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:
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
Firmware do pobrania w załączniku.
Аutor: Aleksandr Klienin, alex_kl(_at_)bk.ru
Link do tłumaczonego projektu: radioded.ru/skhema-na-mikrokontrollere/izmeritel-yomkosti-i-induktivnosti
Fajne? Ranking DIY

