Miernik LC. Marek SP9XUH

Transkrypt

1 Miernik LC Marek SP9XUH Rozpoczynając budowę wzmacniacza w.cz. natrafiłem na problem braku możliwości pomiaru indukcyjności. Przyrządy które posiadam niestety nie mierzą tej wielkości. W sklepach internetowych jest wiele ofert dobrej klasy mierników indukcyjności, ale i ceny ich są dosyć duże. Jednocześnie trafiłem na kilka rozwiązań mierników, które zostały wykonane przez amatorów i według ich oceny posiadają bardzo dobre parametry. Najbardziej zainteresował mnie projekt Phila Rice VK3BHR i ten układ postanowiłem wykonać. Zakres pomiarowy. według autora projektu; - pojemność: 0 do >100nF, - indukcyjność: 0 do >10mH, - dokładność pomiaru +/-1%, - rozdzielczość pomiaru: +/-0,1pF, +/-10nH. mój egzemplarz; - pojemność: 0 do około 340nF, - indukcyjność; 0 do ponad 100mH - dokładność pomiaru pojemności +/-2%, indukcyjności od 2% do 10%. Zasada pomiaru. Wartość mierzonej pojemności lub indukcyjności jest określana na podstawie pomiaru częstotliwości drgań generatora. Mikrokontroler odczytuje trzy częstotliwości; F1 - częstotliwość samego generatora, F2 - po podłączeniu kondensatora wzorcowego CCal, F3 - po podłaczeniu mierzonego elementu. Przy pomiarze pojemności częstotliwości wyliczane są ze wzorów; a wartość mierzonej pojemności Cx, Podczas pomiaru indukcyjności; a wartość indukcyjności Lx, L1, C5, CCal = C6+C7+C8 - oznaczenia elementów na schemacie 1

2 Shemat ideowy. W układzie możemy wyróżnić trzy bloki: generator, częstościomierz i zasilacz. Generator zbudowany jest na komparatorze LM311. Jako elementy C9, C10 zastosowałem kondensatory tantalowe. Sygnał z wyjścia generatora doprowadzony jest do wejścia mikrokontrolera. Zadaniem mikrokontrolera jest pomiar częstotliwości, obliczanie wyników i sterowanie wyświetlaczem LCD. W oryginalnym rozwiązaniu był procesor PIC16F84. Ja użyłem PIC16F84A, którego udało mi się łatwiej zdobyć, no i jest tańszy. Procesor taktowany jest zegarem o częstotliwości 4MHz. Wyświetlacz LCD to 1-linijka szesnastoznakowa (u mnie LCD-AC-1601A-BLW W1B-E12). W zależności od organizacji wyświetlacza (2x8, 1x16), należy odpowiednio ustawić zworkę JP3. Dla 2x8 zwieramy ją, a dla 1x16 pozostawiamy rozwartą. Przy błędnym jej ustawieniu może nie być widoczne osiem pierwszych znaków. Podświetlanie wyświetlacza może być wyłączone przełącznikiem S3, a jego kontrast regulowany podkówką P1. I tutaj waga!. Warto poszukać takiego wyświetlacza, który nie potrzebuje podświetlania aby było widać na nim znaki, np. z czarnymi literami. Ja użyłem LCD-AC-1601A-BLW W1B-E12 na którym bez włączonego podświetlania nie widać nic. Podświetlanie to 95% zużycia energii pobieranej przez wyświetlacz i kiedy jest ono załączone bateria bardzo szybko się wyczerpuje. Zasilacz jest oparty na szeroko stosowanym stabilizatorze LM7805 i pracuje w jego podstawowej aplikacji. Kondensatory C1-C4 odfiltrowują napięcie zasilania. Diody D1, D2 to zabezpieczenie przed omyłkowym odwróceniem biegunowości zasilania. Obudowa KM338 posiada miejsce na baterie, tak, że miernik można zasilać z baterii (akumulatora) lub z zewnętrznego zasilacza 9V. Pomiar Na początku podałem wzory, według których procesor wylicza częstotliwości. Teraz parę słów jak dzieje się to fizycznie. Po włączeniu zasilania mikrokontroler określa częstotliwość (F1) generatora wyznaczoną przez elementy L1 i C5. Następnie wyjście RA1(18) przechodzi w stan niski (T1 przewodzi) załączając przekaźnik K1, który podłącza do C5 kondensator wzorcowy CCal. Mierzona jest częstotliwość (F2) z tym kondensatorem. Pomiar indukcyjności: Przełącznik S2(L/C) musi być ustawiony w pozycji L. Na wejście RB7(13) mikrokontrolera podawany jest stan niski informujący go o pomiarze indukcyjności. Mierzona cewka jest włączona szeregowo z cewką L1. Procesor odczytuje częstotliwość (F3) generatora i wylicza wartość indukcyjności Pomiar pojemności: 2

3 Pomiar pojemności polega na podobnej zasadzie, z tym że przełącznik S2(L/C) ustawiamy w pozycji C. Wejście RB7(13) jest wtedy w stanie wysokim (informacja-pomiar pojemności), mierzony kondensator włączony jest równolegle z pojemnością C5, a indukcyjność L5 jest zwarta do masy. Zmierzona trzecia częstotliwość (F3), pozwala wyliczyć wartość mierzonego kondensatora. Dokładność pomiaru w bardzo dużym stopniu zależy od kondensatora wzorcowego CCal. Jego wartość powinna wynosić dokładnie 1000pF. Ja w układzie założyłem duży kondensator (brązowy), najprawdopodobniej produkcji radzieckiej. Mierząc go dwoma przyrządami uzyskałem wyniki 999 i 1002pF. Wartości kondensatora C5 i cewki L1 nie są krytyczne. Płytka drukowana, montaż, oprogramowanie i uruchomienie. Płytkę zaprojektowałem w Protel-u jako jednostronną i jak dla większości moich konstrukcji wykonałem ją "technologią" termotransferu. Wymiary płytki zostały dostosowane do obudowy KM33B. Chcąc umieścić procesor w podstawce, musiałem przesunąć go poza obrys wyświetlacza (za niska obudowa). Pomieszało to trochę "szyki" w mozaice i nie obyło się bez mostków. Mozaika od strony elementów Odbicie lustrzane Rozmieszczenie elementów Nie znalazłem tak wysokiego mikroswitcha, który dostałby z płytki do górnej pokrywy obudowy i dorobiłem dodatkowo małą płytkę, na której znajduje się przycisk RESET. Wyświetlacz, przełącznik C/L i przycisk RESET zamocowane są do płytki za pomocą dystansów. Wyświetlacz połączony jest z płytką na stałe (końcówki rezystorów przepuszczone przez otwory i zalutowane). Za niska obudowa i złącze się nie zmieściło. Przełączniki S1(załączanie) i S3(podświetlanie) wymontowałem z jakiegoś "jamnika". Wejścia pomiarowe to typowe gniazda banankowe. 3

4 Trzeba jeszcze zaprogramować procesor. Plik z programem (mierniklc_wsad_pic16f84.hex) pobrałem ze strony Marka SP7DQR. Jest to poprawiona i spolszczona wersja programu, tak, że miernik "mówi" do nas po polsku. Wsad można wgrać do mikrokontrolera np. za pomocą tego programatora. Do uruchomienia i sprawdzenia miernika posłużą nam dwie zworki, JP1 i JP2. Najpierw zwieramy JP1 i naciskamy przycisk RESET. W tym momencie mikrokontroler działa jako miernik częstotliwości Dla tych wartości L1 i C5 wyświetlacz powinien wskazywać wartość około " ", czyli ok. 550khz. Aby pomiar był najdokładniejszy częstotliwość ta powinna być o 10-15% mniejsza od 655kHz. Częstotliwość możemy zmienić zakładając inne wartości L1, C5. Teraz zwieramy JP2, co powoduje podpięcie przez przekaźnik K1 kondensatora CCal(C6, C7,C8). Wyświetlacz powinien wskazywać " " czyli około 394 khz. Usuwamy zworki i miernik jest gotowy do pomiarów. Opis wykonałem na papierze kredowym, zalaminowałem i przykleiłem do plastyku. Obsługa miernika Po załączeniu, miernik automatycznie przechodzi w tryb kalibracji. Wtedy na wyświetlaczu pojawia się napis "Kalibracja". Taki sam komunikat zobaczymy po naciśnięciu przycisku RESET. Jeżeli przełącznik C/L będzie ustawiony na pomiar indukcyjności to wyświetli się komunikat "Przelacz na C" gdyż kalibracja odbywa się tylko w trybie pomiaru pojemności. Przełączenie z pomiaru indukcyjności na pomiar pojemności powoduje automatyczne rozpoczęcie procesu kalibracji. Ekran przy pomiarze pojemności i indukcyjności 4

5 Pomiar dławika anodowego Pliki do pobrania: mierniklc_sch.pdf mierniklc_bottom_pcb.pdf mierniklc_top_pcb.pdf mierniklc_elementy.pdf mierniklc_opis.pdf mierniklc_wsad_pic16f84.hex mierniklc_artykul.pdf mierniklc_zip schemat ideowy płytka drukowana odbicie lustrzane płytki rozmieszczenie elementów naklejka na obudowę kod programu opis w formacie Acrobat Reader wszystkie pliki 5