Високоточний вимірювач індуктивності та ємності. Високоточний вимірник індуктивності та ємності Як виміряти індуктивність котушки звичайним мультиметром
Початківцям радіоаматорам не варто покладатися на інтуїцію, і наїдуться на добротність котушок індуктивності, а просто треба взяти і перевірити їхню працездатність. Нічого особливо складного тут немає, і, незважаючи на те, що побачити магнітне поле на власні очі ми поки що не можемо перевірити працездатність котушки індуктивності досить просто . А як це зробити, стисло і доступно, розповість вам стаття.
Процедура візуальної перевірки котушки індуктивності:
Перевірка справності котушок індуктивності починається із зовнішнього огляду, під час якого переконуються у справності каркасу, екрану, висновків; у правильності та надійності з'єднань всіх деталей котушки між собою; без видимих обривів проводів, замикань, пошкодження ізоляції та покриттів. Особливу увагу слід привертати до місць обвуглювання ізоляції, каркасу, почорніння чи оплавлення заливки.
Процедура електричної перевірки котушки індуктивності:
Електрична перевірка котушок індуктивності включає перевірку на урвище, виявлення короткозамкнених витків та визначення стану ізоляції обмотки.
Перевірка на урвища виконується пробником. Збільшення опору означає обрив або поганий контакт однієї чи кількох жил літцендрату. Зменшення опору означає наявність міжвиткового замикання. При короткому замиканні висновків опір дорівнює нулю. Для точного уявлення про несправність котушки необхідно виміряти індуктивність. На закінчення рекомендується перевірити працездатність котушки в такому самому справно справному апараті, для якого вона призначена.
Ця схема вимірювача індуктивності побудована з використанням мікросхеми 74HC14 . Вимірювачем тут буде стрілочний індикатор. Схема, за всієї своєї простоти, дійсно працює чудово. Вимірник індуктивності відкалібрований у нашому випадку для 0-100 мкГн, оскільки це найбільш популярний діапазон.Принципова схема індуктометра на 74HC14
Аналоговий метод вимірювання обмежує його точність, але при самостійному намотуванні котушок для різних радіосхем його вистачає.
Принцип дії індуктометра
Принцип роботи схеми полягає в тому, що якщо ви генеруєте імпульси постійної частоти та амплітуди, а потім передає сигнал через низькочастотний фільтр, в результаті чого напруга постійного струму буде пропорційно індуктивності. 
Частота імпульсу встановлюється генератором на тригерах Шмідта і складається з опору зворотного зв'язку (2k потенціометр та 3.9k постійний резистор). 1000 пФ конденсатора на землю, та елементами тригера Шмідта. Ширина імпульсу пропорційна індуктивності і обернено пропорційна опору. Ця схема підійде лише для широкосмугових котушок. Індуктивності із залізними або феритовими осердями, внаслідок високої проникності феритів, не можуть бути точно виміряні. Схема цілком лінійна, ви можете переконатися в цьому, глянувши на графік:
Схема підключається до вольтметра з мілівольтним виміром, що має високий вхідний опір, оскільки пристрій не має буфера на виході. Для спрощення конструкції вимірювача індуктивності можна зібрати його на металізованій стороні макетної плати. Усі сполуки, зокрема земляні сполуки, мають бути короткі. Провід буде додавати значення до вимірюваної індуктивності, тому тримайте його гранично коротким.
Калібрування вимірювача індуктивності
Процедура налаштування проста: підключіть акумулятор і цифровий вольтметр, підключіть відому котушку або дросель, а потім налаштуйте потенціометр, поки не отримаєте потрібного значення на шкалі. Наприклад, використовуйте індуктивність 1 мкГн і відрегулюйте потенціометр так, щоб отримати 100 мВ на мілівольтметрі. На фото - вимір 33 мкГн промислового дроселя. 
Генератор із зазначеними значеннями радіоелементів працює на частоті 173 КГц. Якщо у вас суттєво відмінні частоти, спробуйте змінити частоту генератора вищезазначеними компонентами.
Прилади безпосередньої оцінки та порівняння
До вимірювальних приладів безпосередньої оцінки значення вимірюваної ємності відносяться мікрофарадметри, дія яких базується на залежності струму або напруги в ланцюзі змінного струму від значення включеної до неї. Значення ємності визначають за шкалою стрілочного вимірювача.
Більш широко для вимірювання та індуктивностей застосовують врівноважені мости змінного струму, що дозволяють отримати малу похибку виміру (до 1%). Живлення моста здійснюється від генераторів, що працюють на фіксованій частоті 400-1000 Гц. Як індикатори застосовують випрямні або електронні мілівольтметри, а також осцилографічні індикатори.
Вимірювання проводять балансуванням моста в результаті поперемінного підстроювання двох його плечей. Відлік показань береться по лімбах рукояток тих плечей, якими збалансовано міст.
Як приклад розглянемо вимірювальні мости, що є основою вимірювача індуктивності ЕЗ-3 (рис. 1) та вимірювача ємності Е8-3 (рис. 2).
Мал. 1. Схема мосту для вимірювання індуктивності
Мал. 2. Схема мосту для вимірювання ємності з малими (а) та великими (б) втратами
При балансі моста (рис. 1) індуктивність котушки та її добротність визначають за формулами Lx = R1R2C2; Qx = wR1C1.
При балансі мостів (рис. 2) вимірювана ємність та опір втрат визначають за формулами
Вимірювання ємності та індуктивності методом амперметра-вольметра
Для вимірювання малих ємностей (не більше 0,01 - 0,05 мкФ) і високочастотних котушок індуктивності в діапазоні їх робочих частот широко використовують резонансні методи. Резонансна схема зазвичай включає генератор високої частоти, індуктивно або через ємність пов'язаний з вимірювальним LС-контуром. Як індикатори резонансу застосовують чутливі високочастотні прилади, що реагують на струм або напругу.
Методом амперметра-вольтметра вимірюють порівняно великі ємності та індуктивності при живленні вимірювальної схеми джерела низької частоти 50 - 1000 Гц.
Для виміру можна скористатися схемами рис. 3.
Малюнок 3. Схеми вимірювання великих (а) та малих (б) опорів змінному струму
За показаннями приладів повний опір
де
з цих виразів можна визначити
Коли можна знехтувати активними втратами в конденсаторі або котушці індуктивності використовують схему рис. 4. У цьому випадку
Мал. 4. Схеми вимірювання великих (а) та малих (б) опорів методом амперметра – вольтметра
Вимірювання взаємної індуктивності двох котушок
Це дуже точний вимірник індуктивності/ємності на базі мікроконтролера PIC16F628A. Ідея реалізована на прикладіточного вимірювача індуктивності/ємності .Конструкція пристрою трохи відрізняється від аналогічних пристроїв, знайдених у мережі Інтернет. Метою моєї нелегкої праці було надати просте рішення, яке легко зібрати з першої спроби. Більшість конструкцій даного типу пристроїв працює не так, як описано в документації, або на них недостатньо довідкової інформації. Найважчою частиною проекту було запрограмувати весь математичний код з плаваючою комою на згадку про програми розміром 2k мікроконтролера 16F628A.
Зазвичай вимірювач індуктивності/ємності є вимірювачем частоти, що має у складі генератор коливань, який генерує коливання і вимірює величини L або C, після чого обчислюється кінцевий результат. Похибка частоти становить 1Гц. Для отримання більш детальної інформації щодо вимірювання частоти за допомогою синхронізуючих пристроїв зверніться до моєї статті про цифровий частотомір.
Теоретичні відомості: Уважно подивіться на схему; я не використав язичкове реле, оскільки не знайшов його на місцевому ринку радіокомпонентів. Тому я вирішив спочатку використати польовий МОП-транзистор замість язичкового реле. Але найкращий результат отримав за допомогою звичайного NPN-транзистора, такого як BC547. Якщо ви не довіряєте транзисторам, ви зможете додати язичкове реле самостійно. Я використовував внутрішній компаратор контролера для генератора і приєднав його до джерела зовнішньої синхронізації таймера Timer1 для обчислення частоти. Завдяки цьому не знадобилося використовувати зовнішній операційний підсилювач Lm311. Реле RL1 використовувалося для вибору режиму вимірювання L та C. Вимірювач працює на базі чотирьох основних рівнянь, які представлені нижче:
Для обох невідомих величин L і C зазвичай застосовується рівність 1 і 2. Середні значення F1 ми отримуємо за допомогою LC коливального контуру, потім приєднуємо C cal паралельно коливальному контуру і отримуємо величину F2.
Відразу після цього,
- Для ємності потрібно F3 (рівняння 3), залишаючи Cx паралельно коливальному контуру, потім обчислюється Cx з рівняння 4
- Для індуктивності потрібно F3 (рівняння 7), залишаючи Lx послідовно коливальному контуру, і c обчислюється Lx з рівняння 8
Отже, як індуктивності, так ємності, рівняння 1, 2, і рівняння 5, 6 однакові.
Після отримання приблизних значень індуктивності або ємності програма автоматично приведе значення до технічних одиниць, які відобразить на рідкокристалічному дисплеї роздільною здатністю 16x2.
Якщо вам важко подолати всі математичні обчислення, тоді краще залишити їх на якийсь час і перейти до апаратних засобів. Для початку виконайте процес калібрування, який роз'яснений у наступному розділі.
Конструкція:
Точність виміру залежить від стану ваших компонентів. Два конденсатори, ємністю 33пФ у генераторі повинні бути танталовими (для низької серії опорів/індуктивностей). Використовуйте C4, C5 (C cal) полістирольного типу, оскільки зелені конденсатори мають надто велике відхилення величини. Уникайте використання керамічних конденсаторів. Деякі мають великі згасання.
- Спочатку перевірте, щоб усі компоненти чудово підходили на свої місця у платі.
- Запрограмуйте мікросхему (16F628A) за допомогою файлу Hex, вказаного нижче на цій сторінці. Якщо у вас немає програматора/завантажувача, тоді зверніться до моєї схеми. Його дуже легко зібрати самостійно.
- Спочатку подайте живлення на схему без мікросхеми, потім перевірте напругу на виведенні 5, 14 колодки ІВ за допомогою вольтметра. Якщо напруга дорівнює 5В, тоді все добре.
- Помістіть мікросхему в колодку ІВ та подайте харчування. Якщо на рідкокристалічному дисплеї буде підвищена контрастність, тоді збільште значення резистора R11 на кілька кілоом.
Калібрування:
- Закоротіть два тестові провідники і подайте харчування на схему. При цьому виконається автоматичне калібрування. Пристрій перейде в режим за замовчуванням – індуктивність. Дайте кілька хвилин на "розігрів", потім натисніть кнопку "zero" (нуль) для виконання форсованого повторного калібрування. Тепер на дисплеї має відображатись значення ind = 0.00 uH (мкГн)
- Тепер розімкніть два тестових провідника і приєднайте заздалегідь відому індуктивність, наприклад 10 мкГн або 100 мкГн. Вимірник індуктивності/ємності повинен вважати приблизно аналогічне значення (допускається похибка до +/- 10%).
- Після цього необхідно налаштувати вимірювач для відображення результату з похибкою близько +/- 1%. Щоб виконати це, перевірте, що у схемі встановлено 4 джампера Jp1 ~ Jp4. Джампери Jp1 та Jp2 призначені для збільшення (+) та зменшення (–) значень. Щоб збільшити значення, спочатку встановіть Jp1 і виконайте кроки 1,2, для зменшення значення встановіть Jp2 і виконайте кроки 1,2.
- Якщо на дисплеї відображаються необхідні значення, зніміть джампери. Після цього мікросхема запам'ятає калібрування, поки ви заходите знову внести зміни.
- Якщо ви все ще не отримуєте потрібне значення, встановіть джампер Jp3, щоб побачити величину F1. На дисплеї з'явиться значення близько 503292 з індуктивністю 100мкГн та ємністю 1нФ. Або встановіть джампер Jp4, щоб переглянути значення F2. Якщо на дисплеї нічого не з'явиться, це означає, що ваш генератор неправильно працює. Ще раз перевірте плату.
Список радіоелементів
| Позначення | Тип | Номінал | Кількість | Примітка | Магазин | Мій блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | Лінійний регулятор | LM7805 | 1 | До блокноту | ||
| U3 | МК PIC 8-біт | PIC16F628A | 1 | До блокноту | ||
| Q1, Q2 | Біполярний транзистор | BC547B | 2 | До блокноту | ||
| D1, D3 | Випрямний діод | 1N4001 | 2 | До блокноту | ||
| С1, С2, С6, С7 | Електролітичний конденсатор | 10 мкФ | 4 | До блокноту | ||
| С3, С10 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 2 | До блокноту | ||
| С4, С5 | Конденсатор | 1000 пФ | 2 | До блокноту | ||
| С8, С9 | Конденсатор | 33 пФ | 2 | До блокноту | ||
| R1, R3, R4 | Резистор | 100 ком | 3 | До блокноту | ||
| R2, R14, R15 | Резистор | 10 ком | 3 | До блокноту | ||
| R5 | Резистор | 47 ком | 1 | До блокноту | ||
| R6 | Резистор | 1.5 ком | 1 | До блокноту | ||
| R7, R9-R12 | Резистор | 1 ком | 5 | До блокноту | ||
| R8, R13 | Резистор | 560 Ом | 2 | До блокноту | ||
| LCD1 | LCD-дисплей | 16х2 LCD | 1 | До блокноту | ||
| Х1 | Кварцовий резонатор | 16 МГц | 1 | До блокноту | ||
| RL1 | Реле | 5 В | 1 |
Одним із компонентів схем різних електронних та електротехнічних приладів є дросель. Дросселем називають котушку індуктивності, яка при роботі в електричних схемах обмежує провідність для змінного струму і безперешкодно пропускає постійний струм. Ця властивість дроселя використовується для згладжування змінної складової струмів. Перевірка дроселя здійснюється мультиметром чи спеціальним тестером.
Призначення та пристрій
У деяких приладах дроселі встановлюються для того, щоб пропускати імпульсні струми певного діапазону частот. Діапазон цей залежить від конструктивного рішення дроселя, тобто від проводу, що застосовується в котушці, його перерізу, кількості витків, наявності сердечника і матеріалу, з якого він виготовлений.
Конструктивно дросель є намотаний на сердечник ізольований провід. Серце може бути металевим, набраним із ізольованих пластин або феритовим. Іноді дросель може виконуватися без осердя. У цьому випадку використовується керамічний чи пластмасовий каркас для дроту.
Дросельна заслінка присутня у карбюраторі. Вона регулює подачу горючої суміші, являючи собою потенціометр. Щоб перевірити датчик дросельної заслінки в автомобілі, визначають відповідність вхідної напруги пристрою положення заслінки . У мультиметрі виставляють режим продзвонювання. Контакти роз'єму датчика з'єднують із щупами мультиметра та створюють видимість руху заслінки (пальцями). При цьому перевіряють, як реагує датчик у крайніх положеннях заслінки. Має бути чистий сигнал без хрипів.
У світильниках
У світильниках, передбачених для використання ламп денного світла, крім самих ламп, застосовуються такі компоненти, як стартер та дросель.
Стартер, як випливає з назви, запускає процес світіння в лампі, і далі в процесі участі не бере. Дросель виконує функції стабілізатора струму та напруги протягом усього періоду свічення лампи.
Якщо дросель несправний, лампа не горить, або горить не стійко, свічення її неоднорідне по всій довжині, всередині можуть з'являтися області з яскравішим світінням, що рухаються від одного електрода лампи до іншого. Іноді можна побачити ефект мерехтіння світла. Лампа при несправному дроселі може не спалахнути з першого разу, і стартер буде багаторазово вмикатися, поки процес свічення не запуститься. В результаті, в місцях встановлення спіралей, на колбі лампи з'являться потемніння. Це з тим, що спіралі працюють більш тривалий час, ніж встановлено для нормального запуску.
Перевірка у лампах
Перевірку дроселя необхідно провести, якщо спостерігається одне з вищеописаних явищ при роботі лампи денного світла, а також, якщо помічено появу характерного запаху ізоляції, що підгоряє, поява звуків, нехарактерних для роботи приладу, а також у тому випадку, якщо лампа не включається.
Перед тим, як перевірити дросель лампи, перевіряються сама лампа і стартер.
Несправність дроселя може полягати в обриві або перегоранні дроту котушки або міжвитковому замиканні, викликаному пробоєм або підгорянням ізоляції. Обидві несправності можуть статися або внаслідок тривалого використання приладу, або в результаті якого-небудь механічного впливу. Можливе перегорання дроту котушки в результаті подачі на неї струму більшого, ніж максимальний, на який розрахований дросель.
У разі обриву або перегорання дроту можна виявити несправність звичайним тестером або мультиметром. Внаслідок того, що дросель пропускає постійний струм, замкнувши ланцюг тестера через котушку, по світінню контрольної лампи або його відсутності можна зрозуміти, чи є обрив чи ні.
Якщо при вимірюванні мультиметром, опір нескінченно, має місце обрив дроту котушки.
Перевірка міжвиткового замикання
У разі міжвиткового замикання перевірка тестером результату не дасть. У цьому випадку потрібно знати, як перевіряти дросель за допомогою мультиметра.
Міжвиткове замикання має місце при безпосередньому гальванічному контакті двох витків або при контакті витків з металевим осердям. Очевидно, що в цьому випадку опір котушки зменшується.
Можливий поодинокий випадок, коли вимір опору котушки не дасть достовірної картини її стану. Таке може статися при обриві та міжвитковому замиканні одночасно. У цьому випадку міжвиткове замикання може виявитися паралельним обриву, і кілька витків просто не братимуть участі у вимірі. Справний, начебто, дросель працюватиме некоректно.
Для перевірки котушки на наявність міжвиткового замикання аналоговий мультиметр в режимі міліамперметра необхідно використовувати в складі приладу, зібраного на двох транзисторах.
Схема приладу наведено малюнку.
Сам прилад є генератором низької частоти. При складанні схеми використовуються будь-які транзистори лінійки МП39-МП42 (коефіцієнт посилення 40-50). Діоди можна використовувати типу Д1 чи Д2 з будь-яким індексом. Резистори застосовуються будь-якого типу, розраховані на потужність щонайменше 0,12 Вт. Живлення приладу здійснюється від джерела постійного струму, напругою 7-9 ст.
Послідовність дії
Порядок перевірки наступний:
- вмикається тумблер Вк. У цьому стрілка мультиметра повинна відхилитися до середини шкали;
- в залежності від індуктивності котушки, встановлюється положення двигуна змінного резистора R5. Ліве становище відповідає меншою, а праве – більшою індуктивності. При перевірці котушок з індуктивністю менше 15 мГн необхідно додатково натиснути кнопку Кн2;
- до клем Lx підключаються висновки дроселя і замикається кнопкою контакт Кн1. При цьому, якщо в обмотці немає витків, короткозамкнутих між собою, стрілка мультиметра повинна відхилитися у бік більших значень або трохи відхилитися в бік менших. Якщо в обмотці є одне замикання між витками, стрілка повертається на нуль.
Іноді причиною несправності котушки може стати зруйнований або пошкоджений сердечник. Матеріал, з якого виконаний сердечник, його розмір та положення щодо котушки, впливають на індуктивність.
Перевірка індуктивності
Наявність в арсеналі мультиметра такої корисної функції, як вимірювання індуктивності котушок, буде корисним для перевірки відповідності дроселя характеристик, заявлених у довідковій літературі. Функція доступна лише в деяких моделях цифрових мультиметрів.
Щоб скористатися цією функцією, необхідно налаштувати мультиметр на . Контакти щупів приєднуються до висновків котушки. При першому вимірюванні мультиметр встановлюється найбільший діапазон вимірювань, і потім діапазон зменшується для отримання вимірювання достатньої точності.
При проведенні всіх вимірювань важливо не допускати торкання руками контактів, на яких вимірюються ті чи інші параметри, інакше провідність тіла може змінити показання приладу.
