В статье описывается аналог измерителя емкости и ЭПС электролитических конденсаторов, опубликованного здесь, сконструированный в формате пробника аналогично миллиомметру. Кроме того, в нем применен более современный и менее дорогой микроконтроллер PIC16F690. Все параметры и возможности прибора, а так же, порядок работы с ним ничем не отличаются от второй версии прибора.
Схема устройства приведена на рисунке ниже.
Остановимся только на отличиях от схемы второй версии. Входные цепи защиты не претерпели никаких изменений. Изменены номиналы резисторов R6, R7 на более «ходовые» при сохранении коэффициента усиления ОУ. Из-за ограниченного количества портов ввода-вывода примененного МК пришлось организовать питание ОУ через ключ на транзисторе VT2, который остается открытым при наличии отрицательных импульсов на выводе 10 МК (порт RB7) от системы динамической индикации. Благодаря элементам R14, VD4, C3, R8 при наличии этих импульсов на затворе VT2 поддерживается напряжение менее 1В, достаточное для удержания его в открытом состоянии, и на ОУ поступает питание 3.3 Вольт. В спящем режиме на выводе 10 МК присутствует высокий потенциал, ключ VT2 закрывается и, тем самым, ОУ не потребляет тока от батареи.
По той же причине нехватки выводов МК роль входа АЦП, подключенного ко входу прибора непосредственно, минуя ОУ (требуется для анализа условий выхода из спящего режима), выполняет порт RA4 (AN3) через резисторы R1, R10.
Индикатор подключен к МК непосредственно (обоснование корректности такого подключения для данной схемы организации динамической индикации дано в первой версии прибора). Измерение напряжения питания (RC0/AN4) и определение типа индикатора аналогичны упомянутому выше миллиомметру.
Это, пожалуй, все отличия в работе схемы данного прибора от второй версии.
Все детали устройства, включая щуп XN1, установлены на печатной плате размерами 35 на 93 миллиметра, изготовленного из фольгированного стеклотекстолита с односторонней металлизацией. Рисунок и расположение элементов со стороны металлизации и схема расположения элементов с противоположной стороны даны ниже.
Конструкция щупов повторяет оную отсюда. При замене ОУ на MCP602 увеличится погрешность измерения ЭПС емкостей менее 4.7 мкФ. Транзистор VT2 можно заменить на AO3401. Резисторы R5 – R7, R9 и R11 должны быть с допуском не хуже 1%. Для уменьшения пульсаций по питанию, дроссели L1 и L2 следует устанавливать на плате так, чтобы плоскости их витков были взаимно перпендикулярны. Индикатор может быть как с ОА, так и с ОК.
Фотографии собранного устройства.
Программа МК написана на языке C и оттранслирована в среде MikroC.
В прилагаемом архиве исходники кода и платы, а так же Proteus модель.
Описание работы прибора
РЕЖИМ ОЖИДАНИЯ. При неподключенных щупах прибор переходит в режим ожидания и на экране попеременно загораются средние сегменты 2-го и 3-го разрядов. В этом режиме, через 8 секунд и далее, каждые 16 с, в течении 2 с индицируется напряжение батареи питания в виде “bAtt”+”uX.XX” (здесь и далее запись вида “XXXX”+”YYYY” означает попеременную индикацию “XXXX” и “YYYY” с интервалом 0.5 с), где Х.ХХ – напряжение элемента питания. Если к прибору ничего не подключено в течении 60 с, он переходит в спящий режим (выключается) с полным гашением индикатора. В таком состоянии прибор может находиться сколь угодно долго, пока щупы не будут замкнуты между собой либо не будет к ним подключен измеряемый элемент.
РЕЖИМ ОЖИДАНИЯ+РАЗРЯЖЕННАЯ БАТАРЕЯ. Если напряжение батареи питания менее 1.1 В, слегка меняется первая индикация напряжения батареи через 8 с после перехода в режим ожидания – “bat.L”+”uX.XX”, а сразу после этого прибор «засыпает», то есть через 10, а не 60 секунд. При напряжении батареи менее 1.0 В, прибор выключается и включается только после замены элемента питания.
ИЗМЕРЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА. При подключении к щупам измеряемого конденсатора, на экране будут выводиться данные типа “cXX.X”+”rX.XX” (собственно, емкость и сопротивление). Первая часть может принимать следующие другие значения: “cXXX” – емкость 1 – 999 мкФ; “XXXX” – емкость 1000 – 9999 мкФ; “F.XXX” – емкость 0.01 – 0.999 Ф; “F.99ˉ” – емкость >0.999 Ф. Вторая часть может принимать следующие другие значения: “rXX.X” – при измерении применялся второй предел тока – 1 мА; “rXXX” - при измерении применялся третий предел тока – 0.1 мА. Все численные значения второй части означают сопротивление в Ом-ах. При слишком малой емкости или слишком большом сопротивлении выводится “c __”+”r99ˉ”.
ИЗМЕРЕНИЕ РЕЗИСТОРА. При подключении к щупам резистора, на экране будут выводиться данные типа “RES_”+”rX.XX”. Другие значения второй части аналогичны предыдущему случаю.
ВНУТРИСХЕМНЫЙ МИЛЛИОММЕТР. Если держать щупы замкнутыми (либо с подключенным резистором) непрерывно в течении 30 сек, то прибор начнет индицировать сообщение типа “dir_” + “_rES”, что означает переход в режим измерения малых сопротивлений при постоянном измерительном токе. Переход в этот режим происходит при размыкании щупов не позднее 4 секунд после появления сообщения. Смены величин каждую секунду здесь не происходит, непрерывно индицируется измеряемое сопротивление. В этом режиме стабильность и точность измерения выше. Измерительный ток 10 мА подается на щупы постоянно (если они разомкнуты, ток течет через диоды VD1, VD2). При этом на результат практически не влияют емкости, подключенные параллельно измеряемой цепи, а так же, при измерении активного сопротивления катушек и трансформаторов, их индуктивность. Диапазон измерений 0.00 – 9.00 Ом, при превышении его прибор индицирует “r.99ˉ”. В этом режиме работа прибора аналогична работе миллиомметра, только дискретность измерений не 1 мОм, а только 10 мОм, но больше предел измерений – 9 Ом против 3.6 Ом. Выход из режима происходит при нахождении прибора с разомкнутыми щупами в течении двух минут.
КАЛИБРОВКА. Этот режим включается, если при появлении сообщения “dir_” + “_rES” из предыдущего пункта не размыкать щупы более 4 секунд. Надпись на две секунды сменяется на “CALI”+”CALI“ (что означает несменяемую надпись), затем, приглашение разомкнуть щупы “OPEn”+”Prob” (Open probes). Если после этого не размыкать щупы в течении 10 с, происходит аварийный выход (“CALI” + “Err_” на 2 с) и переход прибора в спящий режим с выходом по размыканию, так как, это интерпретируется как случайное замыкание щупов во время хранения. Если же вовремя разомкнуть щупы, то через 3 с прибор предложит их опять замкнуть: “CLOS”+”Prob” (Close probes). Опять же, не позднее 10 с надо надежно замкнуть щупы прибора. В процессе калибровки во время размыкания щупов происходит калибровка первого предела тока (10 мА), а во время замыкания – вычисляется собственное сопротивление проводов и щупов, которое потом будет вычитаться от измеренного значения ESR/R. Если в последнем случае не замыкать щупы более 10 секунд, сопротивление щупов сохранится как нулевое. Далее, происходит переход в режим коррекции показаний значения емкости до 20% с шагом 1% как в большую, так и в меньшую стороны. После 3-х секундного уведомления о режиме ("c.Cor"+"c.Cor") высвечивается текущее значение коррекции в процентах (0+- 1....20), тоже на 3 секунды, после чего предлагается разъединить щупы - “OPEn”+”Prob” (Open probes). Если этого не делать шесть секунд, выходим из режима не меняя текущего значения. При размыкании же щупов, значение коэффициента ежесекундно меняется по кругу пробегая от -20 до 20 с шагом 1. Для изменения значения коррекции нужно замкнуть щупы в момент индикации нужного значения. Если ничего не делать в течении 2 минут, процесс заканчивается с исходным коэффициентом. Значение по умолчанию 0%. Необходимое значение коэффициента рассчитывается путем измерения эталонной емкости. Результат калибровки записывается в EEPROM (энергонезависимой памяти) и сохраняется даже при отключении батареи питания.
ИЗМЕРЕНИЕ ИОНИСТОРОВ. Особенность возникает при подключении к прибору заряженного ионистора. Предположим, к прибору подключен ионистор емкостью 0.47 Ф, заряженный до 4 В (не забываем про предельную энергию в 10 Дж!). Разряд его прибором до требуемых для начала измерения 50мВ займет примерно 10 с! В это время прибор информирует пользователя о процессе разряда ионистора: “ion_”+”Uˉ-_”. Однако, здесь есть один нюанс: прибор сможет определить подключенный заряженный ионистор только если его положительный вывод соединен с верхним по схеме контактом входного разъема S1, а отрицательный – с нижним. В противном случае, прибор определит его как резистор с нулевым сопротивлением. При этом, все равно, примерно через 15 - 20 с ионистор разрядится и прибор измерит его параметры. Это единственный случай, когда для устройства имеет значение полярность подключения щупов, хотя корректная работа прибора сохраняется в любом случае.
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
DD1 | МК PIC 8-бит | PIC16F690 | 1 | DIP | Поиск в магазине Отрон | |
DA1 | Операционный усилитель | MCP6022 | 1 | SOP-8 | Поиск в магазине Отрон | |
DA2 | DC-DC | NCP1402SN33 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
HL1 | Индикатор | FYQ3641BH | 1 | FYQ3641AH | Поиск в магазине Отрон | |
VT1 | MOSFET-транзистор | IRLML2502 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT2 | MOSFET-транзистор | IRLML6401 | 1 | AO3401 | Поиск в магазине Отрон | |
VD1, VD2 | Выпрямительный диод | HER508 | 2 | HER507 | Поиск в магазине Отрон | |
VD3 | Стабилитрон | 1N4728A | 1 | 3 - 3.9 V | Поиск в магазине Отрон | |
VD4 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD5, VD6 | Диод Шоттки | 1N5817 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
L1 | Дроссель | 47 мкГн | 1 | 47 - 68 мкГн | Поиск в магазине Отрон | |
L2 | Дроссель | 33 мкГн | 1 | > 33 | Поиск в магазине Отрон | |
C1 | Конденсатор | 1500 пФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C2 | Конденсатор | 47 пФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C3, C5, C8 | Конденсатор | 1 мкФ | 3 | SMD 1206 | Поиск в магазине Отрон | |
C4 | Конденсатор | 10 мкФ | 1 | SMD 120ò | Поиск в магазине Отрон | |
C6 | Электролитический конденсатор | 220 мкФ 10В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C7 | Электролитический конденсатор | 47 мкФ 10В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R1 | Резистор | 3.3 Ом 5Вт | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R2 | Резистор | 680 Ом 1Вт | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R3 | Резистор | 1.2 МОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R4 | Резистор | 100 Ом | 1 | SMD 0805 | Поиск в магазине Отрон | |
R5 | Резистор | 2 Ом 0.5 Вт | 1 | 0.5 % | Поиск в магазине Отрон | |
R6 | Резистор | 1.5 кОм | 1 | 0.5 % | Поиск в магазине Отрон | |
R7 | Резистор | 47 кОм | 1 | 0.5 % | Поиск в магазине Отрон | |
R8 | Резистор | 300 кОм | 1 | SMD 0805 | Поиск в магазине Отрон | |
R9 | Резистор | 33 кОм | 1 | 0.5 % | Поиск в магазине Отрон | |
R10 | Резистор | 220 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R11 | Резистор | 3.3 кОм | 1 | 0.5 % | Поиск в магазине Отрон | |
R12 | Резистор | 82 кОм | 1 | SMD 0805 | Поиск в магазине Отрон | |
R13 | Резистор | 1 кОм | 1 | SMD 0805 | Поиск в магазине Отрон | |
R14 | Резистор | 330 Ом | 1 | SMD 0805 | Поиск в магазине Отрон | |
R15 | Резистор | 10 кОм | 1 | SMD 0805 | Поиск в магазине Отрон | |
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- esr-3(1).rar (74 Кб)
Комментарии (71) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
[Автор]
Первый вариант на 873 собрал все работает. Я так понял что фьюзы прописаны в прошивке и ничего не нужно изменять. Спасибо.
Какие вы устанавливали фьюзы, под какой прогой, какая прошивка? Уже печатку двустороннюю сделал. Детали все закупил, а тут проблема. Поделитесь информацией пожалуйста.
[Автор]
[Автор]
Ищите где-то косяк!
Посмотрел исходный код, там U_bat = (long)U_bat * 330 / 1024 + 2; что близко к правде.
Немного непонятно, зачем так сделано.
Программа picpro -i esr_cap_3_1sec_int.hex --pic_type=16f690 -p /dev/ttyUSB0 не
Прежде чем программировать новый чип, должны ли мы стереть все настройки чипа?
И я не знаю, какие ПРЕДОХРАНИТЕЛИ мне следует использовать. Можете ли вы объяснить больше о ПРЕДОХРАНИТЕЛЯХ?
Спасибо.
100мк-74, 10мк-8,4.Прецизионные резисторы 1% ,кроме R11 и R12 (2k2 +1K)подбирал мультиметром.
Пробовал R5 изменить 1000мк правильно, а ниже
врет. Изменял R6 показывает правильно ,но резисторы врет. Если откалибровать снова емкости врет. Прошивка 1 сек .Контролер SOP. Операционник MCP6022,Преобразователь выдает 3,27в.
Может MCP брак .тогда почему резисторы измеряет правильно. Емкости контрольные измерял RICHMETERS 113D и esr от Мирона. Буду рад любой помощи.
Запитал от 3.3В, перепрошил МК с 1сек на 0,5сек. Заменил IRML2502 (GGR37) стоял GHUX7.
Сейчас нечего подкинуть вместо MCP6022, может в ней дело. Как миллиомметр работает бесподобно, резистор 0.05 ома берет свободно.
Еще интересно что напряжение батарейки показывает 2,5в.Прошиваю winpic800 + extrapic.
Выдает ошибку по адресу 0002100. Должно быть 000ff по факту 00000. Вы чем прошивали?
[Автор]
1. Хорошо отмыть плату от грязи и флюса.
2. Родключить между катодом (-) VD5 и корпусом (минусом питания) резистор 470 кОм.
Видимо, есть утечка между +3.3В и 16 выводом МК.
[Автор]
После замены ОУ и калибровки-вроде как и ничего не делал.1000м-845 100м-83 10м-8,4.С такой точностью это уже даже не пробник. К ЭПС вопросов
нет, проблема к точности измерения емкости.
[Автор]
Ладно. Наверное, включу в калибровку возможность коррекции показаний емкости на, скажем, +-20 %. тогда каждый сможет подкрутить как ему кажется верным. Линейность показаний у Вас вроде хорошая...
[Автор]
[Автор]
Возможно примерно так реализовать:
f_indbat = 1;
if (f_anode=1) {
// для индикатора с общим анодом
TRISB = 0x00; //
TRISC = 0x00; // IND OFF
}
esle{ //если это хорошо работает для индикатора с общим катодом
TRISB = 0xFF;
TRISC = 0xFF;
}
[Автор]
if(!f_anode) TRISB = 0xFF; // IND OFF
else {Portb_save = PORTB; //
PORTB = 0; //
}
Наверное, придется приобрести индикатор с ОА и самому проверить...
А пока всем рекомендую применять индикаторы с буквой А (ОК)
Благодарю Вас, что не поленились проверить прошивку.
[Автор]
P.S. Уже проверил с индикатором с ОК, надо проверить с ОА.
[Автор]
P.S. как изменю прикрепленный к статье файл, сообщу.
[Автор]
Устранены проблемы с корректной индикацией напряжения батареи питания для индикаторов с ОА.
Так же напоминаю, что в калибровку добавлена возможность коррекции показаний емкости на +-20% с шагом в 1%.
Даже если это будет уже другой Ваш проект.
Было-бы здорово, чтобы прибор мог измерить хотя-бы от 1nF
Спасибо за Вашу работу !!!
Да и R13 для чего? Можно затвор напрямую на ногу подключить. Ну или ом через 10-100 как везде встречается.
[Автор]
2. Ставьте тантал если нравится, но и как есть нормально работает.
3. Сопротивление канала для VT2 не критично и вариантов замены его уйма.
4. Высоковольтные диоды в защите не прихоть - у низковольтных слишком малое прямое падение напряжения при микротоках и возможно влияние на результат при измерении.
Есть нюансы, уважаемый, и кроме тупо предельных параметров...
[Автор]
2. Ставьте тантал если нравится, но и как есть нормально работает.
3. Сопротивление канала для VT2 не критично и вариантов замены его уйма.
4. Высоковольтные диоды в защите не прихоть - у низковольтных слишком малое прямое падение напряжения при микротоках и возможно влияние на результат при измерении.
Есть нюансы, уважаемый, и кроме тупо предельных параметров...
PS. И R13 такого номинала, чтобы заведомо защитить порт МК при пробое VT1 экстремально высоким (>1000 В) напряжением на входе, например.
2. Понятно.
3. Понятно.
4. Ну если как перестраховка то согласен.
5. Ну 1к при 1000в пациента пожалуй не спасет. Тем более, что обязательно найдутся умельцы и спалят при любых обстоятельствах :) И как перестраховка тоже согласен.
По резистору R3 вопрос - с каким допуском?
По С1 - это случайно не тот тип (Y), что ставят по сетевому питанию на землю и как связь с выходом в импульсных блоках - очень похож по виду.
Спасибо за ответы.
[Автор]
Кондер может и такой, не знаю. Главное на 500 В
Развел плату на своих деталях. Все smd кроме этого кондера, защитных диодов и индикатора. Получилось 29х73 мм. По ширине не особо выигрыш (определяется входной защитой), а вот по длине... Просто вставить то можно в любой корпус, какой по размеру будет удобен в пользовании. Тем более, что его можно вырастить из пластмассы. Приедет процессор накидаю на макет, а потом сделаю плату если все получиться. И по выбору батареи - правильная тема - теперешний мелкий литий и полимер особенно весь китайский и зачастую (почти всегда) такое барахло.
1N5822 - 0,00878
1N5821 - 0,00415
1N5819 - 0,01385
BAT54 - 0,03047
MUR420 - 0,234
FR607 - 0,196
HER308 - 0,204
STTH3R02 - 0,226
Д220A - 0,279
Д20 - 0,02
1N4007 - 0,291
1N4148 - 0,228
КД512А - 0,318
Поставлю SM5819. :)
Но старичок Д20 для таких дел очень даже.
Точка в самом старшем разряде используется только для индикации предельных показаний и информационных надписей? Или она задействована при измерениях еще? Вроде в процессе измерений активны точки только во втором и третьем разрядах, а при пределах появляется ещё буква. И по описанию понятно и без старшей децимальной точки что на индикаторе даже если ее не будет.
2. На макете все работает. Что с диодом BAT54, что c 5819 показывает напряжение батареи 1,52 вольта. Хотя по факту напряжение 1,486 вольта (замер мультиметром PM2525 PHILIPS). Когда ставлю 4148 - показывает 1,41 вольта. Ошибка в 0,034 вольта - да и фиг с ней. Вообще не важно. Возможно на это влияет тип индикатора - он у меня другой. Однако, заморочившись с размером, я заложил батарею АААА. Соответственно емкость меньше и на всякий добавил выключатель питания. Хотя в спящем режиме у меня потребление 31 микроампер.
Утечка у танталов много меньше, чем у электролитов обычных. А сейчас они вообще неизвестно кем и из чего деланные как правило.
А преобразователь работает то постоянно. Однако помехи дует преобразователь большие. Для измерительного прибора - плохо. Тем более, что на низких напряжениях все измерения.
По этой причине дроссель по питаю таки остался - до и после него по 100 мкф танталы поставил. Добавил керамику на процессор и операционник,
VD4 и VD5 так и поставил BAT54, все сделал в SMD исполнении. Из выводных деталей остался только индикатор :)
3. Тем кто будет делать свою плату внимательно отнеситесь к разводке общего проводника, чтобы избежать наводок на измерительный контур.
4. При измерении на платах происходит замер двух параллельных емкостей, разделенных дросселем. Особенно если в дросселе мало витков и он намотан толстым проводом. По этому хочешь или нет, а выпаивать что-то одно придется - если досконально все проверять.
[Автор]
Авторский код не легкий, написан с серьёзным подходом.
[Автор]