с суммарным начальным напряжением 2,5В. Фотик уже отказывался от них работать, а в измерителе они еще послужили около месяца. Так что для питания подойдут самые дешевые китайские батарейки или уже отслужившие свой срок щелочные, которых иногда бывает предостаточно. Есть мысли сделать питание от USB разъема через последовательно включенный диод, или, по крайней мере, подзаряжать аккумуляторы, но это дело будущего. Обычно доводка конструкции до желаемого результата может длиться годами по мере возникновения новых идей.
Схема состоит из нескольких основных функциональных узлов:
Схема питания прибора
Включение и выключение питания производится одной кнопкой KN1. В исходном состоянии VT6 и VT4 закрыты, С15 заряжен до напряжения батареи, питание на схему не подается. При нажатии на кнопку затвор VT4 соединяется с конденсатором С15, открывая оба транзистора, включается DC/DC преобразователь. После инициализации портов на RB6 устанавливается высокий уровень сигнала, удерживая VT4 в открытом состоянии. Конденсатор С15 медленно разряжается через открытый транзистор и R22. Даже если продолжать удерживать кнопку нажатой, то напряжение на затворе не опустится ниже 2.5В, что удержит схему во включенном состоянии. При отпускании кнопки C15 разрядится до минимума. Выключается питание двумя способами: повторным нажатием на кнопку или программно. Выключение кнопкой происходит следующим образом: разряженный конденсатор С15 шунтирует цепь затвора VT4, вызывая его закрытие, а затем закрывается и VT6, снимая питание со схемы DC/DC преобразователя. Выключение питания программным способом осуществляется установкой низкого уровня сигнала на RB6 (автоматическое выключение по времени или при разряде аккумулятора ниже нормы). В преобразователе возможно применение микросхем: MAX756, MAX856, отечественного аналога КР1446ПН1, или вместо DD1 запаять DD5 типа NCP1400ASN50T1. Можно применить и другие аналогичные преобразователи на выходное напряжение +5В.
Схема цифровой части схемы с «обвязкой» МК
Применение ЖКИ от сотового телефона «Trium mars» связано с его малыми размерами, удобством распайки, ну и, конечно, с наличием такового. С коррекцией прошивки можно применить дисплеи от Nokia 1110i или 1200. ЖКИ от Nokia 3310 подходит хуже всех (маленькое поле 84х48), удобен только тот, у которого на стекле есть позолоченные контакты. Китайский вариант с металлической рамкой не влезал в корпус, а без рамки его подключить почти невозможно. В общем, многое зависит от применяемого корпуса прибора.
Кнопки « + » и « — » служат для установок параметров и значений в сервисных меню, для быстрой установки нуля. В режиме С/ESR-metr при отключенных щупах на ЖКИ выводится название режима, состояние батареи питания, надписи «сканирование» и значение АЦП в десятичном виде. При подключении конденсатора или резистора происходит замер их параметров и в 3-6 строках ЖКИ крупным шрифтом выводятся измеренные значения емкости и сопротивления. Если ток утечки конденсатора превышает уст. порог, то в нижних строках выводится ориентировочное значение сопротивления Rу. в Омах.
Схема измерения ESR конденсаторов и их емкости:
Схема в особых пояснениях не нуждается, хотя методы замера и расчета при одинаковых схемах часто отличаются. В данном приборе, использован способ замера емкости при помощи источника стабильного тока и заданного интервала времени заряда. Этот метод двухточечного замера хорошо описал Степан в своей конструкции. Внесены некоторые изменения в алгоритм самих замеров. Для вычислений емкости и ESR все сводится к измерению двух напряжений за определенные промежутки времени. Исходя из минимального тока заряда и минимального усиления на ОУ, сопротивление резисторов (а так же ESR) измеряется только от 0 до 130 Ом. Этого достаточно, ведь большие сопротивления резисторов можно определить и обычным тестером, а конденсатор с повышенным сопротивлением лучше забраковать.
Схема LC-генератора и входной части частотомера:
Измерение конденсаторов малой емкости и катушек индуктивности при помощи генератора на компараторе хорошо описано в статье «L/C Meter IIB» (с сайта www.aade.com). В схеме LC-генератора следует особое внимание уделить стабильности параметров дросселя Lх1 и конденсатора С22. Дроссель (по рекомендациям от Степана Миронюка) в виде катушки с подстроечным сердечником найти не удалось, да и по габаритам он не поместится в имеющийся корпус. Поэтому пришлось экспериментировать и подбирать из того, что есть. На кольце от мат. платы (зеленое с синим торцом) с размерами 8x4x3 намотал 56 витков провода ПЭВ-2-0.33. Индуктивность получилась 101.2 мкГн, а добротность Q=11,3. При незначительном прогреве готового дросселя уход его индуктивности не обнаружен. В таком варианте дроссель был пропитан лаком и запаян в схему. Конденсатор С22 составлен из нескольких чип-1206 МП0 (трех штук по 200пФ и одного 100пФ). Конденсаторы С21 и С18 так же составные (по 2 шт.), использованы керамические от материнских плат емкостью 4,7мкФ.
Группа разработчиков с сайта vrtp.ru в подобном приборе (ESR/R/L/C/F meter от R2-D2 второй версии) внесли некоторые изменения в схему, что улучшило стабильность работы генератора и расширились измеряемые диапазоны. Сам пока эти улучшения не опробовал.
Принцип измерения индуктивности и малых емкостей конденсаторов основан на расчете частоты колебаний LC контура по формуле: F=1/(2п*sqr(LC))
Можно ее преобразовать в другой вид: F^2=0,025330296/(LC) Отсюда можно вычислить нужные нам величины, измерив частоту генератора на компараторе и LC-контуре. Паразитные значения схемы монтажа (Cs и Ls) вычисляются в программе установки нуля, так же учитываются в расчетах. Настройку LxCx измерителя пока описывать не буду, хочется автоматизировать этот процесс, возможно будут изменения.
Входной формирователь частотомера тоже «без особенностей», многими опробован, работает отлично, нареканий нет, поэтому и изменять в нем ничего не стал. Есть маленький минус, но, возможно, это только у моей конструкции: не получается проверять кварцевые резонаторы на частоте менее 1МГц и более 40МГц. Низкочастотные – не возбуждаются, а высокочастотные – работают на кратных гармониках, например, вместо 48МГц возникает возбуждение на 16МГц. Вообще, такие мелочи можно не учитывать, т.к. это не основная задача прибора.
Настройка частотомера сводится к проверке входного формирователя на прохождение импульсов от входа схемы до 11 вывода МК, а так же подгонке поправочного коэффициента для кварцевого резонатора. Подаем от генератора на вход частотомера сигнал известной, калиброванной частоты, проверяем соответствие измеренного значения и установленного на генераторе. В случае отклонения от заданной величины, входим в режим коррекции времени замера длительным нажатием на кнопку «минус». На дисплее появится сообщение «настройка N=1.000». Далее кнопками «плюс» или «минус» подогнать соответствие показаний измеренного значения частоты входному сигналу. Каждое нажатие на соответствующую кнопку уменьшает или увеличивает измерительный интервал на 1мкС (при частоте кварца 4МГц). Сохранить корректировку нажатием кнопки «Set». Формат вывода измеренной частоты зависит от ее величины. Если частота менее 1МГц, то выводится число в единицах Герц. Если превышен этот порог, то выводится число МГц с разделительной десятичной точкой (возможно, еще придется корректировать).
Режим измерения температуры:
Процесс измерения температуры датчиком DS18B20 хорошо изложен в описании на микросхему. Подключается он по трехпроводной схеме к разъему программатора.
Пока реализовано только измерение температуры и ее вывод на ЖКИ, никаких действий по анализу значений не предусматривал. Имеется распознавание идентификационного кода датчика и вывод его на ЖКИ, чисто для проверки самих микросхем. При отсутствии датчика или ошибки его инициализации, измеритель переключается на замеры термопарой, используя входной усилитель ESR-метра. Для проверки использовал покупную термопару от тестеров. Если и она не подключена, то выводится сообщение «НЕТ ДАТЧИКА». Коэффициент ее температурного преобразования хранится в памяти EEPROM, корректируется для соответствия показаний прибора реальным замерам. Температура холодных концов фиксирована и равна +25 гр.С (учитывать при измерениях).
Примеры замера температуры термопарой:
В памяти EEPROM расположены все калибровочные значения и настройки измерителя.
По начальным адресам записаны калибровки для измерений, их изменять нет смысла, т.к. в процессе настройки они все равно изменятся. С адреса 0x2140 в порядке возрастания ячеек можно включить или выключить требуемые режимы работы:
0x2140 (01h) — включен режим ESR/C измерителя (00h – выключен режим)
0x2141 (01h) — включен режим LxCx метра (00h – выключен режим)
0x2142 (01h) — включен режим частотомера (00h – выключен режим)
0x2143 (64h) — включен термометр, 64h=100 Кус. термопары (проценты)
При нулевом значении в ячейке соответствующий режим работы будет исключен, естественно, эту часть схемы можно не собирать.
Вот на этом пока все. Учитывая длительный период разработки, возможны мелкие несоответствия конструкции и схемы этому описанию.
Файлы:
Архив RAR
Архив RAR
Архив RAR
Архив RAR
Архив RAR
Архив RAR
ESR_LCFPT_metr_PCB
Документ PDF
Документ PDF
Документ PDF
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
www.radiokot.ru
Степан Миронов. Давно не секрет, что половина отказов в современной бытовой технике связана с электролитическими конденсаторами. Ориентировочная таблица допустимых значений ESR, приведена ниже:
Было разработано несколько версий измерителя ESR. На данный момент, есть множество положительных отзывов от разных людей с рекомендациями по её использованию. Следует помнить, что при внутрисхемных измерениях исправных электролитических конденсаторов, показания «aESR» в большинстве случаев немного выше показаний «ESR». Это нормально, так как многочисленные соединения с измеряемым конденсатором, вносят погрешность. Наиболее сложными местами для измерения, являются схемы с одновременным шунтированием множеством элементов разных видов. На схеме выше, неисправный конденсатор С2+1ом, шунтируется C1+L1+C3+R2.
При измерении такого конденсатора, значение ESR в норме, а анализатор показывает ”0,18” – это превышение нормы. К сожалению, не всегда удаётся внутри-схемно определить исправность электролитического конденсатора. И так, что же может мой измеритель. Измеритель ESR+LCF v3 — измеряет
Дополнительные функции:— В режиме ESR можно измерять постоянные сопротивления 0.001 – 100Ом, измерение сопротивления цепей, имеющих индуктивность или ёмкость, невозможно (т.к. измерение производится в импульсном режиме и измеряемое сопротивление шунтируется). Для корректного измерения таких сопротивлений необходимо нажать кнопку «+» (при этом измерение производится при постоянном токе 10мА). В этом режиме диапазон измеряемых сопротивлений равен 0.001 – 20Ом. В современной технике электролитические конденсаторы часто шунтируются индуктивностью менее 1 мкГн и керамическими конденсаторами. В обычном режиме здесь, измеритель не способен выявить неисправный электролитический конденсатор без выпаивания. Для этих целей, добавлена функция внутрисхемного анализатора. Принципиальная схема.
«Сердцем измерителя является микроконтроллер PIC16F886-I/SS. В этом измерителе также, без изменения прошивки, могут работать и микроконтроллеры PIC16F876, PIC16F877. Конструкция и детали.ЖК — индикатор на основе контроллера HD44780, 2 строки по 16 знаков. Печатная плата выполнена из одностороннего стеклотекстолита.
Одновременно печатная плата служит основанием для корпуса. По периметру платы припаяны полоски стеклотекстолита шириной 21мм.
Крышки сделаны из чёрной пластмассы.
Сверху расположены кнопки управления, а спереди три гнезда типа «ТЮЛЬПАН», для съёмного щупа. Для режима “R/ESR” – гнездо более высокого качества.
Конструкция щупа:В качестве щупа, использован металлический штекер типа « тюльпан». К центральному выводу припаяна игла. Из доступного материала для изготовления иглы можно использовать латунный стержень, диаметром 3мм. Через некоторое время, игла окисляется и для восстановления надёжного контакта, достаточно протереть кончик, мелкой наждачной бумагой.
Ниже в архиве есть все необходимые файлы и материалы для сборки и настройки данного измерителя. Удачи всем и всего наилучшего! miron63. Архив Измеритель ESR+LCF v3. |
vprl.ru
Это измеритель ESR (ЭПС) + измеритель ёмкости конденсаторов.
Прибор измеряет ЭПС (эквивалентное последовательное сопротивление) конденсатора и его ёмкость измеряя время зарядки постоянным током. В роли источника тока выступает управляемый стабилитрон TL431 и p-n-p транзистор.
Ёмкость меряет в пределах 1 — 150 000мкФ, ESR — до 10 Ом.
Вся конструкция была успешно позаимствована с сайта pro-radio, где Олег Гинц (он же GO и он же автор конструкции) выложил свою работу на общее обозрение. Эта конструкция была повторена не один десяток, а то и сотню раз, опробована и одобрена народом. При правильной сборке остаётся лишь выставить поправочные коэффициенты на ёмкость и сопротивление.
Прибор собран на микроконтроллере PIC16F876A, распространённом ЖК-дисплее типа WH-1602 на базе HD44780 и рассыпухе. Контроллер можно заменить на PIC16F873 — в конце статьи есть прошивки на обе модели.
Ёмкость и ESR конденсаторов около 1000 мкф измеряет за доли секунды. Так же с большой точностью измеряет малое сопротивление. То есть можно пользоваться, когда необходимо сделать шунт для амперметра 🙂
Так же хорошо меряет ёмкость внутрисхемно. Только, если есть индуктивности — может врать. В этом случае выпаиваем элемент.
Корпус, Z-42, в качестве коннектора подключения щупов по четырёхпроводной схеме выбрал старый, добрый, надёжный USB 2.0 порт.
Старый, советский, подсохший электролитический конденсатор.
А это нерабочий конденсатор с цепи питания процессора на материнской плате.
Как работает.
Конденсатор предварительно разряжается, включается источник тока 10 мА, оба входа измерительного усилителя подключаются на Сх, делается задержка порядка 3.6 мкс для устранения влияния звона в проводах. Одновременно через ключи DD2.3 || DD2.4 заряжается конденсатор С1, который собственно и запоминает самое большое напряжение, которое было на Cx. Следующим шагом размыкаются ключи DD2.3 || DD2.4 и выключается источник тока. Инвертирующий вход ДУ остается подключенным к Сх, на котором после выключения тока напряжение падает на величину 10мА*ESR. Вот собственно и все — далее спокойно можно мерять напряжение на выходе ДУ — там два канала, один с КУ=330 для предела 1 Ом и КУ=33 для 10 Ом.
На форуме-источнике, где выложена печатная плата и прошивки — печатка была двухсторонняя. С одной стороны — все дорожки, с другой — сплошной слой земли и просто дырки под компоненты. У меня такого текстолита на момент сборки не было, поэтому пришлось делать землю проводами. Так или иначе, особых сложностей это не доставило и на работоспособности и точности прибора никак не отразилось.
На последней картинке — источник тока, источник отрицательного напряжения и силовой ключ.
Плата простая, настройка — ещё проще.
Первое включение — проверяем наличие +5V после 78L05 и -5V (4.7V) на выходе DA4 (ICL7660). Подбором R31 добиваемся нормальной контрастности на индикаторе.
Включение прибора при нажатой кнопке Set переводит его в режим установки корректирующих коэффициентов. Их всего три — для каналов 1 Ом, 10 Ом и для ёмкости. Изменение коэффициентов кнопками + и -, запись в EEPROM и перебор — той же кнопкой Set.
Имеется так же отладочный режим — в этом режиме на индикатор выводятся измеренные значения без обработки — для емкости — состояние таймера (примерно 15 отсчетов на 1 мкФ) и оба канала измерения ESR (1 шаг АЦП=5V/1024). Переход в отладочный режим — при нажатой кнопке «+»
И еще один момент — установка нуля. Для этого замыкаем вход, нажимаем и удерживаем кнопку «+» и с помощью R4 добиваемся минимальных показаний (но не нулевых!) одновременно по обоим каналам. Не отпуская кнопку «+», нажимаем Set — на индикатор выведется сообщение о сохранении U0 в EEPROM.
Далее измеряем образцовые сопротивления 1 Ом (или меньше), 10 Ом и емкость (которой доверяете) , определяем поправочные коэффициенты. Прибор выключаем, включаем при нажатой кнопке Set и устанавливаем к-ты соответственно результатам измерений.
Плата в три этапа, вид сверху:
Схема прибора:
Прошивка для PIC16F873
Прошивка для PIC16F876A
Привожу небольшой список FAQ, сформировавшийся на форуме-источнике.
Q. При подключении резистора в 0,22 Ома — пишет — 1 с копейками, при подключении резистора в 2,7 Ом — пишет ESR > 12.044 Ом.
A. Отклонения могут быть, но в пределах 5-10%, а тут в 5 раз. Надо проверять аналоговую часть, виновниками могут быть в порядке убывания вероятности:
источник тока,
дифф. усилитель
ключи
Начните с источника тока. Он должен выдавать 10 (+/-0.5) мА, его проверить можно либо в динамике осциллографом, нагрузив на 10 ом — в импульсе должно быть не более 100 мВ. Если ловить иголки не хочется — проверьте в статике — уберите перемычку (нулевое сопротивление) между RC0 и R3, нижний конец R3 на землю, и включаете миллиамперметр между коллектором VT1 и землей (правда возможно будет мешать VT2 — тогда при проверке коллектор VT1 лучше отключить от схемы).
На деле решение было такое: -«Перепутал я сослепу 102 и 201 — и вместо 1 килоома забубенил 200 ом.»
Q. Возможна ли замена TL082 на TL072?
A. К ОУ особых требований нет кроме полевиков на входе, с TL072 должно работать.
Q. Зачем на вашей печатке сделаны два входных разъёма: один подключен к диодам-транзисторам, а другой — к DD2?
A. Чтобы скомпенсировать падение напряжения на проводах, тестируемый элемент лучше подключать по 4-х проводной схеме, поэтому и разъем 4-х контактный, а провода объединяются вместе уже на крокодилах.
Q. На холостом ходу отрицательное напряжение -4 Вольта и сильно зависит от типа конденсатора между 2 и 4 выводами ICL 7660. С обычным электролитом всего -2 В было.
A. После замены на танталовый, выдранный с 286 материнки стало -4 В.
Q. Индикатор WH-1602 не работает или греется контроллер индикатора.
A. Неверно указана цоколевка индикатора WINSTAR WH-1602 в плане разводки питания, перепутаны 1 и 2 выводы! На alldatasheet 1602L, который совпадает с цоколевкой, указанной Winstar и на схеме. Мне же попался 1602D — вот он имеет «спутанные» 1 и 2 выводы.
Надпись Cx —- выводится в следующих случаях:
При измерении емкости срабатывает тайм-аут, т.е. за отведенное время измерения прибор не дождался переключения обоих компараторов. Это происходит при измерении резисторов, закороченных щупах, либо когда измеряемая емкость >150000 мкФ и т.п.
Когда напряжение, измеренное на выходе DA2.2 превысит 0x300 (это показания АЦП в 16-ричном коде), процедура измерения емкости не выполняется и на индикатор также выводится Cx —-.
При разомкнутых щупах (или R>10 Ом) так и должно быть.
Знак «>» в строке ESR появляется при превышении напряжения на выходе DA2.2 0x300 (в единицах АЦП)
Подводя итог: травим плату, без ошибок паяем элементы, прошиваем контроллер — и прибор работает.
Update.
Спустя пару лет решил сделать прибор автономным. По мотивам зарядного устройства для смартфонов был сделан step-up преобразователь на 7 В выходного напряжения. Можно было бы сразу на 5 В, но так как плата закреплена в корпусе на клей — отдирать не стал, да и падение напряжения на КРЕН7805 в два Вольта — небольшая потеря 🙂
Мой новый конструктор выглядел так:
Маленькая платка преобразователя была «обута» в термоусадку, произведена распайка всех проводов, разъём для кроны нам больше не понадобится. Просто дырка в корпусе смотрится не очень, поэтому мы его оставим, но провода откусим. Внутри корпуса не осталось места для аккумулятора, поэтому я приклеил батарею на тыльную сторону прибора и приделал ему ножки, чтобы в рабочем состоянии он не лежал на аккумуляторе.
На лицевой стороне вырезал отверстия для кнопки питания и светодиода индикации успешной зарядки. Индикацию заряда аккумулятора не делал.
Потом решил, что раз пошла такая пьянка неплохо было бы видать экран в темноте, на случай ремонта при свечах, если отключат свет, а работать хочется 🙂
Но это уже после того, как появился более понтовый RLC-2. Подробнее об этом приборе в этой статье.
Уже не одну сотню приборов эта маленькая штучка помогла восстановить за считанные минуты. Делайте, не пожалеете. Или заказывайте у меня:)
tokes.ru
Осваиваем STM32 или ESR-метр на быстром ADC
Начало
Доброго всем здоровья. Расскажу о своем переходе с ATmega8 на STM32, и немного затрону теорию и практику измерения ESR. Радиолюбитель я с одной стороны с давней историей, а с другой стороны начинающий. Потому как в молодости занимался паянием схемок всяких. Потом учеба, кризис. И вот год назад мне таки стало интересно, почему многие из схем в детстве не работали. И понеслось все по новой. Пока занимаюсь измерением разных параметров катушек индуктивности и конденсаторов. Сделал несколько схемок, спасибо этому сайту и замечательной статье Измеритель ESR/L/C/F/P/t на PIC16F876A.
Сравниваем
Перво наперво руководствуясь заветами этой стати сделал измеритель ESR и LC. Правда вместо PIC16 поставил ATmega8, вместо MCP6022 поставил LM328, а вместо TL431 поставил стабилитрон на 3.3 v. Результаты получились не очень. Прибор безбожно врал на емкостях меньше 10 микрофарад. И если емкость он еще измерял правильно, то веры в ESR для маленьких конденсаторов не было никакой. Впрочем результат закономерен. LM328 тормоз еще тот. ADC ATMega8 имеет максимальную частоту в 10 кГц. Всего 10 КИЛОГЕРЦ!!!Почертыхавшись на такие параметры и потихоньку изучая современую базу увидел микроконтроллеры фирмы STM.
Вот возьмем STM32F102CBT6 который купил за 120 руб/шт. Это сравнимо с ценой Atmega8. Смотрим характеристики:
Сначала не поверил такому. Может быть в наших краях нельзя купить? Может плату нельзя вытравить под него? Может ADC гавно хоть и быстрое? Может программировать эту штуку настолько сложно, что документацию пол года читать надо? Оказалось, что все хорошо и никаких проблемм нет.
Травим платку. Обычный ЛУТ. Фотки составляющих успеха. Cif чистит, но не царапает. Бумага от самоклейки — тонер полностью переводится. Ничего отмывать не надо. Ламинатор. Пропускаем пару раз через него платку с самоклейкой. Платка после ламинатора. Принтер конечно не особо ровно тонер ложит, поэтому при травлении главное не передержать, чтобы дыр не было ненужных. Персульфат аммония, нагреть до 40 градусов. За 5-10 минут все травися. Получившийся после травления результат. Окончательный результат. Конечно транзисторы запаяны кривовато, но паял их уже после того как было все припаянно, буквально на весу.Схема довольно простая. STM32 процессор по центру. Слева-сверху инвертор напряжения на ICL7660. Слева-посредине USB разъем чтобы к компьютеру подключать. Справа-сверху аналоговая часть, быстрый операционный усилитель AD825 , несколько pullup резисторов и один pull-down транзистор. Сравним с Измеритель ESR/L/C/F/P/t на PIC16F876A. Там два каскада усиления, у меня один. Два каскада усиления не стал делать, потому как понимаю — таких маленьких шумов не смогу обеспечить. С одним каскадом улиления в 10 раз уже получается 300 милливольт на входе, делим на 4096, получаем младший разряд 100 микровольт. Источник тока тоже не стал делать, потому как стабилитроны отнюдь не предназначенны на работы на высоких частотах, а 400 килогерц это уже довольно приличная частота и стабилитрон, особенно составной вроде TL431 может попортить нам картину на начале графика. pull-down транзистор взял маломощный, чтобы лишней емкости и утечек не было на входе.
Сначала хотел припаять LCD дисплей, но потом понял — от лукавого это все. Схемка ведь чисто для обучения и тестирования свойств STM32. Поэтому сливаем все данные по USB. По хардварному USB 2.0 full speed! Принцип работы очень простой — сначала разряжаем pull down транзистором, потом заряжаем через резистор 220 ом, 10 ком или 470 ком. Сохраняем 1024 сэмпла, и передаем их на компьютер. Математика очень простая. Берем метод наименьших квадратов и подгоняем коэффициэнты функции по минимуму среднеквадратичной ошибки. Изменение тока при разном напряжении компенсируем математикой
Синий график, что намеряли. Красный график — апроксиммация. Тут никаких неожиданностей. Есть лишь небольшой шум в последних двух битах ADC амплитудой порядка 200-300 микровольт. Замкнем щупы и присмотримся к ним тщательнее.
0.02 ома — это не ошибка измерения, это сопротивление щупов. Так что таким способом можно довольно точно сопротивления мерять, что неудивительно. Теперь возмем конденсаторы, начиная с больших и постепенно уменьшая емкость.
Конденсатор емкостью 2200 мкф. Так как график крайне линейный, то сомневаться в достоверности данных не приходится. А метод наименьших квадратов в данном случае позволяет обойтись лишь одним циклом измерения. Обратите внимание — на измерение емкости конденсатора достаточно ДВУХ милисекунд времени.
Конденсатор емкостью 100 мкф — это вообще идеальный случай, так как и ESR у него достаточно высок чтобы не было особых ошибок измерения и емкость достаточна мала, чтобы он устел зарядиться до 300 милливольт за 2 милисекунды.
Конденсатор 1 мкф уже не получается измерить по нормальному с резистором 220 ом, слишком быстро он заряжается до 300 mV. ESR полностью зафейлился, емкость показало заниженную. Как показали дальнейшие тесты — заниженная емкость это не ошибка измерения. Электролитический конденсатор 1 мкф на частоте порядка 100 кгц действительно теряет половину своей емкости. Чтож включаем тогда pullup резистор на 10 ком.
Привожу лишь начало графика, чтобы было видно начальную ступеньку от ESR. Могу сказать, что измеритель на основе ATMega8 выдавал совсем неточные показания для такого конденсатора, ибо скорости ему катастрофически не хватало. Здесь же результат идеальный, все видно как на ладони.
Конденсатор 100 nf еще можно измерять с резистором 10 ком, но для более мелких конденсаторов включим pullup 470 ком. Обратите внимание — вначале достаточно приличное время идет нулевое плато. В реальности там немного отрицательное напряжение. Это каойто косяк в схемотехнике у меня, но к сожалению не до конца понимаю какой.
Для более мелких емкостей уже существенна входная емкость схемы. Всетаки pulldown полевой транзистор обладает большой внутренней емкостью. Запускаем измерять емкость просто разомкнув щупы.
Получаем отличный ровный график входной емкости. Тут мы уже подходим к краю точности прибора. Поэтому точность результата 740pf+-10pf. Начинают уже вовсю сказываться внешние помехи, скорости ADC начинает не хватать. Чтож, измеряем далее.
Конденсатор емкостью 910 pf. Здесь мы уже вычли 750 pf собственной емкости.
Конденсатор емкостью 15 pf. Здесь уже точность никакущая, может показать как 10 так и 25 пикофарад. Врочем сам факт измерения такой маленькой емкости напрямую при помощи ADC уже радует.
Результатами доволен. ADC встроенное в STM32 отличнейшее. Правда есть одно но. Низкое входное сопротивление. Более того — низкое входное ЕМКОСТНОЕ сопротивление от конденсаторов которые не полностью разрядились. Поэтому если подключить щупы осциллографа ко входу работающего ADC получится примерно такая картина.
Результаты взяты со входа ADC работающего на частоте 500 кгц и подключенного к земле через резистор в 1 ком. Выбросы в 20 mV. Так что если вы вдруг увидите на просторах интернета схему USB осциллографа на STM32 без входного операционного усилителя — знайте, измеряет она хрен знает что да еще и шумы на измеряемую схему дает.
На сладкое — попробовал использовать сей девайс в качестве USB звукового входа. Поставил резистор чтобы было смещение на 150 mV, разделительный конденсатор и подключил к плееру. Получилась читать поток лишь 44100 8 бит, дальше идет гдето затык по скорости передачи USB. Но результаты все равно неплохие (оцифрованный кусочек музыки в аттаче). Шумов на 8 бит совершенно нет, так как они в последних двух битах. Пробовал сливать и все 12 бит точности — если слушать тишину, то шум слышен, но ооочень тихо.
Выше описывал все в достаточно положительном ключе, теперь опишу проблеммы. Как практические так и теоретические. Когда выключаем все pullup и pulldown резисторы — на входе образуется немного отрицательного напряжения. Порядка 300 микровольт. Так и не смог понять причину — возможно плату надо отмывать лучше, возможно в схемотехнике косяк. Это достаточно сильно влияет на результаты при использовании резистора в 470 ком.
Другая проблемма теоретическая. Смотрим на функцию которой мы приближаем наш конденсатор. Взяли специально случай, когда расхождения видны наиболее хорошо.
Смотрим на начало графика.
Расхождение на начальном этапе связано с тем, что емкость электролитического конденсатора зависит от частоты. Для сравнения ниже график металлокерамического конденсатора 0.47 мкф 275V.
Как видим аппроксимирующая функция идеально совпадает с измеренной. Но вернемся к графику резистора 1 мкф. При такой аппроксимации получается ESR порядка 20 ом, но если мы напрямую возмем значение с синего графика — то полуается ESR порядка 10 ом. Конечно эту проблемму можно «замести под ковер», но проблемма остается — емкость электролитов зависит от частоты и это не учитывается в формулах.
Тадиционно в аттаче исходники программы для микроконтроллера. Также схема и плата для Eagle. И скрипты на питоне, которые принимают данные на стороне комптютера. Так-же приложил данные, считанные для разных конденсаторов. При запуске скрипта qt4_plot.py их можно загрузить и посмотреть графики во всех деталях. Код для микроконтроллера был переделан из стандартного сэмплика STM32, и написанный мной код в файлах hw_config.c, voltage.c, sound.c.
Файлы:
Схема и печатная плата в формате Eagle
Все одним архивом, печатная плата, программа и скрипты.
Оцифрованный кусочек музыки 44 кгц 8 бит
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
www.radiokot.ru
Прибор R/L/C/ESR-Meter для измерения малых сопротивлений, индуктивностей, емкостей конденсаторов и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) или по английски Equivalent Series Resistance (ESR) электролитических конденсаторов В связи с тем, что в настоящее время очень широкое применение получили импульсные блоки питания, инверторы и пр. преобразователи, работающие на высоких частотах, то при их ремонте возникла необходимость в приборе для измерения ESR электролитических конденсаторов. Несколько месяцев я «гулял» по просторам Интернета в поисках нужного мне прибора, собрал несколько аналоговых и цифровых приборов для измерения ESR и остановился на одном, который и предлагаю к повторению. Множество предлагаемых в Интернете приборов, в том числе и тестер полупроводниковых приборов описание которого приведено здесь, кроме своих основных функций могут измерять и ёмкости, и индуктивности, и т.д. Но, к сожалению, я не нашёл универсальный измерительный прибор, который может измерять абсолютно всё и качественно. Просмотрел кучу схем и видеороликов на YouTube и для себя решил, что нужно иметь несколько разных приборов, умеющих делать свою работу. В любом случае, все наши самоделки не являются высокоточными измерительными приборами, но обеспечивают измерения с достаточной для нашего творчества точностью. Дополнительно радует, лично меня, то, что устройство собрано моими руками, да ещё и работает 🙂 короче говоря, кому интересно — читаем дальше о конструкторе который я всем предлагаю…
С помощью конструктора можно собрать очень полезный и, что самое главное, простой в сборке и наладке прибор, который будет очень полезен в повседневной работе специалисту по ремонту радиоаппаратуры, радиолюбителю и т.д. – измеритель индуктивности, ёмкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС или ESR) электролитических конденсаторов, очень маленьких сопротивлений (миллиомметр) — «LCM TESTER». Индикация выполнена на жидкокристаллическом дисплее 2х16 символов с функцией подсветки.
Технические характеристики:
Что такое ЭПС или ESR? Зачем нужно его измерять? ESR (Equivalent Series Resistance) — эквивалентное последовательное сопротивление, представляет собой сумму последовательно включенных омических сопротивлений контактов выводов и электролита с обкладками (пластинами) электролитического конденсатора, что является важнейшим параметром электролитических конденсаторов. В русскоязычной аббревиатуре — Эквивалентное Последовательное Сопротивление – ЭПС. По сути, измеритель ESR — это омметр переменного тока, работающей на частоте 50…120 кГц. На этих частотах емкостное сопротивление электролитических конденсаторов мало (около нуля), поэтому показания этого омметра при проверке конденсаторов как раз и дают ESR. Чем меньше это сопротивление — тем качественнее электролитический конденсатор! Потери в диэлектрике, обусловленные особенностями его поляризации, составляют основную часть потерь в конденсаторе и определяются материалом, а так же толщиной слоя диэлектрика. Рассматривать детально процессы всех видов поляризации нет необходимости, но вкратце это можно пояснить следующим образом. Частицы диэлектрика, обладающие зарядом, под воздействием переменного электрического поля вынуждены совершать непроизвольные механические колебания, обусловленные их переориентацией и смещением (поляризацией). В слоях диэлектрика, близких к обкладкам, заряды, не покидая своих связей, активно участвуют в общем процессе перезаряда конденсатора. По сути, уменьшается толщина реального диэлектрика. В результате существенно повышается ёмкость конденсатора но, по причине инертности и внутреннего трения связанных частиц, процессы сопровождаются выделением тепла и потерями энергии в токопроводящих слоях диэлектрика. С увеличением частоты, диэлектрические потери пропорционально возрастают. В результате угол сдвига фаз между током и напряжением составит не 90°, как в идеальном конденсаторе, а несколько меньше. Тангенс угла δ, составляющего эту разницу с 90°, называют тангенсом угла диэлектрических потерь. Аналогичный сдвиг происходит в цепи при последовательном включении конденсатора и резистора. В связи с этим для расчётов принято понятие последовательного эквивалентного сопротивления ESR, в котором диэлектрические потери суммируются с активным сопротивлением обкладок, соединений и выводов, представляя собой, по сути, резистор, подключенный последовательно с конденсатором. В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве составляющей одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком. Если сопротивление электролита в конденсаторе рассмотреть как проводник с поперечным сечением, равным площади одной из обкладок и длиной проводника, приблизительно равной толщине пропитанной бумаги, можно предположить, что эта величина будет относительно небольшой. В реальных конденсаторах средних размеров типовое значение составит 0,01 Ом при 20°C. Но, следует учитывать, что для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей импульсных источников питания на рабочей частоте порядка 100 кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина будет составлять достаточно большие потери. Величина диэлектрических потерь на таких частотах в электролитических конденсаторах фильтров импульсных источников питания обычно в несколько раз больше, и лишь в самых лучших случаях может быть примерно равна и даже меньше потерь в электролите. Сопротивление электролита существенно зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов. В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем, может существенно уменьшаться сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться, главным образом, его диэлектрическими потерями. В случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что значительно повышает его сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что, впоследствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы в устройстве. Обычно неисправные электролитические конденсаторы, в которых кипел электролит, определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу. Для надёжности работы электролитических конденсаторов очень важен правильный выбор его типа, номинала и максимального напряжения в зависимости от режимов. Для фильтров преобразователей, работающих на частотах десятков килогерц, производители выпускают специальные конденсаторы с малым ESR и указывают полное сопротивление переменному току (импеданс Z) для всех номиналов в таблицах. Тип таких конденсаторов сопровождается пометкой в технической документации — Low impedance или Low ESR. Увеличение ESR конденсатора на несколько Ом, а иногда на несколько десятых долей Ома, может являться причиной неработоспособности устройства, в котором он установлен, что иногда невозможно выявить существующими измерителями ёмкости, не способными учитывать другие параметры конденсатора! Обычно в ремонтной практике не требуется особой точности в измерении ESR, поэтому ощутимая погрешность пробников чаще не вызывает неудобств в отыскании неисправных элементов, а определение состояния конденсатора пробником может упрощаться до оценки его качества по принципу – годен или не годен для работы в конкретном узле устройства. Но, следует отметить, что для конденсаторов, работающих при больших импульсных токах, например, в фильтрах преобразователей, требуется более объективная оценка качества, а погрешность в десятые и даже сотые доли Ома может иметь существенное значение. Данная информация позаимствована с сайта http://tel-spb.ru, там размещена более подробная теоретическая информация по вопросам измерения ESR В отличие от универсальных измерителей, предлагаемых на рынке, да и измерителей специализирующихся именно на измерении ESR, данный прибор обладает высокой точностью и отображает на дисплее достоверные данные измеренных величин, а не шо попало, абы только носить гордое имя измерителя ESR – это проверено неоднократно на практике. Сборка и калибровка прибора: В набор входят: печатная плата с маской и маркировкой радиокомпонентов, все необходимые для сборки тестера радиокомпоненты, кнопки с колпачками, провод с разъёмом для батарейки типа «крона», гнездо для подключения вешнего блока питания, ЖКИ дисплей 2х16. Необходимо запаять в плату все детали согласно принципиальной схеме, смыть флюс и выполнить осмотр печатной платы на предмет отсутствия ненужных перемычек из припоя между дорожками. После этого можно подключать дисплей и источник питания. Собранное без ошибок устройство начинает работать сразу. Только необходимо при первом включении отрегулировать контрастность ЖКИ дисплея при помощи подстроечного резистора RV1. Для этого необходимо подать напряжение питания на тестер — нажать кнопку «POWER» и отрегулировать контрастность дисплея. После включения прибора необходимо выполнить его калибровку.
Начальная калибровка в режиме «С» происходит при включении прибора (прибор должен быть в этом режиме при включении прибора). Если ноль «ушел», то для калибровки нужно: 1. Включить кнопку калибровки. 2. Дождаться появления сообщения типа R=0238 Ом 3. Отключить кнопку повторным нажатием и убрать руки от прибора. 4. Дождаться сообщения о подтверждении калибровки типа С->0. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль «ушел», то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс. Для режима «L» все точно также, только нужно замкнуть контакты разъема измерения индуктивности перемычкой (для режима «С» контакты открытые). Аналогично для режима ESR нужно обязательно сделать калибровку, иначе малые значения R могут «съедаться»: 1. Замкнуть контакты разъема измерения ёмкости и ESR перемычкой. 2. Нажать кнопку калибровки и будет выведена информация на экран о напряжении, прилагаемом к конденсатору, и частота измерения ESR. 3. После этого дождаться появления сообщения R= 0238 Ом, отжать кнопку. Показания сопротивления должны сброситься в ноль. Если ноль «ушел», то можно повторить калибровку. Но надо обязательно дать возможность процессору запомнить состояние, не прерывать процесс. Ток, потребляемый устройством очень мал, порядка 8-10 мА, поэтому батарейки 6F22 «Крона» 9В хватит на очень долгое время. При этом подсветка дисплея не работает. Чтобы работала подсветка дисплея необходимо подключить к разъёму на плате внешний сетевой адаптер 7-12В. Диаграмма ESR электролитических конденсаторов:
По приведенным выше графикам можно определить максимально допустимое сопротивление (значение ESR) электролитического конденсатора в зависимости от ёмкости и рабочего напряжения. Следовательно, для определения наибольшего эквивалентного сопротивления электролита необходимо на вертикальной оси найти значение (отметить точку) ёмкости указанное на корпусе конденсатора и провести через это значение горизонтальную прямую линию до пересечения с необходимым графиком. График нужно выбрать исходя из номинального рабочего напряжения конденсатора. Из точки пересечения горизонтальной прямой и графика опускаем перпендикуляр на горизонтальную ось. По шкале на горизонтальной оси определяем наибольшее допустимое значение ESR для испытываемого конденсатора. Кроме того, прибор отображает тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика. Отображение выполняется при помощи индикатора Bar Graph (закрашиваемый столбик). Чем больше закрашен индикатор, тем хуже состояние диэлектрика и наоборот. Что значит надпись m60 и т.п.? Эффект памяти конденсатора. Конденсатор заряжается постоянным напряжением, затем оставляется в покое на некоторое время, после этого проверяется напряжение на конденсаторе. Чем меньше «m**», тем лучше, для m60 памяти, я думаю это что-то похожее на плохой конденсатор из какого-то блока питания, хороший же электролитический конденсатор имеет «m20» или меньше, по крайней мере большинство из них которые я измерял, имели такую величину. И наилучшие могут иметь «m1-m2», это в основном металлизированные конденсаторы. Однако действительно очень хорошие электролитические конденсаторы могут иметь такие величины тоже. Теперь понятно также, что означают буквы и цифры типа «m60» в строке где показывается емкость — это эффект памяти конденсатора. Т.е. чем меньше это значение, тем лучше качество конденсатора. Дополнительные функции: Если дополнительно изготовить простенькие щупы, то можно производить измерение ESR конденсаторов непосредственно в печатной плате без выпаивания и без вреда компонентам платы! На схеме: резистор R1 0,6-2 Вт, 22±1% Ом, конденсатор С1 полипропиленовый с малыми потерями типа WIMO, D1 и D2 диоды с барьером Шоттки типа BAT46. Доступны собранные приборы и наборы для сборки с ЖКИ дисплеем с синей подсветкой и белыми символами:
В варианте с синим дисплеем подсветка включается при питании как от батарейки, так и от сетевого адаптера. Ток, потребляемый от источника питания при работе измерителя, составляет 20…22 мА. Схема электрическая принципиальная:
Видео работы прибора можно увидеть здесь: Стоимость печатной платы с маской и маркировкой: 90 грн. Стоимость запрограммированного микроконтроллера: 110 грн. Стоимость набора для сборки измерительного прибора: 430 грн. Стоимость собранного и проверенного прибора: 460 грн. Краткое описание, инструкция по сборке, схема и состав набора находится здесь >>> Для заказа устройства просьба обращаться сюда >>> или сюда >>> Удачи, мирного неба, добра! 73! |
radio-kits.ucoz.ru
ESR конденсаторов разных типов
Естественно, проконтролировать обычным Омметром эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора невозможно — тут нужен специальный прибор. В интернете есть несколько простых конструкций ESR-метров, но при желании, можно собрать более точный и удобный измеритель на микроконтроллере. Например из журнала Радио 7-2010. 
Схема измерителя ESR конденсаторов на Attiny2313
После сборки и включения крутим регулятор контрастности до появления на экране LCD надписи в две строки. Если её нет — проверяем монтаж и правильность прошивки МК ATtiny2313. Если всё ОК — нажимаем кнопку «Калибровка» — в прошивку внесётся поправка на скорость срабатывания входной части измерителя. Далее понадобится несколько новых электролитических конденсаторов высокого качества ёмкостью 220…470 мкФ разных партий, лучше всего — на разные напряжения. Подключаем любой из них к входным гнёздам прибора и начинаем подбирать резистор R2 в пределах 100…470 ом (у меня получилось 300 ом; можно применить временно цепочку постоянный+подстроечный) так, чтобы значение ёмкости на экране ЖКИ примерно было похоже на номинал конденсатора. К большой точности пока что стремиться не стОит — ещё будет корректироваться; затем проверить и с другими конденсаторами.
АРХИВ:Скачать
www.cavr.ru
ESR-метр (0…75)Ом с индикацией утечки
В статье описан простой портативный аналоговый ESR-метр с расширенным диапазоном измерения до 75 Ом и с функцией индикации короткого замыкания или утечки по постоянному току. В качестве индикаторной головки использован стрелочный микроамперметр от старого кассетного магнитофона.
В практике ремонта различной аппаратуры незаменимым помощником является измеритель внутреннего эквивалентного сопротивления электролитических конденсаторов – ESR-метр. В радиолюбительской литературе описано множество неплохих и несложных в повторении ESR-метров, однако лишь немногие из них способны измерять ESR вплоть до 75 Ом, что часто бывает необходимо при проверке электролитических конденсаторов малой ёмкости (1 мкФ, 0.47 мкФ, 0.33 мкФ). А ведь такие электролиты тоже существуют и их надо как-то проверять.Также автор не встречал ни одного ESR-метра, который бы позволял дополнительно определять проверяемый конденсатор на утечку или пробой. Так, например, при коротком замыкании проверяемого конденсатора обычный ESR-метр, осуществляющий измерение на переменном токе, покажет малое внутреннее сопротивление, и пробитый конденсатор будет ошибочно принят за исправный.
Оба этих требования были учтены при разработке собственного ESR-метра, фото которого показано на фото ниже.
А на этом фото прибор показан со сложенными щупами внутрь корпуса.
Прибор следующие технические характеристики:
— предел измерения ESR, Ом………………………………………..0…75;
— частота измерения, кГц…………………………………………….80;
— амплитуда проверяемого напряжения, мВ……………………..<30;
— пределы индикация утечки по постоянному току, Ом……….0…100;
— напряжение питания (CR2032), В……………………………….2,2…3,6;
— потребляемый ток, мА………………………………………………8;
— габаритные размеры со слеженными щупами, мм……………..71х53х30;
— вес, г……………………………………………………………………65;
— индикация разряда батареи питания;
— съёмные щупы, убираемые внутрь корпуса при транспортировке.
Схема разработанного ESR-метра приведена ниже:
Питание прибора осуществляется от литиевого элемента GB1 CR2032. Резистор R1 предназначен для ограничения начального броска тока через незаряженные ёмкости конденсаторов C1, C4 при включении питания. Диод VD1 1N4007 служит для защиты от подачи питающего напряжения в обратной полярности. На микросхеме DA1 LP2951CM выполнен стабилизатор напряжения +2 В, от которого питается основная часть схемы. Эта микросхема представляет собой микромощный регулируемый стабилизатор напряжения Low Drop с максимальным выходным током 100 мА.
Задающий генератор частотой около 80 кГц собран на микросхеме DD1 74HC04D, четыре инвертора которой запараллелены для увеличения выходного тока. Прямоугольные импульсы с выхода генератора размахом 2 В подаются на делитель R5, R6, уменьшающий размах тестирующего напряжение до 30 мВ, что позволяет проводить измерения непосредственно в схеме, не опасаясь, что откроются p-n переходы присутствующих в ней полупроводниковых приборов. С нижнего плеча делителя ограниченные по амплитуде импульсы подаются на одну из обкладок тестируемого конденсатора. Вторая обкладка через резистор R7 соединяется с общим проводом схемы. На этом резисторе выделяется падение напряжения, обратно пропорциональное внутреннему сопротивлению проверяемого конденсатора. Диоды VD2…VD6 служат для защиты прибора от повышенного напряжения при проверке заряженного конденсатора. Переменная составляющая напряжения с R7 подаётся на инвертирующий усилитель DA2.1 с коэффициентом усиления по переменному напряжению около 8 (определяется в основном отношением сопротивлений резисторов R14/R8). Неинвертирующий вход DA2.1 подключен к виртуальной земле, сформированной при помощи R13, VD7, VD8, C10, C11. Усиленное переменное напряжение с выхода DA2.1 через разделительный конденсатор C12 поступает на двухполупериодный выпрямитель, выполненный на второй части ОУ DA2.2. В качестве нагрузки выпрямителя использована стрелочная головка микроамперметра PA1 М68501 от старого кассетного магнитофона. Головка имеет внутреннее сопротивление около 500 Ом и ток полного отклонения 250 мкА. Средний ток через головку определяется отношением средневыпрямленного значения входного напряжения к сопротивлению Rос=R16+R20 [1]. Диоды моста VD9…VD12 – диоды Шоттки для уменьшения падения напряжения. Подстроечный резистор R16 предназначен для установки стрелки прибора на нулевое деление шкалы.
Детектор утечки по постоянному току выполнен на компараторе DA3.1 LM393D. Исправный проверяемый конденсатор не пропускает через себя постоянную составляющую подаваемых на него прямоугольных импульсов. Переменная составляющая отфильтровывается ФНЧ R9, C7, поэтому на инвертирующем входе компаратора DA3.1 присутствует нулевое напряжение. На неинвертирующем входе DA3.1 присутствует некоторое положительное пороговое напряжение, заданное делителем R11, R12, поэтому на выходе компаратора высокий уровень и сигнальный светодиод HL1 не светится. При наличии утечки в проверяемом конденсаторе на инвертирующем входе появится напряжение, величина которого будет пропорциональна току утечки. При превышении на инвертирующем входе порога, заданного делителем R11, R12, на выходе компаратора установится низкий уровень, и светодиод HL1 своим свечением просигнализирует о наличии утечки.
Индикатор состояния элемента питания выполнен на второй части компаратора — DA3.2. На инвертирующий вход компаратора подано опорное напряжение +1В с делителя R17, R18. На неинвертирующий вход – напряжение элемента питания GB1 через делитель R21, R22. При напряжения на GB1 более 2,2 В на неинвертирующем входе DA3.2 напряжение будет выше, чем на инвертирующем, поэтому на выходе компаратора будет присутствовать высокий уровень и красный светодиод HL2 будет погашен. Зелёный ультраяркий светодиод HL3 будет при этом светиться, указывая на включенное питание. Это помогает не забыть выключить питание после проведения измерений. Использование ультраяркого светодиода на 6 Cd позволило снизить ток его потребления до 30…35 мкА при приемлемой яркости свечения. По мере снижения напряжения GB1 яркость свечения зелёного светодиода уменьшается и после разрядки батареи ниже 2,2 В на выходе компаратора DA3.2 установится низкий уровень. Это приведёт к открыванию красного светодиода HL2, который своим переходом зашунтирует зелёный светодиод HL3 вместе с добавочным резистором R24, в результате чего зелёный светодиод погаснет.
Изготовление прибора.
Устройство выполнено на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита с габаритными размерами 63х49 мм, внешний вид которой со стороны выводных элементов и со стороны печати и SMD-элементов показан на рисунках ниже:
Печатная плата разрабатывалась под покупной пластмассовый корпус габаритными размерами 68х53х29 мм. Корпус состоит из двух половинок с защёлками, без саморезов. Названия на корпусе не было, лишь изображение колокольчика. Как сообщил продавец в магазине, данный корпус предназначен для монтажа разводки стационарных телефонов.
Под измерительную головку в верхней крышке корпуса вырезано прямоугольное окно. Индикатор закреплён при помощи двухстороннего скотча.
Вид прибора изнутри со щупами в рабочем положении показан на фото:
Вид прибора изнутри со щупами в в транспортировочном положении показан на фото:
Плата крепится к нижней крышке корпуса при помощи одного винта по центру.
Конструкция щупов показана на фото ниже:
Для изготовления щупов использовались две стальные швейные иголки. Крепление щупов выполнено при помощи резьбового соединения. У латунного винта М2,5 в торце просверлено отверстие под диаметр иголки, на винт накручена стальная гайка, после чего иголка была зафиксирована в отверстии припоем. Шляпка винта аккуратно откушена, край сточен надфилем, а немного исковерканная резьба восстановлена при помощи накрученной гайки. После этого гайка была выкручена на середину резьбового соединения и зафиксирована небольшим расплющиванием ударами молотка. Второй щуп изготовлен аналогично. На иголки надета термоусаживающаяся трубка. Общая длина щупа получилась равной 55 мм.
Держатели щупов изготовлены из латунных винтов М4х10. Внутри винта просверлено сквозное отверстие и нарезана резьба М2.5. Шляпка обточена надфилем.
Для измерительной головки сделана новая наклейка со шкалой, отснятой экспериментально с набором точных резисторов. Для удобства пользования прибором на шкалу снизу дополнительно нанесены примерные значения ёмкости, соответствующие внутреннему сопротивлению исправных электролитических конденсаторов, взятые из [2].
Настройка прибора.
Настройка прибора заключается в установке стрелки индикатора на нулевое деление шкалы при замкнутых щупах подстроечным резистором R16. Для настройки индикатора утечки к щупам необходимо подключить резистор сопротивлением 100 Ом (или другим требуемым номиналом, ниже которого будет загораться красный светодиод HL1), и подстроечным резистором R12 добиться сначала засвечивания HL1, а затем плавным поворотом движка R12 в обратную сторону погасания HL1.
Литература:
1). Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.–Л.:Энергия. Ленингр.отд-ние, 1980. – 248 с., ил.
2) Чулков В. Прибор для проверки ESR электролитических конденсаторов. “Ремонт электронной техники” №6, 2002.
Файлы:
Плата в Layout
Перечень элементов
Наклейки
Все вопросы в Форум.
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
www.radiokot.ru
