Самодельные измерительные приборы

Радиоконструктор 1999 №1

Прибор предназначен для использования в радиолюбительской практике, он даёт возможность измерять ёмкости конденсаторов в пределах 10 пф - 10мкф, индуктивности катушек и дросселей в пределах 10 мкГн -1 Гн. Погрешность измерения не превышает 4%, отображение результатов на шкале микроамперметра на 100 мкА.

Принципиальная схема показана на рисунке. На микросхемах выполнен генератор прямоугольных импульсов, частоту которых можно изменять ступенчато при помощи переключателя S1. Далее следует измерительный мост с микроамперметром на выходе. Катушки и конденсаторы подключаются, соответственно к разъёмам "L" и "С" Питается прибор от сетевого источника на силовом трансформаторе Т1, диодном выпрямителе на VD6-VD9 и стабилизаторе на VT1.

При подборе деталей можно взять, практически любые десятичные счётчики КМОП или МОП, например К561ИЕ14 или К176ИЕ4 и включить их последовательно по схеме декадного делителя. Нужно учитывать, что для микросхем К176 нужно повысить напряжение питания до 9-10В заменив стабилитрон КС156 на Д818, КС210. Вообще, для питания микросхем К561 можно выбрать напряжение от 5-ти до 15-ти вольт, соответственно и стабилитрон можно выбрать на это напряжение. Диоды Д9 можно заменить на Д18, Д20 или, что лучше на ГД507. КД522 - любые кремниевые импульсные.

08-01-2009

И. Потачин
Радио 12, 1998

Цифровой измерительный прибор в лаборатории радиолюбителя теперь не редкость. Однако не часто им можно измерить параметры конденсаторов и катушек индуктивности, даже если это мультиметр. Описываемая здесь простая приставка предназначена для использования совместно с мультиметрами или цифровыми вольтметрами (например, М-830В, М-832 и им подобными), не имеющими режима измерения параметров реактивных элементов.

Для измерения емкости и индуктивности с помощью несложной приставки использован принцип, подробно описанный в статье А. Степанова "Простой LC-метр" в "Радио" № 3 за 1982 г. Предлагаемый измеритель несколько упрощен (вместо генератора с кварцевым резонатором и декадного делителя частоты применен мультивибратор с переключаемой частотой генерации), но он позволяет с достаточной для практики точностью измерять емкость в пределах 2 пф...1 мкф и индуктивность 2 мкГн... 1 Гн. Кроме того, в нем вырабатывается напряжение прямоугольной формы с фиксированными частотами 1 МГц, 100 кГц, 10 кГц, 1 кГц, 100 Гц и регулируемой амплитудой от 0 до 5 В, что расширяет область применения устройства.

Задающий генератор измерителя (рис. 1) выполнен на элементах микросхемы DD1 (КМОП), частоту на его выходе изменяют с помощью переключателя SA1 в пределах 1 МГц - 100 Гц, подключая конденсаторы С1-С5. С генератора сигнал поступает на электронный ключ, собранный на транзисторе VT1. Переключателем SA2 выбирают режим измерения "L" или "С". В показанном на схеме положении переключателя приставка измеряет индуктивность. Измеряемую катушку индуктивности подключают к гнездам Х4, Х5, конденсатор - к ХЗ, Х4, а вольтметр - к гнездам Х6, Х7.

При работе вольтметр устанавливают в режим измерения постоянного напряжения с верхним пределом 1 - 2В. Следует учесть, что на выходе приставки напряжение изменяется в пределах 0... 1 В. На гнездах Х1, Х2 в режиме измерения емкости (переключатель SA2 - в положении "С") присутствует регулируемое напряжение прямоугольной формы. Его амплитуду можно плавно изменять переменным резистором R4.

Питается приставка от батареи GB1 с напряжением 9 В ("Корунд" или аналогичные ей) через стабилизатор на транзисторе VT2 и стабилитроне VD3.

Микросхему К561ЛА7 можно заменить на К561ЛЕ5 или К561ЛА9 (исключив DD1.4), транзисторы VT1 и VT2-на любые маломощные кремниевые соответствующей структуры, стабилитрон VD3 заменим на КС156А, КС168А. Диоды VD1, VD2 - любые точечные германиевые, например, Д2, Д9, Д18. Переключатели желательно использовать миниатюрные.

Корпус прибора - самодельный или готовый подходящих размеров. Монтаж деталей (рис. 2) в корпусе - навесной на переключателях, резисторе R4 и гнездах. Вариант внешнего вида показан на рисунке. Разъемы ХЗ-Х5 - самодельные, изготовлены из листовой латуни или меди толщиной 0,1...0,2 мм, конструкция их понятна из рис. 3. Для подключения конденсатора или катушки необходимо ввести выводы детали до упора в клиновидный зазор пластин; этим достигается быстрая и надежная фиксация выводов.

Налаживание прибора производят с помощью частотомера и осциллографа. Переключатель SA1 переводят в верхнее по схеме положение и подбором конденсатора С1 и резистора R1 добиваются частоты 1 МГц на выходе генератора. Затем переключатель последовательно переводят в последующие положения и подбором конденсаторов С2 - С5 устанавливают частоты генерации 100 кГц, 10 кГц, 1 кГц и 100 Гц. Далее осциллограф подключают к коллектору транзистора VT1, переключатель SA2 - в положении измерения емкости. Подбором резистора R3 добиваются формы колебаний, близкой к меандру на всех диапазонах. Затем переключатель SA1 снова устанавливают в верхнее по схеме положение, к гнездам Х6, Х7 подключают цифровой или аналоговый вольтметр, а к гнездам ХЗ, Х4 - образцовый конденсатор емкостью 100 пф. Подстройкой резистора R7 добиваются показаний вольтметра 1 В. Потом переводят переключатель SA2 в режим измерения индуктивности и к гнездам Х4, Х5 подключают образцовую катушку с индуктивностью 100 мкГн, резистором R6 устанавливают показания вольтметра, также равные 1 В.

На этом настройка прибора заканчивается. На остальных диапазонах точность показаний зависит только от точности подбора конденсаторов С2 -С5. От редакции. Налаживание генератора лучше начать с частоты 100 Гц, которую устанавливают подбором резистора R1, конденсатор С5 не подбирают. Следует помнить, что конденсаторы СЗ - С5 должны быть бумажными или, что лучше, метаплопленочными (К71, К73, К77, К78). При ограниченных возможностях в подборе конденсаторов можно использовать и переключение секцией SA1.2 резисторов R1 и их подбор, а число конденсаторов надо уменьшить до двух (С1, СЗ). Номиналы сопротивлений резисторов составят в этом: случав 4,7: 47; 470 к0м.

• Собрал эту схему, не работает. Закралось сомнение, а не перепутана ли кое-где полярность. По -моему есть несоответствие. Кто-то может авторитетно прокомментировать?
• а диоды Д2б где нашли? раритет:D а в обще сомнения меня берут по поводу работоспособности данной схемы
• В своё время купил набор конструктор функциональный генератор. Схема похожа. Иногда пользуюсь Терпимо работает.Зимой весной летом осенью приходиться подстраивать.Работаю на застеклённом балконе Пришлось выводить на переднюю панель подстройку рабочей точки. Покрутите R1. Но при уходе рабочей точки будут плыть показания. Посмотрите есть неплохие схемы с делением исходной частоты.
• А что, в квартире температура в зависимости от времени года сильно меняется? У меня не значительно, наверное, подстраивать не пришлось бы, я полагаю. Пока прибор забросил-летом нет времени настраивать.Весной было, но почему-то не получал на ящик уведомления о сообщениях. По диодам Д2... Да никакой он не дифицитный. У меня их коробка. Да и вообще, деталей прошлых лет в достатке.
• Странно, что автор или публиковавшие материал не заметили досадной ошибки в принципиальной схеме!? Минус питания измерительного прибора посажен на общую шину, а в соответствии с этим, должно быть по схеме: X6 "+", а X7 "-".
• Всем доброй ночи, подскажите пожалуйста можно ли нетбуком прошить телефон? Заранее большое спасибо!!!
• Можно, только не в этой теме... . :D
• Мне больше вот эта схема нравится... . :)
• пРИВЕТ ВСЕМ! Мужики, а можно и купить такой прибор: http://monitor.espec.ws/section30/topic187691p20.html Очень недорого. Если там в теме посмотреть, то у меня такойже, а количество желающих приобрести растёт. Сразу предупреждаю- Я НЕ РЕКЛАМЩИК и ЭТО НЕ РЕКЛАМА! :)
• Здесь обсуждаем то, что можно своими руками сделать... . :)

Хотя у меня и имеется в наличии профессиональный автоматический мост Е7-8, но уж слишком он громозкий и тяжёлый - 35 кГ!

Поэтому, мне и захотелось попробовать свои силы в изготовлении несложного измерителя LC на микроконтроллере. Была найдена самая простая (но с претензиями на хорошее качество работы) схема на устаревшем, но достаточно доступном микроконтроллере 16F84A, LM311N и LCD индикаторе типа 1601.

Вариант печатной платы 90х65 мм этого LC измерителя от YL2GL (джампер J3 на плату не устанавливал (в нём нет надобности) - подсветка LCD индикатора 1601, если она у него есть, включена постоянно!):

Вид некоторых деталей, под которые разработана печатная плата:

Один из вариантов печатной платы LC измерителя выполненный методом ЛУТ:

Четыре версии файла прошивки в *.hex формате для программирования PICа 16F84A помещёны в Каталог файлов сайта (рекомендуют третью версию прошивки, как версию с автокалибровкой прибора...):

Программирование PIC 16F84A можно осуществить при помощи простейшего JDM программатора, подключаемого к порту COM1 компьютера (нужно помнить, что JDM программатор хорошо работает с более старыми компьютерами, а вот с новейшими - двухъядерными и всеми видами лаптопов, нотебуков, может не работать, так как у них принудительно ограничен ток на контактах COM порта. Поэтому, ищите компьютер, который будет работать с JDM программатором без проблем, или делайте программатор по другой схеме - с внешним питанием):

и программы ICprog.

С учётом покупки LCD индикатора 1601 на:

Хотелось бы отметить по схеме прибора, что нужно обратить внимание на наличие или отсутствие установленного на плате LCD индикатора 1601 резистора 10...12 Ом в цепи подсветки. При отсутствии, его нужно припаять последовательно с подсветкой, в противном случае можно её просто сжечь при установке джампера J3!

Имеется две схемы LC измерителя, отличающиеся схемой включения обмотки низковольтного реле. Во второй схеме обмотка реле через гасящий резистор подключается на землю, а не на +5В:

Прошивки PIC 16F84A приведены под первый вариант схемы, находящийся в начале статьи. Они могут, конечно, работать и с последним вариантом схемы, но перед показаниями значений ёмкости и индуктивности появится знак "-".

После сборки LC метра прибор запускается с первого включения. Для однострочного LCD индикатора 1601 необходимо замкнуть джампер J1. Для двухстрочного, типа 1602 - оставить разомкнутым. Подстроечным резистором 10К нужно отрегулировать контрасность LCD дисплея. Чем ближе движок резистора к "земле", тем выше контрасность дисплея.

После первого включения необходимо проверить частоту генератора на выходе LM311N, замкнув джампер J2, при положении переключателя L/C на С.

Частота на экране LCD должна быть в районе 550 кГц.

Затем, короткой перемычкой замыкаем гнёзда прибора в режиме L.

Прибор пишет - Calibrating и через секунду переходит в режим измерения: L=0.00 mkH.

Вытаскиваем пермычку, вставляем в гнёзда измеряемую эталонную индуктивность и смотрим показания прибора. Если значение отличается от того, что мы намеряли на эталонном приборе, то подбираем поточнее индуктивность 82 мкГ прибора.

Поэтому, желательно использовать дроссель с возможностью подстройки индуктивности (ферритовый каркас с подстроечным сердечником).

Затем переходим в режим измерения ёмкости С.

На LCD индикатора высветится С=х.х pF

Кратковременно нажимаем кнопку SW1 - калибровка.

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

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.