LC метр малых величин

ТехнарьКто

★★★✩✩✩✩
13 Янв 2020
141
182
Очень точный измеритель индуктивности до 20 миллигенри и емкости до 0,5 микрофарад. Понимаю, прибор крайне специфический и не всем нужен. Возможно кому либо понадобиться. Принцип работы честно спи3#ен Midland Amateur Radio Club с американского прибора и сделан LC-metrV1. Затем переделан Филом Райсом с клубного проекта Midland Amateur уже для PIC16F628 с упрощением схемы и одновременным улучшением функциональности, точности и простоты сборки в LC-metrV2.
Для проверки работы схемы собран техно-рабочий проект, мне был нужен подобный прибор поэтому я и проверил схему LC-metrV2 на работоспособность. Результат меня очень удивил своей точностью измерений. Привожу техно-рабочий проект и схему по которой собирал. Схему автора изменил в обвязке кварца, установил правильные номиналы. Схему даю уже с исправлениями.

LC-metr sxema.jpg

Схема, описание, исходник, готовая прошивка, все тут.

Фото работы прибора
1.jpg

Для понимания единиц измерения.

название: электрическая емкость
обозначение названия - С
единица измерения - фарад
обозначение единицы измерения Ф или F

название: индуктивность или индуктор
обозначение названия - L
единица измерения - генри
обозначение единицы измерения Гн или H

Каждая величина "единица" разбитая на 1000 (тысячу) частей имеет свое название
Вместо "единиц" подставляйте всё что угодно

1 милиединица это 1 единица/ 1000 обозначается как "м" или "m"
1 микроединица это 1 милиединица/ 1000 обозначается как "мк" или "µ" или "u" или "U"
1 наноединица это 1 микроединица/1000 обозначается как "n"
1 пикоединица это 1 наноединица /1000 обозначается как "p"

2.jpg

3.jpg

4.jpg

5.jpg

Коротко о важных моментах при сборке.

Два конденсатора по 1000 пФ («C» и «Ccal») должны быть хорошего качества. Стабильность важна, точность - нет. Полистирол предпочтителен.

Два конденсатора по 10 мкФ должны быть LOW ESR.

Кварц 4 МГц должен быть настоящим 4 000 МГц, а не примерно 4 МГц. Использовал обычный китайский в металлическом корпусе с надписью 4.000.

Катушка индуктивности 100 мкГн должна иметь низкое сопротивление "постоянному току". В идеале меньше одного Ома.

Реле должно быть слаботочным. PIC может обеспечить ток только около 30 мА. Реле должно иметь возможность «срабатывать» при напряжении 4,5 В. Подойдет большинство герконов на 5 В. Я использовал китайский модуль 5V реле для ардуино HW482. Управление подавал через резистор 1кОм. Диод на китайском модуле реле уже есть, поэтому диод обозначенный на схеме как 1N914 я не устанавливал.

Вместо входного переключателя для выбора измерения L или C установлены перемычки, как в компьютере на сброс БИОСа. Китайцы такие продают в больших количествах по мизерным ценам. Можно использовать любые переключатели с низким сопротивлением контактов, менее одного ома. Важна стабильность сопротивления при замыкании контактов.

Входной стабилизатор желателен. От изменения напряжения питания изменяются показания. Поэтому при питании 5V ±10% важна стабильность этого напряжения.

Собранный прибор калибруется один раз по эталонной емкости. Предварительно дать поработать прибору несколько минут. Это нужно для вхождения в стабильный режим работы электролитических конденсаторов, электролиты по 10 мкф. На схеме места под дип перемычки для регулировки уже предусмотрены. У собранного прибора в положении измерения емкости, щупы разомкнуты и никуда не подключены. Нажать кнопку "ноль" на схеме "Zero". На дисплее отобразиться С = 0.0 pF. Теперь надо к щупам подключить эталонный конденсатор от 100 nf до 0,5 мкф, какой у Вас есть, кнопку "Zero" не трогать. На дисплее отобразиться измеренная емкость. Кратковременно замыкая контакты 6 или 7 ножки микросхемы через резистор 1К на GND, (нога 6) увеличить или (7) уменьшить показания до совпадения с надписью на эталонном конденсаторе. Отключить эталонный конденсатор. Нажать кнопку установки нуля "Zero". Повторить калибровку по эталонному конденсатору. Теперь прибор откалиброван и для емкости и для индуктивности. Калибровка запоминается в энергонезависимую память и при повторном включении уже не требуется.

Откалиброванный прибор после включения требует прогрева в течении пары минут. Затем если измерять емкость, разомкнутые щупы положить таким образом, чтобы при подключении конденсатора происходило как можно меньшее смещение. В положении разомкнутых щупов нажать кнопку "ноль" ("Zero") прибор примет точку нулевого показания и перейдет в режим непрерывных измерений. Просто подключаете конденсаторы. Положение щупов важно только для емкостей менее 10pf. От 100pf и до 0,5 мкф положение щупов для нулевого значения уже не так важно.

Для измерения индуктивности надо замкнуть щупы и нажать "Zero". Прибор примет нулевое значение и перейдет в режим непрерывных измерений.

Успехов в повторении проекта, кому это интересно.
 

Вложения

ТехнарьКто

★★★✩✩✩✩
13 Янв 2020
141
182
Собрал тестовую версию прибора в корпус из чего попало.
1-L0.jpg


Под руку попался старый бокс от дискет 5,25". Делал в лучших китайских традициях, в большом корпусе все смонтировано клеевым пистолетом. Вот и мы докатились до подсматривания у китайцев, как по быстрому сляпать. Печально, но такова жизнь.

2-корпус.jpg
Бокс был отмыт, прорезаны необходимые окна и все туда с монтировалось само :)

В схему внесены малозначительные изменения. Добавлено реле для переключения из режима измерения конденсаторов в режим измерения индуктивностей. Реле выбирал исходя из параметров:
  • две пары перекидных контактов;
  • малогабаритное;
  • включение постоянным током, напряжением до 30V;
  • сверхнизкое энергопотребление;
  • низкое сопротивление контактов;
  • стабильное сопротивление контактов.
Порядок требований здесь произвольный, любой пункт важен и может быть первым.
Реле удовлетворившие требованиям оказалось на 24V. Для включения реле от литиевого аккумулятора установил DC-DC повышающий преобразователь.
dc-dc.jpg
DC-DC SX1308 с током до 2А повышающий, регулируемый. Брал такие попробовать, работают, вот сюда и применил.
Взамен контактов на схеме для переключения L-C использованы контакты реле. Само реле включается переключателем простой подачей напряжения на вход DC-DC от аккумулятора. Сам аккумулятор подключен к схеме через плату защиты от коротких замыканий и пере разряда. К выходу DC-DC подключено реле. Напряжение отсутствует контакты реле собирают схему измерения емкости (С). Напряжение подано, реле сработало, контакты собрали схему измерения индуктивности (L). Все очень просто, не вижу смысла рисовать схему.

Для питания основной схемы измерителя от аккумулятора (АКБ) через такой же DC-DC подается 5V. Часть первоначальной схемы со стабилизатором 7805 не используется, не собрана поскольку не нужна.

3-сборка.jpg

Собранный в корпус прибор показал те же результаты, что и без корпуса. Смотрите фотографии в предыдущем сообщении.

Пара новых фотографий при измерении индуктивности.
4-L40-all.JPG
5-L150-all.JPG

Был проведен ряд экспериментов с катушкой индуктивности для использования в приборе. Как результат, прибор оказался кране привередливый к используемой индуктивности. Мне просто повезло, что воткнув первую попавшуюся индуктивность все заработало сразу и без проблем.

Катушки с которыми работает.
6-L-ok.jpg
Высокодобротные, несколько амперные и к моему удивлению однопроцентные. Допуск 1%.
Демонтаж со списанного импортного оборудования.
Для работающих катушек индуктивности имеем:
  • частота собственного резонанса значительно выше;
  • сопротивление обмотки значительно ниже;
  • как следствие уже ожидаемо, добротность значительно больше.

Все сравнения с ниже расположенной фотографией катушек индуктивности.

Что пробовал и с чем прибор работать отказался.
7-L-no.jpg

Собранный прибор легко измеряет индуктивность этих катушек. А вот при установке в схему прибора, прибор не работает.

PS Нашел на AliExpress подобные работающим катушкам лоты. Заказал. Если с купленными катуками будет работать, смогу рекомендовать у каких продавцов можно покупать такой, как оказалось важный элемент для повторения данной схемы.