Измерение lc. Компактный многофункциональный прибор - измеритель L, C, ESR, пробник-генератор сигналов

Сделал как то себе этот крайне полезный и не заменимый прибор, из-за острой необходимости в измерении емкости и индуктивности. Обладает на удивление очень хорошей точностью измерения при этом схема довольно простая базовым компонентом которой является микроконтроллер PIC16F628A.

Схема:

Как видно, основные компоненты схемы это PIC16F628A, знакосинтезирующий дисплей (можно использовать 3 типа дисплея 16х01 16х02 08х02), линейный стабилизатор LM7805, кварцевый резонатор на 4 Мгц, реле на 5В в DIP корпусе, двух секционный переключатель (для переключения режимов измерения L или C).

Прошивки для микроконтроллера:

Печатная плата:

Файл печатной платы в формате sprint layout:

Исходная плата разведена под реле в DIP корпусе.

У меня такого не нашлось и я использовал что было, старое компактное как раз подходящее по размерам реле. В качестве танталовых конденсаторов использовал совковые танталовые. Переключатель режима измерения, выключатель питания и кнопку калибровки использовал, снятые когда то со старых совковых осциллографов.

Провода измерительные:

Должны быть как можно короче.

Во время сборки и настройки руководствовался вот этой инструкцией:

Соберите плату, установите 7 перемычек. Установите в первую очередь перемычки под PIC и под реле и две перемычки рядом с контактами для дисплея.

Используйте танталовые конденсаторы (в генераторе) — 2 шт.
10мкф.
Два конденсатора 1000пФ должны быть полиэстеровые или лучше (прим. допуск не более 1%).

Рекомендуется использовать дисплей с подсветкой (прим. ограничительный резистор 50-100Ом на схеме не указан контакты 15, 16).
Установите плату в корпус. Соединение между плату и дисплей по вашему желанию можно припаять, или сделать используя разъем. Провода вокруг переключателя L/C сделайте как можно короткими и жесткими (прим. для уменьшения «наводок» и для правильной компенсации измерений особенно для заземленного конца L).

Кварц следует использовать 4.000MHz, нельзя использовать 4.1, 4.3 и т.п.

Проверка и калибровка:

1. Проверьте установку деталей на плате.
2. Проверьте установку всех перемычек на плате.
3. Проверьте правильность установки PIC, диодов и 7805.
4. Не забудьте – «прошить» PIC до установки в LC — метр.
5. Осторожно включите питание. Если есть возможность, используйте регулируемый источник питания в первый раз. Измерять ток при увеличении напряжения. Ток должен быть не более 20мА. Образец потреблял ток 8мА. Если ничего не видно на дисплее покрутите переменный резистор регулировки контраста. На дисплее должно быть написано «Calibrating », затем C=0.0pF (или С= +/- 10пФ).
6. Подождите несколько минут («warm-up»), затем нажмите кнопку «zero» (Reset) для повторной калибровки. На дисплее должно быть написано C=0.0pF.
7. Подключите «калибровочный» конденсатор. На дисплее LC – метра увидите показания (с +/- 10% ошибкой).
8. Для увеличения показаний емкости замкните перемычку «4» см. картинку ниже (прим. 7 ножка PIC). Для уменьшения показаний емкости, замкните перемычку «3» (прим. 6 ножка PIC) см. картинку ниже. Когда значение емкости будет совпадать с «калибровочным» удалите перемычку. PIC запомнит калибровку. Вы можете повторять калибровку множество раз (до 10,000,000).
9. Если есть проблемы с измерениями, вы можете с помощью перемычек «1» и «2» проверить частоту генератора. Подсоедините перемычку «2» (прим. 8 ножка PIC) проверьте частоту «F1» генератора. Должно быть 00050000 +/- 10%. Если показания будут слишком большие (near 00065535), прибор выходит в режим «переполнение» и показывает ошибку «overflow» . Если показание слишком низкие (ниже 00040000), вы потеряете точность измерения. Подсоедините перемычку «1» (прим. 9 ножка PIC) для проверки калибровки частоты «F2». Должно быть около 71% +/- 5% от «F1» которые вы получили подсоединяя перемычку «2».
10. Для получения максимально точных показаний можно регулировать L до получения F1 около 00060000. Предпочтительней устанавливать «L» = 82 мкГн на схеме 100мкГн (вы можете не купить 82мкГн;)).
11. Если на дисплее 00000000 для F1 или F2, проверьте монтаж около переключателя L/C — это означает, что генератор не работает.
12. Функция калибровки индуктивности автоматически калибруется, когда происходит калибровка емкости. (прим. калибровка происходят в момент срабатывания реле когда замыкаются L иC в приборе).

Тестовые перемычки

1. Проверка F2
2. Проверка F1
3. Уменьшение C
4. Увеличение C

Как проводить измерения:

Режим измерения емкости:

1. Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «C»
2. Нажимаем кнопку «Zero»
3. Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «C = 0.00pF»

Режим измерения индуктивности:

1. Включаем прибор, ждем пока загрузится
2. Переводим переключатель выбора режима измерения в положение «L»
3. Замыкаем измерительные провода
4. Нажимаем кнопку «Zero»
5. Появляется надпись «Setting! .tunngu.» ждем пока не появится «L = 0.00uH»

Ну вроде все, вопросы и замечания оставляйте в комментариях под статьей.

Я уверен, что этот проект не является новым, но это собственная разработка и хочу, чтобы этот проект так, же был известен и полезен.

Схема LC метра на ATmega8 достаточно проста. Осциллятор является классическим и выполнен на операционном усилителе LM311. Основная цель, которую я преследовал при создании данного LC метра — сделать его не дорогим и доступным для сборки каждым радиолюбителем.

Принципиальная схема измерителя емкости и индукции

Характеристики LC-метра:

• Измерение емкости конденсаторов: 1пФ — 0,3мкФ.
• Измерение индуктивности катушек: 1мкГн-0,5мГн.
• Вывод информации на ЖК индикатор 1×6 или 2×16 символов в зависимости от выбранного программного обеспечения

Для данного прибора я разработал программное обеспечение, позволяющее использовать тот индикатор, который есть в распоряжении у радиолюбителя либо 1х16 символьный ЖК-дисплей, либо 2х 16 символов.

Тесты с обоих дисплеев, дали отличные результаты. При использовании дисплея 2х16 символов в верхней строке отображается режим измерения (Cap – емкость, Ind – ) и частота генератора, в нижней же строке результат измерения. На дисплее 1х16 символов слева отображается результат измерения, а справа частота работы генератора.

Однако, чтобы поместить на одну строку символов измеренное значение и частоту, я сократил разрешение дисплея. Это ни как не сказывается на точность измерения, только чисто визуально.

Как и в других известных вариантах, которые основаны на той же универсальной схеме, я добавил в LC-метр кнопку калибровки. Калибровка проводится при помощи эталонного конденсатора емкостью 1000пФ с отклонением 1%.

При нажатии кнопки калибровки отображается следующее:

Измерения, проведенные с помощью данного прибора на удивление точны, и точность во многом зависит от точности стандартного конденсатора, который вставляется в цепь, когда вы нажимаете кнопку калибровки. Метод калибровки устройства заключается всего лишь в измерении емкости эталонного конденсатора и автоматической записи его значения в память микроконтроллера.

Если вы не знаете точное значение, можете откалибровать прибор, изменяя значения измерений шаг за шагом до получения наиболее точного значения конденсатора. Для подобной калибровки имеются две кнопки, обратите внимание, на схеме они обозначены как «UP» и «DOWN». Нажимая их можно добиться корректировки емкости калибровочного конденсатора. Затем данное значение автоматически записывается в память.

Перед каждым замером емкости необходимо сбросить предыдущие показания. Сброс на ноль происходит при нажатии «CAL».

Для сброса в режиме индуктивности, необходимо сначала замкнуть выводы входа, а затем нажать «CAL».

Весь монтаж разработан с учетом свободной доступности радиодеталей и с целью достижения компактности устройства. Размер платы не превышают размеров ЖК-дисплея. Я использовал как дискретные компоненты, так и компоненты поверхностного монтажа. Реле с рабочим напряжением 5В. Кварцевый резонатор — 8MHz.

Рассмотрена схема измерителя емкости конденсаторов и индуктивности катушек, выполненная всего на пяти транзисторах и, несмотря на свою простоту и доступность, позволяет в большом диапазоне определять с приемлемой точностью емкость и индуктивность катушек. Имеется четыре поддиапазона для конденсаторов и целых пять поддиапазонов катушек. После достаточно простой процедуры калибровки, с применением двух подстроечных сопротивлений, максимальная погрешность будет около 3%, что согласитесь, для радиолюбительской самоделки совсем не плохо.

Предлагаю спаять своими руками эту простую схему LC-метра. Основой радиолюбительской самоделки служит генератор, выполненный на VT1, VT2 и радиокомпонентах обвязки. Его рабочая частота определяется параметрами LC колебательного контура, который состоит из неизвестной емкости конденсатора Cx и параллельно подключенной катушки L1, в режиме определения неизвестной емкости - контакты X1 и X2 должны быть замкнуты, а в режиме измерения индуктивности Lx, она подключается последовательно с катушкой L1 и параллельно соединенному конденсатору C1.

С подключением к LC-метру неизвестного элемента, начинает работать генератор на какой-то частоте, которая фиксируется очень простым частотомером, собранным на транзисторах VT3 и VT4. Затем значение частоты преобразуется в постоянный ток, который отклоняет стрелку микроамперметра.

Измеритель индуктивности сборка схемы. Соединительные провода рекомендуется делать по возможности максимально короткими для подключения неизвестных элементов. После окончания процесса общей сборки необходимо откалибровать конструкцию во всех диапазонах.

Калибровка осуществляется с помощью подбора сопротивлений подстроечных резисторов R12 и R15 при подключении к измерительным выводам радиоэлементов с заранее известными номиналами. Так как в одном диапазоне номинал подстроечных резисторов будет один, а в другом он будет другой, то необходимо определить нечто среднее для всех диапазонов, при этом погрешность измерения не должна выйти за 3%.

Этот достаточно точный LC метр собран на микроконтроллере PIC16F628A. В основе конструкции LC метра лежит частотомер с LC осциллятором, частота которого изменяется в зависимости от измеряемых величин индуктивности или емкости, и в результате вычисляется. Точность частоты доходит до 1 Гц.

Реле RL1 необходимо для выбора L или C режима измерения. Счетчик работает на основе математических уравнений. Для обоих неизвестных L и C , уравнения 1 и 2 являются общими.

Калибровка

При включении питания осуществляется автоматическая калибровка прибора. Начальный рабочий режим - индуктивность. Подождите пару минут для прогрева цепей устройства, затем нажмите тумблер "zero", для повторной калибровки. Дисплей должен вывести значения ind = 0.00 . Теперь подсоедините тестовый номинал индуктивности, например 10uH или 100uH. LC-метр должен вывести на экран точное значение. Для настройки счетчика имеются перемычки Jp1 ~ Jp4 .

Представленный ниже проект измерителя индуктивности очень прост для повторения состоит из минимума радиокомпонентов. Диапазоны измерения индуктивности : - 10нГ - 1000нГ; 1мкГ - 1000мкГ; 1мГ - 100мГ. Диапазоны измерения емкости: - 0.1пФ - 1000пФ - 1нФ - 900нФ

Измерительное устройство поддерживает автокалибровку при включении питания, что исключает вероятность человеческого фактора при ручной калибровке. Абсолютно, в любой момент можно заново откалибровать измеритель, просто нажав кнопку сброса. В приборе имеется автоматический выбор диапазона измерений.

В конструкции устройства нет необходимости использования каких-либо прецизионных и дорогих радио компонентов. Единственное, нужно иметь одну "внешнюю" емкость, номинал которой известен с большой точностью. Два конденсатора емкостью в 1000 пФ должны быть нормальногно качества, желательно использовать полистирольные, а две емкости по 10 мкФ должны быть танталовыми.

Кварц нужно взять точно на 4.000 МГц. Каждый 1% несоответствия частоты, приведет к 2% ошибке измерения. Реле с малым током катушки, т.к. микроконтроллер не способен обеспечить ток выше 30 мА. Не забудьте параллельно катушке реле для подавления обратного тока и исключения дребезга поставить диод.

Печатная плата и прошивка микроконтроллера по ссылке выше.

Буквой C. Вот отсюда и пошло название прибора. Или иными словами, LC-метр – это прибор для измерения значений индуктивности и емкости.

На фото он выглядит примерно вот так:

LC-метр на вид напоминает . Он также имеет два щупа для измерения значений катушки индуктивности и емкости. Выводы конденсаторов можно пихать либо в отверстия для конденсаторов, там где написано Cx, а можно и напрямую к щупам. Проще и быстрее все-таки подсоединять к щупам. Индуктивность и емкость измеряются очень просто, выставляем предел измерения, покрутив крутилку, и смотрим обозначение на дисплее LC-метра . Как говорится, даже маленький ребенок без труда освоит эту “игрушку”.

Как измерить емкость LC-метром

Вот у нас четыре испытуемых конденсатора. Трое из них – неполярные, а один – полярный (черный с серой полосой)

Погнали

Давайте разберемся с обозначениями на конденсаторе. 0,022 мкФ – это его емкость, то есть 0,022 микрофарад. Далее +-5% – это его погрешность. То есть измеряемое значение может быть на плюс или минус 5% больше или меньше. Если больше или меньше 5 % – значит конденсатор у нас плохой, и его желательно не использовать. Пять процентов от 0,022 – это 0,001. Следовательно, конденсатор можно считать вполне рабочим, если его измеряемая емкость будет находится в диапазоне от 0,021 до 0,023. У нас значение 0,025. Если даже учесть погрешность измерения прибора – это не есть хорошо. Выкидываем его куда подальше. Ах да, обратите внимание на вольты, которые пишутся после процентов. Там написано 200 Вольт – это значит, что он рассчитан на напряжение до 200 Вольт. Если у него в схеме будет на выводах напряжение больше 200 Вольт, то он, скорее всего, выйдет из строя.

Если, например, на конденсаторе указано 220 В, то это – максимальное значение напряжения . С учётом того, что в сетях переменного тока указываются , то такой конденсатор не подойдёт для применения при напряжении сети 220 В, так как максимальное значение напряжения в этой сети = 220 В х 1,4 (то есть корень из 2) = 310 В. Конденсатор надо выбрать такой, чтобы он был рассчитан на напряжение намного превышающее 310 Вольт.

Следующий советский конденсатор

0,47 микрофарад. Погрешность +-10 %. Это значит 0,047 в ту и другую сторону. Его можно считать нормальным в диапазоне 0,423-0,517микроФарад. На LC-метре 0,489 – следовательно, он вполне работоспособный.

Следующий импортный конденсатор

На нем написано,22 – это значит 0,22 микрофарад. 160 – это предел напряжения. Вполне нормальный конденсатор.

И следующий электролитический или, как его называют радиолюбители, электролит. 2,2 микрофарада на 50 Вольт.

Все ОК!

Как измерить индуктивность LC-метром

Давайте замеряем индуктивность катушки индуктивности . Берем катушку и цепляемся к ее выводам. 0,029 миллигенри или 29 микрогенри.

Таким же образом можно проверить другие катушки индуктивности.

Где купить LC-метр

В настоящее время прогресс дошел до того, что можно купить универсальный R/L/C/Transistor-metr , который умеет замерять почти все параметры радиоэлектронных компонентов

Ну для эстетов все таки есть нормальные LC-метры, которые в один клик можно приобрести с Китая в интернет-магазине Алиэкспресс;-)

Вот страничка на LC-метры.

Вывод

Катушки индуктивности и конденсаторы – незаменимая вещь в электронике и электротехнике. Очень важно знать их параметры, потому как малейшее отклонение параметра от значения написанного на них может сильно изменить работу схемы, особенно это касается приемопередающей аппаратуры. Измеряйте, измеряйте и еще раз измеряйте!

Представленный ниже проект измерителя емкости и индуктивности очень прост для повторения и содержит минимум деталей. Тем не менее, диапазон измерения лежит в достаточно широких пределах.

Диапазоны измерения индуктивности:
- 10нГ - 1000нГ
- 1мкГ - 1000мкГ
- 1мГ - 100мГ

Диапазоны измерения емкости:
- 0.1пФ - 1000пФ
- 1нФ - 900нФ

В приборе поддерживается автокалибровка при включении питания, что исключает возможность человеческой ошибки при ручной калибровке. Однако, в любой момент времени можно заново откалибровать измеритель, нажав кнопку сброса. В приборе предусмотрен автоматический выбор диапазона измерений.

В схеме устройства не требуется применение каких-либо прецизионных электронных компонентов. Единственное, нужно иметь один "внешний" конденсатор, номинал которого вы знаете с большой точностью.
Два конденсатора номиналом 1000 пФ должны быть хорошего качества, предпочтительно полистирольными. Также подойдут конденсаторы МКТ серии. Керамические не подойдут.
Два конденсатора на 10 мкФ должны быть танталовыми.

Кварцевый резонатор должен быть точно 4.000 МГц. Каждый 1% несоответствия частоты резонатора, приведет к 2% ошибке индикации измеренной величины.

Реле подберите с малым током катушки, т.к. микроконтроллер не может обеспечить ток более 30 мА. Не забудьте параллельно катушке реле поставить диод.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	1			В блокнот
	Линейный регулятор	LM7805	1			В блокнот
	Выпрямительный диод	1N4148	1			В блокнот
	Выпрямительный диод	1N4007	1			В блокнот
		10 мкФ	1			В блокнот
	Танталовый конденсатор	10 мкФ	2			В блокнот
	Электролитический конденсатор	1 мкФ	1			В блокнот
	Полистирольный конденсатор	1000 пФ	2	Полистирольные или МКТ		В блокнот
	Конденсатор	33 пФ	2			В блокнот
	Резистор	1 кОм	4			В блокнот
	Резистор	4.7 кОм	1			В блокнот
	Резистор	47 кОм	1			В блокнот
	Резистор	100 кОм	3			В блокнот
	Резистор	?	1			В блокнот
R5	Подстроечный резистор	10 кОм	1	Contrast		В блокнот
	Кварц	4 МГц	1	Точно 4.000 МГц		В блокнот
	Дроссель	100 мкГн	1			В блокнот
	Реле	5 В	1	1 замыкающая группа		В блокнот
Reset	Кнопка	Замыкающая	1			В блокнот
L-C	Переключатель	2 контактные группы	1			В блокнот
	Переключатель	1 контактная группа	1	Вкл/Выкл		В блокнот
J1-J4	Разъём	PLS-2	4	Перемычки