Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
HelukabelHelukabel
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Miernik ESR kondensatorów elektrolitycznych na NE555 - pomysły usprawnienia.

03 Lip 2011 00:04 7975 20
  • Poziom 28  
    Witam.
    Zbudowałem miernik ESR kondensatorów elektrolitycznych według schematu z tej strony:
    http://danyk.wz.cz/esr.html
    Do budowy wykorzystałem ustrój pomiarowy oraz obudowę multimetru analogowego.
    Całość wygląda tak:
    Miernik ESR kondensatorów elektrolitycznych na NE555 - pomysły usprawnienia.
    Nie posiadam wykształcenia ani wiedzy pozwalającej samodzielnie odnaleźć właściwy trop poszukiwań i proszę o pomoc w naprowadzeniu.
    Jak obliczyć częstotliwość pracy zastosowanego tutaj generatora? Znalazłem schematy i opisy generatorów opartych o ten układ scalony (NE555), lecz były one innej konstrukcji. Wiąże się z tym kolejne moje pytanie: jakiego dokładnie typu zastosowano generator oraz: jaka częstotliwość jest potrzebna w przypadku testowania kondensatorów elektrolitycznych? Myślę, że potrzeba jest podobnej do tej występującej w zasilaczach opartych o przetwornice. Autor z podanej przeze mnie strony wzmiankuje coś o 50-100kHz.

    Spory problem dotyczy odczytu wartości: jest niedokładny i mogący w praktyce nie dawać odpowiedzi na pytanie o właściwość parametru ESR w badanym kondensatorze. Wartość tego parametru oscyluje nawet wokół dziesiątych części Ω. Przydałoby się, aby np. zakres 0-2Ω rozciągał się na całość skali pomiarowej. Jak tego dokonać? Czy można pokusić się o jakiś wzmacniacz? Jednocześnie należałoby zastosować jakieś ograniczenie, gdyż przy odpiętych sondach pomiarowych wskazówka osiąga niemalże maksimum wychylenia (czy dioda Zenera byłaby tu właściwym rozwiązaniem?). Wyjściem mogłoby być zastosowanie mikroamperomierza o większej czułości, lecz zależy mi na wykorzystaniu posiadanych już podzespołów.

    Kolejnym problemem jest niestabilność działania całego urządzenie. W dłuższych odstępach czasu następuje rozkalibrowanie i pokazywanie odczytów z niedużymi, lecz ewidentnymi odchyłami. Czy w grę wchodzi tu niestabilność temperaturowa któregoś z elementów? Jakiś czas temu zbudowałem podobny miernik z wykorzystaniem tego samego ustroju pomiarowego i zauważyłem podobną sytuację. Czy winien może być sam ustrój pomiarowy pochodzący z multimetru sprzedawanego za śmiesznie niską cenę?
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • HelukabelHelukabel
  • VIP Zasłużony dla elektroda
    pudzianowski napisał:
    Jak obliczyć częstotliwość pracy zastosowanego tutaj generatora?

    Można skorzystać z takiego np. "pomocnika":
    Miernik ESR kondensatorów elektrolitycznych na NE555 - pomysły usprawnienia.
    (generator astabilny, wypełnienie równe 50%).
    Pozdrawiam.
  • Poziom 28  
    prezeswal napisał:
    pudzianowski napisał:
    Jak obliczyć częstotliwość pracy zastosowanego tutaj generatora?

    Można skorzystać z takiego np. "pomocnika":
    Miernik ESR kondensatorów elektrolitycznych na NE555 - pomysły usprawnienia.
    (generator astabilny, wypełnienie równe 50%).
    Pozdrawiam.

    Witam.
    W Asystencie Elektronika sprawdzałem. W budowanym przez mnie mierniku noga 5. (Control Voltage) nie jest podłączona do masy oraz noga 4. (Reset) nie jest połączona z 8.. Myślałem przez to, że to jakiś szczególny przykład wykorzystania układu NE555. Dzięki za wskazówkę.
    W dokumentacji technicznej układu NE555 znalazłem zapis odnośnie maksymalnej częstotliwości pracy:
    Cytat:
    Max. operating frequency greather than 500kHz
    .
    Co sądzicie o pomyśle zwiększania częstotliwości używanego tu generatora?
    Jeśli ktoś mógłby i chciał podpowiedzieć w zakresie reszty mych pytań w moim pierwszym poście, będę wdzięczny.
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • Poziom 28  
    Cytat:
    Przydałoby się, aby np. zakres 0-2Ω rozciągał się na całość skali pomiarowej.

    Od citlivosti jest R1 - zmniejszenie powinno "rozciągnąć" zakres.
    Cytat:
    Jednocześnie należałoby zastosować jakieś ograniczenie, gdyż przy odpiętych sondach pomiarowych wskazówka osiąga niemalże maksimum wychylenia (czy dioda Zenera byłaby tu właściwym rozwiązaniem?)

    Ale to je psáno:
    Cytat:
    D2 chrání ručkové měřidlo proti příliš velkému napětí, když není připojen žádný kondenzátor

    Dalej:
    Cytat:
    Kolejnym problemem jest niestabilność działania całego urządzenie.(...)Czy w grę wchodzi tu niestabilność temperaturowa któregoś z elementów?

    Z pewnością, ale trudno określić - którego.
    Może to być ustrój miernika - często wskazówkowe miały kompensację na termistorze - lecz równie dobrze winna może być rozładowująca się bateryjka, nagrzewający się NE555, diody germanowe, czy też wprost: zmniejszenie ESR kondensatora wskutek podgrzania.
    Wpływ bateryjki możesz wykluczyć zasilając układ ze stabilizowanego źródła. "Rozjeżdżanie" ustroju wskazówkowego sprawdzisz zwykłym multimetrem wpiętym równolegle do niego - jeśli napięcie wskazywane przez multimetr będzie stałe, a mimo to wskazówka zmieni położenie, to znaczy, że trzeba skompensować wskaźnik.
    Zaś test, czy owa niestabilność nie jest tylko pozorna i nie wynika ze zmian ESR kondensatora, zrobisz podłączając zamiast niego zwykły rezystor kilkuomowy.

    Częstotliwość możesz zwiększyć - no może nie do 500 kHz, ale jakieś 100-150 powinno być ok. Wówczas należałoby skrócić przewody pomiarowe do niezbędnego minimum i zrobić je w skrętkę, a najlepiej użyć jakichś zacisków, np. typu WAGO, "krótko" przy mierniku.

    Ogółem, za wiele od tego ustrojstwa nie wymagaj - to raczej tester pozwalający na szybką ocenę posiadanego w szufladzie kondensatora.
  • Poziom 28  
    Witam.
    Dzięki za odpowiedź.
    Ze zmniejszeniem rezystancji R1 jak najbardziej muszę się zgodzić, to zdaje się być właściwy trop. Problemem jednak będzie "dobijanie" wskazówki na końcu skali - jak przy pomiarze na zbyt niskim zakresie. Taka sytuacja ma miejsce przy zmniejszaniu rezystancji R2 (w miejsce to zamontowałem potencjometr). Nie mam przekonania co do tego, iż dioda D2 chroni przed tym niekorzystnym zjawiskiem.
    Opiszę ową niestabilność. W zmontowanym urządzeniu tworzyłem skalę na podstawie wskazań uzyskanych z podłączania rezystorów o wartości 1Ω. Na koniec operacji upewniłem się poprzez kilkukrotne sprawdzenie poprawności wykonanej podziałki. Zostawiłem miernik podłączony do zasilania (zasilam to z portu USB komputera). Ponowne sprawdzanie wyskalowania ujawniało spore rozbieżności w stosunku do wcześniejszych wskazań. Pomagała regulacja, po prostu jakby skala była "przesunięta w bok". Kojarzę podobne anomalie z poprzednim miernikiem ESR (o innej konstrukcji) zmontowanym z wykorzystaniem tego samego ustroju pomiarowego. Podejrzewam możliwość namagnesowywania się tego ustroju pomiarowego wskutek dłuższego stanu podłączenia do napięcia. To taka moja hipoteza, poparta głównie domysłami na podstawie śmiesznie niskiego kosztu zakupu i stąd niskiej jakości. Z wpiętym multimetrem będę musiał spróbować, ten sposób może nam wiele wyjaśnić. Pozostaje kwestia wywołania tychże anomalii...
    W chwili obecnej testów dokonuję na rezystorach.
    Ze zwiększaniem częstotliwości myślałem pod kątem tej występującej w zasilaczach opartych na przetwornicach albowiem miernik ten buduję z myślą o diagnostyce kondensatorów właśnie tam występujących.
    Za wiele nie wymagam, lecz nieco zaskoczyły mnie bardzo niskie wartości ESR dla niektórych kondensatorów elektrolitycznych i potrzeba przeróbek tegoż miernika z tego wynikająca.
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • HelukabelHelukabel
  • Poziom 27  
    pudzianowski napisał:
    Problemem jednak będzie "dobijanie" wskazówki na końcu skali - jak przy pomiarze na zbyt niskim zakresie. Taka sytuacja ma miejsce przy zmniejszaniu rezystancji R2 (w miejsce to zamontowałem potencjometr). Nie mam przekonania co do tego, iż dioda D2 chroni przed tym niekorzystnym zjawiskiem.

    Myślę, że dioda D2 na pewno chroni przed tym niekorzystnym zjawiskiem, ale tylko wtedy gdy czułość wskaźnika wychyłowego razem z R2 nie będzie większa niż spadek napięcia na D2 (ok. 0,4V dla diod germanowych i 0,7V dla krzemowych). Jeżeli jest większa to właśnie można ją zmniejszyć przez odpowiednią wartość R2. Jeśli przyrząd wychyłowy potrzebuje do pełnego wychylenia więcej niż 0,4V to nie uda się rozciągnąć zakresu pomiarowego na całą skalę. Dodanie jakiegoś wzmacniacza pomiarowego niweczy, moim zdaniem, główną zaletę tego urządzenia jaką jest jego prostota.
    Poza tym duże znaczenie będzie tu miała amplituda przebiegu na wyjściu 3 układu 555 zależna bezpośrednio od napięcia zasilania, 5V może być za mało. Chyba nie bez powodu DANYK zastosował 9V.
  • Poziom 28  
    Witam.
    Zmieniłem R2 z 3k9 na potencjometr 10kΩ. Regulacja pozwala na przesunięcie skali, nie udaje się dzięki temu rozciągnąć interesującego mnie fragmentu 0-2Ω na całość skali.
    Dodanie wzmacniacza uważam za celowe, gdyż kluczową sprawą jest odczyt dziesiątych części Ω. Obecna dokładność jest niewystarczająca i de facto dyskwalifikuje ten przyrząd. Myślę nad wzmacniaczem wraz z ograniczeniem maksymalnego wychyłu wskazówki. Czy dioda Zenera ma szansę spełnić to zadanie w powyższym układzie?
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • Poziom 27  
    Generator na 555 jest tu nietypowy, ale działa i wytwarza przy tych wartościach elementów przebieg prostokątny ok. 40 kHz i wypełnieniu Th:Tl równym 3/5:2/5, oraz amplitudzie bliskiej 5V (przy zasilaniu 5V). Po dłuższym włączeniu częstotliwość spada do ok. 35 kHz. Jest to spowodowane najprawdopodobniej niestabilnością temperaturową scalaka.
    Myślę, że trudno będzie pogodzić ze sobą rozciągnięcie skali i ograniczyć wybijanie wskazówki. Nie ma tak nawet w większości fabrycznych multimetrów analogowych.
    Żeby nie komplikować sobie sprawy i nie tracić czasu, wybijanie wskazówki rozwiązałbym tak, że kondensator do pomiaru podłączałbym przy wyłączonym zasilaniu, a włączałbym je tylko na czas pomiaru stosując np. zwykły switch monostabilny).
    Pozdrawiam.
  • Poziom 28  
    Cytat:
    Regulacja pozwala na przesunięcie skali

    Ale jak "przesunięcie"? Dla zera om masz jakiś wychył wskazówki? To by mogło np. znaczyć, że przewody mają za dużą impedancję i dodanie wzmacniacza wiele w tej kwestii nie zmieni.

    Nie ma chyba diod zenera na napięcie 0,2-0,3 V.
    W ogóle, na twoim miejscu dałbym sobie spokój z tym maksymalnym wychyleniem. To co jest, skutecznie zabezpieczy ustrój pomiarowy, nawet jeśli wskazówka dojdzie do końca, a i tak raczej nie ma na to szans, bo już w tej chwili, kiedy nie podłączysz kondzia, podajesz maksymalny, przy danym napięciu zasilania, prąd i piszesz że do "oporu" nie dochodzi.
    Znaczy: germanówka działa skutecznie.
    Ewentualnie, dla zabezpieczenia przed odwrotnym podłączeniem naładowanego kodensatora, możesz równolegle do D2 wpiąć drugą, identyczną diodę, spolaryzowaną przeciwnie do niej.
    No ale jeśli cię to nie przekonało, zawsze możesz zbudować wzmacniacz ogranicznik na op-ampie z zenerką, która ograniczy maks. napięcie do kilku wolt, a następnie stłumić zakres za pomocą dzielnika rezystorowego.
  • Poziom 28  
    Witam.
    mikstu2 napisał:
    ...Po dłuższym włączeniu częstotliwość spada do ok. 35 kHz. Jest to spowodowane najprawdopodobniej niestabilnością temperaturową scalaka...

    Skąd te wnioski? Czy Kolega zbudował taki generator i sprawdził w praktyce jego funkcjonowanie?
    mikstu2 napisał:
    ...Żeby nie komplikować sobie sprawy i nie tracić czasu, wybijanie wskazówki rozwiązałbym tak, że kondensator do pomiaru podłączałbym przy wyłączonym zasilaniu, a włączałbym je tylko na czas pomiaru stosując np. zwykły switch monostabilny)...

    To rozwiązanie jedynie "przesunęłoby skalę w prawo", doszedłem do takich wniosków po zmniejszaniu rezystora włączonego w szereg z miliamperomierzem. Kąt wychyłu mógł się poszerzyć, lecz w niewystarczającym dla mnie zakresie.
    Zależy mi na rozciągnięciu niedużej części zakresu na całą skalę.
    Samo "wybijanie" jak w przypadku przekroczenia zakresu wydaje mi się być drugorzędną sprawą.
    fotonn napisał:
    Cytat:
    Regulacja pozwala na przesunięcie skali

    Ale jak "przesunięcie"? Dla zera om masz jakiś wychył wskazówki? To by mogło np. znaczyć, że przewody mają za dużą impedancję i dodanie wzmacniacza wiele w tej kwestii nie zmieni.

    Dla 0Ω - zwarte zaciski pomiarowe - wskazówka nieco się wychyla. Zdjęcie w mym pierwszym poście przedstawia skalę naniesioną w wyniku zwierania sond pomiarowych oraz sukcesywnego podłączania rezystorów o wartości 1Ω. Dla rozłączonych sond (czyli rezystancji ∞) wskazówka wychyla się do prawie maksimum.

    Co sądzicie o pomyśle zastąpienia miliamperomierza wskaźnikiem wysterowania na diodach LED z rozdzielczością 0,1 Ω?
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • Poziom 24  
    Sam się chyba z ciekawości pokuszę o ten wskaźnik. Jaką zastosowałeś diodę za D1? W opisie stoi, - jeśli dobrze zrozumiałem język południowych sąsiadów, że powinna być jakaś stara, germanowa.
  • Poziom 28  
    Witam.
    Paolo1976 napisał:
    Sam się chyba z ciekawości pokuszę o ten wskaźnik. Jaką zastosowałeś diodę za D1? W opisie stoi, - jeśli dobrze zrozumiałem język południowych sąsiadów, że powinna być jakaś stara, germanowa.


    Obydwie diody przeze mnie zastosowane to BAT85. Autor wspomina o tym, iż może to być dioda germanowa lub Schottky'ego.
    Oto link do przetłumaczonej strony:
    http://tnij.org/mkaz
    Tłumaczenie nie jest idealne, ale może być pomocne.
    Co sądzisz o pomyśle zastąpienia miliamperomierza wskaźnikiem wysterowania o konstrukcji jak w tych wątkach:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic625175.html
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1199681.html ?
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • Poziom 24  
    Z tym wskaźnikiem na diodach LED, to może być całkiem ciekawy pomysł. Ja swój chcę zrobić na wychyłowym, z multimetru ze sklepu "po 5zł". Powinien się nadać idealnie, bo mała obudowa, krótkie odcinki przewodu i dość duży, czytelny ustrój pomiarowy. Pytanie tylko jak jest z dokładnością tego wskaźnika ESR? Jako przewód pomiarowy chyba lepiej by było dać ekranowany.
    Pozdrawiam - Paweł
  • Poziom 28  
    Witam.
    Paolo1976 napisał:
    ... Ja swój chcę zrobić na wychyłowym, z multimetru ze sklepu "po 5zł". Powinien się nadać idealnie...

    Pawle.
    Tak samo myślałem... do momentu złożenia i pierwszych pomiarów. W praktyce ocena kondensatora na podstawie odczytu z tak zbudowanego miernika będzie mocno utrudniona, o ile w ogóle możliwa. Co prawda miernik ten umożliwia pomiar, lecz jego dokładność dyskwalifikuje praktyczne zastosowanie. Myślałem nad sposobem na "wycięcie" zakresu 0-2Ω i następne rozciągnięcie tego fragmentu na całą skalę.
    Aktualnie zastanawiam się nad, o czym już wspominałem, zastosowaniem wskaźnika wysterowania na diodach LED. Można by go wyskalować tak, by np. świecenie jednej diody oznaczało 0,1Ω. Przy dwudziestu diodach uzyskałoby się zakres 2Ω.
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • Poziom 27  
    Zbudowałem taki układ na płytce prototypowej. Stąd też dane o częstotliwości, wsp. wypełnienia itd. Jednak uzyskane wyniki nie były zachęcające. Przy zwarciu wejścia mikroamperomierz 50uA wskazywał w najlepszym przypadku 3 działki. Kilkanaście różnych elektrolitów bardzo starych, i dla porównania, nowych, wskazywało mi ok. 1 ohm, tak samo jak rezystor 1,0 ohm.
  • Poziom 28  
    Witam.
    :arrow: mikstu2
    Jakiś czas temu przeszukałem nieco Internet w poszukiwaniu informacji na temat wartości parametru ESR. Nie pamiętam szczegółów, ale chodziło o potrzebę odczytu z dokładnością 0,1Ω lub jeszcze większą. Zwłaszcza kondensatory występujące w przetwornicach oraz na płytach głównych komputerów odznaczają się tak niskimi wartościami tegoż współczynnika. Chcąc je badać podstawowym wymogiem staje się zwiększenie czułości tego miernika.
    Dodatkowo sprawę gmatwa kwestia, iż kondensatory o pojemności np. 2200µF/16V mają generalnie inne wartości ESR od kondensatorów 47µF/400V. Choć to już temat poboczny, to jednak trzeba zbudować miernik z możliwie szeroką skalą (kojarzy mi się potrzeba odczytu do 20Ω) i myślałem tu o dwóch lub więcej zakresów.
    Co sądzisz o pomyśle zastąpienia miliamperomierza wskaźnikiem wysterowania zbudowanym na diodach LED? Przy rozdzielczości 0,1Ω wydaje mi się to rozsądnym podejściem. Nie miałem wcześniej styczności z budowaniem takich układów, proszę o poradę.
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • Poziom 28  
    Ma to sens, ale dopiero kiedy ustalisz i wyeliminujesz albo skompensujesz źródło błędów.
    Jeżeli pozostawisz takie rozjeżdżające się wskazania, to uzyskasz efekt identyczny jak po tjuningu niebieską diodą.
  • Poziom 28  
    fotonn napisał:
    Ma to sens, ale dopiero kiedy ustalisz i wyeliminujesz albo skompensujesz źródło błędów.
    Jeżeli pozostawisz takie rozjeżdżające się wskazania, to uzyskasz efekt identyczny jak po tjuningu niebieską diodą.

    Witam.
    W chwili obecnej pomijam sprawę odchyłów w pomiarach po jakimś czasie. Po prostu przed pomiarem myślę zwierać zaciski celem ustawienia wskazówki na zerze itp. Jednocześnie zainteresowałem się także takim schematem miernika ESR (opartym co prawda na innym układzie scalonym - 74HC14):
    Miernik ESR kondensatorów elektrolitycznych na NE555 - pomysły usprawnienia.
    Z powodu chwilowego "braku na stanie" wstawiłem bc547 zamiast 2N2222.
    Czy 74HC14 jest w praktyce mniej podatny na zmiany temperatury?
    Czy odchyły pomiarów mogą mieć związek z samym ustrojem pomiarowym?
    Pozdrawiam.
    Mateusz.
  • Poziom 27  
    Witam
    Trudno mi ocenić jednoznacznie, który z układów byłby najlepszy. Nigdy nie zgłębiałem specjalnie tego tematu.
    Co do zastosowania skali diodowej zamiast wskaźnika wychyłowego, uważam, przynajmniej na początku, za niepotrzebne komplikowanie sobie sprawy. Potrzebny byłby przynajmniej jeszcze jeden scalak w rodzaju przetwornika A/C.
    Temat pomiaru ESR był poruszany swego czasu w EdW nr 3/2001. Autorów uważam za wiarygodnych, którzy wiedzą co piszą.
    Można ten artykuł poszukać w Elenocie, lub mogę wysłać na PW.
    Pozdrawiam
  • VIP Zasłużony dla elektroda
    Witam.
    pudzianowski napisał:
    Zależy mi na rozciągnięciu niedużej części zakresu na całą skalę.

    Można to zrobić stosując wzmacniacz operacyjny w podstawowej konfiguracji wzmacniacza odwracającego, np. tak:
    Miernik ESR kondensatorów elektrolitycznych na NE555 - pomysły usprawnienia.
    Woltomierz analogowy (wskaźnik wychyłowy + rezystor szeregowy) można podłączyć do wyjścia U1A (pomiar ujemnych napięć) lub do wyjścia U1B - pomiar napięć dodatnich (to drugie może być istotne dla woltomierza "LED-owego" lub cyfrowego).
    Stosowne opisy układów pracy wzmacniaczy operacyjnych (wzory) można znaleźć w literaturze podstawowej, np,:
    http://www.kmg.ps.pl/to/wzmacniacze/uklwzmop.html#lista%20uk%C5%82ad%C3%B3w
    Pozdrawiam.
  • Poziom 27  
    pudzianowski napisał:

    Czy 74HC14 jest w praktyce mniej podatny na zmiany temperatury?
    Czy odchyły pomiarów mogą mieć związek z samym ustrojem pomiarowym?

    Każdy element elektroniczny jest podatny na zmiany temperatury. Trzeba się tylko wczytać w noty katalogowe.
    Ustroje pomiarowe z lat 60 lub 70-tych (te dobre) miały tolerancję ok. +/- 1,5%.
    Inne, popularne niegdyś mierniki Lavo, nawet do 5%.