微法拉计。方案、说明

微法拉计。无线电电子电气工程百科全书

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本文介绍了一种基于 PIC16F876A 微控制器的无极性和氧化物电容器电容表。电容测量范围 - 1...999 10³ uF - 分为两个子范围。测量结果由带自动小数点设置的三位 LED 数字指示器指示。通过校准仪器可以补偿等效串联电阻对较高限值测量精度的一些影响。

在业余无线电实践中，需要测量较大的电容值是显而易见的。现代很多万用表都具有测量电容器电容量的功能，其上限不超过20-100 μF，当量程超出限值时，测量精度明显降低[1]。专业的 RLC 仪表可测量高达 1 F 或更高的电容 [2]，但由于成本高昂，大多数无线电爱好者不易接触到它们。《无线电》杂志介绍了几种测量氧化物电容器电容的设备 [3,4]；它们通常以前缀的形式设计，并基于间接测量方法。

同时，利用现代元素基础和基本物理关系，可以构建具有足够高计量特性的简单装置。所提出的装置使用了在固定电压值 U 下电容 C 的电荷 Q 的比例原理：C = Q/U；其中 Q = 它。反过来，在给定的充电电流下，电容器的电荷与充电电流的流动时间成正比 [5]。

Техническиехарактеристики

测量范围，µF .. .1...999 10³
整个范围内的误差，%，不超过 .... ± 3
测量时间，s，不超过 .................................2,5
选择测量限值 ... .自动
显示位数............3
电源电压，V 220
能量消耗
W，不超过 .................... 12
电容表的整体尺寸 - 127x72x25 mm，带电源的重量 - 不超过 0,8 kg。

该设备基于 PIC16F876A 微控制器 [6]，它执行所有主要功能：控制测量过程、计算其结果以及在指示器上显示所测电容的获得值。

微法拉计
图。 1

该装置的示意图如图1所示。 1. DD0单片机按程序工作，程序代码见表。打开电源并初始化微控制器后，设备以自动模式运行。输出RA3配置为比较器的输入，RA1为比较器参考电压的输入，RCO、RC2为控制充电电流源的输出，RCXNUMX为开启被测电容放电的输出.

测量周期从电容器通过晶体管 VT2 和电阻器 R5 放电开始。然后在晶体管 VT1 [3] 上开启充电电流源，等于 5 mA。电容器两端的电压开始增加。当它达到大约 1 V 的值（等于 RA3 输入端的参考电压）时，DD1 微控制器停止充电过程并固定其持续时间。

如果被测电容器上的电压在 1,2 秒内未达到示例性电压，则转换到最高测量限值：电流源打开，等于 1 A，在晶体管 VT1 上，指示“x1000”和重复测量。接下来，微控制器根据充电时间、充电电流和电容器电压计算测量电容的值，同时考虑测量限值和相应的校准系数。测量周期周期性地重复。

根据经典方案，结果的动态指示由三位 LED 指示灯 HG1-HG3、晶体管 VT5-VT7 和微控制器端口 RC3-RC5、RBO-RB7 组成。

连接到端口 RA1、RA3、RA1 的按钮 SB2-SB5 用于在设置和检查设备时输入校准系数。 “模式”按钮——进入校准模式，选择系数，切换到测量模式。

按钮“+”和“-” - 在 1 到 255 的范围内设置所选系数的值。“uF”范围内的校准系数显示为不带小数点，对于“uFx1000” - 单位为逗号地方。设定值自动记录在单片机的内存中，断电后存储，开机时读取。

控制程序的源代码用 C 语言在 MPLAB IDE 编程环境 6.5 [7] 版中编写，配备 PICC 编译器版本 8.05PL1 [8]。

微法拉计

在结构上，该设备设计在 M838 万用表的外壳中（见图 2 中的照片）。外部整流器（在电源插头中）用于供电，在高达 9 A 的电流下提供 12 ... 1 V 的输出电压。在可供出售的产品中，例如 BP7N-12-1000 是合适的。稳压器 DA1 安装在设备的板上。需要将容量至少为 1 微法拉、电压为 2 V 的氧化物电容器 C1 的引线焊接到接触垫 X1000、X16 上，这将在仪器外壳的电池盒中进行。

微法拉计
图。 3

微法拉计
图。 4

微法拉计
图。 5

仪表的印刷电路板——采用双面印刷线路和双面排列的零件；其主要尺寸如图所示。 3. 指示灯安装面的印刷电路板图如图 4 所示。 5、从侧面安装微电路和晶体管——如图。 0,5. 为了在板上形成通孔，钻出直径为 0,25 mm 的孔，将 MLT-1 电阻器的引线段铆接和焊接到其中。 DD6 微控制器必须安装在带有弹簧夹的面板中的设备板上。安装板的外观如图所示。 7、XNUMX。

微法拉计

该设备使用MLT电阻或类似的；电阻器 R5 - 来自直径为 1 毫米、长度为 15 毫米的锰铜线，您可以使用 M838 万用表的电流传感器。大多数电容器是 KM、K10-17 系列、氧化物 - K53-4、K53-14、K52-1 和 C1 (1000 uF) - K50-35。石英谐振器 - 频率为 10 ... 12 MHz，采用 NS-49 封装。按钮 - 小型时钟 SWT2、TS-A1PS-130。 TR319 LED 指示灯可以替换为任何其他具有相同引脚排列的产品，例如 SA05-11HWA。晶体管 VT2 是一个强大的场晶体管，其漏极电流至少为 10 A，漏源电阻不超过 0,1 欧姆。 ХЗ、Х4 端子与 M838 万用表中使用的端子相似。稳压器 DA1 和晶体管 VT1 分别安装在面积为 12 和 5 cm2 的板式散热片上。

微法拉计

在将微控制器安装到板上的面板中之前，设备设置就开始了。用开关 SA1 打开电源，检查微控制器面板触点的 5 V 电源电压是否存在和正确性。引脚 1-3、7 上的电压应大约等于电源电压，引脚 14-16 上的电压约为 4 V，引脚 21-28 上的电压接近于零。然后他们检查按钮 SB1-SB3 的可操作性：通过按下按钮，他们控制输入 RA1、RA2、RA5 处低电平的出现。通过将公共线串联到 RBO-RB7 和 RC3-RC5 端口的相应端子来检查动态指示电路：在这种情况下，观察所选数字中指定段的发光。通过向触点 11、12 施加低电平来依次打开电流源，而电流表必须连接到 X4、X0 插座而不是被测电容器。通过 RC0,5 电路接通时，电流必须在 1 ... 1 mA 范围内；并通过 RC0,5 电路 - 1 ... 1 A。通过向引脚 5 施加 +13 V 电压，打开 4 A 电流源检查放电电路。连接到 XXNUMX、XXNUMX 插座的电压表读数应降至零。

此外，关闭电源后，将编程的微控制器插入面板并打开设备。显示屏应显示接近零的读数，“循环”指示灯 (HL1) 间歇性亮起，“x1000”指示灯 (HL2) 不亮。现在，您可以进行试验测量以评估整个设备的性能。

由于电流源参数的大范围分布、参考电压设置误差、比较器误差、安装的石英谐振器的频率以及其他一些不太明显的因素，获得的结果可能与真实结果有很大差异因素。需要仪器校准。

要校准仪表，您需要有四个不同额定值的参考电容器：两个 - 用于“μF”范围，容量为 100 ... 900 μF，两个 - 用于“μF x1000”范围，容量超过10000 μF。为了准确确定它们的容量，建议使用经过验证的工业仪表或某种间接方法。通过测量并根据设备的读数改变校准系数，校准电容器的电容真实值与设备的读数相匹配。校准后，仪器即可使用。

在最高测量极限下，仪器读数在一定程度上取决于被测电容器的等效串联电阻（ERS）；这表现为对真实电容值的低估。为确保设备的误差不超过规定值，EPS不应超过0,1欧姆。对于容量超过 1000 μF 的可维修氧化物电容器，ESR 的平均统计值在这些限制范围内 [9]，其影响在设备校准期间得到补偿。为了更客观地评估氧化物电容器的性能，需要对电容和 ESR 进行联合测量——这是下一步发展的主题。

使用所述仪表的经验表明其良好的消费者特性：准确性、读数的长期稳定性、易用性。它允许您执行在电子设备的开发、制造和维修过程中出现的必要测量。

微控制器程序可以下载故.

文学

Zagorulko A. 扩大万用表 M830G 的测量范围。 - 广播，2004 年，第 9 期，p。 27.
RLC 测量 WayneKerr4265,4276。 - 广播，2005 年，第 11 期，p。 73.
Dereguz A. 氧化物电容器的电容计。 - 广播，2001 年，第 12 期，p。 27.
Savosin A.微法拉计。 - 广播，2003 年，第 5 期，第 22 页23、XNUMX。
Horowitz P., Hill W. 电路的艺术。 - M.：和平号，2001 年。
微芯片技术公司DS39582B。 PLC16F87xA。数据表。 28/40/44 - 引脚增强型闪存微控制器。微芯片.com。
微芯片技术公司DS1281C。 MPLAB IDE v6xx。快速入门指南。微芯片.com。
高科技软件。 PICC手册.-htsoft.com.
巅峰电子设计有限公司。等效串联电阻分析仪。型号 ESR 60。用户指南。-peakelec.co.uk。

作者：A. Topnikov，雅罗斯拉夫尔地区乌格里奇；出版物：radioradar.net

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