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

Miernik pojemności i indukcyjności

Stiepanowna 24 Mar 2013 14:01 11973 14
  • Miernik pojemności i indukcyjności

    Podstawą pracy układu jest „generatorowa” metoda pomiaru. W roli generatora wykorzystano przerzutnik Schmitta, który zapewnia działanie urządzenia w pełnym zakresie pomiarowym.

    W celu pomiaru C i L wykorzystano oddzielne generatory, przełączane w zależności od ustawionego trybu pracy. Wyjścia generatorów łączą się z wejściem ICP mikrokontrolera ATtiny2313 taktowanego rezonatorem kwarcowym o częstotliwości 10MHz.

    Podstawowy schemat miernika pojemności i indukcyjności wygląda tak:

    Miernik pojemności i indukcyjności

    Zmiana trybów za pomocą przełącznika „C/L”.
    Korekcja wartości pasożytnicznych przyciskiem „>0<”.
    Czas pomiaru (oprócz najwyższego zakresu) ~0.3s.
    Zasilanie 40...60mA.
    Program napisano w Asemblerze AVR STUDIO.

    Wzór na obliczenie pojemności:
    Cx=Co*[(nx*No/no*Nx)-1]

    Wzór na obliczenie indukcyjności:
    Lx=Lo*[(nx*No/no*Nx)^2-1]

    Zasadniczo dla wyliczenia małych wartości pojemności można się posłużyć poniższym wzorem:
    Cx=Co*[(nx*No/no*Nx)^2-1] - w tym urządzeniu tego nie zrealizowano.

    We wszystkich wzorach przyjęto, że:

    Cx(Lx) - wartość mierzonej wielkości;
    Co(Lo) - wartość elementu wzorcowego w momencie pomiaru;
    No - pełna liczba okresów z niepodłączonymi elementem mierzonym w czasie pomiaru;
    Nx - pełna liczba okresów z podłączonym elementem mierzonym w czasie pomiaru;
    no - pełna liczba okresów Fo w czasie przebiegu No;
    nx - pełna liczba okresów Fo w czasie przebiegu Nx.

    Układ zrealizowano na płytce uniwersalnej. Autor początkowo korzystał z przerzutnika Schmitta CD4093, ale nie sprawdził się w tym zastosowaniu. Ostatecznie wybór padł na MC74AC132.

    Procedura kalibracji wygląda następująco - bierzemy dowolny element (kondensator/cewkę) z wcześniej pomierzonymi wartościami, które zostały zapisane w programie. Następnie wciskamy przycisk „>0<” i puszczamy po wyświetleniu się „0.00P(uH)”.

    Równocześnie w pamięci EEPROM mikrokontrolera zapisuje się otrzymana wartość 65536*65536*no/No. Do odpowiednich gniazd wejściowych podłącza się element, który będzie traktowany jako wzorcowy, a jego wartość jest znana. Wartości wyświetlone przez urządzenie są zapisywane i obliczany współczynnik korekcji. Wartość wzorcowa zapisana w programie jest mnożona przez otrzymany współczynnik korekcji i ponownie zapisywana.

    W ten sposób są korygowane wartości pasożytnicze układu. Procedurę kalibracji trzeba będzie powtórzyć 2 lub 3 razy. Najlepiej odczytać otrzymane wartości z EEPROM i wpisać w kod programu.

    Zakres pomiarowy:

    C 0.00 ... 9.99 pF
    10.0 ... 99.9 pF
    100 ... 999 pF

    1.00 ... 9.99 nF
    10.0 ... 99.9 nF
    100 ... 999 nF
    1.00 ... 9.99 uF
    10.0 ... 99.9 uF
    100 ... 999 uF
    1000 ... 9999 (uF)

    L 0.00 ... 9.99 uH
    10.0 ... 99.9 uH
    100 ... 999 uH

    1.000 ... 9.999 (mH)
    10.00 ... 99.99 (mH)
    100.0 ... 999.9 (mH)
    1000 ... 9999 (mH)

    Procedura kalibracji:

    Najlepiej ją przedstawić na konkretnym przykładzie. Wybieramy wzorcowy kondensator o zmierzonej pojemności np. 669pF.

    - Po zaprogramowaniu mikrokontrolera (FLASH i EEPROM) i odłączeniu programatora należy pozwolić układowi popracować przez jakieś 10 minut, żeby się wygrzał. W tym czasie można sprawdzić reakcję na przyciski.
    - Upewniamy się, że do gniazd wejściowych kanału „C” nic nie jest podłączone.
    - Wciskamy przycisk „>0<”. Kiedy wyświetli się migając wartość „0.00P”, zwalniamy przycisk.
    - Do gniazd wejściowych kanału „C” podłączamy wzorcowy kondensator.
    - Zapisujemy otrzymane wartości. W przypadku autora to „531P”.
    - Określamy współczynnik korekcji 669:531=1,2598870056497175141242937853107.
    - Sprawdzamy źródła i widzimy, że w EEPROM pod znacznikiem E_CONST_Co zapisano 6080*1000.
    - Mnożymy 6080*1000*1,2598870056497175141242937853107=7660112,99~7660113==0074 E251.
    - Podłączamy programator, sczytujemy EEPROM.
    - Wartość E_CONST_C otrzymaną w momencie wciśnięcia przycisku „>0<” przenosimy do źródła. Zapisujemy też otrzymaną wartość E_CONST_Co=0074 E251.
    - Kompilujemy źródło.
    - Zapisujemy otrzymane .hex i .eep na mikrokontrolerze.
    - Sprawdzamy.

    Na pewno trzeba będzie powtórzyć tę procedurę, aby otrzymać dokładniejszy wynik.

    Nie należy jednak oczekiwać 100% sprawności takiej kalibracji. Jeśli dokładność w całym zakresie pomiarowym wyniesie 3...5%, to całkowicie wystarczy. Aby otrzymać bardziej dokładne wyniki w węższym zakresie, trzeba przeprowadzić kalibrację elementami wzorcowymi pracującymi w tym zakresie. Duże znaczenie ma dokładna konstrukcja urządzenia.

    Wygląd zewnętrzny urządzenia

    Miernik pojemności i indukcyjności Miernik pojemności i indukcyjności Miernik pojemności i indukcyjności Miernik pojemności i indukcyjności Miernik pojemności i indukcyjności

    Firmware do pobrania w załączniku.

    Аutor: Aleksandr Klienin, alex_kl(malpa)bk.ru

    Link do tłumaczonego projektu: radioded.ru/skhema-na-mikrokontrollere/izmeritel-yomkosti-i-induktivnosti

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    Stiepanowna
    Poziom 12  
    Offline 
    Język rosyjski - tłumaczenia

    strona: www.dagatlumaczy.pl
    e-mail: tlumacze(malpa)dagatlumaczy.pl
    Specjalizuje się w: elektronika
    Stiepanowna napisał 90 postów o ocenie 60, pomógł 1 razy. Mieszka w mieście Kraków. Jest z nami od 2011 roku.
  • #2
    kilioo
    Poziom 11  
    Urządzenie może i z różnymi zakresami ale dokładność taka jak dokładność rezystorów czyli tak z grubsza 5%.
  • #3
    SylwekK
    Poziom 30  
    Czy to pełny schemat podłączenia wyświetlaczy do uC?? Jeśli tak, to obawiał bym się o porty procesora...
  • #4
    bobo
    Poziom 29  
    kilioo napisał:
    Urządzenie może i z różnymi zakresami ale dokładność taka jak dokładność rezystorów czyli tak z grubsza 5%.

    Na jakiej podstawie kolega tak twierdzi?
    Pozdrówka
  • #6
    SylwekK
    Poziom 30  
    EDIT:

    Tu w sumie przez każdy port kluczujący idzie max 0,12A :!: (dla cyfry "8").
    Czy to nie za dużo jak na goły port ??
  • #7
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda
    SylwekK napisał:
    EDIT:

    Tu w sumie przez każdy port kluczujący idzie max 0,12A :!: (dla cyfry "8").
    Czy to nie za dużo jak na goły port ??



    Jak na port to nie dużo (maks. 200mA na Vcc i GND), jak na pin tak (maks. 40mA). Tutaj wychodzi koło 80mA doliczając spadki napięć na µC.
    Urządzenie jest do celów hobbistycznych, sam procek tani. Muszę przyznać, że też tak robiłem, a układ już długo działa bez problemów.
  • #8
    SylwekK
    Poziom 30  
    Mimo wszystko jest to przykład jak nie należy projektować układów i nie powinno się takich rozwiązań promować, a wręcz informować o konsekwencjach takiego podłączenia. Fakt, że procesory mają pewną rezerwę obciążalności na pinach nie może być powodem aby takie rozwiązania były standardem. Początkujący zaczną upraszczać swoje projekty, a później forum zaleją pytaniami "dlaczego nie działa, jak trochę działało ?"
    Pozdrawiam.
  • #9
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Naucz rozróżniać się profesjonalne zastosowania od amatorskich. Nikogo ten miernik nie zabije, a jak ktoś chce niech zrobi po swojemu. Jeśli wszystkie amatorskie byłyby robione standardowo to były by nudne, a jeśli ktoś bierze z tego zły przykład to jego problem. Przecież noty katalogowe są ogólnie dostępne.

    SylwekK napisał:
    a później forum zaleją pytaniami "dlaczego nie działa, jak trochę działało ?"Pozdrawiam.


    "Kto pyta nie błądzi"
  • #10
    Paraclitus
    Poziom 15  
    Można dołożyć 4 tranzystory i nie będzie problemu wyświetlacz jest WA.

    Miernik pojemności i indukcyjności
  • #11
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Oczywiście, że można dołożyć dodatkowe tranzystory.

    Jednak czy pokusił się ktoś o policzenie jaki będzie maksymalny prąd anody wyświetlacza?

    Z noty katalogowej:
    VOL = 0,5V
    VOH = 4,2V@20mA (przy 40mA będzie jeszcze niższe)

    Spadek napięcia na pojedynczym świecącym segmencie w kolorze zielonym przyjmuję 2,5V.
    Przy rezystorach jak na schemacie daje to 48mA na pin, do którego podłączona jest anoda wyświetlacza.


    Kolejne posty dotyczące tej bezsensownej sprzeczki nagrodzę ostrzeżeniami.
  • #12
    2P
    Poziom 19  
    Wciąż jest jeden problem. Załączam charakterystykę portu wyjściowego procesora:
    Miernik pojemności i indukcyjności

    Spadek napięcia na wejściu do którego podłączona jest katoda: 0,2 V (wynika z charakterytyski 108, której nie przedstawiam, ponieważ to jest wartość w miarę stała i nie musi nas interesować.

    Ale co się dzieje z wyjściem do którego podłączona jest anoda?
    Tutaj obciążenie zmienia się. W najmniej obciążonym przypadku mamy 15 mA.
    (4,8-1,5-0,2)/200 ohm - będzie troche mniej bo wchodzimy w nieliniowy zakres wyjścia i zasadniczo trzeba by to liczyć graficznie albo numerycznie na podstawie charakterystyki, ale dla tak małej wartości prądu róznica będzie znikoma.

    W najbardziej obciążonym przypadku mamy sytuację gdzie, z punktu widzenia pinu mamy podłączoną diodę o spadku 1,5 V + 8 równoległych rezystorów 200 ohm + źródło napięcia 0,2 V. I teraz temat jest trudny, bo mamy połączenie silnie nieliniowego źródła ze stałym napięciem i znaną nam rezystancją. Pozwoliłem sobie policzyć to numerycznie:
    Dla 25 stopnii, będziemy mieć napięcie na wyjściu: 3,1 V i prąd 56 mA.
    Dla 40 stopnii: 3,25 V i prąd 62 mA.
    Dla 80 stopnii: 3,4 V i prąd 68 mA.

    Więc zależnie od sytuacji (ilość zapalonych segmentów i temperatura), prąd jednego segmentu będzie zmienny i wynosi maksymalnie 15 mA a minimalnie 7 mA. To dwukrotna różnica i znacząca różnica w jasności.

    I tak - zgadzam się z Tobą, że nic się nie stanie i wyprowadzenia nie zostaną uszkodzone. Porty AVRów są dość odporne. Jednak nie jest to rozwiązanie godne naśladowania ani eleganckie.
    I rozumiem, że jest to zastosowanie amatorskie - nie potępiam autora - rozwiązanie działa i spełnia swoją rolę.
    Rolą elektrody jest jednak także uczenie i rozmowa.

    I prosze o wstrzymanie się od ostrzeżenia za ten post. Jest on rzeczowy, przedstawia niebanalny problem i dotyczy tematu, który zainteresował większą ilość czytelników.
    Rozumiem, że możnaby wydzielić wątek dotyczący takiego podłączenia wyświetlacza, jeśli takie będzie życzenie moderatorów.
  • #13
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda
    Jest jeszcze multipleksowanie 4 wyświetlaczy. Na jednym może świecić się "8", a na drugim tylko "1". Średni prąd będzie mniejszy.

    Nie napisałem, że to jest godne naśladowania, ale że w amatorskim rozwiązaniu można tak zrobić.

    Odbiegając od tematu:
    Co powiecie na zasilanie procesora nie przez Vcc, tylko przez piny portu?
    http://www.doc-diy.net/photo/smatrig21/

    Tutaj jest wrzucone moje tłumaczenie, bo układ spodobał mi się i zrobiłem go:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2275994.html

    Producent AVR'ka może tego nie przewidział, ale mnóstwo fotografów używa tego urządzenia bo jest świetne w swojej prostocie. Nie jest to komercyjne urządzenie, działa bardzo dobrze, można je zrobić za grosze.
    Nie jest godne naśladowania?
  • #14
    darekRD
    Poziom 14  
    Zasadniczo fajna rzecz. Minimalizm sprzętowy, nie ma przerostu formy nad treścią. Zastanawia mnie tylko jedna rzecz, sygnalizacja zakresów. P , n, u - ok ale m ? Czy to jest to n na górnej połówce wyświetlacza? Co oznacza odwrócona 4? A może to H skorygowane przez zimne luty? A'propos lutów, w takich zastosowaniach lepiej niż gwóźdź i świeczka sprawdza się lutownica ;).
  • #15
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda
    darekRD napisał:
    Zasadniczo fajna rzecz. Minimalizm sprzętowy, nie ma przerostu formy nad treścią. Zastanawia mnie tylko jedna rzecz, sygnalizacja zakresów. P , n, u - ok ale m ? Czy to jest to n na górnej połówce wyświetlacza? Co oznacza odwrócona 4? A może to H skorygowane przez zimne luty? A'propos lutów, w takich zastosowaniach lepiej niż gwóźdź i świeczka sprawdza się lutownica ;).


    Odwrócone "4" to jest "µ".
    "m" to "mH".