Вимірювач ємності конденсаторів на PIC16F876A, Мікроконтролери та Технології

13.04.2017

Вимірювач ємності конденсаторів на PIC16F876A

Опубліковано 17 Лютий 2010. Опубліковано в Пристрої на PIC

Рейтинг: Вимірювач ємності конденсаторів на PIC16F876A, Мікроконтролери та Технології
Вимірювач ємності конденсаторів на PIC16F876A, Мікроконтролери та Технології
Вимірювач ємності конденсаторів на PIC16F876A, Мікроконтролери та Технології
Вимірювач ємності конденсаторів на PIC16F876A, Мікроконтролери та Технології
Вимірювач ємності конденсаторів на PIC16F876A, Мікроконтролери та Технології
/ 7

Погано Відмінно

У статті описано вимірювач ємності неполярних і оксидних конденсаторів, виконаний на основі мікроконтролера PIC16F876A. Діапазон вимірювання ємності — 1. 999-10 мкФ — розділений на два піддіапазони. Індикація результатів вимірювання проводиться трехразрядным світлодіодним цифровим індикатором з автоматичною установкою коми. Деякий вплив еквівалентного послідовного опору на точність вимірювання на більшій межі компенсується при калібруванні приладу.

У радіоаматорський практиці необхідність вимірювання великих значень електричної ємності очевидна. Багато сучасні мультиметри мають функцію вимірювання ємності конденсатора, їх верхня межа не перевищує 20-100 мкФ, а при максимальному розширенні діапазону істотно знижується точність виміру. Професійні RLC-метри вимірюють ємність до 1 Ф і більше, але через свою високу вартість вони мало доступні для більшості радіоаматорів.

Разом з тим, використовуючи сучасну елементну базу та основні фізичні співвідношення, можна побудувати простий прилад, що має досить високі метрологічні характеристики. У пропонованому пристрої використовується принцип пропорційності заряду Q електричної ємності З при фіксованому значенні напруги U: С = Q/U; де Q = It. У свою чергу, при заданому струмі заряду заряд конденсатора пропорційний часу протікання зарядного струму.

Технічні характеристики

— Діапазон вимірювання, мкФ. 1. 999-103

— Похибка у всьому діапазоні, %, не більше. ±3

— Час вимірювання, с, не більше. 2,5

— Вибір меж вимірювання ………………………автоматичний

— Число розрядів індикації. 3

— Напруга живлячої мережі, В………………..220

— Споживана потужність, Вт, не більше. 12

Основу приладу складає мікроконтролер PIC16F876A. виконує всі основні функції: управління процесом вимірювання, обчислення його результатів і відображення отриманого значення вимірюваної ємності на індикаторі.

Принципова схема приладу показана на рис. 1. Після включення живлення і ініціалізації мікроконтролера пристрій працює в автоматичному режимі. Висновок RA0 сконфігурований як вхід компаратора, RA3 — вхід зразкового напруги компаратора, RC0, RC1 — виходи управління джерелами зарядного струму, RC2 — вихід включення розрядки вимірюваного конденсатора.

Цикл вимірювання починається з розрядки конденсатора через транзистор VT2 і резистор R5. Потім включається джерело зарядного струму, рівного 1 мА, на транзисторі VT3. Напруга на конденсаторі починає збільшуватися. По досягненні їм значення приблизно 1 В, рівного зразкового напруги на вході RA3, мікроконтролер DD1 зупиняє процес зарядки і фіксує його тривалість.

Якщо напруга на вимірюваному конденсаторі не досягне зразкового протягом 1,2 с, відбувається перехід на старший межа виміру: включається джерело струму, рівного 1 А, на транзисторі VT1, індикація «х1000» і вимірювання повторюється. Далі мікроконтролер обчислює значення вимірюваної ємності по часу зарядки, зарядного струму і напрузі на конденсаторі з урахуванням межі вимірювання і відповідного йому калібрувального коефіцієнта. Цикл вимірювання періодично повторюється.

Динамічна індикація результатів організована на трехрозрядному світлодіодному індикаторі HG1—HG3, транзисторах VT5—VT7 і портах мікроконтролера RC3-RC5, RB0-RB7 за класичною схемою.

Кнопки SB1—SB3, підключені до портів RA1, RA2, RA5, служать для введення калібрувальних коефіцієнтів при налаштуванні і повірці приладу. Кнопка «Режим» — вхід в режим калібровки, вибір коефіцієнта, перехід в режим вимірювання.

Кнопки «+» і «-» — установка значення обраного коефіцієнта в межах від 1 до 255. Калібрувальний коефіцієнт для діапазону «мкФ» відображається без десяткових ком, «мкФх1000» — з комою в розряді одиниць. Встановлені значення автоматично записуються в пам’ять мікроконтролера, зберігаються там після відключення живлення і зчитуються при включенні приладу.

Налаштування приладу починають до установки мікроконтролера в панель на платі. Включають живлення вимикачем SA1 і перевіряють наявність та правильність подачі напруги живлення 5 В на контакти панелі мікроконтролера. Напруга на контактах 1-3, 7 повинно бути приблизно дорівнює напрузі живлення на контакти 14-16 — близько 4 В, а на 21-28 напруга близько до нуля. Потім перевіряють працездатність кнопок SB1— SB3: натискаючи їх, контролюють поява низького рівня на входах RA1, RA2, RA5. Ланцюги динамічної індикації перевіряють послідовним приєднанням загального проводу до відповідних висновків портів RB0-RB7 і RC3—RC5: при цьому спостерігають світіння заданих сегментів у вибраному розряді. Джерела струму включають черзі подачею низького рівня на контакти 11, 12, при цьому амперметр повинен бути підключений до гнізд ХЗ, Х4 замість вимірюваного конденсатора. При включенні по ланцюгу RC0 струм повинен бути в інтервалі 0,5. 1 мА; а по ланцюгу RC1 — 0,5. 1 А. Ланцюг розрядки перевіряють при включеному джерелі струму 1 А подачею напруги +5 В на контакт 13. Показання вольтметра, підключеного до гнізд ХЗ, Х4, при цьому повинні впасти до нуля.

Далі, після відключення живлення, вставляють запрограмований мікроконтроллер в панель і включають прилад. На дисплеї повинні бути свідчення, близькі до нуля, індикатор «Цикл» (HL1) світиться уривчасто, а індикатор «х1000» (HL2) не світиться. Тепер можна провести пробні виміри для оцінки працездатності приладу в цілому.

Отримані результати можуть значно відрізнятися від істинних в силу великого розкиду параметрів джерел струму, похибки установки зразкового напруги, помилки компаратора, частоти встановленого кварцового резонатора і ряду інших менш помітних факторів. Необхідна калібрування приладу.

Для калібрування вимірювача потрібно мати чотири зразкових конденсатора різних номіналів: два — для діапазону «мкФ» ємністю 100. 900 мкФ, два — для діапазону «мкФ х1000» ємністю понад 10000 мкФ. Для точно го визначення їх ємності бажано скористатися повіреним промисловим вимірювачем або яким-небудь непрямим методом. Проводячи вимірювання і змінюючи калібрувальні коефіцієнти відповідно показаннями приладу, домагаються збігу істинного значення ємності калібрувальних конденсаторів і показань приладу. Після проведення калібрування прилад готовий до експлуатації

На старшому межі вимірювання показання приладу в деякій мірі залежать від еквівалентного послідовного опору (ЕПС) вимірюваного конденсатора; це виражається у заниженні істинного значення ємності. Щоб похибка приладу не перевищувала зазначену, ЕПС не повинно перевищувати 0,1 Ом. Для справних оксидних конденсаторів ємністю понад 1000 мкФ середньостатистичне значення ЕРС знаходиться саме в цих межах, його вплив компенсується при калібруванні приладу. Для більш об’єктивної оцінки працездатності оксидних конденсаторів необхідно спільне вимірювання ємності та ЕПС — це тема наступної розробки.

Короткий опис статті: вимірювання ємності конденсатора Вимірювач ємності на PIC16F876A (50)

Джерело: Вимірювач ємності конденсаторів на PIC16F876A — Мікроконтролери і Технології

Також ви можете прочитати