В статье описывается аналог измерителя емкости и ЭПС электролитических конденсаторов, опубликованного здесь , сконструированный в формате пробника аналогично миллиомметру . Кроме того, в нем применен более современный и менее дорогой микроконтроллер PIC16F690. Все параметры и возможности прибора, а так же, порядок работы с ним ничем не отличаются от второй версии прибора.
Остановимся только на отличиях от схемы второй версии. Входные цепи защиты не претерпели никаких изменений. Изменены номиналы резисторов R6, R7 на более «ходовые» при сохранении коэффициента усиления ОУ. Из-за ограниченного количества портов ввода-вывода примененного МК пришлось организовать питание ОУ через ключ на транзисторе VT2, который остается открытым при наличии отрицательных импульсов на выводе 10 МК (порт RB7) от системы динамической индикации. Благодаря элементам R14, VD4, C3, R8 при наличии этих импульсов на затворе VT2 поддерживается напряжение менее 1В, достаточное для удержания его в открытом состоянии, и на ОУ поступает питание 3.3 Вольт. В спящем режиме на выводе 10 МК присутствует высокий потенциал, ключ VT2 закрывается и, тем самым, ОУ не потребляет тока от батареи.
По той же причине нехватки выводов МК роль входа АЦП, подключенного ко входу прибора непосредственно, минуя ОУ (требуется для анализа условий выхода из спящего режима), выполняет порт RA4 (AN3) через резисторы R1, R10.
Индикатор подключен к МК непосредственно (обоснование корректности такого подключения для данной схемы организации динамической индикации дано в первой версии прибора). Измерение напряжения питания (RC0/AN4) и определение типа индикатора аналогичны упомянутому выше миллиомметру.
Это, пожалуй, все отличия в работе схемы данного прибора от второй версии.
Все детали устройства, включая щуп XN1, установлены на печатной плате размерами 35 на 93 миллиметра, изготовленного из фольгированного стеклотекстолита с односторонней металлизацией. Рисунок и расположение элементов со стороны металлизации и схема расположения элементов с противоположной стороны даны ниже.
Конструкция щупов повторяет оную отсюда . При замене ОУ на MCP602 увеличится погрешность измерения ЭПС емкостей менее 4.7 мкФ. Транзистор VT2 можно заменить на AO3401. Резисторы R5 – R7, R9 и R11 должны быть с допуском не хуже 1%. Для уменьшения пульсаций по питанию, дроссели L1 и L2 следует устанавливать на плате так, чтобы плоскости их витков были взаимно перпендикулярны. Индикатор может быть как с ОА, так и с ОК.
Фотографии собранного устройства.
Программа МК написана на языке C и оттранслирована в среде MikroC .
В прилагаемом архиве исходники кода и платы, а так же Proteus модель.
Описание работы прибора
РЕЖИМ ОЖИДАНИЯ . При неподключенных щупах прибор переходит в режим ожидания и на экране попеременно загораются средние сегменты 2-го и 3-го разрядов. В этом режиме, через 8 секунд и далее, каждые 16 с, в течении 2 с индицируется напряжение батареи питания в виде “bAtt”+”uX.XX” (здесь и далее запись вида “XXXX”+”YYYY” означает попеременную индикацию “XXXX” и “YYYY” с интервалом 0.5 с), где Х.ХХ – напряжение аккумулятора. Если к прибору ничего не подключено в течении 60 с, он переходит в спящий режим (выключается) с полным гашением индикатора. В таком состоянии прибор может находиться сколь угодно долго, пока щупы не будут замкнуты между собой либо не будет к ним подключен измеряемый элемент.
РЕЖИМ ОЖИДАНИЯ+ПОДКЛЮЧЕНО ЗУ . Если подключено ЗУ, индикация в режиме ожидания меняется (индикация меняется с задержкой, только в момент после отображения напряжения питания – особенность конструкции). На экран, в данном случае, выводится стилизованное изображение наполняющегося сосуда, размер которого зависит от степени зарядки аккумулятора. С данного режима перехода в спящий режим не происходит.
РЕЖИМ ОЖИДАНИЯ+РАЗРЯЖЕННАЯ БАТАРЕЯ . Если напряжение батареи питания менее 3.6 В, слегка меняется первая индикация напряжения батареи через 8 с после перехода в режим ожидания – “bat.L”+”uX.XX”, а сразу после этого прибор «засыпает», то есть через 10, а не 60 секунд. При напряжении батареи менее 3.3 В, прибор выключается и включается только после подключения ЗУ.
ИЗМЕРЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА . При подключении к щупам измеряемого конденсатора, на экране будут выводиться данные типа “cXX.X”+”rX.XX” (собственно, емкость и сопротивление). Первая часть может принимать следующие другие значения: “cXXX” – емкость 1 – 999 мкФ; “XXXX” – емкость 1000 – 9999 мкФ; “F.XXX” – емкость 0.01 – 0.999 Ф; “F.99ˉ” – емкость >0.999 Ф. Вторая часть может принимать следующие другие значения: “rXX.X” – при измерении применялся второй предел тока – 1 мА; “rXXX” - при измерении применялся третий предел тока – 0.1 мА. Все численные значения второй части означают сопротивление в Ом-ах. При слишком малой емкости или слишком большом сопротивлении выводится “c __”+”r99ˉ”.
ИЗМЕРЕНИЕ РЕЗИСТОРА . При подключении к щупам резистора, на экране будут выводиться данные типа “rES_”+”rX.XX”. Другие значения второй части аналогичны предыдущему случаю.
КАЛИБРОВКА . Если держать щупы замкнутыми (либо с подключенным резистором) непрерывно в течении 30 сек, то прибор перейдет в режим калибровки. Высвечивается две секунды “CALI”+”CALI“ (что означает несменяемую надпись), затем, приглашение разомкнуть щупы “OPEn”+”Prob” (Open probes). Если после этого не разомкнуть щупы в течении 10 с, происходит аварийный выход из режима с выводом “CALI”+”Err_”. Если же вовремя разомкнуть щупы, то через 3 с прибор предложит замкнуть щупы: “CLOS”+”Prob” (Close probes). Опять же, не позднее 10 с надо надежно замкнуть щупы прибора. После этого калибровка корректно закончена и выводится “CALI”+End_”. В процессе калибровки во время размыкания щупов происходит калибровка первого предела тока (10 мА), а во время замыкания – вычисляется собственное сопротивление проводов и щупов, которое потом будет вычитаться от измеренного значения ESR/R. При вычислении сопротивления щупов, производится десятикратное измерение с интервалом в 50мс и за результат принимается минимальное из этих значений. Если на запрос “CLOS”+”Prob” не замыкать щупы, их сопротивление принимается равным нулю, то есть не учитывается. Результат калибровки сохраняется в EEPROM (энергонезависимой памяти) и не теряется даже при отключении батареи питания.
ИЗМЕРЕНИЕ ИОНИСТОРОВ . Особенность возникает при подключении к прибору заряженного ионистора. Предположим, к прибору подключен ионистор емкостью 0.47 Ф, заряженный до 4 В (не забываем про предельную энергию в 10 Дж!). Разряд его прибором до требуемых для начала измерения 50мВ займет примерно 10 с! В это время прибор информирует пользователя о процессе разряда ионистора: “ion_”+”Uˉ-_”. Однако, здесь есть один нюанс: прибор сможет определить подключенный заряженный ионистор только если его положительный вывод соединен с верхним по схеме контактом входного разъема S1, а отрицательный – с нижним. В противном случае, прибор определит его как резистор с нулевым сопротивлением. При этом, все равно, примерно через 15 - 20 с ионистор разрядится и прибор измерит его параметры. Это единственный случай, когда для устройства имеет значение полярность подключения щупов, хотя корректная работа прибора сохраняется в любом случае.
Прикрепленные файлы:
- esr-3.rar (66 Кб)