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:
- Схема
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:
- Главная печатная плата
- Печатная плата с кнопками
- pcb_buttons.gif (6.04 KiB) Viewed 84000 times
Некоторым недостатком этого варианта плат является большое количество перемычек (общая длина - больше метра). Вот так выглядит плата после запайки почти всех элементов:
Далее - в корпусе (согласен - не красиво. Можно было бы и поаккуратней):
Нравится панелька? Расскажу как я изготавливаю панели для своих устройств.
- Рисуем панельку в PowerPoint (я пользуюсь 2007-м - там много красивостей). Скачать пример.
- 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.
Скотч 3М выглядит вот так:
- Двусторонняя лента Scotch® Double Sided
- 3M_scotch.jpg (5.14 KiB) Viewed 83999 times
С чего всё начиналось:
Описание настройки:Прежде всего, ссылки на первоисточники:
- аналоговая часть позаимствована со схем, выложенных на форуме http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=9 ... c&&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
Небольшой FAQ по материалам форума: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
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. Ещё проще - PICProg. Вообщем 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.
Также в ходе обсуждения приводилась ссылка на документ поясняющий метод измерения - скачать
(
не замерял... но точно отключается. Вроде несколько минут.