Простой измеритель индуктивности — приставка к цифровому мультиметру

Связанные материалы

Измерение индуктивности трансформатора или дросселя…
Часто самодельщики-ламповики озадачены определением индуктивности обмотки(ок)…

LIMP Arta Software — программный измеритель RCL…
Продолжу описание программы LIMP из пакета фирмы Arta Software. С ее помощью можно определять…

Coil32 v9.0 — программа для расчета катушек индуктивности…
Всем, кто занимался изготовлением (и ремонтом) приемников, передатчиков, акустических систем, ИБП,…

ESR (ЭПС) измеритель — приставка к цифровому мультиметру…
Статья о приборе для измерения ESR (ЭПС) конденсаторов появилась в журнале «Радио» №8 за 2011 год….

Измерения переменного напряжения звуковой частоты мультиметрами М-832…
Вряд ли будет преувеличением сказать, что тестер семейства М-83х есть у каждого радиолюбителя….

Оживление акустики S-30…
Главное достоинство S-30 — очень правильный тональный баланс (ИМХО). Переделывались 4-омные…

Маркировка электронных компонентов. А.В.Перебаскин…
Маркировка электронных компонентов. — 9-е изд., стер. — М. Издательский дом «Додэка-ХХI», 2004. —…

Определитель насыщения сердечников из феррита или как сделать дроссель для импульсного источника питания…
«Делай с нами, делай как мы, делай лучше нас!» Предлагаю вашему вниманию простой прибор, который…

«V6» — измеритель RMS-значений напряжения, тока, активной и полной мощности (Atmega 8)…
Весьма часто возникает необходимость знать величину потребляемой (активной) мощности различными…

Как найти индуктивность

Формулы индуктивности будут выглядеть следующим образом:

• Ф = LI (магнитный поток в контуре);
• Е= LdI/dt (ЭДС самоиндукции).

ЭДС определяет энергию магнитного поля, от этой величины зависит противодействие системы при изменении тока. При этом ЭДС самоиндукции направлена противоположно последнему.

Перевод слова «индукция» с латинского языка (induct) — побуждение, наведение. Исходя из сказанного, понятно, что это величина, которая характеризует магнитные свойства электрической цепи. Ток проводящего контура создаёт в окружающем его пространстве магнитное поле. При этом, возникающий в контуре поток Ф, имеет прямую ему пропорциональность. Формально записывается это так: Ф=LI, где L — коэффициент пропорциональности или коэффициент самоиндукции контура. Его определяют размеры и формы контура, а также, магнитная проницаемость среды.

Энергия W магнитного поля тока I определяется по формуле: W =LI2/2. При проведении аналогии между электрическим и механическими явлениями, энергия сопоставима с кинетической энергией тела T=mv2/2, где m — масса, v — скорость. Тогда индуктивность подобна массе, а ток — скорости. Это наглядное сравнение помогает лучше понять суть. Эта интересная характеристика определяет инерционные свойства электрического тока.

На практике для увеличения её значения применяют катушки с сердечниками из ферромагнетиков, их свойства имеют зависимость от напряжённости магнитного поля и, следовательно, I. В основном это ферритовые пластины из электротехнической стали. Эффективность применения сердечников довольно значительна: индуктивность катушки возрастает в несколько раз. Помимо цилиндрических, распространены тороидальные варианты, они позволяют достичь большей индуктивности, из-за наличия замкнутого магнитного потока.

Индуктивность соленоида определённой длины, имеющего N витков и площадь поперечного сечения S в среде, имеющей проницаемость m равна:

L=mm0N2S/l,

где m0— магнитная проницаемость вакуума.

Измеряем емкость

Для наглядной демонстрации возьмем несколько конденсаторов. Все они неполярные, кроме черного конденсатора с серой линией.

Конденсаторы

Для того, чтобы правильно провести измерение необходимо понимать, какие конденсаторы у нас есть. На каждом конденсаторе есть обозначения:

• 0,022 мкФ — эти цифры обозначают емкость конденсатора в микрофарадах.
• +-5% — это погрешность измерения. Когда мы определяем измерительным устройством емкость, она должна колебаться в ту или иную сторону не более чем на 5%. Если погрешность превышает 5%, то конденсатор плохого качества, с ним работать нельзя. В нашем случае допустимая погрешность составляет 0,001 микрофарад. То есть если LC-метр покажет цифры между 0,023 и 0,021, то он пригоден к использованию.
• 200 Вольт — это напряжение, на которое рассчитан конденсатор. Его можно подключать только в схему, в которой на выводах напряжение будет меньше или равно 200 Вольтам. Превышение напряжения грозит поломкой. Не забывайте о том, что на конденсаторе указано максимальное напряжение, которое он выдержит. А, как мы помним, в сетях переменного тока напряжение на самом деле не 220 В, а 220 помноженное на 1,4, то есть 310 В. Поэтому для этой сети, нужно выбирать детали, которые смогут выдержать не менее, а лучше гораздо больше 310 В.

Итак, измеряем наш первый конденсатор. И видим значение в 0,025 микрофарад. Печально, но его использовать уже нельзя. Остается только выкинуть компонент в мусорку.

Измерение конденсатора

На втором указана емкость 0,47 мкФ и погрешность в 10 процентов. То есть значение может отклоняться на 0,047. Наш измерительный прибор показывает 0,489, что укладывается в допустимые границы. Вполне пригодный к работе компонент.

Измерение конденсатора 0,47 мкФ

Третий конденсатор у нас импортный, обозначение немножко другое, но также понятно, что емкость его 0,22 микрофарада. А выдерживает он напряжение в 160 Вольт. LC-метр показывает допустимые границы емкости.

Измерение конденсатора 0,22 мкФ

И последний конденсатор-«электролит», то есть электрический, емкостью в 2,2 мкФ. Он также демонстрирует свою исправность.

Схема lc метра на микроконтроллере

Настройка и функции

   Сердцем устройства является микроконтроллер PIC18F2520. Для стабильной работы генератора в качестве С3 и С4 лучше использовать неполярные конденсаторы либо танталовые. Реле можно использовать любое, соответствующее по напряжению (3-5 вольт), но желательно с минимально возможным сопротивлением контактов в замкнутом положении. Для звука используется буззер без встроенного генератора, или обычный пьезоэлемент.

   При первом старте собранного устройства, программа автоматически запускает режим настройки контраста дисплея. Кнопками 2/4 необходимо установить приемлемый контраст и нажать кнопку OK (3). После выполнения данных действий устройство следует выключить и включить заново. Для некоторой настройки работы измерителя в меню есть раздел «Setup». В подменю «Capacitor», необходимо указать точный номинал используемого калибровочного конденсатора (С_cal) в пФ. Точность указанного номинала напрямую влияет на точность измерения. Контролировать работу самого генератора можно с помощью частотомера в контрольной точке «B», однако лучше использовать уже встроенную систему контроля частоты в подменю «Oscillator».

   С помощью подбора L1 и С1, необходимо добиться стабильных показаний частоты в районе 500-800 кГц. Большая частота положительно влияет на точность измерения в тоже время с ростом частоты может ухудшаться стабильность генератора. Частоту и стабильность генератора, как я уже сказал выше, удобно мониторить в разделе меню «Oscillator». При наличии внешнего калиброванного частотомера можно выполнить калибровку частотомера LC-метра. Для этого необходимо подключить внешний частотомер к контрольной точке «B» и с помощью кнопок +/- в меню «Oscillator» подобрать константу «K» таким образом, чтобы показания обоих частотомеров совпадали. Для корректной работы системы отображения состояния батареи питания, необходимо настроить резистивный делитель, построенный на резисторах R9, R10, после чего установить перемычку S1 и записать значения в поля раздела «Battery».

Обозначение и единицы измерения

В системе единиц СИ индуктивность измеряется в генри , сокращенно Гн, в системе СГС — в сантиметрах (1 Гн = 10 9 см) . Контур обладает индуктивностью в один генри, если при изменении тока на один ампер в секунду на выводах контура будет возникать напряжение в один вольт. Реальный, не сверхпроводящий, контур обладает омическим сопротивлением R, поэтому на нём будет дополнительно возникать напряжение U=I*R, где I — сила тока, протекающего по контуру в данное мгновение времени.

Символ , используемый для обозначения индуктивности, был взят в честь Ленца Эмилия Христиановича (Heinrich Friedrich Emil Lenz) [ источник не указан 1017 дней ] . Единица измерения индуктивности названа в честь Джозефа Генри (Joseph Henry) . Сам термин индуктивность был предложен Оливером Хевисайдом (Oliver Heaviside) в феврале 1886 года [ источник не указан 1017 дней ] .

Электрический ток, который течет в замкнутом контуре, создает вокруг себя магнитное поле, индукция которого, согласно закону Био-Савара-Лапласа, пропорциональна току. Сцепленный с контуром магнитный поток Ф поэтому прямо пропорционален току I в контуре: (1)

где коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура.

При изменении в контуре силы тока будет также изменяться и сцепленный с ним магнитный поток; значит, в контуре будет индуцироваться э.д.с. Возникновение э.д.с. индукции в проводящем контуре при изменении в нем силы тока называетсясамоиндукцией.

Из выражения (1) задается единица индуктивности генри (Гн): 1 Гн — индуктивность контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе в 1 А равен 1 Вб: 1 Гн = 1 Вб/с = 1 В·c/А .

Вычислим индуктивность бесконечно длинного соленоида. Полный магнитный поток сквозь соленоид (потокосцепление) равен μ μ(N 2 I/l)S . Подставив в (1), найдем (2)

т. е. индуктивность соленоида зависит от длины l солениода, числа его витков N, его , площади S и магнитной проницаемости μ вещества, из которого изготовлен сердечник соленоида.

Доказано, что индуктивность контура зависит в общем случае только от геометрической формы контура, его размеров и магнитной проницаемости среды, в которой он расположен, и можно провести аналог индуктивности контура с электрической емкостью уединенного проводника, которая также зависит только от формы проводника, его размеров и диэлектрической проницаемости среды.

Найдем, применяя к явлению самоиндукции закон Фарадея, что э.д.с. самоиндукции равна

Если контур не претерпевает деформаций и магнитная проницаемость среды остается неизменной (в дальнейшем будет показано, что последнее условие выполняется не всегда), то L = const и (3)

где знак минус, определяемый правилом Ленца, говорит о том, что наличие индуктивности в контуре приводит к замедлению изменения тока в нем.

Проводник с электрическим током имеет способность накапливать энергию в магнитном поле. Подобное явление называется индуктивностью. У обычного проводника, имеющего прямую форму, эта величина имеет небольшое значение, но если проводнику придать вид спирали и одинаковую направленность тока с соседними проводниками, то их поля будут взаимодействовать. При этом усилится индуктивность. Но есть факт того, что воздух значительно их ослабляет.

Человеческий мозг предположил следующее: поле должно протекать вокруг проводников не по воздуху, а по железу, сопротивляемость которого магнитному полю намного меньше. Такие катушки являются индуктивными.

Сборка платы приставки

Собрать приставку-тестер к мультиметру для измерения индуктивности можно без особых проблем в домашних условиях, обладая базовыми знаниями и навыками в области радиотехники и пайки микросхем.

В схеме платы можно применять транзисторы КТ361Б, КТ361Г и КТ3701 с любыми буквенными маркерами, но для получения более точных измерений лучше использовать транзисторы с маркировкой КТ362Б и КТ363.

Эти транзисторы устанавливаются на плате в позициях VT1 и VT2. На позиции VT3 необходимо установить кремневый транзистор со структурой p-n-p, например, КТ209В с любой буквенной маркировкой. Позиции VT4 и VT5 предназначены для буферных усилителей.

Подойдет большинство высокочастотных транзисторов, с параметрами h21Э для одного не меньше 150, а для другого более 50.

Для позиций VD и VD2 подойдут любые высокочастотные кремневые диоды.

Резистор можно выбрать МЛТ 0,125 или аналогичный ему. Конденсатор С1 берется с номинальной емкостью 25330 пФ, поскольку он отвечает за точность измерений и ее значение стоит подбирать с отклонением не более 1%.

Такой конденсатор можно сделать объединив термостабильные конденсаторы разной емкости (например, 2 на 10000 пФ, 1 на 5100 пФ и 1 на 220 пФ). Для остальных позиций подойдут любые малогабаритные электролитические и керамические конденсаторы с допустимым разбросом в 1,5-2 раза.

Проводу к «бананам» и «крокодилам» лучше взять короче, что бы уменьшить влияние их собственной индуктивности на показания замеров. В месте припаивания проводов к плате, соединение стоит дополнительно зафиксировать каплей термоклея.

При необходимости регулирования диапазона измерений на плату можно добавить разъем для переключателя (например, на три диапазона).