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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Microfaradomètre. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure L'article décrit un capacimètre pour condensateurs non polaires et à oxyde, basé sur le microcontrôleur PIC16F876A. Plage de mesure de capacité - 1...999 103 uF - divisé en deux sous-gammes. Les résultats de mesure sont indiqués par un indicateur numérique à LED à trois chiffres avec réglage automatique du point décimal. Certains effets de la résistance série équivalente sur la précision de mesure à une limite supérieure sont compensés par l'étalonnage de l'instrument. Dans la pratique de la radioamateur, la nécessité de mesurer de grandes valeurs de capacité électrique est évidente. De nombreux multimètres modernes ont pour fonction de mesurer la capacité d'un condensateur, leur limite supérieure ne dépasse pas 20-100 μF, et lorsque la plage dépasse la limite, la précision de mesure est considérablement réduite [1]. Les compteurs RLC professionnels mesurent la capacité jusqu'à 1 F ou plus [2], mais en raison de leur coût élevé, ils ne sont pas facilement accessibles à la plupart des radioamateurs. Le magazine "Radio" décrit plusieurs appareils de mesure de la capacité des condensateurs à oxyde [3,4] ; ils sont généralement conçus sous la forme de préfixes et sont basés sur des méthodes de mesure indirectes. Dans le même temps, en utilisant la base élémentaire moderne et les relations physiques de base, il est possible de construire un appareil simple avec des caractéristiques métrologiques suffisamment élevées. Le dispositif proposé utilise le principe de proportionnalité de la charge Q de la capacité électrique C à une valeur de tension fixe U : C = Q/U ; où Q = Il. À son tour, à un courant de charge donné, la charge du condensateur est proportionnelle au temps de circulation du courant de charge [5]. caractéristiques techniques Plage de mesure, µF .. .1...999 103
L'appareil est basé sur le microcontrôleur PIC16F876A [6], qui remplit toutes les fonctions principales : contrôler le processus de mesure, calculer ses résultats et afficher la valeur obtenue de la capacité mesurée sur l'indicateur.
Le schéma de principe de l'appareil est illustré à la fig. 1. Le microcontrôleur DD1 fonctionne selon le programme dont les codes sont indiqués dans le tableau. Après mise sous tension et initialisation du microcontrôleur, l'appareil fonctionne en mode automatique. La sortie RA0 est configurée comme l'entrée du comparateur, RA3 est l'entrée de la tension de référence du comparateur, RCO, RC1 sont les sorties pour commander les sources de courant de charge, RC2 est la sortie pour commuter sur la décharge du condensateur mesuré . Le cycle de mesure commence par la décharge du condensateur à travers le transistor VT2 et la résistance R5. Puis la source du courant de charge est passante, égale à 1 mA, sur le transistor VT3 [5]. La tension aux bornes du condensateur commence à augmenter. Lorsqu'elle atteint une valeur d'environ 1 V, égale à la tension de référence à l'entrée RA3, le microcontrôleur DD1 arrête le processus de charge et fixe sa durée. Si la tension sur le condensateur mesuré n'atteint pas l'exemple en 1,2 s, le passage à la limite de mesure la plus haute se produit : la source de courant est allumée, égale à 1 A, sur le transistor VT1, l'indication "x1000" et la mesure est répétée. Ensuite, le microcontrôleur calcule la valeur de la capacité mesurée à partir du temps de charge, du courant de charge et de la tension aux bornes du condensateur, en tenant compte de la limite de mesure et du coefficient d'étalonnage correspondant. Le cycle de mesure est répété périodiquement. L'indication dynamique des résultats est organisée sur un indicateur LED à trois chiffres HG1-HG3, des transistors VT5-VT7 et des ports de microcontrôleur RC3-RC5, RBO-RB7 selon le schéma classique. Les boutons SB1-SB3, connectés aux ports RA1, RA2, RA5, sont utilisés pour entrer les coefficients d'étalonnage lors de la configuration et de la vérification de l'instrument. Bouton "Mode" - entrez dans le mode d'étalonnage, sélectionnez le coefficient, passez en mode de mesure. Boutons "+" et "-" - réglage de la valeur du coefficient sélectionné dans la plage de 1 à 255. Le coefficient d'étalonnage pour la plage "uF" est affiché sans point décimal, pour "uFx1000" - avec une virgule dans les unités place. Les valeurs définies sont automatiquement enregistrées dans la mémoire du microcontrôleur, y sont stockées après la mise hors tension et lues lors de la mise sous tension de l'appareil. Le code source du programme de contrôle est écrit en langage C dans l'environnement de programmation MPLAB IDE version 6.5 [7] équipé du compilateur PICC version 8.05PL1 [8].
Structurellement, l'appareil est conçu dans un boîtier du multimètre M838 (voir photo sur la Fig. 2). Un redresseur externe (dans une prise secteur) est utilisé pour l'alimentation électrique, fournissant une tension de sortie de 9 ... 12 V à un courant allant jusqu'à 1 A. Parmi ceux disponibles à la vente, par exemple, BP7N-12-1000 est propice. Le régulateur de tension DA1 est installé sur la carte de l'appareil. Il est nécessaire de souder les bornes du condensateur à oxyde C1 d'une capacité d'au moins 2 microfarads pour une tension de 1 V aux plots de contact X1000, X16.Cela aura lieu dans le compartiment pile du boîtier de l'instrument.
Carte de circuit imprimé du compteur - avec câblage imprimé double face et disposition des pièces double face; ses dimensions principales sont indiquées sur la fig. 3. Un schéma de la carte de circuit imprimé du côté de l'installation des indicateurs est illustré à la fig. 4, et du côté de l'installation du microcircuit et des transistors - sur la fig. 5. Pour former des vias dans la carte, des trous d'un diamètre de 0,5 mm ont été percés, dans lesquels des segments de conducteurs de résistances MLT-0,25 ont été rivetés et soudés. Le microcontrôleur DD1 doit être installé sur la carte de l'appareil dans un panneau avec des clips à ressort. L'apparence de la planche montée est illustrée sur la photo fig. 6, 7.
L'appareil utilise des résistances MLT ou similaires ; résistance R5 - à partir d'un fil de manganin d'un diamètre de 1 mm et d'une longueur de 15 mm, vous pouvez utiliser un capteur de courant d'un multimètre M838. La plupart des condensateurs sont KM, série K10-17, oxyde - K53-4, K53-14, K52-1 et C1 (1000 uF) - K50-35. Résonateur à quartz - à une fréquence de 10 ... 12 MHz dans le boîtier NS-49. Boutons - horloge de petite taille SWT2, TS-A1PS-130. Les indicateurs LED TR319 peuvent être remplacés par d'autres avec le même brochage, tels que SA05-11HWA. Le transistor VT2 est un transistor de champ puissant avec un courant de drain d'au moins 10 A et une résistance drain-source d'au plus 0,1 Ohm. Les bornes ХЗ, Х4 sont similaires à celles utilisées dans le multimètre M838. Le stabilisateur DA1 et le transistor VT1 sont installés sur des dissipateurs thermiques à plaques d'une superficie de 12 et 5 cm2, respectivement.
La configuration de l'appareil commence avant que le microcontrôleur ne soit installé dans le panneau de la carte. Mettez sous tension avec l'interrupteur SA1 et vérifiez la présence et l'exactitude de la tension d'alimentation de 5 V aux contacts du panneau du microcontrôleur. La tension sur les broches 1-3, 7 doit être approximativement égale à la tension d'alimentation, sur les broches 14-16 environ 4 V, et sur les broches 21-28, la tension est proche de zéro. Ensuite, ils vérifient le bon fonctionnement des boutons SB1-SB3 : en appuyant dessus, ils contrôlent l'apparition d'un niveau bas aux entrées RA1, RA2, RA5. Les circuits d'indication dynamique sont vérifiés en connectant en série un fil commun aux bornes correspondantes des ports RBO-RB7 et RC3-RC5 : dans ce cas, la lueur des segments spécifiés dans le chiffre sélectionné est observée. Les sources de courant sont allumées tour à tour en appliquant un niveau bas aux contacts 11, 12, tandis que l'ampèremètre doit être connecté aux prises X4, X0 à la place du condensateur mesuré. Lorsqu'il est allumé via le circuit RC0,5, le courant doit être compris entre 1 ... 1 mA; et à travers le circuit RC0,5 - 1 ... 1 A. Le circuit de décharge est vérifié avec une source de courant de 5 A activée en appliquant une tension de +13 V à la broche 4. Les lectures du voltmètre connecté aux prises XXNUMX, XXNUMX devrait tomber à zéro. De plus, après avoir coupé l'alimentation, insérez le microcontrôleur programmé dans le panneau et allumez l'appareil. L'écran doit afficher des lectures proches de zéro, l'indicateur "Cycle" (HL1) est allumé par intermittence et l'indicateur "x1000" (HL2) n'est pas allumé. Vous pouvez maintenant effectuer des mesures d'essai pour évaluer les performances de l'appareil dans son ensemble. Les résultats obtenus peuvent différer considérablement des vrais en raison de la grande dispersion des paramètres des sources de courant, de l'erreur de réglage de la tension de référence, de l'erreur du comparateur, de la fréquence du résonateur à quartz installé et d'un certain nombre d'autres moins perceptibles. les facteurs. Étalonnage de l'instrument requis. Pour calibrer le compteur, vous devez disposer de quatre condensateurs de référence de calibres différents: deux - pour la gamme "μF" d'une capacité de 100 ... 900 μF, deux - pour la gamme "μF x1000" d'une capacité supérieure à 10000 XNUMX μF. Pour déterminer avec précision leur capacité, il est conseillé d'utiliser un compteur industriel vérifié ou une méthode indirecte. En prenant des mesures et en modifiant les coefficients d'étalonnage en fonction des lectures de l'appareil, la vraie valeur de la capacité des condensateurs d'étalonnage et les lectures de l'appareil sont mises en correspondance. Après l'étalonnage, l'instrument est prêt à l'emploi. À la limite de mesure la plus élevée, les lectures de l'instrument dépendent dans une certaine mesure de la résistance série équivalente (ESR) du condensateur mesuré; cela se traduit par une sous-estimation de la vraie valeur de capacité. Pour garantir que l'erreur de l'appareil ne dépasse pas la valeur spécifiée, l'EPS ne doit pas dépasser 0,1 ohm. Pour les condensateurs à oxyde utilisables d'une capacité supérieure à 1000 μF, la valeur statistique moyenne de l'ESR se situe dans ces limites [9], son effet est compensé lors de l'étalonnage de l'appareil. Pour une évaluation plus objective des performances des condensateurs à oxyde, une mesure conjointe de la capacité et de l'ESR est nécessaire - c'est le sujet du prochain développement. L'expérience avec le compteur décrit a montré ses bonnes caractéristiques de consommation: précision, stabilité à long terme des lectures, facilité d'utilisation. Il vous permet d'effectuer les mesures nécessaires qui surviennent lors du développement, de la fabrication et de la réparation d'équipements électroniques. Le programme du microcontrôleur peut être téléchargé par conséquent,. littérature
Auteur : A. Topnikov, Ouglitch, région de Yaroslavl ; Publication : radioradar.net
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