Конструкция простого измерителя LC. Цифровой измеритель LC Принципиальная схема измерителя емкости и индукции

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.

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!

Андрей Барышев, г. Выборг

Этот прибор можно собрать в небольшом корпусе, например от китайского цифрового тестера. Он позволяет измерять емкости от 10 пикофарад до 1 микрофарады, индуктивности от 100 мкГн до 1 Гн, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) электролитических конденсаторов, выдает пять фиксированных частот (100 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц) с амплитудой, регулируемой от 0 до 4…5 В. Кроме того, с его помощью можно проверить катушки индуктивности на отсутствие короткозамкнутых витков и измерить эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов, не выпаивая их из плат, что позволяет за считанные минуты проверить, например, конденсаторы импульсного блока питания или телевизора, где именно показатель ESR имеет определяющее значение.

Схема прибора приведена на Рисунке 1.

В основу работы прибора заложен принцип измерения постоянной составляющей сигнала генератора. На измерительную головку поступает постоянное напряжение, зависящее от величины измеряемой индуктивности или емкости. Чем больше номинал измеряемого элемента, тем на больший угол отклонится стрелка.

Широкополосный перестраиваемый генератор собран на цифровой микросхеме DD1, содержащей четыре логических элемента И-НЕ (можно ИЛИ-НЕ). В качестве такой микросхемы применимы, например, К561ЛА7 , К564ЛА7, К176ЛА7 (или с элементами ИЛИ-НЕ, например, К561ЛЕ5), питающее напряжение которых лежит в пределах 5..9 В. Переключением конденсаторов С1 - С5 задается частота генератора и предел измерения номинала емкости или индуктивности. Эти конденсаторы должны быть бумажными или, что лучше, металлопленочными (К71, К73, К77, К78). Далее через электронный ключ на транзисторе VТ1 сигнал генератора поступает на переключатель вида измерений S2 - «L/C» или «ЕSR». Переключателем S3 выбирается режим измерения индуктивности или емкости, также в режиме измерения емкости можно снимать с гнезда «F» пять вышеуказанных фиксированных частот, а резистором P2 регулировать выходное напряжение сигнала от 0 до 4 … 5 В.

При показанном на схеме положении переключателей S1 и S2 прибор работает в режиме измерения индуктивности.

На транзисторе VТ2 собран параметрический стабилизатор напряжения, что необходимо для стабильности генерируемой частоты и, следовательно, точности измерений. Выходное напряжение стабилизатора определяется типом стабилитрона VD1 и может лежать в пределах от 4.5 до 7.5 В (стабилитроны типа КС147, КС156, КС162, КС168, Д814А или другие с теми же напряжениями стабилизации). Для лучшей стабилизации напряжения и, соответственно, большей точности измерений желательно использовать стабилитроны типа КС с напряжением, близким к 6 В (КС156, КС162), так как они обладают лучшей термостабильностью параметров.

При измерениях конденсаторы подключаются к гнездам «Сх» и «Общ. Сх/Lx», индуктивности, соответственно, к «Lx» и «Общ. Cx/Lx». Гнездо «Lx» является также общим гнездом (GND) для генератора фиксированных частот и для измерения ESR электролитических конденсаторов. В качестве этих гнезд можно использовать уже установленные в корпусе тестера (если для данного прибора будет использоваться такой корпус). Нужно будет только добавить гнездо выхода генератора «F» аналогичного типа. В качестве переключателей S1, S2 и S3 можно применить любые подходящие на нужное количество контактов, например широко распространенные в свое время П2К или аналогичные импортные, а для переключения частоты генератора (коммутация конденсаторов С1 - С5) удобно использовать малогабаритные переключатели галетного типа (пример такого переключателя показан на Рисунке 2).

Диоды D1, D2 и D3 - германиевые, типа Д2, Д9, Д18, Д310, Д311, ГД507. В качестве измерительного прибора можно применить микроамперметр, например, стрелочный индикатор уровня записи от старого магнитофона или измерительную головку от небольшого стрелочного тестера.

Настройка измерителя С и L производится при помощи частотомера и вольтметра (можно использовать любой программный частотомер в компьютере). Переключатель S3 ставится в положение «С», а диапазон измерений (S1) - «1Гн/1мФ/100Гц». Частотомер подключают к гнездам «F» и «GND», и регулировкой резистора P1 6.8 кОм выставляется частота 100 Гц. Далее диапазон измерений переключается в положения 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц и подбором соответствующих конденсаторов С1 - С5 выставляются эти частоты. От точности подбора конденсаторов будет в дальнейшем зависеть и точность измерений прибора. При наличии осциллографа будет полезно посмотреть форму сигнала генератора на коллекторе транзистора VТ1. Подбором резистора R2 можно добиться формы сигнала, близкой к меандру на всех диапазонах измерений. После этого снова следует включить диапазон«1Гн/1мФ/100Гц», а к гнездам «Сх» подключить образцовый конденсатор емкостью 1 мФ. Подстроечным резистором VR2 следует установить отклонение стрелки прибора в конец шкалы. Далее подключаем емкости 0.1, 0.2, 0.3 … 0.9 мкФ и ставим на шкале прибора соответствующие метки (такие емкости можно составить из параллельно включенных конденсаторов номиналом по 0.1 мФ). Затем аналогичным образом подключаем к гнездам «Lx» образцовую катушку индуктивности 1 Гн и подстроечным резистором VR1 также выставляем стрелку прибора в конец шкалы. Надо заметить, что с наличием нужных для калибровки индуктивностей у меня лично дело обстоит сложнее, чем с конденсаторами, поэтому за несколько лет благополучного пользования прибором этот режим измерений так и не отградуирован (что можно видеть на фото). Но даже при не совсем точной калибровке шкалы прибор позволяет, тем не менее, с довольно высокой точностью подбирать парные элементы с одинаковыми или очень близкими номиналами.

При переключении в режим измерения «ESR» (переключатель S2) сигнал генератора поступает на обмотку трансформатора Tr1 через подстроечный резистор VR3. При этом также происходит перекоммутация измерительной головки. Частота, при которой измеряется эквивалентное последовательное сопротивление электролитических конденсаторов, составляет 100 кГц. Поэтому следует выставить соответствующий диапазон измерений («1мГ/1000пФ/100кГц/ESR») и поставить переключатель S3 в режим измерения «С».

Эта часть прибора в особой настройке не нуждается, следует просто выставить стрелку прибора в конец шкалы подстроечным резистором VR3 при разомкнутых входных контактах «ESR». Для градуировки используем резисторы 0.5, 2, 5 и 10 Ом. Подключаем их поочередно к контактам «ESR» и делаем на шкале соответствующие метки. Ниже приведены значения «нормальных» сопротивлений (ESR) для конденсаторов различных номиналов:

• 1 … 100 мкФ - не более 5 Ом;
• 100 … 1000 мкФ - не более 2.5 Ом;
• 1000 … 10,000 мкФ - не более 1 Ом.

(Следует заметить, что для очень малогабаритных конденсаторов и для конденсаторов номиналом 4.7 мкФ × 200 В сопротивление 5 Ом является нормальным).

В измерителе ESR использованы также германиевый диод D3 и шунтирующие измерительную головку диоды D4 и D5 типа КД521 (КД522), защищающие измерительную головку от напряжения разряда конденсатора в том случае, если он стоит на плате и не разряжен. Тем не менее, следует обязательно закоротить выводы проверяемого конденсатора перед его проверкой, чтобы он полностью разрядился! Особенно это касается конденсаторов на высокие напряжения и большой емкости, поскольку разрядный ток у них достаточно велик для того, чтобы сжечь и диоды и головку.

Трансформатор намотан на ферритовом кольце внешним диаметром 10 … 15 мм, значение магнитной проницаемости и размер некритичны. Можно использовать кольца от дросселей материнской платы компьютера, маломощных импульсных блоков питания и т.д. Первичная обмотка (к которой подключается проверяемый конденсатор) имеет 10 витков провода ПЭВ-0.4…0.5, вторичная (к которой подключается измерительный прибор) - 200 витков ПЭВ-0.1 …0.15. В зависимости от применяемого стрелочного прибора и тока полного отклонения его стрелки, может потребоваться корректировка количества витков первичной обмотки (если не удастся выставить стрелку в конец шкалы подстроечным резистором VR3), поэтому сначала лучше наматывать вторичную обмотку, а поверх нее - первичную.

Прибором можно также проверить катушку индуктивности или, например, трансформатор на наличие короткозамкнутых витков. Для этого ее подключают к гнездам «ESR». Катушки малой индуктивности проверяют, как и электролитические конденсаторы, при частоте 100 кГц, а большие - при частоте 1 кГц. У нормальной катушки высокое реактивное сопротивление, и стрелка останется в конце шкалы. При наличии же короткозамкнутых витков сопротивление резко уменьшается, и прибор покажет сопротивление в единицы Ом.

Питать прибор можно от батареи типа «Крона» или от сетевого адаптера с напряжением холостого хода (без нагрузки) от 9 до 18 В. При нормальных, исправных деталях ток, потребляемый прибором, не превышает 7-9 мА. К гнездам прибора подключаются измерительные щупы с зажимами «крокодил», провода для щупов следует использовать диаметром 0.7 … 1 мм и как можно меньшей длины, чтобы они не вносили значительной погрешности при измерениях.

Вместо измерительной головки (микроамперметра) можно, конечно, использовать обычный тестер в режиме измерения напряжений 1-2 В. Тогда при настройке нужно будет выставить подстроечными резисторами «L», «C» и «ESR» значение 1 В. Однако применение стрелочного индикатора предпочтительнее, так как шкала измерений нелинейна. Погрешность измерений прибора зависит исключительно от качества применяемых деталей и точности их подбора/настройки.

Конструкция

Внешний вид прибора показан на Рисунке 3. Печатная плата разрабатывалась под конкретные переключатели и корпус и здесь не приводится. (Корпуса такого размера и формы вряд ли сейчас можно найти). Деталей немного, и монтаж легко можно сделать навесным способом, прямо на контактах переключателей и переменных резисторов.

Этот точный LC метр построен на базе недорогих компонентов, которые очень легко найти в радиомагазинах. Диапазон измерителя LC-метра достаточно широк и подходит для измерения даже очень низких значения емкости и индуктивности.

Печатная плата - рисунок

Индуктивности - диапазоны измерений:

• 10nH - 1000nH
• 1uH - 1000uH
• 1mH - 100mH

Диапазоны измерения емкости:

• 0.1pF - 1000pF
• 1nF - 900nF

Большим плюсом устройства является автоматическая калибровка при включении питания, поэтому исключена ошибка в калибровке, что присуще некоторым аналогичным , особенно аналоговых. При необходимости, можно выполнить повторную калибровку в любой момент, нажатием кнопки reset. В обем данный LC метр полностью автоматический. Прошивку МК PIC16F628 .

Компоненты прибора

Слишком точные компоненты являются необязательными, за исключением одного (или более) конденсаторов, которые используются для калибровки измерителя. Два 1000 пФ конденсатора по входу должны быть достаточно хорошего качества. Пенополистирол является более предпочтительным. Избегайте керамических конденсаторы, ведь некоторые из них могут иметь большие потери.

Два конденсатора по 10 мкФ в генераторе должен быть танталовые (у них низкое последовательное сопротивление и индуктивность). Кварцевый резонатор на 4 МГц должен быть строго 4.000 МГц, а не что-то приближенное к этому значению. Каждый 1% ошибки в частоте кварца добавляет 2% ошибок при измерении значения индуктивности. Реле должно обеспечить около 30 мА тока срабатывания. Резистором R5 выставляется контраст ЖК дисплея LC метра. Питается прибор от обычной батарейки Крона, так как дальше напряжение стабилизируется микросхемой 7805 .

LC-метр

Радиолюбителю очень часто приходится измерять емкость, реже - индуктивность. Емкость позволяют мерять многие мультиметры, а вот с индуктивностью дела обстоят хуже. Дешевых приборов для этого не существует, а дорогие не всем по карману.

Выходом из этой ситуации может быть очень простой и полезный LC-метр, описанный . Я только дополнил его автоматическим отключением через 1 мин. и индикатором разряда батарейки ниже 7 В, а также отказался от входного переключателя:

Он измеряет емкость от 0,1 пФ до 5 мкФ и индуктивность от 0,1 мкГн до 5 Гн с точностью 2-3 %. Емкости больше 5 мкФ удобно мерять ESR-метром . Эти приборы дополняют друг друга.

Резистор R7 (в исходной схеме из архива) я заменил транзистором КП103Е в режиме стабилизации тока. Так экономится несколько миллиампер потребляемого тока. В этих же целях можно заменить транзистор КТ361 на какой-нибудь p-канальный полевой и избавиться от тока базы и резистора на 5,1к.

Так выглядит готовое устройство: