Многодиапазонный измеритель емкости с линейной шкалой

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Измерители LCR

Опубликовано: 18.03.2017 12:24

Просмотров: 5178

А.Н. Алексенцев, Р.В. Проць г. Львов
Предлагается схема прибора для измерения емкости конденсаторов в диапазоне от 3 пФ до 1 мкФ, отличающегося простотой реализации и линейной зависимостью шкалы прибора от величины емкости конденсатора.

Преимуществом выпускаемых промышленностью недорогих цифровых тестеров является достаточно высокая точность измерения величины емкости конденсаторов и, в то же время, недостатком, обусловленным дискретностью показаний цифровой шкалы. Если значение емкости превышает 100 пФ, особых неудобств не возникает, но, при измерении меньших емкостей, значения младших разрядов постоянно изменяются. Это очень затрудняет измерение малых емкостей.
Известно значительное количество схем для измерения малых значений емкости конденсаторов, отличающихся сложностью построения и связанной с ней точностью измерений. При использовании современной элементной базы можно, при несложной реализации, построить достаточно точный прибор для измерения емкости конденсаторов.
Нами разработана и предлагается для реализации схема прибора, позволяющего определять емкость конденсаторов в диапазонах 3...100 пФ, 0...300 пФ, 0...1000 пФ, 0..0,01 мкФ, 0..0,1 мкФ и 0...1,0 мкФ. Точность измерения определяется
классом измерительного магнитоэлектрического гальванометра и точностью образцовых конденсаторов. Важным преимуществом прибора есть линейная зависимость показаний прибора от значения емкости.
 
Как видно из принципиальной схемы (рис.1), частотный генератор для всех поддиапазонов собран на таймере NE555 (1006ВИ1). В качестве регулятора частоты в каждом поддиапазоне используется потенциометр R2. Частота генератора определяется суммарным значением сопротивления резисторов R1+R2+R3 и величиной емкости одного из конденсаторов С1 -С6. Эти конденсаторы не являются образцовыми, поэтому они могут приблизительно соответствовать указанным на схеме номиналам. Их температурная нестабильность может быть сравнительно небольшой, но такой, чтобы обеспечить неизменность установленной резистором R2 частоты на время измерения.
Поскольку выходное напряжение DA1 несимметричное, то для получения меандра используется D-триггер КР561ТМ2 DD1, включенный по счетной схеме и делящий частоту генератора в 2 раза. Для уменьшения выходного сопротивления на выходе D-триггера включен буферный каскад DD2, состоящий из шести параллельно включенных логических инверторов микросхемы КР561ЛН2.
Максимальные значения частот для разных поддиапазонов на выходе DD2 определяются рядом факторов: параметрами диодов VD1 и VD2, значением сопротивления и шкалой микроамперметра, величиной резистора R4. Для микроамперметра 100 мкА и указанных на схеме диодов частоты на выходе DD2 приведены в табл.1.
Таблица 1
 
При калибровке прибора кнопка «Калибровка-измерение» S2 в верхнем положении. Импульсы с выхода DD2 дифференцируются одним из образцовых конденсаторов С8-С13 и через детектор на диодах VD1 и VD2 заряжают конденсатор С14, напряжение на котором приводит к отклонению стрелки микроамперметра. Регулятором частоты генератора R2 добиваются отклонения стрелки на всю шкалу микроамперметра, после чего при нажатой кнопке S2 производится отсчет значения емкости конденсатора, подключенного к клеммам Сх. При этом частота может несколько отличаться от приведенной в табл. 1.
При реализации схемы следует обратить внимание на следующие особенности схемы:
1. Диоды VD1 и VD2 должны быть высокочастотными с минимальной емкостью анод-катод, так как она определяет минимальное значение измеряемой емкости. Лучшим вариантом является использование диодов Шотки. Только в этом случае
достигается высокая линейность шкалы прибора. При большой межэлектродной емкости снижается чувствительность и появляется большая нелинейность шкалы.
2. Образцовые конденсаторы С8-С13 должны иметь минимально возможный температурный коэффициент емкости, только в этом случае достигается высокая точность измерений.
3. В приборе желательно применить микроамперметр с зеркальной шкалой.
4. Если значение образцовой емкости несколько отличается от приведенного на схеме, то регулятором R2 устанавливают это значение на шкале прибора и измерение производят, как обычно. Такой вариант калибровки не приводит к дополнительной погрешности измерения.
Прибор питается непосредственно от сети 220 В через гасящие конденсаторы С15 и С19. Выпрямленное мостиком VD3 напряжение через последовательный стабилизатор на транзисторе VT1 и стабилизатор 79L09 на микросхеме прибора. Наличие первого стабилизатора обусловлено тем, что потребляемый схемой ток зависит от диапазона измерений и частоты генератора, и напряжение на конденсаторе С18 может меняться от 15 доЗ0 В.
Следует отметить, что через блок питания прибор связан с сетью 220 В, поэтому подключать измеряемый конденсатор необходимо при выключенном выключателе питания SA3. Поэтому лучшим вариантом питания прибора будет применение гальванических элементов. Так как схема не критична в величине напряжения питания, весьма интересным было бы использование блока питания от мобильного телефона.
PA №1, 2011г.