Прилад для вимірювання ємностей без випайки їх зі схем

МІНИСТЕРСТВО  НАУКИ ТА ОСВІТИ УКРАЇНИ

ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ІНСТИТУТ ВИМІРЮВАЛЬНОЇ ТЕХНІКИ»

Метрологія, стандартизація, сертифікація та управління якістю

Кафедра: Вимірювальної техніки 

До захисту  допущено

Декан факультету

__________ О.І. Лещенко

«___»____________2009 р. 

ПОЯСНЮВАЛЬНА  ЗАПИСКА

до випускової роботи освітньо-кваліфікаційного рівня  «бакалавр»

з напряму підготовки (спеціальності) 6.091300 Метрологія та вимірювальна техніка

на тему: «Прилад  для вимірювання ємностей без  випайки їх зі схем» 

Студент групи 0722-БК  Шевчуков Сергій Сергійович            ___________

Консультант роботи        ст. викладач Грабовський О.В.           ___________    

Зав.кафедрою                   д.т.н., професор Квасніков В.П.           ___________  

Одеса – 2009

Зміст

        

         Вступ

1. Випробувач оксидних конденсаторів
2. Прилад для вимірювання ємності
3. Вимірювач ємності конденсатора
4. Висновок
5. Використана література

     Додаток  А 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                              ВСТУП

Вимірювання величини ємності конденсатора без выпайки  зі схеми - це 50% успіху при ремонті  та налаштування електронних пристроїв. В журналі "Радіо" подібні схеми  стали з'являтися в кінці 80 років. Були повторені і модернізовані  ряд схем. У результаті з'явилася запропонована схема приладу для вимірювання ємностей (1000 пФ до 10000 мкФ) на старій елементній базі (у кого є можливість застосувати сучасні счетверенние ОУ на польових транзисторах, з споживанням на корпус 1 мА - застосовуйте). Ставилося завдання створити прилад на недорогий старої елементній базі, простий у регулюванні та налаштування, що має час автономної роботи на акумуляторах 5 днів на тиждень по 8 годин (застосовані найдешевші та поширені акумулятори Д - 0,26 Д) і працює на будь-який мультиметр. Розглянемо коротко схему приладу (рекомендується на початку прочитати статтю в "Радіо" № 4 1998р В. Васильев "Вимірник ємності конденсаторів" так як немає сенсу повністю описувати, як працює прилад. Зовнішніх відмінностей два - застосовані електронні ключі, для зменшення габаритів приладу, стабілізований перетворювач напруги зі схемою контролю розряду акумуляторів і автоматичного вимикання приладу).

Прилад для  вимірювання ємностей живиться від 3 акумуляторів. Заряд акумуляторів здійснюється від блоку живлення з напругою 6 ... 12В, що підключається до гнізда XS1. Акумулятори заряджаються постійним струмом, його величина встановлюється резистором R2. Контроль за розрядом акумуляторів до 2,7 - 2,5 В здійснює схема на тригери VT4 і VT5. Величину опорного напруги змінюють резистором R8 (падіння напруги на зеленому светодиод приблизно 2,5 В, допустимо використовувати 5 діодів включених послідовно).  
 
    Перетворювач напруги зібраний на транзисторах VT2 і VT3. Вихідна напруга стабілізованої ± 7 ± 0,5 В (VD1), перетворювач працює при вхідній напрузі від 1,8 В до 5В. Трансформатор Т1 намотан на стандартному каркасі для феритових сердечника М2000 Ш44, допустимо використовувати будь-який підходящий малогабаритний феритових трансформатор. Діаметр дроту - 0,1 мм, число витків 1 обмотки - 15 витків, 2 і 3 обмоток - 35 витків. Діаметр дроту не критичний, можна взяти і 0,2 мм, число витків теж не критично - в 1 обмотці допустимо 10 - 20 витків, у вторинних обмотка в два рази більше.

З огляду на те, що максимальна частота роботи ОУ становить 1 кГц за основу було взято ОУ 140УД12 (для зменшення габаритів приладу застосовано його счетверенний аналог 1401УД3). Єдине на що слід звернути увагу - амплітуда коливань на виході генератора повинна бути однаковою на всіх частотах, інакше збільшують струм програмування ОУ (R11 і R18). Вимірювальний ОУ був обраний 140УД14 - мале споживання і досить велика вхідний опір. Хоча на межі вимірювання 1000пФ воно замало (скореговане збільшенням номіналу резистора R43 до 12 МОм, а не 10МОм). Корекція нуля показань приладу на межі вимірювання 1000пФ здійснюється R35 (убирається паразитного вхідна ємність приладу з вимірювальними щупамі (C17 3 пікофаради!), Бажано вивести під шлиц для оперативної налаштовуванню). Застосована нестандартна частотна корекція ОУ 140УД14 (головне прибрати дзвін на фронтах, все-таки це діфференціатор схильний до самовозбужденію).

У схемі використовується електронний перемикач меж вимірювання, що дозволяє різко скоротити габарити приладу. Перемикач SA2 перемикає діапазони вимірювання за допомогою ключів в мікросхемах DD1 і DD2 (від 1000пФ в положенні 1 до 10000мкФ в положенні 8).

   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Прилад калібру  своїм подстроечним резистором на кожному  межі виміру по еталонним ємності, що різко спрощує настройку приладу. На межі 1000пФ - R37 на межі 0,01 мкФ - R38, на межі 0,01 мкФ - R39, на межі 1мкФ - R40, на межах (10мкФ - 10000мкФ) - (R23 - R26).  
 
    Далі опис роботи приладу аналогічно опису схеми в "Радіо" № 4 1998р В. Васильев "Вимірник ємності конденсаторів" .... Єдино в даній схемі в генераторі помилка - в ОУ DA 1.2 необхідно поміняти місцями прямий і інверсно входи ОУ інакше генератор не запрацює. Схеми огляду в прикріплених файлах. На фотографіях в кінці статті 1-а і 3-я модифікації приладу автора.  
 
    Перша модифікація приладу створена на початку 2000 р., застосований мікроамперметр на 100мкА і акумуляторна батарея 7 D - 0,0125 D.

 
 
 

1. ВИПРОБУВАЧ  ОКСИДНИХ КОНДЕНСАТОРІВ

Досвід ремонту промислової та битової радіоапаратури показав, що найбільш частіше зустрічається поломка – втрата ємності оксідних конденсаторів. Побачити таку поломку дуже тяжко, а прогнозувати відказ по цієї ж причині взагалі неможливо.

Пропонований  прилад призначений для вимірювання  ємності оксидних конденсаторів  у складі вузла, в якому вони застосовані (тобто без випаіванія з вузла). Параметри вхідних ланцюгів приладу розраховані таким чином, що практично на точність виміру не впливають ні опір підключених до перевіряється конденсатора ланцюгів апарату, ні полярність їх елементів, ні полярність підключення самого приладу. Межі вимірювання ємності - 1 ... 1000 мкФ, відносна похибка вимірювання в інтер ¬ вале значень 20 ... 500 мкФ - не більше -20 і 40%. 

Принципова схема  приладу зображена на малюнку. Принцип  його дії заснований на вимірюванні  падіння змінного (50 Гц) напруги на дільник, що складається з резисторів К1, К2 та перевіряється конденсатора С "знімаємо з дільник сигнал посилюється мікросхемою РА1 і надходить на випрямляч, виконаний за схемою подвоєння напруги на діодів У01, \ Ф2 . Постійна складова випрямленного напруги через логаріфмірующую ланцюг К7УРЗК8 (вона розширює межі вимірювання ємності) надходить на мікроамперметр РА1, і його стрілка відхиляється на кут, назад пропорційний ємності конденсатора С ".

В приладі можна  використовувати постійні резистори МЛТ чи ПС, змінні резистори СП4-1 (СП5-2, ППЗ-45), конденсатори КМ-6, МБМ (С1), КТ-1 (СЗ), К50-6, К50-16, К53-1 (решта). Трансформатор Т1-будь-який, потужністю понад 1 Вт зі змінним напругою на вторинній обмотці 2X22 В. 

Для підключення приладу до перевіряється конденсатора та проколювання захисного лаку, яким зазвичай вкриті друковані плати радіоапаратури, рекомендується виготовити спеціальний Щуп. По суті, це - два склеєних корпусами цангові олівця, в які замість грифель вставлені сталеві голки (їх кінці з боку вушка обживають, обмативают - для отримання потрібного діаметра - мідній лудіння дротом і акуратно пропаівают цю обмотку по всій довжині). До потовщених кінцях голок пріпаівают гнучкий екранованих провід, який підключають до гнізд, Х51, Х52. Для зручності роботи голки можна злегка изогнут - це дозволить простим поворотом їх у цангові затиску змінювати відстань між кінцями. 

Налагодження  приладу зводиться до підгонка (поперемінно  зміною опорів резисторів КЗ, К7 і К8) шкали шляхом вимірювання ємності свідомо справних конденсаторів з можливо меншою допускається відхилення ємності від номіналу (це, наприклад, можуть бути конденсатори ЦЕ-1 - ЦЕ-3. К52-1 , К52-1а, К53-1, К53-1а, К53-18 і т. п. з допуском ± 10%). 

Шкалу мікроамперметра градуіруют безпосередньо в мікрофарадах або користуються при роботі градуіровочной таблицею. Якщо застосовано мікроамперметр з струмом повного відхилення стрілки 100 мкА, то відмітка 5 мкА відповідає ємності 1000 мкФ, відмітки 10. 20, 40, 60, 80 та 90 мкА - відповідно 500, 200, 100, 50, 20 і 10 МКФ, відмітка 100 мкА - 0. 

Перед вимірюванням прилад калібру: змінним резистором К8, ось якого виведена на лицьову  панель, встановлюють стрілку мікроамперметра  РА1 на позначку 0 (100 мкА). 

При необхідності межі вимірювання ємності можна змістити в бік великих або менших значень, для чого досить замінити резистори К1 і К2, резистори відповідно менших або великих опорів, зберігши незмінним їх ставлення. 
 
 
 
 
 
 
 

2. ПРИЛАД ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ЄМНОСТІ

У будь-якій домашньої  лабораторії радіоаматори для конструювання та виконання регулювальних робіт необхідний прилад для вимірювання ємності. У даному описі пропонується порівняно дешевий, малогабаритний і досить точний вимірник. Він дозволяє не тільки визначити в широких межах ємності конденсаторів, але й оцінити величину ємності монтажу, гонитва ємності кабелю, ємності переходів напівпровідникових приладів.

Аналізуючи запропоновані  в радіоаматорського літературі варіанти аналогічних приладів, переконався, що вони в тій чи іншій мірі володіють низькою перешкодозахищеність, мають великі похибки при вимірюванні малих значень параметра з-за наявності індуктивних складових, громіздкі конструкційної, мають складні електричні схеми, часто незручні в експлуатації за нелінійної шкали. Тому принцип дії таких приладів не можна покласти в основу розробки більш зручного вимірника, особливо при вимірюванні малих значень ємності.

При конструюванні  нового вимірника ємності була поставлена задача знайти інші прийнятні рішення  для створення приладу з прямим відліком та лінійної шкалою, високою роздільною здатністю, широким динамічним діапазоном, малою похибкою, високою надійністю. Після проведення серії супутніх експериментів такий прилад був побудований. При всіх названих технічних якостях розроблений пристрій вийшов невеликих габаритів, маси і недороге у виготовленні. Його повторення не зажадає від радіоаматорів пошуку ніяких дефіцитних елементів, а при регулюванні-складного метрологічного забезпечення.

Зовнішній вигляд приладу показано на рис. 1. Його основні технічні характерістікі: діапазон вімірюваніх ємностей від 1 пФ до 1000 мкФ розбитий на 12 поддіапазонов (6 положень перемикач меж з двома положеннями Переклчателя множнік відліку); похибка вимірювання, приведена до верхнього переділу поддіапазона, при використанні як індикатор стрілочного зміни ¬ рітеля класу точності 0,5 - не більше 2%, цифрового вольтметра-1, 5%; час встановлення показань на будь-якому з поддіапазонов - не більше 30 с; дрейф початкової установки стрілки вімірніка за час роботи не менше 2 годин при зміні температури навколишнього середовища -- від +10 до +30 ° С на всіх межах вимірювання не більше 1,5 справівання шкали; лінійність шкали приладу-не гірше 196 (обмежена лінійність застосовуваного індікатора); спожіваєтравня потужність від мережі змінного струму - не ■ більше 5 Вт; габарити приладу -- 236x155x10; маса - 2 кг.

Принцип роботи приладу заснований на зарядці вимірюється  конденсатора від джерела сигналу  змінного струму стабільної форми, амплітуди  і частоти з наступним диференціювання, виділенням постійної складової на синхронний детекторі і фіксацією її вимірювальними системами. 

Принципова схема  приладу наведена на рис. 2. Сигнал стабільної форми формується автогенератором, виконаним на мікросхемах ОМ - ОАЕ. На виході мікросхеми ОА1 формуються коливання прямокутної форми, які керують роботою інтегратора на мікросхеми ОАЕ. Власна частота автогенератора визначається резистори Я10, Р11 і місткостями конденсаторов С9, Сю. Підключення цих конденсаторів можна комутованим перемикачем 8А2, встановлюючи частоту генерації рівною 1000 Гц (положення «х1») або 1 Гц (положення «хЮОО») і тим самим розширюючи діапазон вимірюваної ємності. Резистор Р10 дозволяє відрегулювати частоту генерації більш точно. Автоколебательний режим підтримується зворотними зв'язками через конденсатори С1, С2 в каскаді на мікросхеми ОА1 і позитивною зворотним зв'язком через резистори Н5, В7 і інвертер на мікросхеми ОА2.

З виходу інтегратора  сигнал подають на підсилювач струму, виконаний на транзисторі УТ4 за схемою еміттерного повторювачі, для отримання необхідних значень струмів при вимірюванні великих значень ємностей конденсаторів. Після еміттерного повторювачі сигнал трикутної форми надходить на одну з обкладок вимірюється конденсатора С, підключеного до гнізд Х81 і Х82. Після проходження через конденсатор форма коливань з трикутної перетвориться в трапецеїдальних, тривалість фронту спаду і амплітуда яких залежать від величини вимірюваної ємності конденсатора. 

Трапецеїдальних сигнал через резистор Н25 подають на вхід дефференціатора на мікросхеми 0А5. Її вхід приховується від короткого замикання висновків підключення вимірюється конденсатора (підключення конденсатора з пробою або випадкове зіткнення висновків) послідовно включеними еміттернимі конвертаціями транзисторів УТ6 і \ П7. На виході мікросхеми 0А5 формується сигнал, по амплітуді пропорційний величині вимірюваної ємності.

Парафазний  сигнал для роботи синхронного детектора  формується роботою діфференціатора  і инвертор на мікросхеми 0А6. Синхронний детектор виконаний на польових транзисторах УТЗ і \ / Т5. Його роботу синхронізує сигналом каскаду формувачі прямокутних коливань, які подаються на одне плече через розв'язують діод \ / 61, а на другое-через инвертор на мікросхеми 0А4 і розв'язують діод УОЛ. Вихід детектора (витоки транзисторів) підключений до балансувальне резистори П26, а з його движка сигнал через ПС-фільтри В22П24С13 і В27В37С14 подають відповідно до цифрового або стрілочного (РА1) індикатором. Зовнішній цифровий індикатор (Вольтметр з межею вимірювання 100 мВ і вхідним опором 1 МОм) підключає через гнізда роз'єми х53 і х34 на передній панелі вимірника ємності.