|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Miernik LC. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Technologia pomiarowa W praktyce radioamatora pomiar parametrów zastosowanych elementów radiowych jest pierwszym zasadniczym krokiem w osiąganiu celów postawionych przy tworzeniu kompleksu radiotechnicznego lub elektronicznego. Nie znając właściwości „cegieł elementarnych”, bardzo trudno powiedzieć, jakie właściwości będzie miał dom z nich zbudowany. W artykule przedstawiono czytelnikowi opis prostego urządzenia pomiarowego, które każdy radioamator powinien posiadać w swoim laboratorium. Zasada działania proponowanego miernika LC opiera się na pomiarze energii zgromadzonej w polu elektrycznym kondensatora i polu magnetycznym cewki. Metodę tę po raz pierwszy opisano w odniesieniu do konstrukcji amatorskich w [1], a w kolejnych latach, po niewielkich modyfikacjach, zaczęto ją powszechnie stosować w wielu konstrukcjach mierników indukcyjności i pojemności. Zastosowanie w tej konstrukcji mikrokontrolera i wskaźnika LCD pozwoliło stworzyć proste, niewielkich rozmiarów, tanie i łatwe w obsłudze urządzenie o dość dużej dokładności pomiaru. Podczas pracy z urządzeniem nie trzeba manipulować żadnymi sterownikami, wystarczy podłączyć mierzony element i odczytać odczyty ze wskaźnika. Технические характеристики
Schemat ideowy urządzenia pokazano na ryc. jeden
Prostokątny sygnał napięciowy wzbudzający z pinu 6 (PB1) mikrokontrolera DD1, poprzez trzy dolne elementy buforowe DD2 w obwodzie, doprowadzany jest do części pomiarowej urządzenia. Przy wysokim napięciu mierzony kondensator Cx jest ładowany przez rezystor R9 i diodę VD6, a przy niskim poziomie napięcia jest rozładowywany przez R9 i VD5. Średni prąd rozładowania, proporcjonalny do wartości zmierzonej pojemności, jest przetwarzany przez urządzenie na napięcie za pomocą wzmacniacza operacyjnego DA1. Kondensatory C5 i C7 wygładzają jego tętnienia. Rezystor R14 służy do dokładnego zerowania wzmacniacza operacyjnego. Podczas pomiaru indukcyjności na wysokim poziomie prąd w cewce wzrasta do wartości określonej przez rezystor R10, a na niskim poziomie prąd wytworzony przez samoindukcyjność emf mierzonej cewki również wchodzi na wejście mikroukładu DA4 przez VD11 i R1. Zatem przy stałym napięciu zasilania i częstotliwości sygnału napięcie na wyjściu wzmacniacza operacyjnego jest wprost proporcjonalne do wartości zmierzonej pojemności lub indukcyjności. Jest to jednak prawdą tylko wtedy, gdy kondensator jest w pełni naładowany w połowie okresu napięcia wzbudzającego, a także całkowicie rozładowany w drugiej połowie. To samo dotyczy cewki indukcyjnej. Prąd w nim musi mieć czas na zwiększenie się do wartości maksymalnej i spadek do zera. Warunki te można zapewnić poprzez odpowiedni dobór rezystorów R9-R11 oraz częstotliwości napięcia wzbudzającego. Napięcie proporcjonalne do wartości parametru mierzonego elementu jest dostarczane z wyjścia wzmacniacza operacyjnego przez filtr R6C2 do wbudowanego dziesięciobitowego przetwornika ADC mikrokontrolera DD1. Kondensator C1 jest filtrem wewnętrznego źródła napięcia odniesienia przetwornika ADC. Trzy górne elementy obwodu, DD2, a także VD1, VD2, C4, C11, służą do generowania napięcia -5 V wymaganego do działania wzmacniacza operacyjnego Urządzenie wyświetla wynik pomiaru na dziesięciocyfrowym, siedmiosegmentowym wyświetlaczu LCD HG1 (KO-4V, produkowany seryjnie przez Telesystems w Zelenogradzie). Podobny wskaźnik zastosowano w telefonach PANAPHONE. Aby zwiększyć dokładność, urządzenie posiada dziewięć podzakresów pomiarowych. Częstotliwość napięcia wzbudzającego w pierwszym podpasmie wynosi 800 kHz. Przy tej częstotliwości mierzone są kondensatory o pojemności do około 90 pF i cewki o indukcyjności do 90 μH. W każdym kolejnym podzakresie częstotliwość zmniejsza się 4-krotnie i o tę samą wartość odpowiednio zwiększa się granica pomiaru. W dziewiątym podpasmie częstotliwość wynosi 12 Hz, co zapewnia pomiar kondensatorów o pojemności do 5 μF i cewek o indukcyjności do 5 H. Urządzenie automatycznie wybiera wymagany podzakres, a po włączeniu zasilania pomiar rozpoczyna się od dziewiątego podzakresu. Podczas procesu przełączania na wskaźniku wyświetlany jest numer podzakresu, co pozwala określić, z jaką częstotliwością wykonywany jest pomiar. Po wybraniu żądanego podzakresu na wskaźniku wyświetlany jest wynik pomiaru w pF lub μH. Dla ułatwienia odczytu dziesiąte części pF (μH) i jednostki μF (H) oddziela się pustą przestrzenią, a wynik zaokrągla się do trzech cyfr znaczących. Czerwona dioda LED HL1 służy jako stabilizator 1,5 V do zasilania wskaźnika. Przycisk SB1 służy do programowej korekcji zera, co pomaga kompensować pojemność i indukcyjność zacisków i przełącznika SA1. Przełącznik ten można wyeliminować, instalując osobne zaciski do podłączenia zmierzonej indukcyjności i pojemności, ale jest to mniej wygodne w użyciu. Rezystor R7 ma za zadanie szybko rozładować kondensatory C9 i C10 po wyłączeniu zasilania. Bez tego ponowne włączenie, zapewniające poprawną pracę wskaźnika, jest możliwe nie wcześniej niż po 10 s, co jest nieco niewygodne podczas pracy. Wszystkie części urządzenia, za wyjątkiem wyłącznika SA1, zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej, co pokazano na ryc. 2.
Wskaźnik HG1 i przycisk SB1 instaluje się od strony montażowej i wyświetla na panelu przednim. Długość przewodów do przełącznika SA1 i zacisków wejściowych nie powinna przekraczać 2...3 cm Diody VD3-VD6 są wysokiej częstotliwości przy niskim spadku napięcia, można zastosować D311, D18, D20. Rezystory trymera R11, R12, R14 to małe typy SPZ-19. Zastąpienie R11 rezystorem drutowym jest niepożądane, gdyż doprowadzi do zmniejszenia dokładności pomiaru. Mikroukład 140UD1208 można zastąpić dowolnym innym wzmacniaczem operacyjnym, który ma obwód zerowania i może pracować przy napięciu ± 5 V, a K561LN2 można zastąpić dowolnym mikroukładem CMOS 1561, 1554, 74NS, Seria 74AC zawierająca sześć falowników, na przykład 74NS14. Stosowanie TTL serii 155, 555, 1533 itp. jest niepożądane. Mikrokontroler ATtinyl 5L firmy ATMEL nie ma odpowiednika i zastąpienie go innym typem, np. popularnym AT90S2313, nie jest możliwe bez dostosowania programu. Nie należy zmniejszać pojemności kondensatorów C4, C5, C11. Przełącznik SA1 powinien być mały i mieć minimalną pojemność między pinami. Programując mikrokontroler należy pozostawić wszystkie bity FUSE w stanie domyślnym: BODLEVEL=0, BODEN=1, SPIEN=0, RSTDISBL=1, CKSEL1...0=00. Bajt kalibracji musi zostać zapisany w młodszym bajcie programu pod adresem $000F. Zapewni to precyzyjne ustawienie częstotliwości taktowania 1,6 MHz i odpowiednio częstotliwości napięcia sterującego dla obwodu pomiarowego w pierwszym zakresie 800 kHz. W kopii ATtinyl 5L, którą posiadał autor, bajt kalibracyjny wynosi 8 miliardów dolarów. Kody oprogramowania układowego mikrokontrolera Do konfiguracji należy wybrać kilka cewek i kondensatorów o wartościach parametrów w zakresie pomiarowym urządzenia i posiadających minimalną tolerancję odchylenia zgodnie z wartością nominalną. Jeśli to możliwe, należy zmierzyć ich dokładne wartości za pomocą przemysłowego miernika LC. Będą to Twoje elementy „modelowe”. Biorąc pod uwagę, że skala miernika jest liniowa, w zasadzie wystarczy jeden kondensator i jedna cewka. Ale lepiej kontrolować cały zakres. Znormalizowane dławiki typu DM i DP doskonale nadają się jako cewki modelowe. Konfiguracja rozpoczyna się od ustawienia mikroukładu DA1 na zero i monitorowania napięcia na jego wyjściu za pomocą multimetru. Napięcie to należy ustawić w zakresie 0...+5 mV za pomocą rezystora R14. Suwak rezystora R12 powinien znajdować się w pozycji środkowej, zaleca się odłączenie przełącznika SA1 od płytki w celu zmniejszenia pasożytniczej pojemności wejściowej. Wskazania wskaźników powinny mieścić się w zakresie 0...3. Następnie zostaje przywrócone połączenie SA1 oraz zostaje wciśnięty i zwolniony przycisk SB1. Po 2 s wskaźnik powinien pokazywać 0...±1. Następnie do zacisków wejściowych podłącza się pojemność odniesienia i obracając suwak R12, ustala się, że odczyt odpowiada rzeczywistej wartości pojemności wybranego kondensatora. Cena najmniej znaczącej cyfry wynosi 0,1 pF. Następnie należy sprawdzić cały zakres i, jeśli to konieczne, wyjaśnić położenie silnika R12, starając się uzyskać błąd nie gorszy niż 2...3%. Korekta zera jest również dopuszczalna, jeśli odczyty na końcu skali są nieco za niskie lub za wysokie. Jednak po każdej zmianie położenia suwaka R14 należy wyłączyć mierzony kondensator i wcisnąć przycisk zera. Po skonfigurowaniu urządzenia w tryb pomiaru pojemności należy zgodnie ze schematem przesunąć SA1 w dolną pozycję, zamknąć gniazda wejściowe i wcisnąć SB1. Po korekcji zera należy podłączyć do wejścia cewkę odniesienia i za pomocą rezystora R11 ustawić wymagane odczyty. Cena najmniej znaczącej cyfry wynosi 0,1 μH. W takim przypadku należy zwrócić uwagę, aby rezystancja R11 wynosiła co najmniej 800 omów, w przeciwnym razie należy zmniejszyć rezystancję rezystora R10. Jeśli R11 jest większy niż 1 kOhm, należy zwiększyć R10, tj. R10 i R11 muszą mieć zbliżoną wartość nominalną. To ustawienie zapewnia w przybliżeniu tę samą stałą czasową „ładowania” i „rozładowywania” cewki, a co za tym idzie, minimalny błąd pomiaru. Przy pomiarze kondensatorów błąd nie większy niż ±2...3% można osiągnąć bez trudności, natomiast przy pomiarze cewek wszystko jest nieco bardziej skomplikowane. Indukcyjność cewki w dużej mierze zależy od szeregu warunków towarzyszących - czynnej rezystancji uzwojenia, strat w obwodach magnetycznych na skutek prądów wirowych, histerezy, przenikalności magnetycznej ferromagnetyków nieliniowo zależy od natężenia pola magnetycznego itp. Podczas pomiaru , cewki są narażone na działanie różnych pól zewnętrznych, a wszystkie prawdziwe ferromagnetyki mają dość wysoką wartość indukcji szczątkowej. Procesy zachodzące podczas namagnesowania materiałów magnetycznych opisano szerzej w [2]. W wyniku wpływu wszystkich tych czynników odczyty urządzenia podczas pomiaru indukcyjności niektórych cewek mogą nie pokrywać się z odczytami urządzenia przemysłowego mierzącego złożoną rezystancję przy stałej częstotliwości. Ale nie spiesz się z krytyką tego urządzenia i jego autora. Trzeba tylko wziąć pod uwagę specyfikę zasady pomiaru. Dla cewek bez rdzenia magnetycznego, dla otwartych rdzeni magnetycznych i dla ferromagnetycznych rdzeni magnetycznych ze szczeliną dokładność pomiaru jest w miarę zadowalająca, jeśli rezystancja czynna cewki nie przekracza 20...30 omów. Oznacza to, że indukcyjność wszystkich cewek i dławików urządzeń wysokiej częstotliwości, transformatorów do zasilaczy impulsowych itp. Można zmierzyć bardzo dokładnie. Ale podczas pomiaru indukcyjności małych cewek z dużą liczbą zwojów cienkiego drutu i zamkniętym obwodem magnetycznym bez przerwy (szczególnie ze stali transformatorowej) wystąpi duży błąd. Ale w prawdziwym urządzeniu warunki pracy cewki mogą nie odpowiadać ideałowi, który jest zapewniony podczas pomiaru złożonej rezystancji. Przykładowo, dostępna autorowi indukcyjność uzwojenia jednego z transformatorów, zmierzona przemysłowym miernikiem LC, okazała się wynosić około 3 H. Po zastosowaniu prądu polaryzacji DC o natężeniu zaledwie 5 mA odczyty wyniosły około 450 mH, co oznacza, że indukcyjność spadła 7 razy! Ale w prawdziwie działających urządzeniach prąd płynący przez cewki prawie zawsze ma stałą składową. Opisany miernik pokazał, że indukcyjność uzwojenia tego transformatora wynosi 1,5 H. Czas pokaże, która liczba będzie bliższa rzeczywistym warunkom pracy. Wszystko powyższe odnosi się w takim czy innym stopniu do wszystkich amatorskich mierników LC bez wyjątku. Tyle, że ich autorzy skromnie o tym milczą. Nie tylko z tego powodu funkcja pomiaru pojemności znajduje się w wielu modelach niedrogich multimetrów, podczas gdy tylko drogie i złożone profesjonalne urządzenia mogą mierzyć indukcyjność. W warunkach amatorskich bardzo trudno jest wykonać dobry i dokładny złożony miernik rezystancji, łatwiej jest kupić przemysłowy, jeśli naprawdę go potrzebujesz. Jeśli z tego czy innego powodu jest to niemożliwe, myślę, że proponowany projekt może służyć jako dobry kompromis z optymalnym stosunkiem ceny, jakości i łatwości użytkowania. literatura
Autor: I. Chlyupin, Kirov
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Szybka komunikacja optyczna Li-Fi ▪ Biometryczny czujnik obrazu na bazie tworzywa sztucznego ▪ Sony PS3 ▪ Głośnik do noszenia Panasonic SoundSlayer WIGSS
▪ sekcja witryny Film artystyczny. Wybór artykułu ▪ artykuł Isadory Duncan. Słynne aforyzmy ▪ artykuł Kto wynalazł komiksy? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Operator maszyny zrywkowej i transportowej. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony