Как измерить индуктивность катушки | Сделай все сам

Катушки индуктивности – это элементы, в маркировке которых параметры обыкновенно не указаны. К тому же, зачастую катушки наматывают независимо. В обоих случаях определить индуктивность катушки дозволено только путем ее измерения. Оно может быть осуществлено разными способами, полагающими использование разного по трудности оборудования. Некоторые из этих способов заботливы и требуют вычислений. Но прямопоказывающие LC-метры свободны от данных недостатков разрешают измерять индуктивность стремительно и без дополнительных рассчетов.

Вам понадобится

• Прямопоказывающий LC-метр либо мультиметр с функцией измерения индуктивности

Инструкция

1. Приобретите LC-метр. В большинстве случаев, они схожи на обыкновенные мультиметры. Существуют также мультиметры с функцией измерения индуктивности – такой прибор вам тоже подойдет. Всякий из этих приборов дозволено купить в специализированных магазинах, торгующих электронными компонентами.

2. Обесточьте плату, на которой находится катушка. При необходимости, разрядите конденсаторы на плате. Выпаяйте катушку, индуктивность которой требуется измерить, из платы (если этого не сделать, в измерение будет внесена приметная погрешность), а после этого подключите к входным гнездам прибора (к каким именно, указано в его инструкции). Переключите прибор на самый точный предел, обыкновенно обозначенный как “2 mH”. Если индуктивность катушки поменьше 2-х миллигенри, то она будет определена и показана на индикаторе, позже чего измерение дозволено считать завершенным. Если же она огромнее этой величины, прибор покажет перегрузку – в старшем разряде появится единица, а в остальных – пробелы.

3. В случае если измеритель показал перегрузку, переключите прибор на дальнейший, больше дерзкий предел – “20 mH”. Обратите внимание на то, что десятичная точка на индикаторе переместилась – изменился масштаб. Если измерение и в данный раз не увенчалось фурором, продолжайте переключать пределы в сторону больше дерзких до тех пор, пока перегрузка не исчезнет. Позже этого прочитайте итог. Посмотрев после этого на переключатель, вы узнаете, в каких единицах данный итог выражен: в генри либо в миллигенри.

4. Отключите катушку от входных гнезд прибора, позже чего впаяйте обратно в плату.

5. Если прибор показывает нуль даже на самом точном пределе, то катушка либо имеет дюже малую индуктивность , либо содержит короткозамкнутые витки. Если же даже на самом дерзком пределе индицируется перегрузка, катушка либо оборвана, либо имеет слишком огромную индуктивность , на измерение которой прибор не рассчитан.

Для того дабы измерить индуктивность катушки, используйте амперметр, вольтметр и частотометр (в том случае, если не вестима частота источника переменного тока), после этого снимите показания и вычислите индуктивность . В случае с соленоидом (катушка, длина которой гораздо огромнее ее диаметра), для определения индуктивности нужно замерить длину соленоида, площадь его поперечного сечения и число витков проводника.

Вам понадобится

• катушка индуктивности, тестер

Инструкция

1. Измерение индуктивности способом вольтметра-амперметра.Дабы обнаружить индуктивность проводника данным способом, используйте источник переменного тока с вестимой частотой. Если частота не знаменита, то измерьте ее частотометром, присоединив его к источнику. Присоедините к источнику тока катушку, индуктивность которой измеряется. Позже этого в цепь ступенчато включите амперметр, а к концам катушки параллельно – вольтметр. Пропустив ток через катушку, снимите показания приборов. Соответственно силы тока в амперах и напряжения в вольтах.

2. По этим данным рассчитайте значение индуктивности катушки. Для этого значение напряжения поделите ступенчато на 2, число 3.14, значения частоты тока и силы тока. Итогом будет значение индуктивности для данной катушки в Генри (Гн). Главное примечание: катушку присоединяйте только к источнику переменного тока. Энергичное сопротивление проводника, используемого в катушке должно быть пренебрежимо немного.

3. Измерение индуктивности соленоида.Для измерения индуктивности соленоида возьмите линейку либо иной инструмент для определения длин и расстояний, и определите длину и диаметр соленоида в метрах. Позже этого посчитайте число его витков.

4. После этого обнаружьте индуктивность соленоида. Для этого, возведите число его витков во вторую степень, полученный итог умножьте на 3.14, диаметр во 2-й степени и поделите итог на 4. Полученное число поделите на длину соленоида и умножьте на 0,0000012566 (1,2566*10-6). Это и будет значение индуктивности соленоида.

5. Если есть такая вероятность, для определения индуктивности данного проводника используйте особый прибор. В его основе лежит схема, именуемая мост переменного тока.

Катушка индуктивности способна накапливать магнитную энергию при протекании электрического тока. Основным параметром катушки является ее

индуктивность . Индуктивность измеряется в Генри (Гн) и обозначается буквой L.

Вам понадобится

• Параметры катушки индуктивности

Инструкция

1. Индуктивность короткого проводника определяется по формуле: L = 2l(ln(4l/d)-1)*(10^-3), где l – длина провода в сантиметрах, а d – диаметр провода в сантиметрах. Если провод намотан на каркас, то образуется катушка индуктивности. Магнитный поток концентрируется, и, в итоге, величина индуктивности повышается.

2. Индуктивность катушки пропорциональна линейным размерам катушки, магнитной проницаемости сердечника и квадрату числа витков намотки. Индуктивность катушки, намотанной на тороидальном сердечнике, равна: L = ?0*?r*s*(N^2)/l. В этой формуле ?0 — магнитная непрерывная, ?r — относительная магнитная проницаемость материала сердечника, зависящая от частоты), s — площадь сечения сердечника, l — длина средней линии сердечника, N — число витков катушки.

3. Индуктивность катушки индуктивности в мкГн дозволено рассчитать также по формуле: L = L0*(N^2)*D*(10^-3). Тут N – это число витков, D – диаметр катушки в сантиметрах. Показатель L0 зависит от отношения длины катушки к ее диаметру. Для однослойной катушки он равен: L0 = 1/(0,1*((l/D)+0,45)).

4. Если в цепи катушки объединены ступенчато, то их всеобщая индуктивность равна сумме индуктивностей всех катушек: L = (L1+L2+…+Ln)Если катушки объединены параллельно, то их всеобщая индуктивность равна: L = 1/((1/L1)+(1/L2)+…+(1/Ln)).Таким образом, формулы расчета индуктивности для разных схем соединения катушек индуктивности аналогичны формулам расчета сопротивления при сходственном соединении резисторов.

Видео по теме

Индуктивность катушки может быть измерена непринужденно либо косвенным методом. В первом случае понадобится прямопоказывающий либо мостовой прибор, а во втором придется воспользоваться генератором, вольтметром и миллиамперметром, а после этого осуществить ряд вычислений.

Вам понадобится

• – прямопоказывающий либо мостовой измеритель индуктивности;
• – генератор синусоидального напряжения;
• – вольтметр и миллиамперметр переменного тока;
• – частотомер;
• – ученый калькулятор.

Инструкция

1. Дабы измерить индуктивность прямопоказывающим прибором, подключите к нему катушку, а после этого, ступенчато выбирая пределы измерения переключателем, выберите такой из них, дабы итог находился приблизительно в середине диапазона. Прочитайте итог. Если измеритель имеет аналоговую шкалу, при считывании итога принимайте в расчет цену деления, а также показатель, указанный рядом с соответствующим расположением переключателя.

2. На мостовом приборе позже всего переключения диапазонов переведите ручку регулятора балансировки моста в всякое из крайних расположений, а после этого вращайте ее до упора в противоположном направлении. Обнаружьте такой диапазон, в котором этой ручкой дозволено сбалансировать мост. Добившись исчезновения звука в динамике либо наушниках либо уменьшения показаний стрелочного индикатора до нуля, прочитайте показания на шкале регулятора (но не стрелочного прибора). При этом, как и в предыдущем случае, рассматривайте цену деления и показатель, на тот, что следует умножать на данном диапазоне показания.

3. Для измерения индуктивности косвенным методом соберите измерительную цепь. Вольтметр переменного тока, переключенный на предел, при котором верхней границе диапазона соответствует напряжение в несколько вольт, подключите параллельно выходу генератора. Туда же подключите и частотомер. Также параллельно им присоедините последовательную цепь, состоящую из испытуемой катушки индуктивности, а также милиламперметра переменного тока. Оба прибора обязаны показывать действующие, а не амплитудные значения измеряемых величин, а также быть рассчитанными на синусоидальную форму колебаний.

4. На генераторе включите режим выработки напряжения синусоидальной формы. Добейтесь, дабы вольтметр показывал около 2-х вольт. Увеличивайте частоту до тех пор, пока показания миллиамперметра не начнут уменьшаться. Добейтесь их уменьшения приблизительно до половины изначального значения. Выберите на частотомере предел, соответствующие измеряемой частоте. Прочитайте показания всех 3 приборов, а после этого отключите генератор и разберите измерительную цепь.

5. Переведите показания приборов в единицы системы СИ. Поделите напряжение на силу тока. Получится индуктивное сопротивление катушки на той частоте, на которой осуществлялось измерение. Оно будет выражено в омах.

6. Индуктивность рассчитайте по формуле: L=X/(2?F), где L – частота, Г (генри), X – индуктивное сопротивление, Ом, F – частота, Гц. При необходимости переведите итог расчета в производные единицы (скажем, миллигенри, микрогенри).

Обратите внимание!
Не касайтесь элементов измерительной цепи, когда она находится под напряжением.

Видео по теме

Обратите внимание!
Никогда не подключайте LC-метр к схеме, находящейся под напряжением.

Полезный совет
Некоторые LC-метры имеют особую ручку для регулировки. Прочитайте в инструкции к прибору, как ей пользоваться. Без регулировки показания прибора будут неточными.

Измерение индуктивности подручными средствами.: 0jihad0 — LiveJournal

Подавляющее большинство любительских измерителей индуктивности на контроллерах измеряет частоту генератора работающего на частотах около 100кГц, и хотя они якобы имеют разрешение 0.01мкГн, но на деле при индуктивностях 0.5 и ниже представляют из себя хороший генератор случайных чисел, а не прибор.У разработчика радиочастотных устройств есть три пути:

1. обломаться


2. купить промышленный измеритель импеданса и некоторое время поголодать


3. сделать что-то более высокочастотное и широкополосное.

Наличие множества онлайн калькуляторов кардинально упрощают задачу, можно обойтись одним лишь генератором, подключаемым к частотомеру, не сильно потеряв в удобстве, зато выиграв в функционале.

Приставка может измерять индуктивности от 0,05мкГн. Выходное напряжение около 0.5В. Собственная индуктивность выводов 0,04мкГн. Диапазон выходных частот: хз…77МГц.

Широкополосный генератор выполнен по известной двухточечной схеме и мало чувствителен к добротности частотозадающего контура.

Для измерения наименьших индуктивностей емкость выбрана 82пф, вместе с входной ёмкостью расчётная(для калькулятора) получается около 100пф(круглые числа более удобны), а макс. частота генерации около 80МГц. С контура напряжение подаётся на повторитель vt2 а с него на эмиттер vt1, таким образом реализована ПОС. Применяемая иногда непосредственная связь затвора с контуром приводит к неустойчивой работе генератора на частотах 20-30Мгц, потому применён разделительный конденсатор с1. Полевой транзистор должен иметь начальный ток стока не менее 5мА, иначе транзистор нужно приоткрыть сопротивлением несколько сотен кОм с плюса на затвор. Лучше применить транзистор в высокой крутизной, это увеличит выходное напряжение снимаемое с истока. Хотя сам по себе генератор практически не чувствителен к типам транзисторов.

Для расчёта применяются онлайн калькуляторы
наиболее удобный
наиболее неудобный
гламурный, но с характером

Задающая ёмкость в приборе может быть любой, даже китайская глина. Лучше иметь эталонные катушки, а измеренную ёмкость уже подставлять в калькулятор, хотя на деле это и  не обязательно.

Фольга с обратной стороны используется в качестве экрана.
Выводы на катушку выполняются в виде гибких плоских поводков из оплётки длиной 2см. с крокодилами.

http://edisk.ukr.net/get/377203737/%D0%B8%D0%BD%D0%B4.lay6

Особенности использования.

Для питания лучше предусмотреть соответствующую клемму на частотомере.

Выводы на катушку должны быть максимально прямыми если измеряются сверхмалые индуктивности. От результата нужно отнять собственную индуктивность выводов 0.04мкГн. Минимально измеряемая индуктивность примерно такая же.

Для измерения индуктивностей до 100мкГн годится штатная ёмкость, выше лучше использовть дополнительные ёмкости от 1н, иначе будет погрешность от межвитковой ёмкости катушки.

Для измерения межвитковой ёмкости нужно измерить истинное значение индуктивности с С 10-100н, потом измеряется частота с штатной ёмкостью(100пф), вносится в калькулятор, далее считается суммарная емкость, от которой нужно отнять 100пф.
Пример. аксиальный дроссель 3.8 мГн, со штатной ёмкостью частота 228 кГц, суммарная ёмкость 128пф, межвитковая 28.
Таким же образом вычисляются ёмкости в контурах.

Для измерений дросселей на низкочастотных магнитопроводах НН они должны иметь достаточно большое количество витков, например на кольцах 2000НН не менее 20, иначе частота может быть выше рабочей для них(до 400кГц), и генерация будет в лучшем случае срываться, а в худшем импульсная, как в блокинг генераторе, с частотой в килогерцы. Для маловитковых нужна дополнительная ёмкость.

Для расчёта магнитной проницаемости удобен калькулятор, но можно и дедовским способом, даже оформление сайта аутентичное.

Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа. » Хабстаб

Сегодня на рынке продается множество приборов, измеряющих емкость и индуктивность, только стоят они в несколько раз дороже китайского мультиметра. Тот кому каждый день необходимо производить замеры емкости или индуктивности непременно купит себе такой, а что делать если такая необходимость возникает крайне редко? В таком случае можно применить описанный ниже метод.
Известно, что если на интегрирующую RC цепочку подать прямоугольный импульс, то форма импульса изменится и будет такой как на картинке.

Время, за которое напряжение на конденсаторе достигнет 63% от подаваемого, называется тау. Формула по которой считается тау изображена на рисунке.

В таком случае говорят, что интегрирующая цепочка сгладила фронты прямоугольного импульса.
Так же известно, что если на параллельный LC контур подать прямоугольный импульс, в контуре возникнут затухающие колебания, частота, которых равна резонансной частоте контура. Резонансная частота контура находится по формуле Томсона, из которой можно выразить индуктивность.

Подключается контур через конденсатор малой емкости, чем меньше тем лучше, который ограничивает ток, поступающий в контур. Давайте рассмотрим, как конденсатор малой емкости ограничивает ток.
Для того, чтобы конденсатор зарядился до номинального напряжения ему надо передать определенный заряд. Чем меньше емкость конденсатора, тем меньший заряд ему необходим, чтобы напряжение на обкладках достигло напряжения импульса. Когда мы подаем импульс, конденсатор, малой емкости, очень быстро заряжается и напряжение на обкладках конденсатора становится равно напряжению импульса. Так как напряжение конденсатора и импульса равны, нет разности потенциалов, следовательно ток не течет. При чем ток может перестать течь через конденсатор спустя некоторое время от начала импульса, а оставшуюся часть времени импульса энергия к контуру подводится не будет.
Для проведения эксперимента нам потребуется генератор импульсов прямоугольной формы с частотой 5-6KHz.
Можно собрать его по схеме на рисунке ниже или воспользоваться генератором сигналов, я делал обоими способами.

Теперь, вспомнив, как ведет себя при подаче прямоугольного импульса интегрирующая RC цепочка и параллельный LC контур, соберем простую схему изображенную на картинке.

Сначала измерим емкость конденсатора, место его подключения на схеме обозначено С?. Резистора 1K под рукой не нашлось, поэтому я использовал 100 Ohm и вместо конденсатора 10pF использовал конденсатор 22pF. В принципе номинал резистора можно выбрать любой, но не ниже 50 Ohm, иначе сильно просядет напряжение генератора.
В данном эксперименте я буду использовать генератор сигналов, выходное сопротивление которого равно 50 Ohm. Включим генератор и установим амплитуду 4V, если собирать генератор по схеме то регулировать амплитуду можно, изменяя напряжение питания.

Подключим щупы осциллографа параллельно конденсатору. На осциллографе должна появиться следующая картинка.

Немного увеличим её.

Измерим время, за которое напряжение на конденсаторе достигает 63% от напряжения импульса или 2,52V.

Оно равно 14,8uS. Так как сопротивление генератора включено последовательно с нашей цепочкой его необходимо учесть, в итоге активное сопротивление равно 150 Ohm. Разделим значение тау(14,8 uS) на сопротивления(150 Om) и найдем емкость, она равна 98,7 nF . На конденсаторе написано, что емкость равна 100nF.

Теперь измерим индуктивность. На схеме место подключения катушки индуктивности обозначено L?. Подключаем катушку, включаем генератор и подключаем щуп осциллографа параллельно контуру. На осциллографе увидим такую картинку.

Увеличиваем развертку.

Видим, что период колебаний равен 260KHz.
Ёмкость щупа равна 100pF и в данном случае её необходимо учесть потому, что она составляет 10% от емкости контура. Суммарная емкость контура равна 1,1nF. Теперь подставим в форму для нахождения индуктивности, емкость конденсатора(1,1nF) и частоту колебаний(260KHz). Для таких вычислений я пользуюсь программой Coil32.

Получилось 340,6uH, судя по маркировке индуктивность равна 347uH и это отличный результат. Этот способ позволяет измерять индуктивность с погрешность до 10% .
Теперь мы знаем как измерить емкость конденсатора и индуктивность катушки, используя осциллограф.

Как измерить ёмкость и индуктивность с помощью генератора и осциллографа + online-калькулятор

Для многих любителей электроники актуальной является задача измерения емкостей конденсаторов и индуктивностей дросселей, поскольку, в отличие от резисторов, эти компоненты нередко бывают не промаркированы (особенно SMD). Между тем, имея генератор синусоидальных колебаний и осциллограф (приборы, которые должны быть в любой радиолюбительской лаборатории), эта задача довольно просто решается. Всё, что для этого нужно — это вспомнить начальный курс электротехники.

Рассмотрим простейшую схему — последовательно соединённые резистор и конденсатор. Пусть эта схема подключена к источнику синусоидальных колебаний. Запишем уравнения для напряжений на элементах нашей схемы в операторной форме: U_R = I * R, U_C = -j * I / ωC. Из этих уравнений очевидно, что амплитудные значения напряжений будут относится следующим образом: U_R / U_C = R * ωC (конечно, напряжения будут сдвинуты по фазе, но нас это в данном случае не волнует, нас волнуют
только амплитуды).

Думаю, что многие уже догадались к чему я клоню. Да-да, из последнего уравнения довольно просто вычисляется ёмкость:

C = U_R/U_C * 1/ωR или, с учетом того, что ω= 2πf, получим C = U_R/U_C * 1/2πfR ; (1)

Итак, алгоритм простой: подключаем последовательно с измеряемой ёмкостью резистор, подключаем к этой схеме генератор синусоидальных колебаний и осциллографом измеряем амплитуды напряжений на нашем конденсаторе и резисторе. Изменяя частоту, добиваемся, чтобы амплитуда напряжений на обоих элементах была примерно одинаковой (так измерение получится точнее). Далее, подставляя измеренные значения амплитуд в формулу (1), находим искомую ёмкость конденсатора.

Аналогично можно вывести формулу для подсчета индуктивности:

L = U_L/U_R * R/ω или, с учётом того, что ω= 2πf, получим L = U_L/U_R * R/2πf ; (2)

Таким образом, имея генератор синусоидальных колебаний и осциллограф, с помощью формул (1) и (2) оказывается довольно просто вычислить неизвестную ёмкость или индуктивность (благо резисторы практически всегда имеют маркировку).

Алгоритм действий следующий:

1) Собираем схему из последовательно соединённых резистора известного номинала и исследуемой ёмкости (индуктивности).

2) Подключаем эту схему к генератору синусоидальных колебаний и изменением частоты добиваемся того, чтобы амплитуды напряжений на обоих элементах схемы были примерно одинаковы.

3) По формуле (1) или (2) вычисляем номинал исследуемой ёмкости или индуктивности.

Несмотря на то, что наши элементы не идеальные, есть допуск на номинал резистора и всегда есть некоторые погрешности измерений, результат получается довольно точным (по крайней мере можно без труда идентифицировать ёмкость в стандартном ряду). Пусть у меня при измерении ёмкости получилась величина 1,036 нФ. Очевидно, что на исследуемом конденсаторе должна была быть нанесена маркировка 1 нФ.

Для того, чтобы вам легче было сориентироваться с номиналами резисторов, приведу некоторые примеры:

— для ёмкости 15 пФ в схеме с резистором 200 кОм амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 53 кГц;

— для ёмкости 1 нФ в схеме с резистором 10 кОм амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 15,9 кГц;

— для ёмкости 0,1 мкФ в схеме с резистором 680 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 2,34 кГц;

— для индуктивности 3 мкГн в схеме с резистором 120 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 6,3 МГц;

— для индуктивности 100 мкГн в схеме с резистором 120 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 190 кГц.

Таким образом, диапазон измеряемых емкостей и индуктивностей зависит только от диапазона частот, с которыми могут работать ваши генератор и осциллограф.

На основе этого метода можно изготовить прибор для автоматического измерения емкостей и индуктивностей.

Online-калькулятор для расчёта емкостей и индуктивностей:

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Расчёт емкостей:

2) Расчёт индуктивностей:

Измерение индуктивности и емкости с помощью мультиметра и компьютера — Меандр — занимательная электроника

Сегодня на рынке много сравнительно дешевых цифровых мультиметров измеряющих сопротивления в широких пределах и емкости конденсаторов до 20 мкФ и более. Однако приборы, измеряющие индуктивности сравнительно дороги, да и нужны они не каждый день.

Электрику-ремонтнику довольно частот приходится измерять индуктивность катушек реле, обмоток трансформаторов и т. п. для определения их исправности. При этом самостоятельное изготовление прибора или приставки для измерения индуктивности затрудняется том, что для него требуется источника питания и частотомер для настройки генератора. Надо отметить, что в таких приборах (приставках) предлагаемых в различных источниках стабильность частоты и амплитуды генератора не высока. Отсюда и точность измерений также не высока.

Предлагается предельно простой прибор на базе компьютера и цифрового вольтметра позволяющий измерять индуктивности от 10 мкГн до 1 Гн и емкости от 10 пФ до 1 мкФ с достаточно высокой точностью, которая определяется точностью вольтметра.

Как известно, импеданс индуктивности описывается формулой:

Z_L = 2πf L .

Перепишем формулу следующим образом:

Z

L = kL где k = 2πf — коэффициент пропорцио­нальности.

Для упрощения процесса измерения, рассчитаем f таким образом чтобы k равнялся ровно 100000:

f = к/2π = 100000/6,2831853 = 15915,4943 Гц.

Как видим, для k = 10000 необходима частота 1591,5 Гц, а для k = 1000 — 159,15 Гц.

Принцип работы измерителя индуктивностей показан на рис.1, а на рис.2 — измерителя емкости. В обоих случаях компьютер (точнее его зву­ковая карта) выступает в качестве генератора высокостабильного по частоте и напряжению тестового сигнала, а мультиметр — в качестве вольтметра переменного тока.

Рис. 1

Если сопротивление источника сигнала превышает сопротивление нагрузки в 10 раз и более можно считать что данный источник сигнала является источником тока. Для выполнения этого условия, комплексное сопротивление измеряемой индуктивности не должно превышать 1/10 резистора R1.

Рис. 2

Выходное напряжение генератора должно быть равно 1 В (действующее значение), при этом напряжение на измеряемой индуктивности не должно превышать 100 мВ.

Милливольтметр U2 используется на пределе 100 мВ. В качестве источника сигнала используется звуковая карта компьютера (ноутбука). При этом, в качестве тестовых сигналов используются wav-файлы записанные с помощью аудиоредактора (например, GoldWav) с уровнем 0 дБ. Выходное напряжение звуковой карты как правило несколько больше 1 В. Требуемое напряжение выставляют регулятором громкости. Если оно все же меньше 1 В (что может быть в некоторых ноутбуках), то придется использовать поправочный коэффициент, что вносит некоторые неудобства при измерениях. Предположим выходное напряжение звуковой карты равно 0,91 В. В этом случае поправочный коэффициент равен k = 1/0,91 = 1,1.

Упрощенный вариант прибора показан на рис.З, на котором включенный как вольтметр цифровой мультиметр с автоматическим переключением диапазонов показан как стрелочный прибор.

Рис. 3

Пределы измерения с помощью этого прибора сведены в таблицу.

Для оперативного переключения резисторов можно использовать переключатель на 3 положения. Пределы измерения можно расширить если дополнительно использовать резисторы 100 кОм и 1 МОм.

При показаниях вольтметра меньше 10 мВ и больше 100 мВ для повышения точности измерений следует перейти на другой диапазон. Это может быть сделано двумя способами: изменением частоты и переключением номинала резистора.

Если при измерении индуктивности напряжение на проверяемой индуктивности больше 100 мВ, то необходимо увеличить резистор или снизить частоту сигнала и наоборот при напряжении менее 10 мВ.

Если при измерении емкости показания прибора больше 100 мВ, то необходимо уменьшить резистор или повысить частоту и наоборот при напряжении менее 10 мВ.

Частота тест сигнала, Гц	Диапазон измерения индуктивностей и емкостей при сопротивлении резистора R1
	100	1к	10к
15915	10…100 мкГн	0,1…1 мГн	1…10 мГн
	1…10 нф	100…1000 пф	10…100 пф
1591,5	0,1…1 мГн	1…10 мГн	10…100 мГн
	10…100 нФ	1…10 нф	10…1000пФ
159,15	1…10 мГн	10…100 мГн	0,1…1 Гн
	0,1…1 мкФ	10…100 нф	1…10 нф

Конструкция упрощенного измерителя

Для его изготовления понадобится кабель с разъемом minijack, например, от вышедших из строя телефонов плеера. Если требуется измеритель индуктивности в пределах 0,1… 100 мГн то можно обойтись всего одним резистором 1 кОм и тремя файлами указанных выше сигналов.

На рис.4 показан такой измеритель с двумя резисторами типа СМД номиналами 1 кОм и 10 кОм, при этом пределы измерения расширяются на порядок.

Рис. 4

Автор: Александр Петров, г. Могилев

Измерение электрического сопротивления, емкости, индуктивности с помощью обычного ПK

В левых верхних окнах пользователем задаются значения генерируемых для измерения частот и сопротивление установленного дополнительного резистора R serial. Эти параметры могут быть разными для различных режимов и величин измерений, что будет уточнено ниже. В левых нижних окнах выводятся числовые значения для измеряемых величин: сопротивление (Ом), емкость (микрофарад), индуктивность (миллигенри). Теоретически каждый электрический элемент может обладать заметными величинами одновременно сопротивления, емкости и индуктивности, что и будет отображаться во всех трех окнах программы. Однако действительным будет только то значение, которое соответствует роду измеряемой величины.

Значения частот Multi Meter могут лежать в интервале 50…1000 Гц. При измерении сопротивления обычного резистора подбор частоты не так важен. Обе частоты применяются в режиме «Measure 2nd mtd», при этом разница между ними (левом/правом окне), согласно рекомендациям разработчика, не должна быть меньше 10% и больше 200%. Хотя последнее условие и не является обязательным. Сопротивление резистора R serial может находиться в пределах 20…1000 Ом (чаще 20…100 Ом), в зависимости от режима и диапазона измерений. Величина сопротивления R serial должна указываться в окне программы с большой точностью. Как показывает практика, при погрешности указанного значения от действительного сопротивления более чем на 1% резко возрастет конечная погрешность измерений Multi Meter. Надо учитывать, что маркировка резисторов обычно наносится с погрешностью 5; 10%, поэтому реальные сопротивления для набора резисторов R serial нужно определить с помощью другого точного прибора или использовать высокоточные детали.

Автор программы дает следующие рекомендации по подбору сопротивления R serial и частот сигнала (Yamaha 724) для Multi Meter v.0.03:

  • При измерении емкости конденсаторов номиналом 0,22мкф и выше рекомендуется R serial 20 Ом и частоты 100/1000 Гц. Для измерения конденсаторов меньших номиналов рекомендуется увеличивать частоты и сопротивление R serial, но не более чем 1000 Ом.

  • Для измерения резисторов номиналом от 1 Ом до 10 кОм рекомендуется R serial 20 Ом, частоты не оговариваются. Насчет измерения индуктивности никаких рекомендаций нет.

  • Уровень сигнала на линейном входе и выходе в микшере Windows рекомендуется поставить на середину, но не выше 3/4. Хотя может оказаться, что эти уровни нуждаются в более скрупулезной настройке.

Я со своей стороны провел всесторонние практические испытания Multi Meter 0.03, перемерив огромное количество радиоэлементов. На основе собственного опыта были определены оптимальные значения R serial и наборы частот для тех или иных режимов и диапазонов. Так же на практике были установлены возможности Multi Meter в связке с саундкартой Yamaha 724 производства Genius. Определялись диапазоны значений, в которых программа еще могла нормально работать, а так же погрешности измерений. При этом для соединения использовались не экранированные провода длиной около 80 см с зажимами типа «крокодил» на концах. Уровни микшера Line-Out, Line-In были выставлены на 50%.

Начнем с резисторов. Измерения проводились в режиме «Measure 1st mtd». Частоты 300/500, хотя в данном случае их значения не имеют большого значения. Измерение резисторов проводились при различных сопротивлениях R serial: 20…500 Ом. При установке R serial 20 Ом оптимальный интервал для измерения сопротивлений соответствовал 1…20000 Ом. В этом диапазоне максимальная погрешность была не хуже 5%. Данные сверялись с показаниями аппаратного цифрового мультиметра. Этот результат можно считать хорошим, учитывая, что резисторы для ширпотреба маркируются с 5% и 10% точностью. Увеличить верхний предел измерений удается увеличением R serial. При значении R serial 100 Ом верхний предел можно поднять уже до 150 кОм. Еще выше поднять верхний предел – до 500 кОм удается с помощью R serial 300 Ом. Хотя в последнем случае уже начинает расти погрешность низкоомных резисторов, этот режим рекомендуется применять для резисторов номиналом не ниже 200 Ом. Дальнейшее увеличение сопротивления R serial уже ник чему не приводило.

Емкость конденсаторов с помощью Multi Meter удавалось измерять в диапазоне от 1 нф до 1000 мкф независимо от типа. Режим программы – «Measure 2nd mtd». Для диапазона от 10 нф и выше рекомендуется использовать R serial 20 Ом и частоты 100/1000. К сожалению я не располагал каким либо другим точным прибором для измерения емкости, по которому можно было бы сверять результаты для определения погрешности измерений Multi Meter’ом. По моему субъективному заключению погрешность измерения емкости в этом режиме не хуже 5…6%. Для конденсаторов меньшей емкости лучше использовать R serial 100 Ом и частоты 500/1000: погрешность здесь в интервале 1…10 нф – около 10%; а от 10 нф до 200 мкф – те же 5…6%; для более высоких номиналов этот режим не рекомендуется. Таким образом Multi Meter охватывает большую часть диапазона наиболее часто используемых конденсаторов, причем, с хорошей точностью измерений, учитывая, что обычные конденсаторы маркируются с 10% и 20% точностью, а электролиты чаще с 20%. В случае конденсаторов с емкостью более 1000 мкф, начиная с 2000 мкф, у меня программа давала завышенные показания примерно на 20…25%. Так же показания Multi Meter плохо согласуются с параллельными соединениями конденсаторов.

Индуктивность дросселей мне удавалось довольно точно измерять в диапазоне от 4 мкГн до 120мГн (выше просто не было чего измерять). Опять же не было точного прибора, с помощью которого можно было бы сравнивать показания. Для тех трех десятков дросселей, что были у меня, я думаю, максимальная погрешность была не хуже 5%. При этом был установлен R serial 20 Ом и частоты 700/1000. При индуктивности ниже 4 мкГн Multi Meter давал сначала заниженные показания, а потом и вовсе нули. Нижний предел можно еще попробовать опустить где-то до 2 мкГн, установив частоты 900/1000, однако здесь падает общая стабильность.

Недостатком Multi Meter является зависимость результатов измерений от уровней Line-Out, Line-In сигнала. Сказываются слишком завышенные или заниженные уровни. Надо учитывать, что у разных звуковых карт уровни могут существенно отличаться. Предусмотренная в программе калибровка по короткозамкнутой и разомкнутой измерительной цепи в этом случае ничего не дает. Поэтому калибровать Multi Meter приходится вручную, выставляя в микшере уровни Line-Out, Line-In, сверяясь по известным номиналам измеряемых элементов. В моем случае, практика показала, что, выставив уровни сигнала входа/выхода по резисторам, программа давала действительные результаты и в случае емкостей и индуктивности. Все полученные результаты относятся к системе со звуковой картой на чипе Yamaha 724 производства Genius, под Windows 98SE на довольно мощной машине. Я не могу обещать, что на других платах, ввиду индивидуальных особенностей их схемных решений, результаты в точности повторятся. Наверное, придется поэкспериментировать и подобрать другие параметры уровней Line-Out, Line-In, возможно, частот и сопротивлений R serial.

Выводы. Программа Multi Meter может стать чрезвычайно полезным приобретением для радиолюбителей и людей связанных с радиоэлектроникой. Мои первые сомнения о том, можно ли с помощью обычной звуковой карты ПК добиться высокой точности измерений, постепенно рассеялись во время многочисленных экспериментов. Оригинальный подход Multi Meter вполне оправдывает себя. Нужно только знать в каких граничных диапазонах измерений реально может работать та или иная звуковая карта. Конечно, точность Multi Meter не прецизионная, но достаточно хорошая – это, еще смотря, с чем сравнивать. Если для сопротивления резисторов можно купить достаточно точный цифровой прибор (порядка 10$), то с емкостью и индуктивностью не так все просто. Такие приборы либо очень дороги, либо дают диапазон и погрешность еще хуже программы Multi Meter и тоже стоят денег. Так обстоят дела с дешевыми стрелочными тестерами, у которых имеются шкалы для L и C. Кроме того, последние берут сигнал переменного тока с розетки 220 В, что небезопасно для человека и самого прибора. Я остался очень доволен тем результатом, который был получен. Стоит отдать должное автору Multi Meter за оригинальность подхода.

Прибор для измерения R,L,C и ESR. hxRLCMeter

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Измерительная техника >

Прибор для измерения R,L,C и ESR. hxRLCMeter

Содержание

 Статья описывает любительский измерительный прибор на ATMega8. Некоторые схемные решения взяты из аналогичных разработок, прошивка написана с нуля.
Содержит подробное описание принципов измерения различных величин с помощью микроконтроллера. Печатная плата и прошивка прилагаются.

 Видео работы прибора:

 

Описание прибора

Прибор предназначен для измерения ёмкости, индуктивности, сопротивления, а также ESR электролитических конденсаторов.

ESR можно измерять в схеме.

Прибор имеет любительское предназначение и не претендует на высокую точность измерений. В любительской практике, в основном, требуется знать примерное значение параметра, чтобы собрать схему. Точность измерений в таблице ниже приведена примерно на основании измерения известных компонентов, разброс параметров которых обычно составляет до 10%.

Таблица. Диапазоны измерений и точность

Параметр	Диапазон измерений	Точность
Активное сопротивление	1Ом – 2МОм	не хуже 10% в диапазоне до 400К, не хуже 20% в диапазоне 400К-2МОм
Ёмкость	1пФ – 3мкФ	не хуже 10%
Индуктивность	1мкГ – 100мГ	не хуже 10%
ESR	0.01Ом – 10Ом	не хуже 20%

Приложив дополнительные усилия, точность измерения можно повысить на порядок, даже не изменяя схемы.  Я не стал продолжать разработку т.к. прибор полностью удовлетворяет меня в текущем виде. Кроме того, у меня нет точных приборов для калибровки.

На передней панели прибора находятся LCD-индикатор ( 8 знаков ), гнездо для измерения R,L,C, гнездо для измерения ESR, и кнопка установки нуля. На боковой панели находятся кнопки переключения режима и включения питания. В качестве альтернативы можно измерять ESR в схеме щупами, выведенными на верхнюю панель.

В качестве корпуса взят корпус от роутера DLink DI-524.

Принцип работы

Измерение активного сопротивления

Для измерения активного сопротивления элемента, он включается последовательно с известными сопротивлениями. Всего в схеме 4 известных сопротивления (R22-R25) для разных диапазонов, которые по очереди подключаются микроконтроллером.

Последовательно с измеряемым резистором из-за особенностей схемы включен резистор R21 (100 Ом) для исключения короткого замыкания при переключении выключателей SW1-SW4.

В качестве ключей используются транзисторы 2N7002, выпаянные из материнской платы.

На цепочку ( R21 + Rx + Rcal ) по очереди подаётся отфильтрованное напряжение питания (Uavcc, 5V) и измеряется падение напряжения ( Usence ) на резисторах Rcal( R22 — R25 ).

Rx = Rcal * Uavcc / Usence – Rcal – R21

Сопротивления сток-исток открытых и закрытых транзисторов игнорируются.

Из всех измерений выбирается то, которое даёт наилучшую точность. Для этого прибор упрощённо вычисляет производную указанной функции. Учитывая, что разрядноть АЦП составляет 1024 единицы, достаточно вычислить изменение Rx при увеличении Usence на Uavcc/1024. Значение с наименьшим изменением принимается как самое точное.

Измерение ёмкости

Измерение ёмкости основано на измерении частоты колебаний LC-контура. Для этого неизвестная ёмкость включается параллельно с известной индуктивностью L1 и ёмкостью C1.

Собственная частота колебательного контура вычисляется как:

F = 1/ (2 * pi * sqrt ( L * C ) )

Разброс параметров деталей может значительно менять частоту колебаний, поэтому прямое измерение частоты не может дать достоверных результатов.
Прибор калибрует параметры измерения, используя компоненты L1,C1,C4.

Для этого прибор измеряет частоту колебательных контуров L1C1 и L1(C1+C4): Цепочка D4D5C12 позволяет подключать конденсатор C4 к колебательному контуру, меняя потенциал на выводе C1EN микроконтроллера.

Повышенные требования к точности предъявляются только к калибровочному конденсатору C4.

Частота колебательного контура L1C1:

F1 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * C1 ) )

Частота колебательного контура L1( C1 + C4 ):

F2 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * ( C1 + C4 ) ) )

Частота колебательного контура L1( C1 + Cx )

F3 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * ( C1 + Cx ) ) )

Из приведённых выше уравнений выводим значение Cx, зависящее только от C4:

Cx = C4 * ( F1 / F3 )^2 / ( F1 / F2 )^2

Калибровка прибора ( измерение F1 и F2 ) производится при переключении в режим измерения ёмкости, поэтому в этот момент к гнезду прибора ничего не должно быть подключено. Также можно повторно запустить калибровку с помощью кнопки установки нуля ( с пустым гнездом ). Калибровка прибора запоминается в EEPROM.

Значение ёмкости C1 не обязательно должно точно соответствовать значению, указанному в схеме. Вместо этого достаточно измерить C1 заведомо точным прибором и внести значение ёмкости в прошивку.

Измерение индуктивности

Измерение индуктивности основано на том же принципе, что и измерение ёмкости. Неизвестная индуктивность подключается последовательно с индуктивностью L1. 

Повышенные требования к точности предъявляются только к калибровочному конденсатору C4.

Частота колебательного контура L1C1:

F1 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * C1 ) )

Частота колебательного контура ( L1C1+С4 ):

F2 = 1 / ( 2 * pi * sqrt( L1 * ( C1 + C4 ) ) )

Частота колебательного контура (L1+Lx)C1:

F2 = 1 / ( 2 * pi * sqrt(  ( L1 + Lx ) * C1 ) )

Выводим формулу вычисления Lx, зависящую только от C4:

  Lx = ( ( F1/F3 ) ^2 – 1 ) * ( ( F2/F3 ) ^2 – 1 ) * ( 1/C4 ) * ( 1 / ( 4 * pi^2 * F1^2 )  ) 

Из-за особенностей схемы, калибровка режиме измерения индуктивности невозможна – она должна осуществляться в режиме измерения ёмкости. Поэтому перед самым первым использованием прибора, или для получения более точных результатов, необходимо кратковременно переключиться в режим измерения ёмкости. В дальнейшем, калибровка сохраняется в EEPROM.

Измерение ESR

Измерение ESR основано на измерении падения напряжения на неизвестном элементе при синусоидальном сигнале 100кГц. На такой частоте реактивное сопротивление конденсатора близко к нулю и может быть проигнорировано. Величина падения напряжения отражает активное сопротивление элемента.

Амплитуда подаваемого синусоидального сигнала не превышает 80мВ, что позволяет измерять ESR, не выпаивая конденсаторы из схемы. На таком напряжении кремниевые и германиевые переходы не открываются и не влияют на результат измерений. Однако следует иметь в виду, что низкое сопротивление не является фактом исправности конденсатора, так как измеряется общее сопротивление цепи, например – параллельно включенных конденсаторов. С другой стороны, высокое сопротивление скорее всего свидетельствует о неисправности.

Меандр 100кГц формируется микроконтроллером на выводе MOSI и проходит фильтр R28C24 R29C23 R30C25, который оставляет только синусоидальную гармонику 100кГц.

Эмиттерный повторитель Q1 формирует синусоидальный ток на цепочке R27 R14 TR1-1.

Параллельно обмотке TR1-1 включена цепочка R16C37Rx. Таким образом, сопротивление Rx влияет на ток, проходящий через первичную обмотку TR1.

Диоды D5, D7 и конденсатор C16 используются для защиты прибора при подключении к схеме с заряженными конденсаторами.

Резистор R37 нужен для того, чтобы исключить паразитное влияние колебательного контура, образованного конденсатором C16, обмоткой трансформатора и проводами щупов. Вводя дополнительное сопротивление, мы снижаем “добротность” контура и амплитуду резонанса.

Усиленное с помощью трансформатора напряжение выпрямляется цепочкой D8C17 и усиливается операционными усилителями U5:A b U5:B в 3 и (3*21) раз. Первое значение используется для измерения больших значений сопротивления ( > 3 Ом ), второе – малых.

В приборе применяется импульсный трансформатор WYEE-16C из дежурной части блока питания компьютера Codegen-300X, взятый без перемотки.

Измеряемое сопротивление нелинейно влияет на ток, проходящий через обмотку TR1. Также на измеренные напряжения на выходе сильно влияет трансформатор и разброс параметров деталей. Поэтому прибор калибруется по набору известных сопротивлений. Калибровка сохраняется в EEPROM.

Питание

Кратковременное нажатие на кнопку SW5 подаёт питание на прибор, после чего микроконтроллер поддерживает подачу питания с помощью герконового реле RL1. Прибор автоматически отключается после 5 минут неактивности, если к гнёздам ничего не подключено, или через 15 мин, если подключено.

Для принудительного выключения питания необходимо нажать и удерживать SW5, пока экран не погаснет.

Прибор измеряет напряжение батарей ( для индикации разряда ) через резистор RV3.

Плата и схема приведены для варианта с питанием от 9В батареи. В реальном приборе я решил использовать три AA аккумулятора. В этом случае вместо 78L05 ставится перемычка, а стабильное 5В питание подаётся с преобразователя, собранного на mc34063.

Замыкающие контакты реле в этом случае должны стоять в цепи “+” с аккумуляторов.
Также необходимо подать “+” аккумуляторов после контактов реле на вывод 3 RV3

Настройка прибора

Для настройки прибора понадобится осциллограф и RS232-TLL кабель, а также набор калибровочных резисторов номиналами 0.1 Ом ( 3 шт), 0.2, 0.3, 0.6, 1.0, 2.2, 3.6,  4.7, 6.6 и 10 Ом.

Настройка измерения активного сопротивления

Настройка измерения активного сопротивления сводится к проверке наличия открывающих импульсов gate полевых транзисторов.

К резисторам R21-R25 предъявляются повышенные требования по точности, но точное соответствие сопротивления значениям, указанным в схеме, не требуется. Вместо этого достаточно измерить имеющиеся резисторы заведомо точным прибором, и указать измеренные значения сопротивлений в прошивке.

Настройка измерения ёмкости

Необходимо убедиться, что на выходе микросхемы U1 присутствует меандр, частота которого зависит от подключенной ёмкости.

Настройка измерения индуктивности

Необходимо убедиться, что на выходе микросхемы U1 присутствует меандр, частота которого зависит от подключенной индуктивности. 

Настройка измерения ESR

Настройка режима ESR – наиболее сложная.

1.Подключаем кабель RS232-TTL к разъему J6.

2. Переключаем SW4 в положение “Включено”. 
На ножке 19 U4 устанавливается “0”, прибор переходит в режим “ESR”. На терминале отображаются строки:

MODEESR: ….

3. Осциллографом проверяем наличие импульсов меандра 100кГц на ножке 17 U4 ( пачки по 0.5 сек с паузой в 1 сек).

 

4. После прохождения через фильтр R28C24 R29C23 R30C25 импульсы превращаются в почти синусоиду.

и подаются на базу транзистора Q1 через делитель R15R33, который должен быть подобран так, чтобы при подключении к щупам резистора 10 Ом нижняя точка синусоиды немного превышала напряжение открытия транзиcтора (~600мВ), а амплитуда сигнала на базе создавала на резисторе R14 колебания размахом ~80мВ.

4. Проверяем наличие синусоиды на второй обмотке трансформатора.

6. Проводим калибровку операционных усилителей.

Щупы ESR метра закорачиваем. Регулируем напряжение смещения U5:A резистором RV1. Добиваемся, чтобы при появлении импульсов синусоиды, напряжение на выходе 1 U5:A поднималось до ~300 мВ.

7. После этого проводим такую же регулировку усилителя U5:B резистором RV2, контролируя выход 7 осциллографом.

8. Подключаем щупы ESR метра к калибровочному резистору с сопротивлением 10 Ом ( это верхний предел измерений прибора ).
При появлении импульсов, напряжение на выходе 1 U5:A должно подниматься до уровня ~3.5В. Если напряжение превышает 3.7В, то необходимо подобрать коэффициент усиления, задаваемый сопротивлениями R20R13.

Резисторы R32R18R31 задают коэффициент усиления второго усилителя, который используется при измерении малых значений сопротивлений.

В оригинальной схеме используются коэффициенты усиления 3 и 21. Если они будут меняться – нужно поправить константу ESR2_MUL = 21/3 в прошивке.

9. Подключая разные известные сопротивления к щупам ESR метра, нужно убедиться, что меньшим значениям сопротивлений соответсвуют меньшие значения напряжений на выходе 1 U5:A, и наоборот ( зависимость нелинейная ).

10. Начинаем программную калибровку прибора.
Щупы ESR метра закорачиваем и нажимаем кнопку SB1 (удерживаем 1 сек). Прибор запоминает напряжения на линиях ESR1 и ESR2. Они отображаются в терминале как zero=… и должны быть в пределах 10-200, если уровни на выходах операционных усилителей были корректно настроены.

MODEESR: ESR1=67(zero:67)
ESR2=21(zero:20)
ESR=1
res*1000=0

 

11. Подключаем калибровочное сопротивление 0.05 Ом (два резистора 0.1 параллельно), в терминале посылаем символы “c”, “a”. Таким образом прибор запоминает калибровочные значения для сопротивления 0.1 Ом в EEPROM. В ответ выводится текст:

Done: xx

 
И распечатывается таблица калибровки. Это же повторяем для остальных калибровочных резисторов, соответственно нажимая “c”, “b”,  ”c”,”d” и т.д. Номиналы калибровочных резисторов можно поменять в прошивке в таблице s_ESR_CAL_R.

По завершению по полученным значениям неплохо бы построить график, чтобы убедиться, что всё “похоже на правду”. У меня получилось так:

 

Заливка прошивки

Заливка прошивки осуществляется через разъём J3 (нестандарный формат под мой программатор).  При программировании необходимо переключить прибор в любой режим, отличный от ESR, и удерживать кнопку включения питания всё время.

Повторение схемы и используемые детали

Я разрабатывал схему под себя, поэтому в ней используются детали, которые у меня были, или которые мне было проще достать. В частности, в приборе используется специфичный LCD индикатор с контроллером mpd7225, взятый из поломанного магнитофона Sony. Очевидно, что при повторении схемы его стоит заменить на любой другой 8-ми сегментный индикатор с интерфейсом SPI, и заменить процедуры общения с индикатором в прошивке( файлы LCD_D7225.h , LCD_D7225.c ). Также можно убрать цепочки R9-R12, D1-D3, U3, служащие для согласования уровней 5V-3.3V.

 

Файлы:
Исходники проекта

Все вопросы в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?