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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kapazitätsmesser und EPS von Kondensatoren - Anschluss an das Multimeter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Heutzutage verfügt fast jeder Funkamateur über ein Digitalmultimeter, allerdings verfügt nicht jedes Modell über eine Funktion zur Messung der Kapazität von Kondensatoren. Sowohl bei der Radioreparatur als auch bei der Beurteilung der Eignung wiederverwendeter Kondensatoren ist die Messung der Kapazität und des äquivalenten Serienwiderstands (ESR) „verdächtiger“ Kondensatoren sehr nützlich. Die Hauptkriterien bei der Entwicklung des Messgeräts waren die Einfachheit der Schaltung, die Billigkeit und Verfügbarkeit der Elemente, die einfache Einstellbarkeit und die geringen Abmessungen. Wir können sagen, dass es sich um eine „Wochenendkonstruktion“ handelt, die in wenigen Stunden zusammengebaut werden kann Die Funktionsweise dieses Geräts bei der Kapazitätsmessung basiert auf dem Prinzip, einen Kondensator unbekannter Kapazität über einen Widerstand bekannten Widerstands auf eine bestimmte Spannung aufzuladen. Die Dauer dieses Vorgangs ist direkt proportional zur Kapazität des Kondensators. Das Prinzip der EPS-Messung ist wie folgt: Ein entladener Kondensator wird über einen Widerstand mit bekanntem Widerstandswert an eine Spannungsquelle angeschlossen. Anschließend misst der Mikrocontroller in kurzen Abständen zweimal die Spannung am geladenen Kondensator und berechnet dessen ESR. Mit abnehmender Kapazität steigt der Messfehler des ESR. Daher wird diese Messung per Software deaktiviert, wenn die Kapazität des Kondensators weniger als 2 uF beträgt. Wichtigste technische Merkmale
Der Zählerkreis ist in Abb. dargestellt. 1 Die Basis des Geräts ist ein Mikrocontroller PIC 12F683 (DD1). Er arbeitet mit einer Taktfrequenz von 4 MHz von einem internen RC-Oszillator. Nach dem Einschalten wechselt der Mikrocontroller in den Kapazitätsmessmodus, und dann ist die Konfiguration der Ein-/Ausgangsports wie folgt: GP0 und GP4 arbeiten als Ausgänge und steuern das Laden des Kondensators über die Widerstände R1 bzw. R3; GP1 – invertierender Eingang des im Mikrocontroller integrierten Komparators, während sein nichtinvertierender Eingang mit einer internen Referenzspannungsquelle verbunden ist, die den Spannungsschwellenwert bestimmt, bis zu dem die Ladezeit des Kondensators berechnet wird; GP3 – Signaleingang von der SB1-Taste zum Umschalten in den EPS-Messmodus; GP5 – Steuerausgang für die Anzeige des Kapazitätsteilbereichs und schließlich SSR1 – Ausgang des SHI-Signals, dessen durchschnittliche Spannung proportional zum gemessenen Parameter ist. Der berechnete Wert der Periode des SHI-Signals beträgt 4096 μs. An die Ausgangsbuchsen Х2 und ХЗ werden die Sonden eines Digitalmultimeters angeschlossen, das im Gleichspannungsmessmodus an der Grenze von 2000 mV eingeschaltet ist.
Die Teilbereiche der gemessenen Kapazität werden durch die grünen LEDs HL1, HL2 und roten HL3, HL4 angezeigt. Bei der Messung einer Kapazität kleiner als 1 μF sowie bei der Messung des ESR sind die LEDs aus. Wenn die Kapazität größer als 1 μF, aber kleiner als 10 μF ist, leuchten nur die roten LEDs. Wenn die Kapazität größer als YumkF, aber kleiner als 100 Mikrofarad ist, brennen sie alle durch. Wenn die Kapazität mehr als 100 uF, aber weniger als 1000 uF beträgt, leuchten nur grüne LEDs. Wenn die Kapazität schließlich mehr als 1000 uF, aber nicht mehr als 10000 uF beträgt, blinken die roten und grünen LEDs. In diesem Teilbereich das Maximum Der Wert auf dem Display des Multimeters ist „1000“, im Rest „999“. Wenn die gemessene Kapazität mehr als 10000 uF beträgt, blinken die LEDs weiterhin abwechselnd und auf dem Display des Multimeters wird der unten beschriebene Schwellenwert angezeigt. Der gemessene Kondensator wird über die Widerstände R1 und R2 entladen, während der GP1-Port ebenfalls in den Ausgabemodus wechselt. Die Gesamtzeit zwischen Lade-/Entladezyklen beträgt im letzten Messteilbereich 10 s, in anderen Teilbereichen ist sie kürzer. Durch Drücken der SB1-Taste wechselt das Gerät für 5 s in den ESR-Messmodus und kehrt dann in den Kapazitätsmessmodus zurück. Im ESR-Messmodus ist die Konfiguration der I/O-Ports des Mikrocontrollers wie folgt: GP0 und GP1 steuern synchron das Laden des Kondensators über die Widerstände R1 und R2; GP4 – Eingang des eingebauten Analog-Digital-Wandlers; GP5 und CCP1 erfüllen die gleichen Funktionen wie im Kapazitätsmessmodus. Während der EPS-Messung leuchten die LEDs nicht, die Anzeige erfolgt in Zehntel Ohm mit einer Auflösung von 0,2 Ohm. Dies liegt daran, dass die Auflösung des eingebauten ADC des Mikrocontrollers etwa 5 mV beträgt und der Ladestrom des Kondensators in diesem Modus 25 mA beträgt. Wenn der gemessene ESR des Kondensators 50 Ohm überschreitet, wird das Multimeter dies tun einen Schwellenwert anzeigen. Die Stromversorgung des Messgeräts erfolgt über eine 9-V-Batterie der Größe 6F22, die an den Anschluss X1 angeschlossen wird. Die Batteriespannung wird dem Stabilisatorchip 78L05 (DA1) mit einer Ausgangsspannung von 5 V zugeführt. Die Kondensatoren C1 und C2 sorgen für die Stabilität seines Betriebs. Wenn möglich, ist es besser, anstelle der Mikroschaltung 78L05 den LP2950CZ-5.0 zu verwenden – dadurch wird der Stromverbrauch im Ruhemodus auf 1,5 mA und im Messmodus auf 7,5 mA reduziert. Die Dioden VD1 und VD2 sowie eine Zenerdiode VD3 dienen dazu, die Ein-/Ausgangsleitungen des Mikrocontrollers vor Ausfall zu schützen, wenn ein geladener Kondensator angeschlossen ist. Bei der Auswahl einer VD3-Zenerdiode muss berücksichtigt werden, dass bei einer Spannung von 5 V kein Strom von mehr als 0,5 mA durch sie fließen darf. Sie können beispielsweise BZX55C5V6 anwenden. Dioden VD1 und VD2 – beliebige Siliziumimpulse, zum Beispiel aus der Serie KD521, KD522. Die Wahl fiel jedoch auf die 1N4148-Dioden aufgrund des größeren maximal zulässigen gepulsten Vorwärtsstroms. Die VD4-Diode kann durch eine Brücke ersetzt werden, wenn eine falsche Polarität des Batterieanschlusses am X1-Anschluss ausgeschlossen ist. Aufgrund der Einfachheit des Gerätes wurde dafür keine Leiterplatte entwickelt, sondern auf einem Steckbrett mit den Maßen 26x40 mm montiert. Der Mikrocontroller ist im Panel verbaut. Beim Programmieren muss die Reset-Erlaubnis des Mikrocontrollers deaktiviert werden – ein Häkchen im Kästchen „MCLR Enable“ sollte nicht vorhanden sein, da dieser Pin als Signaleingang verwendet wird. LEDs HL1-HL4 - jede andere Leuchtfarbe mit spürbarer Helligkeit bei einem Strom von 5 ... 6 mA, im Exemplar des Autors wurden DFL-3014RC und DFL-3014LGC mit einem Durchmesser von 3 mm verwendet. Eine notwendige Bedingung ist, dass eine Kette von vier in Reihe geschalteten LEDs beim Anschluss an eine 5-V-Quelle nicht leuchten darf. Daher werden vier LEDs verwendet, obwohl zur Anzeige nur zwei erforderlich sind. Wenn die Helligkeit des Leuchtens von LEDs unterschiedlicher Farbe deutlich unterschiedlich ist, wird sie durch die Auswahl der Widerstände R8 und R9 ausgeglichen.
Stecker X1 – Klemmenblock von einer 6F22-Batterie. Die Buchsen X2 und X2 zum Anschluss des Multimeters werden vom Stromanschluss des Computer-Motherboards übernommen (Abb. 2). Die Plusbuchse X1 weist keine Besonderheiten auf. Die Minus-Steckdose HZ, kombiniert mit dem Netzschalter SA3, ist eine selbstgebaute Konstruktion, die in Abb. 3 dargestellt ist. 4. Eine der beiden federnden Kontaktleisten wird entfernt, daneben wird ein Isolierpad aus Glasfaser mit einer quadratischen Seite von 0,5 ... 0,6 mm angebracht. Darauf ist ein gebogener Federdraht mit einem Durchmesser von 1 ... 3 mm befestigt, der als SA1-Leistungsschalter fungiert. Wenn die negative Sonde des Multimeters in die Buchse X2 gesteckt wird, berührt sie den Federdraht, wodurch der Stromkreis der negativen Stromleitung des Messgeräts geschlossen wird. Natürlich können Sie bei der Wiederholung des Designs jeden industriellen Miniatur-Leistungsschalter SAXNUMX und eine Minusbuchse, z. B. XXNUMX, verwenden.
Trimmerwiderstand R7 - SPZ-19a oder ähnliche Miniatur. Der Widerstand R3 bestimmt den Ladestrom für den Bereich der gemessenen Kapazitäten bis 15 μF, besser ist es, ihn mit einer Toleranz von 1 % oder mit einem digitalen Ohmmeter zu messen. Der Widerstand R1, der den Ladestrom für Kapazitäten über 15 μF bestimmt, kann ab einem Nennwert von 1 kOhm 5 % ausgewählt werden, sein berechneter Widerstand beträgt 980 Ohm, es ist jedoch durchaus akzeptabel, 1 kOhm 1 % ohne Auswahl anzugeben, da Eine solche Kapazität ist typisch für Oxidkondensatoren und für sie ist eine Genauigkeit der Kapazitätsmessung von 5 % ausreichend. Die Instrumentenkalibrierung kann auf zwei Arten erfolgen. Die erste Möglichkeit besteht darin, einen oder mehrere Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität von mehr als 10000 uF an das Messgerät anzuschließen und über den Trimmwiderstand R7 den Schwellwert „1023“ auf dem Display des Multimeters einzustellen. Sie können auch eine Schaltung aus einem 62 ... 100 Ohm-Widerstand und einem 50 ... 1000 uF-Kondensator an den Messgeräteeingang anschließen, die SB1-Taste drücken und auf ähnliche Weise den gleichen Schwellenwert auf dem Display einstellen. Da das Messgerät nur 5 Sekunden in diesem Modus bleibt, muss dieser Vorgang möglicherweise mehrmals wiederholt werden. Der Kalibrierungsfehler kann im schlimmsten Fall etwa 3 % betragen, da er sich aus den Fehlern des internen Generators und den Differenzen der Widerstände der Widerstände R1-R3 zu den berechneten Werten zusammensetzt. % im Bereich von 1...1 °C. Die zweite Möglichkeit besteht darin, einen Folien- oder Keramikkondensator mit einer bekannten Kapazität im Bereich von 4,7 ... 9 μF an das Messgerät anzuschließen und den Wert seiner Kapazität auf der Multimeteranzeige mit dem Trimmwiderstand R7 einzustellen. Zunächst muss die Kapazität dieses Kondensators mit einem beispielhaften Gerät mit einer Genauigkeit von nicht weniger als 1 % gemessen werden. Bei der Kalibrierung mit dieser Methode kann der Schwellenwert geringfügig von „1023“ abweichen. Die Wahl der Kalibrierungsmethode ist nicht grundlegend – die Streuung der Messwerte mehrerer Exemplare des auf unterschiedliche Weise kalibrierten Geräts betrug nicht mehr als 3 %. Natürlich sollte nur ein vorentladener Kondensator an das Messgerät angeschlossen werden. Bei der Kapazitätsmessung von Oxidkondensatoren ist auf die Polarität des Anschlusses zu achten. Wenn Sie die Messklemmen mit den Händen berühren, werden die Messwerte verfälscht. Mikrocontroller-Programme können von ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/02/van.zip heruntergeladen werden. Autor: Ju.Wanjuschin
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