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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Microfaradometro. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione L'articolo descrive un misuratore di capacità per condensatori non polari e di ossido, basato sul microcontrollore PIC16F876A. Campo di misura della capacità - 1...999 103 uF - diviso in due sotto-intervalli. I risultati della misurazione sono indicati da un indicatore digitale a LED a tre cifre con impostazione automatica del punto decimale. Un certo effetto della resistenza in serie equivalente sulla precisione di misura a un limite superiore viene compensato calibrando lo strumento. Nella pratica radioamatoriale è ovvia la necessità di misurare grandi valori di capacità elettrica. Molti multimetri moderni hanno la funzione di misurare la capacità di un condensatore, il loro limite superiore non supera i 20-100 μF e quando l'intervallo è oltre il limite, l'accuratezza della misurazione è notevolmente ridotta [1]. I misuratori RLC professionali misurano la capacità fino a 1 F o più [2], ma a causa del loro costo elevato, non sono ampiamente disponibili per la maggior parte dei radioamatori. La rivista "Radio" descrive diversi dispositivi per misurare la capacità dei condensatori di ossido [3,4]; di solito sono progettati sotto forma di prefissi e si basano su metodi di misurazione indiretti. Allo stesso tempo, utilizzando la moderna base elementare e le relazioni fisiche di base, è possibile costruire un dispositivo semplice con caratteristiche metrologiche sufficientemente elevate. Il dispositivo proposto utilizza il principio di proporzionalità della carica Q della capacità elettrica C ad un valore di tensione U fisso: C = Q/U; dove Q = It. A sua volta, ad una data corrente di carica, la carica del condensatore è proporzionale al tempo di passaggio della corrente di carica [5]. caratteristiche tecniche Campo di misura, µF .. .1...999 103
Il dispositivo si basa sul microcontrollore PIC16F876A [6], che svolge tutte le funzioni principali: controllare il processo di misura, calcolarne i risultati e visualizzare sull'indicatore il valore ottenuto della capacità misurata.
Lo schema schematico del dispositivo è mostrato in fig. 1. Il microcontrollore DD1 funziona secondo il programma, i cui codici sono riportati nella tabella. Dopo aver acceso l'alimentazione e aver inizializzato il microcontrollore, il dispositivo funziona in modalità automatica. L'uscita RA0 è configurata come ingresso del comparatore, RA3 è l'ingresso della tensione esemplare del comparatore, RCO, RC1 sono le uscite per il controllo delle sorgenti di corrente di carica, RC2 è l'uscita per l'accensione della scarica del condensatore misurato . Il ciclo di misura inizia con la scarica del condensatore attraverso il transistor VT2 e il resistore R5. Quindi viene attivata la sorgente della corrente di carica, pari a 1 mA, sul transistor VT3 [5]. La tensione ai capi del condensatore inizia ad aumentare. Quando raggiunge un valore di circa 1 V, pari alla tensione di riferimento all'ingresso RA3, il microcontrollore DD1 interrompe il processo di carica e ne fissa la durata. Se la tensione sul condensatore misurato non raggiunge quella esemplare entro 1,2 s, avviene il passaggio al limite di misura più alto: viene accesa la sorgente di corrente, pari a 1 A, sul transistor VT1, l'indicazione "x1000" e il la misurazione viene ripetuta. Successivamente, il microcontrollore calcola il valore della capacità misurata dal tempo di carica, dalla corrente di carica e dalla tensione del condensatore, tenendo conto del limite di misura e del corrispondente coefficiente di calibrazione. Il ciclo di misura viene ripetuto periodicamente. L'indicazione dinamica dei risultati è organizzata su un indicatore LED a tre cifre HG1-HG3, transistor VT5-VT7 e porte del microcontrollore RC3-RC5, RBO-RB7 secondo lo schema classico. I pulsanti SB1-SB3, collegati alle porte RA1, RA2, RA5, servono per inserire i coefficienti di calibrazione durante l'impostazione e il controllo dello strumento. Pulsante "Modalità": entra nella modalità di calibrazione, seleziona il coefficiente, passa alla modalità di misurazione. Pulsanti "+" e "-" - impostazione del valore del coefficiente selezionato nell'intervallo da 1 a 255. Il coefficiente di calibrazione per l'intervallo "uF" viene visualizzato senza punti decimali, per "uFx1000" - con una virgola nelle unità posto. I valori impostati vengono registrati automaticamente nella memoria del microcontrollore, ivi memorizzati dopo lo spegnimento e letti all'accensione del dispositivo. Il codice sorgente del programma di controllo è scritto nel linguaggio C nell'ambiente di programmazione MPLAB IDE versione 6.5 [7] equipaggiato con il compilatore PICC versione 8.05PL1 [8].
Strutturalmente, il dispositivo è progettato in una custodia del multimetro M838 (vedi foto in Fig. 2). Per l'alimentazione viene utilizzato un raddrizzatore esterno (in una spina di rete), che fornisce una tensione di uscita di 9 ... 12 V con una corrente fino a 1 A. Tra quelli disponibili per la vendita, ad esempio, BP7N-12-1000 è adatto. Il regolatore di tensione DA1 è installato sulla scheda del dispositivo. È necessario saldare i terminali del condensatore di ossido C1 con una capacità di almeno 2 microfarad per una tensione di 1 V alle piazzole di contatto X1000, X16. Avverrà nel vano batteria della custodia dello strumento.
Circuito stampato del contatore - con cablaggio stampato su entrambi i lati e disposizione delle parti su entrambi i lati; le sue dimensioni principali sono mostrate in fig. 3. Un disegno della scheda a circuito stampato dal lato installazione degli indicatori è mostrato in fig. 4, e dal lato dell'installazione del microcircuito e dei transistor - in fig. 5. Per formare vie nella scheda, sono stati praticati fori con un diametro di 0,5 mm, in cui sono stati rivettati e saldati segmenti di conduttori da resistori MLT-0,25. Il microcontrollore DD1 deve essere installato sulla scheda del dispositivo in un pannello con clip a molla. L'aspetto della scheda montata è mostrato nella foto fig. 6, 7.
Il dispositivo utilizza resistori MLT o simili; resistore R5: da un filo di manganina con un diametro di 1 mm e una lunghezza di 15 mm, è possibile utilizzare un sensore di corrente da un multimetro M838. La maggior parte dei condensatori sono serie KM, K10-17, ossido - K53-4, K53-14, K52-1 e C1 (1000 uF) - K50-35. Risuonatore al quarzo - a una frequenza di 10 ... 12 MHz nel pacchetto NS-49. Pulsanti - orologio di piccole dimensioni SWT2, TS-A1PS-130. Gli indicatori LED TR319 possono essere sostituiti da altri con la stessa piedinatura, come SA05-11HWA. Il transistor VT2 è un potente transistor di campo con una corrente di drain di almeno 10 A e una resistenza di drain-source non superiore a 0,1 Ohm. I terminali ХЗ, Х4 sono simili a quelli utilizzati nel multimetro M838. Lo stabilizzatore DA1 e il transistor VT1 sono installati su dissipatori di calore a piastre con un'area rispettivamente di 12 e 5 cm2.
La configurazione del dispositivo inizia prima che il microcontrollore sia installato nel pannello sulla scheda. Accendere l'alimentazione con l'interruttore SA1 e verificare la presenza e la correttezza della tensione di alimentazione di 5 V ai contatti del pannello del microcontrollore. La tensione sui pin 1-3, 7 dovrebbe essere approssimativamente uguale alla tensione di alimentazione, sui pin 14-16 circa 4 V e sui pin 21-28 la tensione è prossima allo zero. Quindi controllano il funzionamento dei pulsanti SB1-SB3: premendoli, controllano la comparsa di un livello basso agli ingressi RA1, RA2, RA5. I circuiti di indicazione dinamica vengono verificati collegando in serie un filo comune ai corrispondenti terminali delle porte RBO-RB7 e RC3-RC5: in questo caso si osserva il bagliore dei segmenti specificati nella cifra selezionata. Le sorgenti di corrente vengono accese a loro volta applicando un livello basso ai contatti 11, 12, mentre l'amperometro deve essere collegato alle prese X4, X0 al posto del condensatore misurato. All'accensione tramite il circuito RC0,5, la corrente deve essere compresa tra 1 ... 1 mA; e attraverso il circuito RC0,5 - 1 ... 1 A. Il circuito di scarica viene verificato con una sorgente di corrente da 5 A accesa applicando una tensione di +13 V al pin 4. Le letture del voltmetro collegato alle prese XXNUMX, XXNUMX dovrebbe scendere a zero. Inoltre, dopo aver spento l'alimentazione, inserire il microcontrollore programmato nel pannello e accendere il dispositivo. Il display dovrebbe mostrare letture prossime allo zero, l'indicatore "Cycle" (HL1) è acceso in modo intermittente e l'indicatore "x1000" (HL2) non è acceso. Ora puoi effettuare misurazioni di prova per valutare le prestazioni del dispositivo nel suo insieme. I risultati ottenuti possono differire significativamente da quelli veri a causa dell'ampia diffusione dei parametri delle sorgenti di corrente, dell'errore nell'impostazione della tensione di riferimento, dell'errore del comparatore, della frequenza del risonatore al quarzo installato e di una serie di altri meno evidenti fattori. Necessaria calibrazione dello strumento. Per calibrare il misuratore, è necessario disporre di quattro condensatori di riferimento di diverse taglie: due - per la gamma "μF" con una capacità di 100 ... 900 μF, due - per la gamma "μF x1000" con una capacità superiore a 10000 μF. Per determinare con precisione la loro capacità, è consigliabile utilizzare un contatore industriale verificato o un metodo indiretto. Effettuando misurazioni e modificando i coefficienti di calibrazione in base alle letture del dispositivo, il valore reale della capacità dei condensatori di calibrazione e le letture del dispositivo vengono confrontati. Dopo la calibrazione, lo strumento è pronto per l'uso. Al limite di misurazione più alto, le letture del dispositivo dipendono in una certa misura dalla resistenza in serie equivalente (ESR) del condensatore misurato; questo si esprime in una sottostima del valore reale della capacità. Per garantire che l'errore del dispositivo non superi il valore specificato, l'EPS non deve superare 0,1 ohm. Per condensatori di ossido riparabili con una capacità superiore a 1000 μF, il valore statistico medio dell'ESR rientra in questi limiti [9], il suo effetto viene compensato durante la calibrazione del dispositivo. Per una valutazione più obiettiva delle prestazioni dei condensatori di ossido, è necessaria una misurazione congiunta della capacità e dell'ESR: questo è l'argomento del prossimo sviluppo. L'esperienza con il misuratore descritto ha mostrato le sue buone caratteristiche di consumo: precisione, stabilità a lungo termine delle letture, facilità d'uso. Ti consente di eseguire le misurazioni necessarie che si verificano durante lo sviluppo, la produzione e la riparazione di apparecchiature elettroniche. Il programma del microcontrollore può essere scaricato quindi. Letteratura
Autore: A. Topnikov, Uglich, regione di Yaroslavl; Pubblicazione: radioradar.net
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