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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Mikrofaradometer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Der Artikel beschreibt ein Kapazitätsmessgerät für unpolare und Oxidkondensatoren, basierend auf dem Mikrocontroller PIC16F876A. Kapazitätsmessbereich - 1...999 103 uF - unterteilt in zwei Teilbereiche. Messergebnisse werden durch eine dreistellige LED-Digitalanzeige mit automatischer Dezimalpunkteinstellung angezeigt. Einige Auswirkungen des äquivalenten Reihenwiderstands auf die Messgenauigkeit bei einer größeren Grenze werden durch Kalibrieren des Instruments kompensiert. In der Amateurfunkpraxis ist die Notwendigkeit, große Werte der elektrischen Kapazität zu messen, offensichtlich. Viele moderne Multimeter haben die Funktion, die Kapazität eines Kondensators zu messen, ihre Obergrenze überschreitet 20-100 μF nicht, und wenn der Bereich außerhalb der Grenze liegt, wird die Messgenauigkeit erheblich reduziert [1]. Professionelle RLC-Messgeräte messen Kapazitäten bis zu 1 F oder mehr [2], aber aufgrund ihrer hohen Kosten sind sie für die meisten Funkamateure nicht leicht zugänglich. Die Zeitschrift "Radio" beschreibt mehrere Geräte zur Messung der Kapazität von Oxidkondensatoren [3,4]; sie sind meist in Form von Präfixen gestaltet und basieren auf indirekten Messverfahren. Gleichzeitig ist es unter Verwendung der modernen elementaren Basis und grundlegender physikalischer Zusammenhänge möglich, ein einfaches Gerät mit ausreichend hohen messtechnischen Eigenschaften zu bauen. Die vorgeschlagene Vorrichtung nutzt das Prinzip der Proportionalität der Ladung Q der elektrischen Kapazität C bei einem festen Spannungswert U: C = Q/U; wo Q = Es. Bei gegebenem Ladestrom wiederum ist die Ladung des Kondensators proportional zur Fließzeit des Ladestroms [5]. Technische Eigenschaften Messbereich, µF .. .1...999 103
Das Gerät basiert auf dem Mikrocontroller PIC16F876A [6], der alle Hauptfunktionen ausführt: Steuerung des Messvorgangs, Berechnung der Ergebnisse und Anzeige des erhaltenen Werts der gemessenen Kapazität auf dem Indikator.
Das schematische Diagramm des Geräts ist in Abb. 1. Der DD1-Mikrocontroller arbeitet gemäß dem Programm, dessen Codes in der Tabelle angegeben sind. Nach dem Einschalten der Stromversorgung und der Initialisierung des Mikrocontrollers arbeitet das Gerät im Automatikmodus. Der Ausgang RA0 ist als Eingang des Komparators konfiguriert, RA3 ist der Eingang der beispielhaften Spannung des Komparators, RCO, RC1 sind die Ausgänge zur Steuerung der Ladestromquellen, RC2 ist der Ausgang zum Einschalten der Entladung des gemessenen Kondensators . Der Messzyklus beginnt mit der Entladung des Kondensators über den Transistor VT2 und den Widerstand R5. Dann wird die Quelle des Ladestroms von 1 mA am Transistor VT3 [5] eingeschaltet. Die Spannung am Kondensator beginnt zu steigen. Wenn es einen Wert von ungefähr 1 V erreicht, der der Referenzspannung am Eingang RA3 entspricht, stoppt der DD1-Mikrocontroller den Ladevorgang und legt seine Dauer fest. Wenn die Spannung am gemessenen Kondensator nicht innerhalb von 1,2 s die beispielhafte erreicht, erfolgt der Übergang zur höchsten Messgrenze: Die Stromquelle wird eingeschaltet, gleich 1 A, am Transistor VT1, die Anzeige "x1000" und die Messung wird wiederholt. Als nächstes berechnet der Mikrocontroller den Wert der gemessenen Kapazität aus Ladezeit, Ladestrom und Kondensatorspannung unter Berücksichtigung der Messgrenze und des entsprechenden Kalibrierkoeffizienten. Der Messzyklus wird periodisch wiederholt. Die dynamische Anzeige der Ergebnisse ist nach dem klassischen Schema auf einer dreistelligen LED-Anzeige HG1-HG3, Transistoren VT5-VT7 und Mikrocontroller-Ports RC3-RC5, RBO-RB7 organisiert. Die Tasten SB1-SB3, verbunden mit den Ports RA1, RA2, RA5, werden verwendet, um Kalibrierungskoeffizienten einzugeben, wenn das Gerät eingerichtet und überprüft wird. Taste "Modus" - Aufrufen des Kalibrierungsmodus, Auswahl des Koeffizienten, Wechsel in den Messmodus. Tasten "+" und "-" - Einstellen des Wertes des ausgewählten Koeffizienten im Bereich von 1 bis 255. Der Kalibrierkoeffizient für den Bereich "uF" wird ohne Dezimalpunkte angezeigt, für "uFx1000" - mit einem Komma in den Einheiten Platz. Die eingestellten Werte werden automatisch im Speicher des Mikrocontrollers erfasst, dort nach dem Ausschalten gespeichert und beim Einschalten des Gerätes ausgelesen. Der Quellcode des Steuerprogramms ist in der Sprache C in der Programmierumgebung MPLAB IDE Version 6.5 [7] geschrieben, die mit dem PICC-Compiler Version 8.05PL1 [8] ausgestattet ist.
Strukturell ist das Gerät in einem Gehäuse aus dem M838-Multimeter aufgebaut (siehe Foto in Abb. 2). Zur Stromversorgung dient ein externer Gleichrichter (in einem Netzstecker), der eine Ausgangsspannung von 9 ... 12 V bei einem Strom von bis zu 1 A liefert. Zu den im Handel erhältlichen gehört beispielsweise BP7N-12-1000 geeignet. Der Spannungsregler DA1 ist auf der Platine des Gerätes eingebaut. Es ist notwendig, die Anschlüsse des Oxidkondensators C1 mit einer Kapazität von mindestens 2 Mikrofarad für eine Spannung von 1 V an die Kontaktpads X1000, X16 zu löten, was im Batteriefach des Instrumentengehäuses erfolgt.
Leiterplatte des Zählers - mit doppelseitiger gedruckter Verdrahtung und doppelseitiger Anordnung von Teilen; seine Hauptabmessungen sind in Abb. 3. Eine Zeichnung der Leiterplatte von der Installationsseite der Anzeiger ist in Abb. 4 dargestellt. 5, und von der Seite der Installation der Mikroschaltung und der Transistoren - in Abb. 0,5. Um Durchkontaktierungen in der Platine zu bilden, wurden Löcher mit einem Durchmesser von 0,25 mm gebohrt, in die Segmente von Anschlüssen von MLT-1-Widerständen genietet und gelötet wurden. Der DD6-Mikrocontroller muss auf der Geräteplatine in einer Blende mit Federklemmen installiert werden. Das Aussehen der montierten Platine ist in der Foto-Abb. 7, XNUMX.
Das Gerät verwendet MLT-Widerstände oder ähnliches; Widerstand R5 - Aus einem Mangandraht mit einem Durchmesser von 1 mm und einer Länge von 15 mm können Sie einen Stromsensor eines M838-Multimeters verwenden. Die meisten Kondensatoren sind KM, K10-17-Serie, Oxid - K53-4, K53-14, K52-1 und C1 (1000 uF) - K50-35. Quarzresonator - bei einer Frequenz von 10 ... 12 MHz im NS-49-Paket. Tasten - kleine Uhr SWT2, TS-A1PS-130. TR319-LED-Anzeigen können durch andere mit derselben Pinbelegung ersetzt werden, z. B. SA05-11HWA. Der Transistor VT2 ist ein leistungsstarker Feldtransistor mit einem Drainstrom von mindestens 10 A und einem Drain-Source-Widerstand von nicht mehr als 0,1 Ohm. Die Klemmen ХЗ, Х4 ähneln denen, die im Multimeter M838 verwendet werden. Stabilisator DA1 und Transistor VT1 sind auf Plattenkühlkörpern mit einer Fläche von 12 bzw. 5 cm2 installiert.
Die Einrichtung des Geräts beginnt, bevor der Mikrocontroller im Panel auf der Platine installiert wird. Schalten Sie die Stromversorgung mit dem Schalter SA1 ein und überprüfen Sie das Vorhandensein und die Richtigkeit der Versorgungsspannung von 5 V an den Kontakten des Mikrocontroller-Panels. Die Spannung an den Pins 1-3, 7 sollte ungefähr gleich der Versorgungsspannung sein, an den Pins 14-16 etwa 4 V und an den Pins 21-28 die Spannung nahe Null. Dann prüfen sie die Funktionsfähigkeit der Taster SB1-SB3: Durch Drücken steuern sie das Auftreten eines niedrigen Pegels an den Eingängen RA1, RA2, RA5. Die dynamischen Anzeigekreise werden überprüft, indem ein gemeinsamer Draht seriell an die entsprechenden Anschlüsse der Anschlüsse RBO-RB7 und RC3-RC5 angeschlossen wird: In diesem Fall wird das Leuchten der angegebenen Segmente in der ausgewählten Ziffer beobachtet. Die Stromquellen werden wiederum durch Anlegen eines Low-Pegels an die Kontakte 11, 12 eingeschaltet, wobei das Amperemeter anstelle des zu messenden Kondensators an die Buchsen X4, X0 angeschlossen werden muss. Beim Einschalten über die RC0,5-Schaltung muss der Strom im Bereich von 1 ... 1 mA liegen; und durch die RC0,5-Schaltung - 1 ... 1 A. Die Entladungsschaltung wird mit einer eingeschalteten 5-A-Stromquelle überprüft, indem eine Spannung von +13 V an Pin 4 angelegt wird. Die Messwerte des an die Buchsen XXNUMX, XXNUMX angeschlossenen Voltmeters sollte auf null fallen. Setzen Sie nach dem Ausschalten den programmierten Mikrocontroller in das Bedienfeld ein und schalten Sie das Gerät ein. Das Display sollte Messwerte nahe Null anzeigen, die „Cycle“-Anzeige (HL1) leuchtet intermittierend und die „x1000“-Anzeige (HL2) leuchtet nicht. Jetzt können Sie Probemessungen durchführen, um die Leistung des gesamten Geräts zu beurteilen. Die erhaltenen Ergebnisse können aufgrund der großen Streuung der Parameter der Stromquellen, des Fehlers bei der Einstellung der Referenzspannung, des Komparatorfehlers, der Frequenz des installierten Quarzresonators und einer Reihe anderer, weniger auffälliger Faktoren erheblich von den tatsächlichen abweichen Faktoren. Gerätekalibrierung erforderlich. Um das Messgerät zu kalibrieren, benötigen Sie vier Referenzkondensatoren mit unterschiedlichen Nennwerten: zwei - für den Bereich "μF" mit einer Kapazität von 100 ... 900 μF, zwei - für den Bereich "μF x1000" mit einer Kapazität von mehr als 10000 μF. Um ihre Kapazität genau zu bestimmen, ist es ratsam, einen geeichten Industriezähler oder eine indirekte Methode zu verwenden. Indem Messungen durchgeführt und die Kalibrierungskoeffizienten gemäß den Messwerten des Geräts geändert werden, werden der wahre Wert der Kapazität der Kalibrierungskondensatoren und die Messwerte des Geräts angepasst. Nach der Kalibrierung ist das Gerät einsatzbereit. An der höchsten Messgrenze hängen die Messwerte des Instruments bis zu einem gewissen Grad vom äquivalenten Serienwiderstand (ERS) des gemessenen Kondensators ab; dies drückt sich in einer Unterschätzung des wahren Kapazitätswertes aus. Damit der Fehler des Geräts den angegebenen Wert nicht überschreitet, sollte der EPS 0,1 Ohm nicht überschreiten. Bei betriebsfähigen Oxidkondensatoren mit einer Kapazität von mehr als 1000 μF liegt der statistische Mittelwert des ESR innerhalb dieser Grenzen [9], sein Einfluss wird bei der Kalibrierung des Geräts kompensiert. Für eine objektivere Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Oxidkondensatoren ist eine gemeinsame Messung von Kapazität und ESR notwendig – das ist das Thema der nächsten Entwicklung. Die Erfahrungen mit dem beschriebenen Messgerät zeigten seine guten Verbrauchereigenschaften: Genauigkeit, Langzeitstabilität der Messwerte, Benutzerfreundlichkeit. Es ermöglicht Ihnen, die notwendigen Messungen durchzuführen, die bei der Entwicklung, Herstellung und Reparatur von elektronischen Geräten anfallen. Das Mikrocontroller-Programm kann heruntergeladen werden daher. Literatur
Autor: A. Topnikov, Uglitsch, Gebiet Jaroslawl; Veröffentlichung: radioradar.net
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