Измерительные приборы → Измеритель емкости конденсаторов ( вторая профессия бытового дозиметра )
С помощью приставки можно проводить измерения емкости конденсаторов от единиц пикофарад до 9999 микрофарад. Принцип ее работы основан на формировании пачки импульсов с эталонной частотой. При этом длительность пачки зависит от емкости измеряемого конденсатора, а количество импульсов в ней подсчитывается счетчиком дозиметра.
Схема приставки приведена на рис. 1, а ее работа поясняется осциллограммами, приведенными на рис. 2. На элементах DD1.1, DD1.2 выполнен генератор прямоугольных импульсов с кварцевой стабилизацией частоты. Делитель частоты на микросхемах DD2—DD4 обеспечивает последовательное деление этой частоты на 10,100 и 1000. Переключателем предела измерения SA2.1 производят коммутацию эталонных импульсов с частотой следования 1 МГц, 100 и 1 кГц на формирователь лачки эталонных импульсов.
На элементах DD1.3—DD1.6 собран компаратор, который вместе с элементами R4C1 обеспечивает задержку начала работы приставки после перевода ее в режим измерения, а также включает стабилизатор тока на транзисторе VT1 и резисторах R8—R10. На микросхеме DA1 выполнен измерительный компаратор напряжения, а на элементах VT2, VD1, R11 — источник опорного напряжения. Элемент DD5.2 формирует пачку эталонных импульсов, a DD5.3 — импульс обнуления счетчика дозиметра.
Работает приставка следующим образом. Переключатель SA1 переводят в положение «Установка», и проверяемый конденсатор подключают к гнездам «Сk». При этом, если он имел заряд, произойдет быстрая его разрядка через небольшое сопротивление резистора R6. Конденсатор С1 также разряжен (осциллограмма 1), на выходах элементов DD1.4—DD1.6 низкий логический уровень (осциллограмма 2), и ток через транзистор VT1 не протекает. На один из входов элемента DD5.2 (осциллограмма 4) поступают эталонные импульсы, однако они через этот элемент не пройдут, так как этому препятствует высокий логический уровень на выходе элемента DD5.1 (осциллограмма 3). На выходе измерительного компаратора низкий логический уровень (осциллограмма 6). На выходе элемента DD5.3 (осциллограмма 8) будет также низкий логический уровень, так как на его входы через резисторы R13, R16 поступает напряжение питания.
После перевода приставки переключателем SA1 в режим «Измерение» (момент времени t1) начинается зарядка конденсатора С1 (осциллограмма 1} и пока напряжение на нем не достигнет порога срабатывания, состояние узлов приставки не изменяется. Как только это произойдет (момент времени t2), а этот интервал времени (0,5...1 с) нужен для того, чтобы исключить влияние дребезга контактов переключателя и других переходных процессов на точность измерений, на выходах элементов DD1.4—DD1.6 появится высокий логический уровень и начнется зарядка исследуемого конденсатора. Одновременно на выходе элемента DD5.1 появится низкий логический уровень, который разрешает прохождение эталонных импульсов на вход счетчика дозиметра.
Когда напряжение на измеряемом конденсаторе достигнет порогового (t3), компаратор переключится и на его выходе появится высокий логический уровень, который запретит прохождение эталонных импульсов через элемент DD5.2. Зарядка конденсатора будет продолжаться, но состояния других узлов приставки при этом изменяться не будут.
Скорость зарядки конденсатора и интервал времени от t2 до t3 определяются его емкостью, а также величиной зарядного тока. Количество импульсов, поступающих на счетчик дозиметра, зависит от длительности этого интервала, а также частоты следования эталонных импульсов. Изменение частоты импульсов и величины зарядного тока, а значит, и пределов измерения осуществляется переключателем SA2. В положении «пФ» величина зарядного тока составляет 2...3 мкА, а частота поступающих на счетчик дозиметра импульсов — 1 МГц. Это соответствует диапазону измерения емкости от нескольких пФ до 9999 пФ. Во втором положении переключателя — «0,999 мкФ» — величина тока составляет 0,2...0,3 мА, а частота не изменяется, при этом измеряется емкость от 0,001 до 0,9999 мкФ. Децимальная точка не индицируется, так как в используемом индикаторе запятой перед старшим разрядом нет. В третьем положении переключателя — «мкФ» — величина тока также 0,2...0,3 мА, но частота ниже — 100 кГц. При этом с помощью переключателя SA2.3 обеспечивается индикация децимальной точки после старшего разряда, обеспечивая измерение емкости в пределах 0,01 ...9,999 мкФ. В четвертом положении переключателя, обозначенном также «мкФ», зарядный ток составляет 2...3 мА, а частота импульсов — 1 кГц; при этом диапазон измеряемой емкости 10...9999 мкФ. Здесь децимальная точка не индицируется, и его надо не путать со вторым пределом измерения.
После подсчета импульсов на табло дозиметра индицируется величина емкости измеряемого конденсатора. Эта информация сохраняется до тех пор, пока переключатель не будет переведен в положение «Установка» (t4) Устройство при этом вернется в исходное состояние, но за счет отрицательного перепада напряжений на выходе измерительного компаратора и выходов элементов DD1.4— DD1.6 на выходе элемента DD5.3 формируется импульс обнуления счетчика дозиметра, подготовляя его к новому циклу измерения.
Благодаря применению быстродействующего компаратора с высоким входным сопротивлением К554САЗ удалось добиться нижнего продела измерения емкости в несколько пикофарад Однако из-за наличия паразитной емкости элементов и монтажа, при отсутствии измеряемого конденсатора, показания индикатора могут составлять 3...6 пФ. Поэтому при измерении конденсаторов емкостью до 100 пФ полученные значения необходимо уменьшать на эту величину.
Реально оказалось возможным измерять емкость конденсаторов от 2...3 пФ, при этом погрешность, однако, может достигать величины 20...30%, но уже при емкости более 10 пф она уменьшается до 10… 15%, а при 100 пФ и более —около 3...5%.
При измерении некоторых типов полярных конденсаторов следует учитывать, что они могут быть расформованы, и для получения точных результатов измерений надо подержать их под напряжением несколько минут, оставив подключенными к приставке в режиме «Измерение».
Необходимое время для измерения конденсаторов емкостью 9999 мкФ составляет примерно 10 с. Для конденсаторов меньшей емкости оно будет соответственно меньше.
Несомненным достоинством измерителя является то, что в дозиметре имеется звуковая и световая сигнализация переполнения счетчика, т.е. при его переполнении подается сигнал, что свидетельствует о необходимости переключения на больший предел измерения, а если это не помогает, то скорее всего конденсатор пробит или имеет значительную утечку и его надо проверить омметром. Это исключает возможные ошибки, связанные с переполнением счетчика и повышает удобство работы.
Приставка подключается к дозиметру с помощью короткого кабеля и вилки ХР1. Питается она от батареи дозиметра и потребляет ток около 12 мА.
В приставке можно применить детали:
микросхемы DD1, 0D5 заменимы на соответствующие серии К176, К564, в качестве делителей на 10 (DD2—DD4) можно использовать К176ИЕ2, К176ИЕ4. Транзисторы — КП303В (или с индексом Г) с начальным током стока 2,5...4 мА. Полярные конденсаторы — серий К50, К52, К53, остальные — КМ, КЛС. Резистор R11 — СПЗ-19, СП5-2, остальные — МЛТ. Переключатель SA1 — тумблер МТ или кнопка KM, SA2 — ПГ-2.
Налаживание начинают с проверки работоспособности генератора и делителей частоты и проводят калибровку на первом поддиапазоне («пФ»). Для этого необходим эталонный конденсатор емкостью около 1000 пФ, измеренный с точностью не хуже 1% или имеющий такой допуск. Его устанавливают в гнездо XS1, подключают приставку к дозиметру и, производя последовательные измерения, резистором R11 добиваются соответствующих показаний на табло дозиметра. Если получить требуемые показания не удается, то нужно подобрать резистор R10; при этом следует учитывать, что уменьшение его сопротивления приводит к уменьшению показаний.
Затем проводят калибровку на втором и третьем поддиапазонах с помощью эталонных конденсаторов емкостью примерно 1 и 100 мкФ путем подбора резисторов R8 и R9 соответственно. На третьем поддиапазоне следует обратить внимание на стабильность показаний. Если от измерения к измерению одного конденсатора показания сильно отличаются друг от друга, то причиной этого может быть «дребезг» компаратора. Это связано с тем, что в этом поддиапазоне напряжение на измеряемом конденсаторе нарастает медленно и компаратор, имеющий высокую чувствительность, может реагировать на небольшие помехи и наводки. Устранить этот недостаток можно введением положительной обратной связи, которая обеспечит небольшой гистерезис при переключении. Для этого между выводами 3 и 9 микросхемы DA1 устанавливают резистор 10 МОм, а между выводом 3 этой микросхемы и переключателем SA1.2 —51 кОм. После этого настройку надо проверить, а при необходимости повторить.Полевые транзисторы VT1, VT2 и стабилитрон VD1 можно исключить, подключив контакты 1—4 секции переключателя SA2.2 через резисторы 4,7 МОм (контакт 1), 47 кОм (контакты 2, 3), 4,7 кОм (контакт 4) к точке соединения выходов элементов DDI.4— DD1.6, правый по схеме вывод резистора R11 — через резистор 15 кОм к той же точке. Если отношение вводимых резисторов выдержать как 1000:10:1 с точностью ±2%, их подбор при настройке не потребуется. Цепь C4.R15.R16 также можно исключить, объединив три входа элемента DD5.3 между собой. Для монтажа этого варианта схемы приставки можно использовать ту же печатную плату.
Схема приставки приведена на рис. 1, а ее работа поясняется осциллограммами, приведенными на рис. 2. На элементах DD1.1, DD1.2 выполнен генератор прямоугольных импульсов с кварцевой стабилизацией частоты. Делитель частоты на микросхемах DD2—DD4 обеспечивает последовательное деление этой частоты на 10,100 и 1000. Переключателем предела измерения SA2.1 производят коммутацию эталонных импульсов с частотой следования 1 МГц, 100 и 1 кГц на формирователь лачки эталонных импульсов.
На элементах DD1.3—DD1.6 собран компаратор, который вместе с элементами R4C1 обеспечивает задержку начала работы приставки после перевода ее в режим измерения, а также включает стабилизатор тока на транзисторе VT1 и резисторах R8—R10. На микросхеме DA1 выполнен измерительный компаратор напряжения, а на элементах VT2, VD1, R11 — источник опорного напряжения. Элемент DD5.2 формирует пачку эталонных импульсов, a DD5.3 — импульс обнуления счетчика дозиметра.
Работает приставка следующим образом. Переключатель SA1 переводят в положение «Установка», и проверяемый конденсатор подключают к гнездам «Сk». При этом, если он имел заряд, произойдет быстрая его разрядка через небольшое сопротивление резистора R6. Конденсатор С1 также разряжен (осциллограмма 1), на выходах элементов DD1.4—DD1.6 низкий логический уровень (осциллограмма 2), и ток через транзистор VT1 не протекает. На один из входов элемента DD5.2 (осциллограмма 4) поступают эталонные импульсы, однако они через этот элемент не пройдут, так как этому препятствует высокий логический уровень на выходе элемента DD5.1 (осциллограмма 3). На выходе измерительного компаратора низкий логический уровень (осциллограмма 6). На выходе элемента DD5.3 (осциллограмма 8) будет также низкий логический уровень, так как на его входы через резисторы R13, R16 поступает напряжение питания.
После перевода приставки переключателем SA1 в режим «Измерение» (момент времени t1) начинается зарядка конденсатора С1 (осциллограмма 1} и пока напряжение на нем не достигнет порога срабатывания, состояние узлов приставки не изменяется. Как только это произойдет (момент времени t2), а этот интервал времени (0,5...1 с) нужен для того, чтобы исключить влияние дребезга контактов переключателя и других переходных процессов на точность измерений, на выходах элементов DD1.4—DD1.6 появится высокий логический уровень и начнется зарядка исследуемого конденсатора. Одновременно на выходе элемента DD5.1 появится низкий логический уровень, который разрешает прохождение эталонных импульсов на вход счетчика дозиметра.
Когда напряжение на измеряемом конденсаторе достигнет порогового (t3), компаратор переключится и на его выходе появится высокий логический уровень, который запретит прохождение эталонных импульсов через элемент DD5.2. Зарядка конденсатора будет продолжаться, но состояния других узлов приставки при этом изменяться не будут.
Скорость зарядки конденсатора и интервал времени от t2 до t3 определяются его емкостью, а также величиной зарядного тока. Количество импульсов, поступающих на счетчик дозиметра, зависит от длительности этого интервала, а также частоты следования эталонных импульсов. Изменение частоты импульсов и величины зарядного тока, а значит, и пределов измерения осуществляется переключателем SA2. В положении «пФ» величина зарядного тока составляет 2...3 мкА, а частота поступающих на счетчик дозиметра импульсов — 1 МГц. Это соответствует диапазону измерения емкости от нескольких пФ до 9999 пФ. Во втором положении переключателя — «0,999 мкФ» — величина тока составляет 0,2...0,3 мА, а частота не изменяется, при этом измеряется емкость от 0,001 до 0,9999 мкФ. Децимальная точка не индицируется, так как в используемом индикаторе запятой перед старшим разрядом нет. В третьем положении переключателя — «мкФ» — величина тока также 0,2...0,3 мА, но частота ниже — 100 кГц. При этом с помощью переключателя SA2.3 обеспечивается индикация децимальной точки после старшего разряда, обеспечивая измерение емкости в пределах 0,01 ...9,999 мкФ. В четвертом положении переключателя, обозначенном также «мкФ», зарядный ток составляет 2...3 мА, а частота импульсов — 1 кГц; при этом диапазон измеряемой емкости 10...9999 мкФ. Здесь децимальная точка не индицируется, и его надо не путать со вторым пределом измерения.
После подсчета импульсов на табло дозиметра индицируется величина емкости измеряемого конденсатора. Эта информация сохраняется до тех пор, пока переключатель не будет переведен в положение «Установка» (t4) Устройство при этом вернется в исходное состояние, но за счет отрицательного перепада напряжений на выходе измерительного компаратора и выходов элементов DD1.4— DD1.6 на выходе элемента DD5.3 формируется импульс обнуления счетчика дозиметра, подготовляя его к новому циклу измерения.
Благодаря применению быстродействующего компаратора с высоким входным сопротивлением К554САЗ удалось добиться нижнего продела измерения емкости в несколько пикофарад Однако из-за наличия паразитной емкости элементов и монтажа, при отсутствии измеряемого конденсатора, показания индикатора могут составлять 3...6 пФ. Поэтому при измерении конденсаторов емкостью до 100 пФ полученные значения необходимо уменьшать на эту величину.
Реально оказалось возможным измерять емкость конденсаторов от 2...3 пФ, при этом погрешность, однако, может достигать величины 20...30%, но уже при емкости более 10 пф она уменьшается до 10… 15%, а при 100 пФ и более —около 3...5%.
При измерении некоторых типов полярных конденсаторов следует учитывать, что они могут быть расформованы, и для получения точных результатов измерений надо подержать их под напряжением несколько минут, оставив подключенными к приставке в режиме «Измерение».
Необходимое время для измерения конденсаторов емкостью 9999 мкФ составляет примерно 10 с. Для конденсаторов меньшей емкости оно будет соответственно меньше.
Несомненным достоинством измерителя является то, что в дозиметре имеется звуковая и световая сигнализация переполнения счетчика, т.е. при его переполнении подается сигнал, что свидетельствует о необходимости переключения на больший предел измерения, а если это не помогает, то скорее всего конденсатор пробит или имеет значительную утечку и его надо проверить омметром. Это исключает возможные ошибки, связанные с переполнением счетчика и повышает удобство работы.
Приставка подключается к дозиметру с помощью короткого кабеля и вилки ХР1. Питается она от батареи дозиметра и потребляет ток около 12 мА.
В приставке можно применить детали:
микросхемы DD1, 0D5 заменимы на соответствующие серии К176, К564, в качестве делителей на 10 (DD2—DD4) можно использовать К176ИЕ2, К176ИЕ4. Транзисторы — КП303В (или с индексом Г) с начальным током стока 2,5...4 мА. Полярные конденсаторы — серий К50, К52, К53, остальные — КМ, КЛС. Резистор R11 — СПЗ-19, СП5-2, остальные — МЛТ. Переключатель SA1 — тумблер МТ или кнопка KM, SA2 — ПГ-2.
Налаживание начинают с проверки работоспособности генератора и делителей частоты и проводят калибровку на первом поддиапазоне («пФ»). Для этого необходим эталонный конденсатор емкостью около 1000 пФ, измеренный с точностью не хуже 1% или имеющий такой допуск. Его устанавливают в гнездо XS1, подключают приставку к дозиметру и, производя последовательные измерения, резистором R11 добиваются соответствующих показаний на табло дозиметра. Если получить требуемые показания не удается, то нужно подобрать резистор R10; при этом следует учитывать, что уменьшение его сопротивления приводит к уменьшению показаний.
Затем проводят калибровку на втором и третьем поддиапазонах с помощью эталонных конденсаторов емкостью примерно 1 и 100 мкФ путем подбора резисторов R8 и R9 соответственно. На третьем поддиапазоне следует обратить внимание на стабильность показаний. Если от измерения к измерению одного конденсатора показания сильно отличаются друг от друга, то причиной этого может быть «дребезг» компаратора. Это связано с тем, что в этом поддиапазоне напряжение на измеряемом конденсаторе нарастает медленно и компаратор, имеющий высокую чувствительность, может реагировать на небольшие помехи и наводки. Устранить этот недостаток можно введением положительной обратной связи, которая обеспечит небольшой гистерезис при переключении. Для этого между выводами 3 и 9 микросхемы DA1 устанавливают резистор 10 МОм, а между выводом 3 этой микросхемы и переключателем SA1.2 —51 кОм. После этого настройку надо проверить, а при необходимости повторить.Полевые транзисторы VT1, VT2 и стабилитрон VD1 можно исключить, подключив контакты 1—4 секции переключателя SA2.2 через резисторы 4,7 МОм (контакт 1), 47 кОм (контакты 2, 3), 4,7 кОм (контакт 4) к точке соединения выходов элементов DDI.4— DD1.6, правый по схеме вывод резистора R11 — через резистор 15 кОм к той же точке. Если отношение вводимых резисторов выдержать как 1000:10:1 с точностью ±2%, их подбор при настройке не потребуется. Цепь C4.R15.R16 также можно исключить, объединив три входа элемента DD5.3 между собой. Для монтажа этого варианта схемы приставки можно использовать ту же печатную плату.
- 0
- Admin
- 27 сентября 2009, 17:01
Комментарии (1)
rss свернуть / развернутьсвернуть ветку