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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Microfaradômetro. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O artigo descreve um medidor de capacitância para capacitores não polares e de óxido, baseado no microcontrolador PIC16F876A. Faixa de medição de capacitância - 1...999 103 uF - dividido em duas subfaixas. Os resultados da medição são indicados por um indicador digital LED de três dígitos com configuração automática do ponto decimal. Algum efeito da resistência em série equivalente na precisão da medição em um limite superior é compensado pela calibração do instrumento. Na prática de rádio amador, a necessidade de medir grandes valores de capacitância elétrica é óbvia. Muitos multímetros modernos têm a função de medir a capacitância de um capacitor, seu limite superior não excede 20-100 μF e, quando a faixa está além do limite, a precisão da medição é significativamente reduzida [1]. Medidores RLC profissionais medem capacitâncias de até 1 F ou mais [2], mas devido ao seu alto custo, eles não estão amplamente disponíveis para a maioria dos radioamadores. A revista "Radio" descreve vários dispositivos para medir a capacitância de capacitores de óxido [3,4]; eles geralmente são projetados na forma de prefixos e são baseados em métodos indiretos de medição. Ao mesmo tempo, usando a base elementar moderna e as relações físicas básicas, é possível construir um dispositivo simples com características metrológicas suficientemente altas. O dispositivo proposto utiliza o princípio da proporcionalidade da carga Q da capacitância elétrica C a um valor fixo de tensão U: C = Q/U; onde Q = Ele. Por sua vez, a uma dada corrente de carga, a carga do capacitor é proporcional ao tempo de fluxo da corrente de carga [5]. características técnicas Faixa de medição, µF .. .1...999 103
O dispositivo é baseado no microcontrolador PIC16F876A [6], que executa todas as funções principais: controlar o processo de medição, calcular seus resultados e exibir no indicador o valor obtido da capacitância medida.
O diagrama esquemático do dispositivo é mostrado na fig. 1. O microcontrolador DD1 funciona de acordo com o programa, cujos códigos são dados na tabela. Após ligar a energia e inicializar o microcontrolador, o dispositivo opera no modo automático. A saída RA0 é configurada como entrada do comparador, RA3 é a entrada da tensão exemplar do comparador, RCO, RC1 são as saídas para controlar as fontes de corrente de carga, RC2 é a saída para ligar a descarga do capacitor medido . O ciclo de medição começa com a descarga do capacitor através do transistor VT2 e do resistor R5. Em seguida, a fonte da corrente de carga é ligada, igual a 1 mA, no transistor VT3 [5]. A tensão no capacitor começa a aumentar. Ao atingir um valor de aproximadamente 1 V, igual à tensão de referência na entrada RA3, o microcontrolador DD1 interrompe o processo de carregamento e fixa sua duração. Se a tensão no capacitor medido não atingir o exemplar em 1,2 s, ocorre a transição para o limite de medição mais alto: a fonte de corrente é ligada, igual a 1 A, no transistor VT1, a indicação "x1000" e o a medição é repetida. Em seguida, o microcontrolador calcula o valor da capacitância medida a partir do tempo de carga, corrente de carga e tensão do capacitor, levando em consideração o limite de medição e o coeficiente de calibração correspondente. O ciclo de medição é repetido periodicamente. A indicação dinâmica dos resultados é organizada em um indicador LED de três dígitos HG1-HG3, transistores VT5-VT7 e portas do microcontrolador RC3-RC5, RBO-RB7 de acordo com o esquema clássico. Os botões SB1-SB3, conectados às portas RA1, RA2, RA5, são usados para inserir coeficientes de calibração ao configurar e verificar o instrumento. Botão "Modo" - entre no modo de calibração, selecione o coeficiente, mude para o modo de medição. Botões "+" e "-" - configurando o valor do coeficiente selecionado no intervalo de 1 a 255. O coeficiente de calibração para o intervalo "uF" é exibido sem pontos decimais, para "uFx1000" - com uma vírgula nas unidades Lugar, colocar. Os valores definidos são gravados automaticamente na memória do microcontrolador, armazenados lá depois que a energia é desligada e lidos quando o dispositivo é ligado. O código fonte do programa de controle é escrito na linguagem C no ambiente de programação MPLAB IDE versão 6.5 [7] equipado com o compilador PICC versão 8.05PL1 [8].
Estruturalmente, o dispositivo é projetado em uma caixa do multímetro M838 (veja a foto na Fig. 2). Um retificador externo (em um plugue de rede) é usado para alimentação, fornecendo uma tensão de saída de 9 ... 12 V em uma corrente de até 1 A. Entre os disponíveis para venda, por exemplo, o BP7N-12-1000 é adequado. O regulador de tensão DA1 está instalado na placa do dispositivo. É necessário soldar os terminais do capacitor de óxido C1 com capacidade de pelo menos 2 microfarads para uma tensão de 1 V nas almofadas de contato X1000, X16. Isso ocorrerá no compartimento de bateria da caixa do instrumento.
Placa de circuito impresso do medidor - com fiação impressa de dupla face e disposição de peças de dupla face; suas dimensões principais são mostradas na fig. 3. Um desenho da placa de circuito impresso do lado da instalação dos indicadores é mostrado na fig. 4, e do lado da instalação do microcircuito e transistores - na fig. 5. Para formar as vias na placa, foram feitos furos com diâmetro de 0,5 mm, nos quais foram rebitados e soldados segmentos de fios de resistores MLT-0,25. O microcontrolador DD1 deve ser instalado na placa do dispositivo em um painel com molas. A aparência da placa montada é mostrada na foto fig. 6, 7.
O dispositivo usa resistores MLT ou similares; resistor R5 - de um fio de manganina com um diâmetro de 1 mm e um comprimento de 15 mm, você pode usar um sensor de corrente de um multímetro M838. A maioria dos capacitores são KM, série K10-17, óxido - K53-4, K53-14, K52-1 e C1 (1000 uF) - K50-35. Ressonador de quartzo - a uma frequência de 10 ... 12 MHz no pacote NS-49. Botões - relógio de tamanho pequeno SWT2, TS-A1PS-130. Os indicadores LED TR319 podem ser substituídos por quaisquer outros com a mesma pinagem, como SA05-11HWA. O transistor VT2 é um transistor de campo poderoso com uma corrente de dreno de pelo menos 10 A e uma resistência de fonte de dreno não superior a 0,1 Ohm. Os terminais ХЗ, Х4 são semelhantes aos usados no multímetro M838. O estabilizador DA1 e o transistor VT1 são instalados em dissipadores de calor de placas com área de 12 e 5 cm2, respectivamente.
A configuração do dispositivo começa antes que o microcontrolador seja instalado no painel da placa. Ligue a alimentação com a chave SA1 e verifique a presença e correção da tensão de alimentação de 5 V para os contatos do painel do microcontrolador. A tensão nos pinos 1-3, 7 deve ser aproximadamente igual à tensão de alimentação, nos pinos 14-16 cerca de 4 V e nos pinos 21-28 a tensão é próxima de zero. Em seguida, eles verificam a operacionalidade dos botões SB1-SB3: pressionando-os, eles controlam a aparência de um nível baixo nas entradas RA1, RA2, RA5. Os circuitos de indicação dinâmica são verificados conectando serialmente um fio comum aos terminais correspondentes das portas RBO-RB7 e RC3-RC5: neste caso, observa-se o brilho dos segmentos especificados no dígito selecionado. As fontes de corrente são ligadas por sua vez aplicando um nível baixo aos contatos 11, 12, enquanto o amperímetro deve ser conectado aos soquetes X4, X0 em vez do capacitor medido. Quando ligado pelo circuito RC0,5, a corrente deve estar na faixa de 1 ... 1 mA; e através do circuito RC0,5 - 1 ... 1 A. O circuito de descarga é verificado com uma fonte de corrente de 5 A ligada aplicando uma tensão de +13 V no pino 4. As leituras do voltímetro conectado aos soquetes XXNUMX, XXNUMX deve cair para zero. Além disso, depois de desligar a energia, insira o microcontrolador programado no painel e ligue o dispositivo. O display deve mostrar leituras próximas a zero, o indicador "Cycle" (HL1) está aceso intermitentemente e o indicador "x1000" (HL2) não está aceso. Agora você pode fazer medições de teste para avaliar o desempenho do dispositivo como um todo. Os resultados obtidos podem diferir significativamente dos verdadeiros devido à grande dispersão nos parâmetros das fontes de corrente, o erro na configuração da tensão de referência, o erro do comparador, a frequência do ressonador de quartzo instalado e uma série de outros menos perceptíveis. fatores. Calibração do instrumento necessária. Para calibrar o medidor, você precisa ter quatro capacitores de referência de diferentes classificações: dois - para a faixa "μF" com capacidade de 100 ... 900 μF, dois - para a faixa "μF x1000" com capacidade superior a 10000 µF. Para determinar com precisão sua capacidade, é aconselhável usar um medidor industrial verificado ou algum método indireto. Ao fazer medições e alterar os coeficientes de calibração de acordo com as leituras do dispositivo, o valor real da capacitância dos capacitores de calibração e as leituras do dispositivo são combinados. Após a calibração, o instrumento está pronto para uso. No limite de medição mais alto, as leituras do instrumento dependem até certo ponto da resistência em série equivalente (ESR) do capacitor medido; isso é expresso em uma subestimação do valor real da capacitância. Para que o erro do dispositivo não exceda o valor especificado, o EPS não deve exceder 0,1 ohm. Para capacitores de óxido reparáveis com capacidade superior a 1000 μF, o valor estatístico médio do ESR está dentro desses limites [9], seu efeito é compensado durante a calibração do dispositivo. Para uma avaliação mais objetiva do desempenho dos capacitores de óxido, é necessária uma medição conjunta de capacitância e ESR - este é o tópico do próximo desenvolvimento. A experiência com o medidor descrito mostrou suas boas características de consumo: precisão, estabilidade a longo prazo das leituras, facilidade de uso. Permite realizar as medições necessárias que surgem durante o desenvolvimento, fabricação e reparo de equipamentos eletrônicos. O programa do microcontrolador pode ser baixado por isso. Literatura
Autor: A. Topnikov, Uglich, região de Yaroslavl; Publicação: radioradar.net
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