|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
RLC-метр
Возникла как-то необходимость измерения индуктивности (было много дросселей без маркировки), но под рукой небыло ничего что бы могло измерять индуктивность, даже осциллографа... С тех пор во мне сидела мысль создать хороший RLC-метр, но времени на это как всегда не хватало. Недавно бродив просторами интернета набрёл на форум, на котором обсуждалась конструкция непохожая на всё что я видел до этого в интернете. А именно метод измерения в этом приборе - измерение комплексного напряжения и тока через измеряемый элемент. В других же приборах применялся метод измерения частоты, что накладывало некоторые ограничения на точность и пределы измерения. Но к моему сожалению прибор был выполнен на контроллере фирмы Microchip - PIC16F873. Я же привык к Atmel`у... Долго размышлял, но всё же решился повторить конструкцию. Далее я опишу свой вариант этой конструкции, т.к. автор не делал окончательного варианта печатной платы и вносились некоторые изменения в схему. На форуме же вы найдёте оригинал схемы и множество вариантов печатной платы.
Итак схема (кликабельно):
Схема в формате sPlan v6.0 - скачать (Downloads: ). От оригинала схема отличается изменёнными цепями питания и коммутации шунтов. Этот вариант коммутации шунтов (R1 и R3) предложил сам автор для исключения влияния сопротивления ключей.
Схема сложная и чтобы осознать как она работает мне пришлось перечитать несколько раз всю ветку форума, чего и вам рекомендую!
Печатная плата.
После длительного выбора корпуса для этой конструкции, остановился на старом корпусе от внешнего кармана для HDD. Он идеально подходил по размерам и был изготовлен из алюминия, что упрощало дальнейшую экранировку прибора. А экранировать его крайне желательно!
Для моей конструкции пришлось разбить плату на две части - основная и плата кнопок. Само собой третьей платой получился индикатор. Выглядят платы примерно так:
| # | Имя | Примечание | Кликов | ||||||||||||
| |||||||||||||||
И уже почти полностью собранная:
Как видно, я применил немного нестандартное подключение батарейки. Если присмотреться, то видно дополнительные конденсаторы по питанию, которые пришлось установить для более стабильных результатов измерения.
Далее - в корпусе (согласен - не красиво. Можно было бы и поаккуратней):
Ну и окончательный вариант - с красивой панелькой (кликабельно):
На фото - питание от батареи, поэтому индикатор не светится. Измерение конденсатора 2200mkF. Теперь надо сделать нормальные щупы и будет отличный приборчик!
Нравится панелька? Расскажу как я изготавливаю панели для своих устройств.
-
Рисуем панельку в PowerPoint (я пользуюсь 2007-м - там много красивостей). Скачать пример. (Downloads: )
-
Распечатываем на принтере.
-
Вырезаем скальпелем отверстия в бумаге под индикаторы, светодиоды и т.д.
-
Ламинируем тонким ламинатом (если будет толстый, то будет трудно нажимать кнопки.
-
Приклеиваем ламинированную панель к устройству с помошью 2-х стороннего скотча 3М (не малярным толстым, а тонким канцелярским).
-
Любуемся полученным результатом.
Почему именно PowerPoint? Всегда под рукой (входит в состав офиса), в нём есть удобные средства измерения, и точность вывода на печать довольно высокая. Но никто не мешает рисовать в PhotoShop или Corel. Да хоть в Paint! Лишь бы размеры совпали!
Скотч 3М выглядит вот так:
Двусторонняя лента Scotch® Double Sided
Далее приведу выдержки из форума, для тех кому лень перечитывать, да и просто для быстрого поиска. Жирным - мои комментарии.
С чего всё начиналось:
| Прежде всего, ссылки на первоисточники: - аналоговая часть позаимствована со схем, выложенных на форуме http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=9639&postdays=0&postorder=asc&&start=0 Там же объясняется, как компенсировать параметры ХХ и КЗ (open/short калибровка). - цифровая часть практически один в один с измерителем C и ESR из соседней ветки. - схема авт. выключения – слегка измененный вариант от упрощенного измерителя C и ESR разработки Михаила http://pro-radio.ru/user/uploads/93513.spl Схема прибора и прошивка с исходниками – см. в приложенном файле. Печатку окончательного варианта я не разрабатывал. Что умеет: - последовательная/параллельная схема замещения - автоматический выбор предела измерений R от 0.01 Ом до 20 МОм С от 1пФ до 2000мкФ (на 1кГц). до 20000мкФ (на 100Гц) L от 1 мкГн до ... хочется написать 10 кГн, но живьем у меня проверить негде - частота измерения 100Гц, 1кГц - амплитуда тестового сигнала 0.3V - контроль питания при включении - автоматическое выключение питания - отображение результатов измерений в виде: R + LC Z комплексное сопротивление Y комплексная проводимость Q + LC (добротность) D + LC (tg угла потерь) - компенсация параметров КЗ и ХХ - время измерения на: 1кГц - 2*40мс 100Гц - 2*400мс |
Описание настройки:
| Итак, обещанное описание настройки. Про это уже говорилось, но повторюсь еще раз – проверьте назначение выводов 1, 2 индикатора (земля/питание). Первое включение – проверяем наличие напряжений: 5V на выходе 78l05, -5V (-4.2V) на DA8, 2.5V на VD2, 1.25V с делителя R31,R28. Если питание пропадает через 1 сек. после включения – значит не стартует МК, поставьте перемычку на к-э VT1 и проверяйте контроллер. Первое сообщение, которое должно появиться на индикаторе – напряжение источника питания, (прим. Ubat=9.123V). Первоначальные установки, зашитые в программе – измерение на 1кГц, последовательная схема замещения, отображение рез-та в виде R+LC. Если прибор работает нормально, то вы на индикаторе увидите что-то похожее на: Rp 148.4M 1k Cp 39.95 pF Но ни одна уважающая себя схема с первого включения работать не будет , так что проверяем наличие и амплитуду сигнала 1кГц на выводе 7 DA1.1. Амплитуду (пик) с помощью R13 устанавливаем 0.3V. Почему выбран такой уровень? С одной стороны это не слишком мало, что упрощает входные измерительные цепи прибора, но и не слишком много, чтобы проверять элементы не выпаивая из схемы. Далее раскладка такая – мы имеем сигнал двойной амплитуды 0.3V*2=0.6V, рабочий диапазон АЦП от 0 до 2.5V. Следовательно, чтобы не перегружать АЦП при минимальном к-те усиления DA1.2, DA7.1 (равным 1), но и максимально использовать диапазон АЦП, усиление DA6 должно быть равно 2.4V/0.6V=4 (устанавливается резисторами R15, R16). Убеждаемся, что на входе АЦП (выв. 2 DD1) сигнал не выходит за границы 0-2.5V. Если уровень сигнала высок, на экране будет надпись: U ADC overloaded (U или I – это при измерении какого значения возникла перегрузка). Для 100Гц потом необходимый уровень сигнала устанавливаем подбором R8, остальные регулировки уже не трогаем. Более подробно про кнопки. Короткое нажатие (менее 1с) переключает: S1 – частота 1кГц/100 (на индикаторе 1к или 100) S2 – последовательная/параллельная СЗ, (добавляется буквы s или p, напр. Rs – сопротивление для посл. СЗ, то же что ESR) S3 – вид отображения результатов. Длинное нажатие (более 1с) S1 – включает/выключает вывод на экран в нижнем правом углу информацию о том, какие к-ты усиления и какой шунт используется для измерения, формат такой: первый символ – омега или k – соотв. Rsh=100 или 100кОм второй – к-т усиления при измерении напряжения (1-1, 2-10, 3-100) третий – к-т усиления при измерении тока (1-1, 2-10, 3-100) Пример – k12 – измерения на Rsh=100кОм, к-т по напр. = 1, к-т по току=10. S2 – open ( ХХ) калибровка. При этом – выключается режим корректировки параметров ХХ и КЗ, прибор переводится в режим параллельной СЗ, внизу справа надпись open. Сохранение параметров по короткому нажатию кнопки S1. Нажатие любой другой кнопки выводит прибор из этого режима без записи данных в EEPROM. Разумеется, к входным концам прибора в этот момент ничего подключено быть не должно. S3 – short ( КЗ) калибровка, вход надо закоротить. Прибор переводится в режим последовательной СЗ, внизу справа надпись short. Действие кнопок для сохранения как при open калибровке. Калибровка делается отдельно для каждой частоты. Показания прибора можно скорректировать к-тами, скорее всего это придеться сделать только для Rsh=100. Включаем режим отображения режимов измерения (длинное нажатие S1), проверяем, на сколько уходят показания при измерении резисторов (на них проще всего), меняем поправочные к-ты. Вход в режим корректировки констант – включение при нажатой S1. У меня получились следующие коэффициенты: 100 Ω = 0.504 100 kΩ = 1.000 |
Небольшой FAQ по материалам форума:
| Q: А не подскажете сколько вообще всё вместе потребляет
миллиампер прибор A: Многовато, получилось 50 мА. Q: Почему с выхода RC1 200 кгц выходит или так должно быть A: Так и должно быть, 200кГц - это частота ШИМ сигнала. После фильтра - на C4 должен остаться синус. Q: каким программатором можно прошить контроллер? A: Я пользовался IC-Prog (http://www.ic-prog.com/). А в качестве интерфейса использовал TiVald Sim Interface, который остался у меня после экспериментов с MultiSIM картами. Схем в интернете море. Вот тут (http://www.5v.ru/ic-prog.htm) есть простая схема программатора и описание настройки IC-Prog. Q: не могли ли вы написать какие (fuse) должны стоять. A: биты конфигурации должны быть такие (см.файл go_rlc.asm, стр.70): _CP_OFF & _BODEN_OFF & _HS_OSC & _WRT_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _DEBUG_OFF & _CPD_OFF & _LVP_OFF Эти настройки уже содержатся в HEX файле и по идее программатор должен был установить их автоматически. Q: 4053 это 74hc4053 или cd4053? A: ключи стоят HEF4053BP, операционники TL082CP. A: У меня стоят 74HC4053 Philips. CD4053 применять не рекомендуется - очень большое сопротивление открыторо ключа. Q: Хочу уточнить вот какой момент: GO: С от 1пФ до 2000мкФ (на 1кГц). Значит ли это что на 100 Гц верхний предел будет 20 000 мкФ? A: Для электролитов (сила привычки) я включаю последовательную схему замещения и отображение Rs + LC - и смотрю на величину ESR=Rs. Что касается предела 20000мкФ на 100 Гц, то тут ситуация такая - на имеющемся у меня экземпляре К50-18 15000мкФ х 80В 1986г. прибор емкость измерить достоверно не может, скорее всего из-за отсутствия смещения, хотя на новых электролитах (уже этого века выпуска) емкость отображается правильно. Но у меня их столько нет, чтобы набрать 20000мкФ и проверить. Q: на какой частоте предпочтительнее измерять в разных диапазонах емкостей и индуктивностей? A: Для "мелких" емкостей и индуктивностей частоту надо выбирать повыше, для больших - пониже. Если в цифрах, то для конденсаторов начиная с 10мкФ и выше желательно переключится на 100 Гц. Для индуктивностей эта граница примерно 20Н. Опять же, это деление весьма условно. Q: можно ли R18,R19 и R23,R24 поставить других номиналов с сохранением соотношения? A: Отношение R19/R18=R23/R24=9, тогда к-т усиления ОУ будет равен 10. При номиналах 1кОм и 9.09 кОм Kу=9.09/1+1=10.09, отклонение от десятки 0.9%. В оригинале (этот узел позаимствован у LCR-4080) стояли 9кОм и 1кОм. Я выбрал 2 и 18 из-за отсутствия в ряду Е24 номинала 9.Но если все-таки будете менять, то лучше выбрать поближе к 1к и 9.09к. Меньше уже нельзя, сильно будет ОУ нагружаться, увеличивать сильно тоже не стоит. R17,R28,R31 менять не надо. Q: Возможно ли использовать вместо AD620 инструменальные усилители INA128(INA129,INA163)? A: ...по результатам исследования даташитов - при замене AD620 на INA129 не нужно будет менять ни печатную плату(цоколёвки совпадают) ни номиналы резисторов, задающих коэффициент усиления(формула расчёта резистора, задающего усиление совпадает с формулой от AD620).В случае применения INA128 придётся пересчитать резистор по другой формуле(так называемый промышленный стандарт),а при использовании INA163 ещё и переделать печатную плату. Q: подскажите стоит ли делать для данного девайса экранирование (имеется 2-х сторонний фольгинированный текстолит, потому как либо одну сторону стравливать или делать экран). Или оно помещает, добавив емкость и второй экран в данном устройстве избыточен? A: не помешает и емкости не добавит - это разумное решение использовать вторую сторону в качестве экрана, да и разводить попроще будет ведь земля всегда под боком. Единственный момент - желательно разделять земли аналога и цифровой части. Q: можно ли использовать PIC16F876A без переделки схемы и программы. A: ставь PIC16F876A и не сомневайся, все работает ..;) A: в моей схеме стоит именно PIC16F876A, хотя на схеме написано PIC16F873... |
Хочу выразить огромную благодарность создателю этого прибора - Олегу (на форуме - GO).
Отдельно повторю файл с прошивкой, исходниками и оригинальной схемой - скачать (Downloads: ).
Также в ходе обсуждения приводилась ссылка на документ поясняющий метод измерения - скачать (Downloads: ).
На этом всё - все пожелания и вопросы - добро пожаловать на ФОРУМ.
020673