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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Microfaradómetro. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El artículo describe un medidor de capacitancia para capacitores no polares y de óxido, basado en el microcontrolador PIC16F876A. Rango de medida de capacitancia - 1...999 103 uF - dividido en dos sub-rangos. Los resultados de la medición se indican mediante un indicador digital LED de tres dígitos con ajuste automático del punto decimal. Algún efecto de la resistencia en serie equivalente sobre la precisión de la medición en un límite más alto se compensa calibrando el instrumento. En la práctica de la radioafición, la necesidad de medir grandes valores de capacitancia eléctrica es obvia. Muchos multímetros modernos tienen la función de medir la capacitancia de un capacitor, su límite superior no supera los 20-100 μF, y cuando el rango supera el límite, la precisión de la medición se reduce significativamente [1]. Los medidores RLC profesionales miden capacitancia de hasta 1 F o más [2], pero debido a su alto costo, no están ampliamente disponibles para la mayoría de los radioaficionados. La revista "Radio" describe varios dispositivos para medir la capacitancia de los condensadores de óxido [3,4]; generalmente están diseñados en forma de prefijos y se basan en métodos indirectos de medición. Al mismo tiempo, utilizando la base elemental moderna y las relaciones físicas básicas, es posible construir un dispositivo simple con características metrológicas suficientemente altas. El dispositivo propuesto utiliza el principio de proporcionalidad de la carga Q de la capacitancia eléctrica C a un valor fijo de tensión U: C = Q/U; donde Q = It. A su vez, a una corriente de carga dada, la carga del capacitor es proporcional al tiempo de flujo de la corriente de carga [5]. características técnicas Rango de medida, µF .. .1...999 103
El dispositivo se basa en el microcontrolador PIC16F876A [6], que realiza todas las funciones principales: controlar el proceso de medición, calcular sus resultados y mostrar el valor obtenido de la capacitancia medida en el indicador.
El diagrama esquemático del dispositivo se muestra en la fig. 1. El microcontrolador DD1 funciona de acuerdo con el programa, cuyos códigos se dan en la tabla. Después de encender la alimentación e inicializar el microcontrolador, el dispositivo funciona en modo automático. La salida RA0 está configurada como entrada del comparador, RA3 es la entrada del voltaje de referencia del comparador, RCO, RC1 son las salidas para controlar las fuentes de corriente de carga, RC2 es la salida para encender la descarga del capacitor medido . El ciclo de medición comienza con la descarga del capacitor a través del transistor VT2 y la resistencia R5. Luego, la fuente de la corriente de carga se enciende, igual a 1 mA, en el transistor VT3 [5]. El voltaje a través del capacitor comienza a aumentar. Cuando alcanza un valor de aproximadamente 1 V, igual al voltaje de referencia en la entrada RA3, el microcontrolador DD1 detiene el proceso de carga y fija su duración. Si el voltaje en el capacitor medido no alcanza el ejemplar dentro de 1,2 s, se produce la transición al límite de medición más alto: se enciende la fuente de corriente, igual a 1 A, en el transistor VT1, la indicación "x1000" y el se repite la medición. Luego, el microcontrolador calcula el valor de la capacitancia medida a partir del tiempo de carga, la corriente de carga y el voltaje a través del capacitor, teniendo en cuenta el límite de medición y el coeficiente de calibración correspondiente. El ciclo de medición se repite periódicamente. La indicación dinámica de los resultados se organiza en un indicador LED de tres dígitos HG1-HG3, transistores VT5-VT7 y puertos de microcontrolador RC3-RC5, RBO-RB7 según el esquema clásico. Los botones SB1-SB3, conectados a los puertos RA1, RA2, RA5, se utilizan para ingresar coeficientes de calibración al configurar y verificar el instrumento. Botón "Modo": ingrese al modo de calibración, seleccione el coeficiente, cambie al modo de medición. Botones "+" y "-": configuran el valor del coeficiente seleccionado en el rango de 1 a 255. El coeficiente de calibración para el rango "uF" se muestra sin puntos decimales, para "uFx1000" - con una coma en las unidades lugar. Los valores establecidos se registran automáticamente en la memoria del microcontrolador, se almacenan allí después de que se apaga la alimentación y se leen cuando se enciende el dispositivo. El código fuente del programa de control está escrito en lenguaje C en el entorno de programación MPLAB IDE versión 6.5 [7] equipado con el compilador PICC versión 8.05PL1 [8].
Estructuralmente, el dispositivo está diseñado en un estuche del multímetro M838 (ver foto en la Fig. 2). Se utiliza un rectificador externo (en un enchufe de red) para la fuente de alimentación, proporcionando un voltaje de salida de 9 ... 12 V a una corriente de hasta 1 A. Entre los disponibles para la venta, por ejemplo, BP7N-12-1000 es apropiado. El regulador de voltaje DA1 está instalado en la placa del dispositivo. Es necesario soldar los cables del condensador de óxido C1 con una capacidad de al menos 2 microfaradios para un voltaje de 1 V a las almohadillas de contacto X1000, X16.Se llevará a cabo en el compartimiento de la batería de la caja del instrumento.
Placa de circuito impreso del medidor: con cableado impreso de doble cara y disposición de piezas de doble cara; sus dimensiones principales se muestran en la fig. 3. En la fig. 4, y desde el lado de la instalación del microcircuito y los transistores, en la fig. 5. Para formar vías en la placa, se perforaron orificios con un diámetro de 0,5 mm, en los que se remacharon y soldaron segmentos de cables de resistencias MLT-0,25. El microcontrolador DD1 debe instalarse en la placa del dispositivo en un panel con clips de resorte. La apariencia del tablero montado se muestra en la foto fig. 6, 7
El dispositivo utiliza resistencias MLT o similares; resistencia R5: de un cable de manganina con un diámetro de 1 mm y una longitud de 15 mm, puede usar un sensor de corriente de un multímetro M838. La mayoría de los condensadores son KM, serie K10-17, óxido - K53-4, K53-14, K52-1 y C1 (1000 uF) - K50-35. Resonador de cuarzo: a una frecuencia de 10 ... 12 MHz en el paquete NS-49. Botones: reloj pequeño SWT2, TS-A1PS-130. Los indicadores LED TR319 se pueden reemplazar por cualquier otro con el mismo pinout, como SA05-11HWA. El transistor VT2 es un potente transistor de campo con una corriente de drenaje de al menos 10 A y una resistencia de fuente de drenaje de no más de 0,1 ohmios. Los terminales ХЗ, Х4 son similares a los utilizados en el multímetro M838. El estabilizador DA1 y el transistor VT1 están instalados en disipadores de calor de placa con un área de 12 y 5 cm2, respectivamente.
La configuración del dispositivo comienza antes de que se instale el microcontrolador en el panel de la placa. Encienda la alimentación con el interruptor SA1 y verifique la presencia y corrección de la tensión de alimentación de 5 V a los contactos del panel del microcontrolador. El voltaje en los pines 1-3, 7 debe ser aproximadamente igual al voltaje de suministro, en los pines 14-16 alrededor de 4 V y en los pines 21-28 el voltaje es cercano a cero. Luego verifican la operatividad de los botones SB1-SB3: al presionarlos, controlan la aparición de un nivel bajo en las entradas RA1, RA2, RA5. Los circuitos de indicación dinámica se verifican conectando en serie un cable común a los terminales correspondientes de los puertos RBO-RB7 y RC3-RC5: en este caso, se observa el brillo de los segmentos especificados en el dígito seleccionado. Las fuentes de corriente se encienden a su vez aplicando un nivel bajo a los contactos 11, 12, mientras que el amperímetro debe conectarse a los enchufes X4, X0 en lugar del capacitor medido. Cuando se enciende a través del circuito RC0,5, la corriente debe estar en el rango de 1 ... 1 mA; ya través del circuito RC0,5 - 1 ... 1 A. El circuito de descarga se verifica con una fuente de corriente de 5 A encendida aplicando un voltaje de +13 V al pin 4. Las lecturas del voltímetro conectado a los enchufes XXNUMX, XXNUMX debe caer a cero. Además, después de apagar la alimentación, inserte el microcontrolador programado en el panel y encienda el dispositivo. La pantalla debe mostrar lecturas cercanas a cero, el indicador "Ciclo" (HL1) se enciende de forma intermitente y el indicador "x1000" (HL2) no se enciende. Ahora puede realizar mediciones de prueba para evaluar el rendimiento del dispositivo en su conjunto. Los resultados obtenidos pueden diferir significativamente de los verdaderos debido a la gran dispersión en los parámetros de las fuentes de corriente, el error al establecer el voltaje de referencia, el error del comparador, la frecuencia del resonador de cuarzo instalado y una serie de otros menos notables. factores Se requiere calibración del instrumento. Para calibrar el medidor, debe tener cuatro capacitores de referencia de diferentes clasificaciones: dos - para el rango "μF" con una capacidad de 100 ... 900 μF, dos - para el rango "μF x1000" con una capacidad de más de 10000 μF. Para determinar con precisión su capacidad, es recomendable utilizar un medidor industrial verificado o algún método indirecto. Al tomar medidas y cambiar los coeficientes de calibración de acuerdo con las lecturas del dispositivo, se igualan el valor real de la capacitancia de los capacitores de calibración y las lecturas del dispositivo. Después de la calibración, el instrumento está listo para usar. En el límite de medición más alto, las lecturas del instrumento dependen en cierta medida de la resistencia en serie equivalente (ESR) del capacitor medido; esto se expresa en una subestimación del verdadero valor de la capacitancia. Para garantizar que el error del dispositivo no supere el valor especificado, el EPS no debe superar los 0,1 ohmios. Para capacitores de óxido útiles con una capacidad de más de 1000 μF, el valor estadístico promedio de la ESR está dentro de estos límites [9], su efecto se compensa durante la calibración del dispositivo. Para una evaluación más objetiva del rendimiento de los condensadores de óxido, es necesaria una medición conjunta de la capacitancia y la ESR; este es el tema del próximo desarrollo. La experiencia con el medidor descrito mostró sus buenas características de consumo: precisión, estabilidad a largo plazo de las lecturas, facilidad de uso. Le permite realizar las mediciones necesarias que surgen durante el desarrollo, fabricación y reparación de equipos electrónicos. El programa del microcontrolador se puede descargar por lo tanto. Literatura
Autor: A. Topnikov, Uglich, región de Yaroslavl; Publicación: radioradar.net
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