Jest to bardzo dokładny miernik indukcyjności/pojemności oparty na mikrokontrolerze PIC16F628A. Pomysł jest realizowany na przykładzie dokładny miernik indukcyjności/pojemności .Wygląd urządzenia różni się nieco od podobnych urządzeń znalezionych w Internecie. Celem mojej ciężkiej pracy było zapewnienie prostego rozwiązania, które można łatwo złożyć za pierwszym razem. Większość konstrukcji tego typu urządzeń nie działa zgodnie z opisem w dokumentacji lub po prostu nie ma na ich temat wystarczających informacji referencyjnych. Najtrudniejszą częścią projektu było zaprogramowanie całego kodu matematycznego zmiennoprzecinkowego w 2k pamięci programu mikrokontrolera 16F628A.
Zazwyczaj miernik indukcyjności/pojemności to miernik częstotliwości zawierający oscylator, który oscyluje i mierzy L lub C, na podstawie czego obliczany jest wynik końcowy. Błąd częstotliwości wynosi 1 Hz. Więcej informacji na temat pomiaru częstotliwości za pomocą urządzeń taktujących można znaleźć w moim artykule na temat cyfrowego licznika częstotliwości.
Informacje teoretyczne: Przyjrzyj się uważnie diagramowi; Nie użyłem kontaktronu, ponieważ nie mogłem go znaleźć na lokalnym rynku radiowym. Zdecydowałem się więc najpierw zastosować MOSFET zamiast przekaźnika kontaktronowego. Ale najlepszy wynik uzyskałem ze zwykłym tranzystorem NPN, takim jak BC547. Jeśli nie ufasz tranzystorom, możesz samodzielnie dodać kontaktron. Użyłem wewnętrznego komparatora kontrolera dla oscylatora i podłączyłem go do zewnętrznego źródła zegara Timera 1, aby obliczyć częstotliwość. Dzięki temu nie było konieczności stosowania zewnętrznego wzmacniacza operacyjnego Lm311. Do wyboru trybu pomiarowego L i C wykorzystano przekaźnik RL1. Miernik działa w oparciu o cztery podstawowe równania, które przedstawiono poniżej:
Dla obu nieznanych wielkości L i C zwykle stosuje się równania 1 i 2. Uśredniamy wartości F1 za pomocą obwodu rezonansowego LC, następnie łączymy Ccal równolegle z obwodem rezonansowym i uzyskujemy wartość F2.
Zaraz po tym,
- Pojemność wymaga F3 (Równanie 3), pozostawiając Cx równolegle do obwodu zbiornika, następnie oblicz Cx z Równania 4
- Indukcyjność wymaga F3 (równanie 7), pozostawiając Lx szeregowo z obwodem zbiornika, a następnie c oblicza Lx z równania 8
Dlatego zarówno dla indukcyjności, jak i pojemności, równania 1, 2 i równania 5, 6 są takie same.
Po uzyskaniu przybliżonych wartości indukcyjności lub pojemności program automatycznie przeliczy wartości na jednostki inżynieryjne, które zostaną wyświetlone na wyświetlaczu LCD o rozdzielczości 16x2.
Jeśli trudno ci opanować wszystkie obliczenia matematyczne, lepiej zostawić je na chwilę i przejść do sprzętu. Aby rozpocząć, wykonaj proces kalibracji opisany w następnym rozdziale.
Projekt:
Dokładność pomiaru zależy od stanu komponentów. Dwa kondensatory 33 pF w generatorze powinny być tantalowe (dla niskich rezystancji/induktancji szeregowych). Użyj styropianu typu C4, C5 (Ccal), ponieważ zielone kondensatory mają zbyt duże odchylenie wartości. Unikaj stosowania kondensatorów ceramicznych. Niektóre z nich charakteryzują się dużym tłumieniem.
- Najpierw sprawdź, czy wszystkie elementy pasują idealnie do swoich miejsc na płytce.
- Zaprogramuj chip (16F628A) za pomocą pliku Hex poniżej na tej stronie. Jeśli nie masz programisty/ładowarki, zapoznaj się z moim schematem. Bardzo łatwo jest go złożyć samodzielnie.
- Najpierw włącz zasilanie obwodu bez chipa, a następnie sprawdź za pomocą woltomierza napięcie na stykach 5, 14 płytki IC. Jeśli napięcie wynosi 5 V, wszystko jest w porządku.
- Umieść chip w gnieździe IC i włącz zasilanie. Jeśli wyświetlacz ciekłokrystaliczny ma zwiększony kontrast, zwiększ wartość rezystora R11 o kilka kiloomów.
Kalibrowanie:
- Zewrzyj dwa przewody pomiarowe i włącz zasilanie obwodu. Spowoduje to wykonanie automatycznej kalibracji. Urządzenie przejdzie do trybu domyślnego - trybu indukcyjnego. Poczekaj kilka minut na „rozgrzewkę”, a następnie naciśnij przycisk „zero”, aby wykonać wymuszoną ponowną kalibrację. Wyświetlacz powinien teraz pokazać ind = 0,00 uH (uH)
- Teraz otwórz dwa przewody pomiarowe i podłącz o znanej indukcyjności, np. 10 uH lub 100 uH. Miernik indukcyjności/pojemności powinien wskazywać w przybliżeniu tę samą wartość (dopuszczalny błąd do +/- 10%).
- Następnie należy wyregulować miernik, aby wyświetlał wynik z błędem około +/- 1%. W tym celu należy sprawdzić czy w obwodzie znajdują się 4 zworki Jp1 ~ Jp4. Zworki Jp1 i Jp2 służą do zwiększania (+) i zmniejszania (-) wartości. Aby zwiększyć wartość, najpierw ustaw Jp1 i wykonaj kroki 1-2, aby zmniejszyć wartość, ustaw Jp2 i wykonaj kroki 1-2.
- Jeżeli wyświetlacz pokaże wymagane wartości, należy zdjąć zworki. Następnie chip zapamięta kalibrację, dopóki nie przejdziesz do ponownego wprowadzenia zmian.
- Jeśli nadal nie możesz uzyskać żądanej wartości, ustaw zworkę Jp3, aby zobaczyć wartość F1. Wyświetlacz pokaże wartość około 503292 przy indukcyjności 100µH i pojemności 1nF. Lub ustaw zworkę Jp4, aby zobaczyć wartość F2. Jeśli na wyświetlaczu nic się nie pojawi, oznacza to, że generator nie działa prawidłowo. Sprawdź ponownie swoją tablicę.
Lista elementów radiowych
| Przeznaczenie | Typ | Określenie | Ilość | Notatka | Sklep | Mój notatnik |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | regulator liniowy | LM7805 | 1 | Do notatnika | ||
| U3 | MK PIC 8-bitowy | PIC16F628A | 1 | Do notatnika | ||
| Q1, Q2 | tranzystor bipolarny | BC547B | 2 | Do notatnika | ||
| D1, D3 | dioda prostownicza | 1N4001 | 2 | Do notatnika | ||
| C1, C2, C6, C7 | kondensator elektrolityczny | 10 uF | 4 | Do notatnika | ||
| C3, C10 | Kondensator | 0,1 uF | 2 | Do notatnika | ||
| C4, C5 | Kondensator | 1000 pF | 2 | Do notatnika | ||
| C8, C9 | Kondensator | 33 pF | 2 | Do notatnika | ||
| R1, R3, R4 | Rezystor | 100 kiloomów | 3 | Do notatnika | ||
| R2, R14, R15 | Rezystor | 10 kiloomów | 3 | Do notatnika | ||
| R5 | Rezystor | 47 kiloomów | 1 | Do notatnika | ||
| R6 | Rezystor | 1,5 kOhm | 1 | Do notatnika | ||
| R7, R9-R12 | Rezystor | 1 kOhm | 5 | Do notatnika | ||
| R8, R13 | Rezystor | 560 omów | 2 | Do notatnika | ||
| LCD1 | wyświetlacz LCD | LCD 16x2 | 1 | Do notatnika | ||
| X1 | Rezonator kwarcowy | 16 MHz | 1 | Do notatnika | ||
| RL1 | Przekaźnik | 5 V | 1 |
Urządzenia do bezpośredniej oceny i porównania
Przyrządy pomiarowe do bezpośredniej oceny wartości zmierzonej pojemności obejmują mikrofaradmetry, którego działanie opiera się na zależności prądu lub napięcia w obwodzie prądu przemiennego od wartości w nim zawartej. Wartość pojemności określa się na skali miernika wskaźnikowego.
Szeroko stosowany do pomiarów i indukcyjności zbalansowane mostki AC co pozwala na uzyskanie małego błędu pomiaru (do 1%). Most zasilany jest z generatorów pracujących na stałej częstotliwości 400-1000 Hz. Jako wskaźniki stosuje się prostowniki lub miliwoltomierze elektroniczne, a także wskaźniki oscyloskopowe.
Pomiar dokonywany jest poprzez zrównoważenie mostu w wyniku naprzemiennego ustawiania jego dwóch ramion. Odczyty pobierane są z kończyn uchwytów tych ramion, za pomocą których most jest zrównoważony.
Jako przykład rozważmy mostki pomiarowe, które są podstawą miernika indukcyjności EZ-3 (rys. 1) i miernika pojemności E8-3 (rys. 2).
Ryż. 1. Schemat mostka do pomiaru indukcyjności
Ryż. Rys. 2. Obwód mostkowy do pomiaru pojemności przy małych (a) i dużych (b) stratach
Gdy mostek jest zrównoważony (rys. 1), indukcyjność cewki i jej współczynnik jakości określają wzory Lx = R1R2C2; Qx = wR1C1.
Podczas równoważenia mostów (ryc. 2) zmierzoną pojemność i rezystancję strat określa się za pomocą wzorów
Pomiar pojemności i indukcyjności metodą amperomierza-woltomierza
Do pomiaru małych pojemności (nie większych niż 0,01 - 0,05 μF) i cewek wysokiej częstotliwości w zakresie ich częstotliwości roboczych powszechnie stosuje się metody rezonansowe.Obwód rezonansowy zwykle zawiera generator wysokiej częstotliwości, indukcyjnie lub poprzez pojemność podłączoną do pomiarowy obwód LC. Jako wskaźniki rezonansowe stosuje się wrażliwe urządzenia wysokiej częstotliwości, które reagują na prąd lub napięcie.
Metodą amperomierza-woltomierza mierzy się stosunkowo duże pojemności i indukcyjności, gdy obwód pomiarowy jest zasilany ze źródła niskiej częstotliwości 50 - 1000 Hz.
Do pomiarów można wykorzystać diagramy na ryc. 3.
Rysunek 3. Schematy pomiaru dużych (a) i małych (b) rezystancji prądu przemiennego
Według odczytów przyrządów, impedancja
Gdzie
z tych wyrażeń można określić
Jeżeli można pominąć straty aktywne w kondensatorze lub cewce indukcyjnej, obwód z ryc. 4. W tym przypadku
Ryż. 4. Schematy pomiaru dużych (a) i małych (b) rezystancji metodą amperomierza - woltomierza
Pomiar indukcyjności wzajemnej dwóch cewek
Proponowany przedrostek do miernika częstotliwości do obliczania indukcyjności w zakresie 0,2 μH...4 H różni się od prototypów obniżonym napięciem na mierzonej indukcyjności (amplituda nie większa niż 100 mV), co zmniejsza błąd pomiaru dla cewek na małych pierścieniach i zamkniętych obwodach magnetycznych i umożliwia pomiar z wystarczającą do praktyki dokładnością początkowej przenikalności magnetycznej obwodów magnetycznych. Dodatkowo niska wartość napięcia na obwodzie pozwala ocenić indukcyjność cewki bezpośrednio w konstrukcji, bez jej demontażu.
Dla wielu początkujących radioamatorów produkcja i ocena indukcyjności cewek, dławików, transformatorów staje się „przeszkodą”. Liczniki przemysłowe są niedostępne, własnoręcznie wykonane gotowe projekty z reguły są trudne do powtórzenia, a przy ich ustawianiu wymagane są urządzenia przemysłowe. Dlatego szczególnie popularne są proste mocowania do miernika częstotliwości lub oscyloskopu.
Opisy i schematy podobnych urządzeń publikowano w czasopismach. Są łatwe do powtórzenia i łatwe w użyciu. Jednak zawarte w artykułach informacje dotyczące deklarowanych błędów i granic pomiarowych często prowadzą do błędnych wniosków i zniekształconych wyników. Wskazuje się więc, że przystawka pozwala zmierzyć indukcyjność większą niż 0,1 μH, a błąd pomiaru zależy od doboru kondensatora, który w projekcie autorskim ma dopuszczalne odchylenie pojemności nominalnej nie większe niż ±1 %. I to pomimo faktu, że na tranzystorach wskazanych na schemacie stabilna generacja zaczyna się od indukcyjności obwodu oscylacyjnego wynoszącej 0,15 ... 0,14 uH. W innym artykule wskazano błąd dochodzący do 1,5% górnej granicy (swoją drogą zauważmy, że dolna granica wynosi 0,5 μH z błędem 0,9 μH – i to prawda, innymi słowy pomiar takich wielkości jest oszacowanie) zarówno dla małych, jak i dużych wartości indukcyjności, bez uwzględnienia pojemności własnej cewek. A taka pojemność może osiągnąć wartość proporcjonalną do wartości konturu i wprowadzić dodatkowy błąd do 10 ... 20%.
W artykule podjęto próbę wypełnienia zauważonej luki i pokazania metod szacowania błędu pomiaru oraz zastosowania naprawdę prostego i przydatnego projektu w laboratorium każdego radioamatora.
Proponowany przedrostek do miernika częstotliwości przeznaczony jest do oceny i pomiaru indukcyjności z wystarczającą do praktyki dokładnością w zakresie 0,2 μH ... 4 H. Różni się od prototypów obniżonym napięciem na mierzonej indukcyjności (amplituda nie większa niż 100 mV), co zmniejsza błąd pomiaru indukcyjności na małych pierścieniach i zamkniętych rdzeniach magnetycznych oraz umożliwia pomiar początkowej przenikalności magnetycznej rdzenie magnetyczne. Dodatkowo niska wartość napięcia na obwodzie pozwala ocenić indukcyjność cewki bezpośrednio w konstrukcji, bez jej demontażu. Możliwość tę docenią ci, którzy często muszą zajmować się naprawą i regulacją sprzętu w przypadku braku schematów i opisów.
Do pracy z prefiksem nadają się dowolne domowe lub przemysłowe mierniki częstotliwości, umożliwiające pomiar częstotliwości do 3 MHz z dokładnością co najmniej 3 cyfr. Jeśli nie masz licznika częstotliwości, wystarczy oscyloskop. Dokładność pomiaru parametrów czasowych tego ostatniego z reguły jest rzędu 7 ... 10%, co określi błąd pomiaru indukcyjności.
Zasada pomiaru indukcyjności opiera się na dobrze znanej zależności łączącej parametry elementów obwodu oscylacyjnego z częstotliwością jego rezonansu (wzór Thomsona)
Tutaj i poniżej, we wszystkich wzorach, częstotliwość jest podana w megahercach, pojemność w pikofaradach, a indukcyjność w mikrohenrach.
Przy pojemności obwodu Sk = 25330 pF wzór jest uproszczony
, gdzie T jest okresem w mikrosekundach.
W konsoli (jej schemat pokazano w Ryż. 1) zastosowano oscylator sprzężony z emiterem
wzmacniacz dwustopniowy, którego częstotliwość oscylacji harmonicznych jest określona przez pojemność kondensatora C1 i zmierzoną indukcyjność Lx, połączoną z zaciskami sprężynowymi X1. Ponieważ podstawa tranzystora VT1 jest bezpośrednio połączona z kolektorem VT2, wzmocnienie pętli generatora jest wysokie, co zapewnia stabilne wytwarzanie, gdy stosunek L / C zmienia się w szerokim zakresie. Wzmocnienie pętli jest proporcjonalne do stromości zastosowanych tranzystorów i można je skutecznie kontrolować poprzez zmianę prądu emitera, do czego wykorzystuje się prostownik oparty na diodach VD1, VD2 i tranzystorze sterującym VT3. Wprowadzenie wzmacniacza opartego na tranzystorze VT4 o KU = 8...9 umożliwiło zmniejszenie amplitudy napięcia w obwodzie do poziomu 80...90 mV przy amplitudzie wyjściowej 0,7 V. Popychacz emitera zapewnia pracę przy obciążeniu o niskiej rezystancji.
Urządzenie pracuje przy zmianach napięcia zasilania w zakresie 5...15 V, przy czym zmiany poziomu napięcia wyjściowego nie przekraczają 20%, a dryft częstotliwości wynosi F=168,5 kHz (przy wysokiej jakości nawiniętej cewce na rdzeniu 50 VCh o indukcyjności L = 35 μH) nie więcej niż 40 Hz!
W budowie można zastosować w pozycjach VT1, VT2 tranzystory KT361B, KT361G, KT 3107 z dowolnym indeksem literowym, chociaż nieco lepsze wyniki osiąga się w przypadku KT326B, KT363; w pozycji VT3 - tranzystory krzemowe o strukturze p-n-p, na przykład KT209V, KT361B, KT361G, KT3107 z dowolnym indeksem literowym. W przypadku wzmacniacza buforowego (VT4, VT5) odpowiednia jest większość tranzystorów wysokiej częstotliwości. Parametr h21Э dla tranzystora VT4 wynosi ponad 150, w pozostałych przypadkach jest nie mniejszy niż 50.
Diody VD, VD2 - dowolny krzem wysokiej częstotliwości, na przykład seria KD503, KD509, KD521, KD522.
Rezystory - MLT-0,125 lub podobne. Kondensatory, z wyjątkiem C1, są odpowiednio małe, ceramiczne i elektrolityczne, z rozpiętością 1,5 ... 2 razy.
Kondensator C1 o pojemności 25330 pF określa dokładność pomiaru, dlatego wskazane jest dobieranie jego wartości z odchyleniem nie większym niż ±1% (może się składać z kilku kondensatorów termostabilnych, np. 10000 + 10000 + 5100 + 220pF z grupy KSO, K31. Jeżeli nie ma możliwości dokładnego dobrania pojemności, można zastosować metodę opisaną poniżej.
Wygodnie jest zastosować zaciski sprężynowe do kabli „akustycznych” jako złącze X1. Złącze X3 do podłączenia z miernikiem częstotliwości - SR-50-73F.
Części są montowane na płytce drukowanej ( Ryż. 2) z jednostronnej folii z włókna szklanego. 
Może to być rysunek płytki drukowanej w formacie Lay opracowany przez P. Semina
Dopuszczalne jest zastosowanie montażu wiszącego. Jako obudowę dekodera możesz zastosować dowolną puszkę o odpowiedniej wielkości, wykonaną z dowolnego materiału. Należy tak umiejscowić złącze X1, aby zapewnić minimalną długość przewodów łączących je z płytką. Na przykład zdjęcie pokazuje starannie wykonany projekt Pavla Semina. 
Po sprawdzeniu poprawności montażu należy podać zasilanie 12 V bez podłączania cewek do złącza X1. Napięcie na emiterze VT5 powinno być w przybliżeniu równe połowie napięcia zasilania; jeżeli odchyłka będzie większa, konieczny będzie dobór rezystora R4. Pobór prądu będzie bliski 20 mA. Podłącz cewkę Lx o indukcyjności w zakresie dziesiątek do setek mikrohenów (dokładna wartość nie jest krytyczna) do złącza X1, a oscyloskop lub woltomierz wysokiej częstotliwości do złącza X3. Na wyjściu dekodera powinno znajdować się napięcie przemienne 0,45 ... 0,5 V eff (wartość szczytowa 0,65 ... 0,7 V). W razie potrzeby jego poziom można ustawić w zakresie 0,25...0,7 Veff dobierając rezystor R8.
Teraz możesz zacząć kalibracja dekodera podłączając go do miernika częstotliwości.
Można to zrobić na kilka sposobów.
Jeżeli możliwe jest zmierzenie z dokładnością co najmniej 1% cewki na otwartym obwodzie magnetycznym o indukcyjności rzędu dziesiątek lub setek μH, to wykorzystując to jako model, dobierz pojemność kondensatorów C1 tak, aby odczyty przedrostka pokrywają się z wymaganą wartością.
W drugim przypadku potrzebny będzie jeden termicznie stabilny kondensator odniesienia, którego pojemność wynosi co najmniej 1000 pF i jest znana z dużą dokładnością. W skrajnym przypadku, gdy nie ma możliwości dokładnego zmierzenia pojemności, można zastosować kondensatory KSO, K31 z tolerancją ± 2–5%, rezygnując z prawdopodobnego wzrostu błędu. Autor zastosował kondensator K31-17 o pojemności nominalnej 5970 pF ± 0,5%. Najpierw za pomocą miernika częstotliwości ustalamy częstotliwość F1 dla cewki Lx bez dodatkowego zewnętrznego kondensatora. Następnie podłączamy kondensator odniesienia Cet równolegle do cewki i ustalamy częstotliwość F2. Teraz możemy określić rzeczywistą pojemność wejściową zmontowanego dekodera i indukcyjność cewki Lx za pomocą wzorów
Aby móc skorzystać z uproszczonych wzorów podanych na początku artykułu należy dobierając grupę kondensatorów C1 ustawić pojemność Cv na wartość 25330 ± 250 pF. Po ostatecznym wyregulowaniu pojemności kondensatorów C1 należy wykonać pomiar kontrolny zgodnie z powyższą metodą, aby upewnić się, że pojemność C odpowiada wymaganej.Ręczne wykonywanie wielokrotnych przeliczeń zajmuje dużo czasu, dlatego autor stosuje udany program obliczeniowy MIX10
opracowany przez A. Bespalchika.
Następnie prefiks jest gotowy do pracy. Spróbujmy ocenić jego możliwości; Aby to zrobić, przeprowadzimy kilka eksperymentów.
- Przy pomiarze małych wartości indukcyjności duży błąd wprowadza indukcyjność własna dekodera, na którą składa się indukcyjność przewodów łączących złącze X1 z płytką oraz indukcyjność montażowa. Spróbujmy to zmierzyć. Najpierw zwieramy styki złącza X1 prostym krótkim przewodnikiem. Skręcone przewody prowadzące do złącza X1 o długości 30 mm i zworki o długości 30 mm tworzą jeden zwój cewki. Jeżeli w generatorze znajdują się tranzystory KT326B, oscylacje występują tylko podczas wzbudzenia udarowego obwodu poprzez okresowe włączanie zasilania; w tym przypadku częstotliwość F1 = 2,675 ... 2,73 MHz, co odpowiada indukcyjności 0,14 μH (w przypadku tranzystorów KT3107B w ogóle nie występuje generowanie). Teraz zrobimy pierścień o średnicy 3 z drutu o średnicy 0,5 mm o obliczonej indukcyjności około 0,08 μH i podłączymy go do X1. Dla generatora opartego na tranzystorach KT326B miernik częstotliwości pokazał wartość 2,310 MHz, co odpowiada indukcyjności 0,19 μH. Wariant na tranzystorach KT3107B generowany tylko przy wzbudzeniu udarowym obwodu. Zatem indukcyjność własna przystawki okazała się w zakresie 0,1 ... 0,14 μH.
Wnioski: Wysoka dokładność pomiaru jest zapewniona dla indukcyjności powyżej 5 µH. Przy wartościach z zakresu 0,5...5 μH należy uwzględnić indukcyjność wewnętrzną 0,1...0,14 μH. Pomiary są szacowane przy indukcyjności mniejszej niż 0,5 μH. Pewnie zarejestrowana minimalna wartość indukcyjności 0,2 μH.
- Pomiar nieznanej indukcyjności. Powiedzmy dla tego częstotliwość F1 \u003d 0,16803 MHz, co zgodnie z uproszczonym wzorem na obliczanie indukcyjności daje 35,42 μH.
Podczas sprawdzania za pomocą kondensatora odniesienia częstotliwość F2 = 0,15129 MHz odpowiada indukcyjności 35,09 μH. Błąd jest mniejszy niż 1%.
- Używając zmierzonej indukcyjności jako odniesienia, można oszacować pojemność wejściową generatora. Pojemność obwodu składa się z pojemności grupy kondensatorów C1 i pojemności Cgen, składającej się z sumy pojemności instalacji i pojemności wprowadzonej przez tranzystory VT1, VT2, tj. Svx \u003d gen C1 + C.
Aby wyznaczyć wartość genu C, należy wyłączyć kondensatory C1 i zmierzyć częstotliwość F3 z zastosowaną indukcyjnością. Teraz Cgen można obliczyć ze wzoru 
W autorskiej wersji przystawki z tranzystorami KT3107B pojemność Cgen wynosi 85 pF, a z tranzystorami KT326B 39 pF. W porównaniu z wymaganą wartością 25330 pF jest to niecałe 0,4%, co pozwala na zastosowanie niemal dowolnego tranzystora wysokiej częstotliwości bez zauważalnego wpływu na dokładność pomiaru.
- Ze względu na dużą pojemność własną przystawki, przy pomiarze indukcyjności do 0,1 H błąd powodowany przez pojemność własną cewek jest nieznaczny. Tak więc, mierząc indukcyjność uzwojenia pierwotnego transformatora wyjściowego z odbiorników tranzystorowych, uzyskano wartość L = 105,6 mH. Po uzupełnieniu obwodu oscylacyjnego kondensatorem odniesienia o pojemności 5970 pF uzyskano kolejną wartość - L = 102 mH, a pojemność własna uzwojenia Str = Cmeas - C1 = 25822 - 25330 = 392 pF.
- Amplituda na pomiarowym obwodzie oscylacyjnym 70...80 mV okazuje się mniejsza niż próg otwarcia krzemowych złączy p-n, co w wielu przypadkach umożliwia pomiar indukcyjności cewek i transformatorów bezpośrednio w obwodzie (oczywiście , pozbawiony napięcia). Ze względu na dużą pojemność własną przystawki (25330 pF), jeśli pojemność w mierzonym obwodzie będzie nie większa niż 1200 pF, błąd pomiaru nie przekroczy 5%.
Tak więc, mierząc indukcyjność cewki obwodu IF (pojemność obwodu nie jest większa niż 1000 pF), uzyskano wartość 92,1 μH bezpośrednio na płytce odbiornika tranzystora. Podczas pomiaru indukcyjności cewki wlutowanej z płytki obliczona wartość okazała się mniejsza - 88,7 μH (błąd mniejszy niż 4%).
Do podłączenia do cewek umieszczonych na płytkach autor wykorzystuje sondy z przewodami połączeniowymi o długości 30 cm, skręconymi w odstępach jednego skrętu na centymetr. Wprowadzają dodatkową indukcyjność 0,5...0,6 μH - warto o tym wiedzieć przy pomiarze małych wielkości, aby ją ocenić wystarczy złączyć sondy razem.
Podsumowując, kilka kolejnych przydatnych wskazówek.
Przepuszczalność magnetyczną pierścieniowego obwodu magnetycznego bez oznakowania można określić za pomocą następującej metody. Nawiń 10 zwojów drutu, równomiernie rozprowadzając go wokół pierścienia, zmierz indukcyjność uzwojenia i podstaw uzyskaną wartość indukcyjności do wzoru: 
W praktycznych obliczeniach wygodnie jest zastosować uproszczony wzór do obliczenia liczby zwojów pierścieniowych obwodów magnetycznych 
Wartości współczynnika k dla szeregu szeroko rozpowszechnionych obwodów magnetycznych pierścieni według V. T. Polyakova podano w patka. 1.
Tabela 1
| Rozmiar | К18х8х4 | К18х8х4 | К18х8х4 | К18х8х4 | К18х8х4 | К18х8х4 |
| Przepuszczalność magnetyczna | 3000 | 2000 | 1000 | 2000 | 1000 | 400 |
| k | 21 | 26 | 37 | 31 | 44 | 70 |
W przypadku szeroko rozpowszechnionych pancernych obwodów magnetycznych wykonanych z żelaza karbonylowego wygodniej jest obliczyć indukcyjność w mikrohenrach, dlatego wprowadzamy współczynnik m, a wzór odpowiednio się zmieni: 
Podano niektóre wartości dla typowych pancernych obwodów magnetycznych patka. 2.
| Rdzeń | SB-9a | SB-12a | SB-23-17a | SB23-11a |
| M | 7.1 | 6.7 | 4.5 | 4.0 |
Skompilowanie podobnej tabeli dla istniejących pierścieniowych i pancernych obwodów magnetycznych przy użyciu proponowanego przedrostka nie będzie trudne.
LITERATURA
1.Hyduk P. Miernik częstotliwości mierzy indukcyjność. - Radioamator, 1996, nr 6, s. 23-30. trzydzieści.
- L-metr ze skalą liniową. - Radio, 1984, nr 5, s. 23-35. 58, 61.
- Poliakow W. Cewki indukcyjne. - Radio, 2003, nr 1, s. 200-200. 53.
- Poliakow W. Radioamatorzy o technice konwersji bezpośredniej. - M.: Patriota, 1990, s. 137, 138.
- Półprzewodnikowe urządzenia odbiorczo-wzmacniające: Podręcznik radioamatora. / Tereshchuk R. M. i in. / ― Kijów: Naukova Dumka, 1987, s. 23-35. 104.
S. Belenetsky, US5MSQ Ługańsk Ukraina Radio, 2005, nr 5, s. 26-28
Możesz omówić artykuł, wyrazić swoją opinię i sugestie nt forum
Głównym parametrem charakteryzującym cewki pętli, dławiki, uzwojenia transformatora jest indukcyjność L. W obwodach wysokiej częstotliwości stosuje się cewki o indukcyjności od setnych mikrohenra do dziesiątek milihenrów; Cewki stosowane w obwodach niskiej częstotliwości mają indukcyjności do setek i tysięcy henrów. Pożądany jest pomiar indukcyjności cewek wysokiej częstotliwości wchodzących w skład układów oscylacyjnych z błędem nie większym niż 5%; w większości pozostałych przypadków dopuszczalny jest błąd pomiaru do 10-20%.
Ryż. 1. Obwody zastępcze cewki indukcyjnej.
Każda cewka, oprócz indukcyjności L, charakteryzuje się także własną pojemnością (międzyzwojową) C L i rezystancją strat czynnych R L rozłożoną na jej długości. Konwencjonalnie uważa się, że L, C L i R L są skoncentrowane i tworzą zamknięty obwód oscylacyjny (ryc. 1, a) o naturalnej częstotliwości rezonansowej
f L = 1/(LC L) 0,5
Ze względu na wpływ pojemności C L, podczas pomiaru przy wysokiej częstotliwości f nie jest określana rzeczywista indukcyjność L, ale efektywna, czyli dynamiczna wartość indukcyjności
L d \u003d L / (1-(2 * π * f) 2 * LC L) \u003d L / (1-f 2 / f L 2)
która może znacznie różnić się od indukcyjności L mierzonej przy niskich częstotliwościach.
Wraz ze wzrostem częstotliwości zwiększają się straty w cewkach indukcyjnych na skutek efektu powierzchniowego, promieniowania energii, prądów przemieszczenia w izolacji uzwojenia i ramie oraz prądów wirowych w rdzeniu. Dlatego rezystancja czynna Rd cewki może znacznie przekraczać jej rezystancję R L, mierzoną za pomocą omomierza lub mostka prądu stałego. Współczynnik jakości cewki zależy również od częstotliwości f:
Q L \u003d 2 * π * f * L d / R d.
Na ryc. 1, b, pokazuje obwód zastępczy cewki indukcyjnej, biorąc pod uwagę jego parametry pracy. Ponieważ wartości wszystkich parametrów zależą od częstotliwości, pożądane jest badanie cewek, zwłaszcza cewek wysokiej częstotliwości, przy częstotliwości oscylacji źródła prądu odpowiadającej ich trybowi pracy. Przy ustalaniu wyników badań zwykle pomija się indeks „d”.
Do pomiaru parametrów cewek stosuje się głównie metody woltomierza - amperomierz, mostek i rezonans. Przed pomiarami należy sprawdzić cewkę pod kątem braku przerwy w obwodzie i zwarć w nim zwojów. Przerwę można łatwo wykryć za pomocą dowolnego omomierza lub sondy, natomiast wykrycie zwarcia wymaga specjalnego testu.
Do najprostszych testów cewek czasami stosuje się oscyloskopy z wiązką katodową.
Wskazanie zwartych cewek
Sprawdzenie braku zwarcia najczęściej przeprowadza się poprzez umieszczenie badanej cewki w pobliżu innej cewki, która jest częścią obwodu oscylacyjnego autogeneratora, obecność oscylacji i ich poziom są kontrolowane za pomocą telefonów, a wskaźnik, lampka elektroniczna lub inny wskaźnik. Cewka ze zwartymi zwojami wprowadzi aktywne straty i reaktancję do powiązanego z nią obwodu, zmniejszając współczynnik jakości i efektywną indukcyjność obwodu; w rezultacie oscylacje samooscylatora zostaną osłabione lub nawet zakłócone.
Ryż. 2. Schemat miernika pojemności rezonansowej wykorzystującego zjawisko absorpcji.
Czułym urządzeniem tego typu może być na przykład generator wykonany według schematu z rys. 2. Cewka ze zwartymi zwojami doprowadzona do cewki pętli L1 spowoduje zauważalny wzrost wskazań mikroamperomierza μA.
Obwód testowy może być obwodem szeregowym dostrojonym do częstotliwości źródła zasilania (patrz „Radio”, 72-5-54); napięcie na elementach tego obwodu, kontrolowane przez jakiś wskaźnik, pod wpływem zwartych zwojów badanej cewki będzie spadać na skutek rozstrojenia i rosnących strat. Można także zastosować zrównoważony mostek AC, którego jednym z ramion w tym przypadku powinna być cewka sprzęgająca (zamiast cewki L x); zwarcie zwojów testowanych cewek spowoduje brak równowagi mostka.
Czułość urządzenia badawczego zależy od stopnia połączenia cewki obwodu pomiarowego z cewką badaną, w celu jej zwiększenia pożądane jest umieszczenie obu cewek na wspólnym rdzeniu, który w tym przypadku jest otwarty.
W przypadku braku specjalnych urządzeń do testowania cewek wysokiej częstotliwości można zastosować odbiornik radiowy. Ta ostatnia jest dostrojona do jakiejś dobrze słyszalnej stacji, po czym badaną cewkę umieszcza się w pobliżu jednej z jej aktywnych cewek pętlowych, np. anteny magnetycznej (najlepiej na tej samej osi z nią). W obecności zwartych zwojów głośność zauważalnie się zmniejszy. Spadek głośności może również wystąpić, jeśli częstotliwość strojenia odbiornika jest zbliżona do częstotliwości drgań własnych badanej cewki. Dlatego, aby uniknąć błędu, należy powtórzyć test podczas dostrajania odbiornika do innej stacji, wystarczająco odległej częstotliwościowo od pierwszej.
Pomiar indukcyjności metodą woltomierza - amperomierza
Woltomierz - metoda amperomierza służy do pomiaru stosunkowo dużych indukcyjności, gdy obwód pomiarowy zasilany jest ze źródła niskiej częstotliwości F = 50...1000 Hz.
Schemat pomiaru pokazano na ryc. 3, A. Impedancję Z cewki indukcyjnej oblicza się ze wzoru
Z = (R2+X2) 0,5 = U/I
w oparciu o odczyty przyrządu AC V ~ i mA ~ . Górne (zgodnie ze schematem) wyjście woltomierza jest podłączone do punktu A u Z<< Z в и к точке B w Z >> Z a, gdzie Z in i Z a są odpowiednio impedancjami wejściowymi woltomierza V ~ i miliamperomierza mA ~. Jeżeli straty są niewielkie, tj. R<< X = 2*π*F*L x , то измеряемая индуктивность определяется формулой
L x ≈ U/(2*π*F*I).
Cewki o dużej indukcyjności, w celu zmniejszenia ich wymiarów, wykonuje się zwykle z rdzeniami stalowymi. Obecność tego ostatniego prowadzi do nieliniowej zależności strumienia magnetycznego od prądu płynącego przez cewkę. Zależność ta staje się szczególnie trudna w przypadku cewek pracujących z polaryzacją, przez których uzwojenia przepływa zarówno prąd przemienny, jak i stały. Dlatego indukcyjność cewek z rdzeniami stalowymi zależy od wartości i charakteru przepływającego przez nie prądu. Na przykład przy dużej składowej prądu stałego następuje nasycenie magnetyczne rdzenia i indukcyjność cewki gwałtownie maleje. Ponadto przepuszczalność rdzenia i indukcyjność cewki zależą od częstotliwości prądu przemiennego. Wynika z tego, że pomiar indukcyjności cewek z rdzeniami stalowymi należy przeprowadzać w warunkach zbliżonych do ich trybu pracy. Na schemacie na ryc. 3, A zapewnia się to poprzez uzupełnienie go obwodem prądu stałego pokazanym linią przerywaną. Wymagany prąd polaryzacji jest ustawiany przez reostat R2 zgodnie ze wskazaniami miliamperomierza prądu stałego mama. Kondensator separujący C i cewka indukcyjna Dr oddzielają obwody prądu stałego i przemiennego, eliminując wzajemne oddziaływanie między nimi. Urządzenia prądu przemiennego używane w tym obwodzie nie powinny reagować na stałe składowe mierzonego prądu lub napięcia; dla woltomierza V ~ można to łatwo osiągnąć, łącząc szeregowo z nim kondensator o pojemności kilku mikrofaradów.
Ryż. 3. Schematy pomiaru indukcyjności metodą woltomierza - amperomierza.
Inny wariant obwodu pomiarowego, pozwalający na rezygnację z miliamperomierza prądu przemiennego, pokazano na ryc. 3, B. W tym obwodzie reostaty R1 i R2 (można je zastąpić potencjometrami połączonymi równolegle ze źródłami zasilania) ustawiają wymagany tryb testowy dla prądu przemiennego i stałego. W pozycji przełącznika 1 W woltomierz V ~ mierzy napięcie przemienne U 1 na cewce L x. Po przesunięciu przełącznika do pozycji 2 wartość prądu przemiennego w obwodzie jest w rzeczywistości kontrolowana przez spadek napięcia U 2 na rezystorze odniesienia R o. Jeżeli straty w cewce są małe, tj. R<< 2*π*F*L x , то измеряемую индуктивность можно рассчитать по формуле
L x ≈ U1*R o /(2*π*F*U 2).
Metoda mostkowa pomiaru parametrów cewek indukcyjnych. Uniwersalne mostki pomiarowe
Mostki przeznaczone do pomiaru parametrów cewek składają się z dwóch ramion rezystancji czynnej, ramienia z przedmiotem pomiaru, którego rezystancja jest na ogół złożona, oraz ramienia z elementem reaktywnym - kondensatorem lub cewką indukcyjną.
Ryż. 4. Schemat mostka magazynkowego do pomiaru indukcyjności i rezystancji strat.
W mostkach pomiarowych typu magazynkowego preferuje się stosowanie kondensatorów jako elementów reaktywnych, ponieważ w tym ostatnim straty energii mogą być pomijalne, co przyczynia się do dokładniejszego określenia parametrów badanych cewek. Schemat takiego mostu pokazano na ryc. 4. Elementem regulowanym jest tutaj kondensator C2 o zmiennej pojemności (lub zasobnik pojemności), bocznikowany przez zmienny rezystor R2; ta ostatnia służy do zrównoważenia przesunięcia fazowego wywołanego przez rezystancję strat Rx w cewce z indukcyjnością Lx. Stosując warunek równowagi amplitudy (Z 4 Z 2 = Z 1 Z 3), znajdujemy:
(R x 2 + (2*&pi*F*L x) 2) 0,5: ((1/R 2) 2 + (2*&pi*F*C 2) 2) 0,5 = R 1 R 3 .
Ponieważ kąty fazowe φ1 = φ3 = 0, warunek równowagi fazowej (φ4 + φ2 = φ1 + φ3) można zapisać jako równość φ4 + φ2 = 0 lub φ4 = -φ2 lub tg φ4 = -tg φ2. Biorąc pod uwagę, że wzór (tg φ =X/R) obowiązuje dla ramienia o L x, a wzór (tg φ =R/X) dla ramienia o udźwigu C 2 z ujemną wartością kąta φ2, mamy
2*&pi*F*L x / R x = 2*&pi*F*C 2 R 2
Rozwiązując łącznie powyższe równania, otrzymujemy:
L x = do 2 R 1 R 3; (1)
R x \u003d R 1 R 3 / R 2. (2)
Z ostatnich wzorów wynika, że kondensator C2 i rezystor R2 mogą mieć skale do bezpośredniej oceny wartości L x i R x, a dokonywane przez nie regulacje amplitudy i fazy są od siebie niezależne, co pozwala szybko zrównoważyć most.
Aby rozszerzyć zakres mierzonych wartości, jeden z rezystorów R1 lub R3 jest zwykle wykonany w postaci skrzynki rezystancyjnej.
W przypadku konieczności pomiaru parametrów cewek z rdzeniami stalowymi należy zastosować schemat mostka na rys. 4 jest uzupełniony źródłem stałego napięcia U o, reostatem R o i miliamperomierzem prądu stałego mama, które służą do regulacji i kontroli prądu polaryzacji, a także dławika Dr i kondensatora C, oddzielających obwody zmiennych i stałych składników prądu.
Ryż. 5. Schemat mostka magazynkowego do pomiaru indukcyjności i współczynników jakości
Na ryc. 5 pokazuje schemat innej wersji mostka sklepowego, w którym kondensator C2 ma stałą pojemność, a rezystory R1 i R2 są traktowane jako zmienne. Zakres pomiarowy poszerza się poprzez dodanie do mostka rezystorów R3 o różnych wartościach znamionowych. Z wzorów (1) i (2) wynika, że korekty amplitud i faz w tym obwodzie są współzależne, dlatego zrównoważenie mostka osiąga się poprzez naprzemienną zmianę rezystancji rezystorów R1 i R2. Indukcyjność L x ocenia się na skali rezystora R1, biorąc pod uwagę mnożnik określony przez ustawienie przełącznika W. Odczytu na skali rezystora R2 dokonuje się zwykle w wartościach współczynnika jakości cewek
Q L \u003d 2 * π * F * L x / R x \u003d 2 * π * F * C 2 R 2.
przy częstotliwości F zasilania. Ważność ostatniej formuły można sprawdzić, dzieląc lewą i prawą część równości (1) na odpowiadające im części równości (2).
Dzięki danym wskazanym na schemacie mostek pomiarowy umożliwia pomiar indukcyjności od około 20 μH do 1, 10, 100 mH; 1 i 10 H (bez rdzeni stalowych) i współczynnik jakości do Q L ≈ 60. Źródłem zasilania jest generator tranzystorowy o częstotliwości oscylacji F ≈ 1 kHz. Napięcie niezrównoważenia jest wzmacniane przez wzmacniacz tranzystorowy ładowany w telefonach Tf. Podwójny filtr RC w kształcie litery T, dostrojony do 2F ≈ 2 kHz, tłumi drugą harmoniczną drgań źródła, co ułatwia zrównoważenie mostka i zmniejsza błąd pomiaru.
Mierniki mostkowe indukcyjności, pojemności i rezystancji czynnej mają szereg identycznych elementów. Dlatego często łączy się je w jedno urządzenie – uniwersalny mostek pomiarowy. Mostki uniwersalne o wysokiej precyzji opierają się na obwodach magazynkowych, takich jak te pokazane na ryc. 5. Zawierają źródło napięcia stałego lub prostownik (zasilający obwód pomiarowy Rx), generator niskiej częstotliwości o mocy wyjściowej kilku watów, wielostopniowy wzmacniacz napięcia niezrównoważonego ładowany na galwanometr magnetoelektryczny; ta ostatnia przy pomiarze rezystancji czynnych jest uwzględniana bezpośrednio w przekątnej pomiarowej mostka. Wymagany schemat pomiarowy jest tworzony przy użyciu dość złożonego systemu przełączającego. W takich mostach czasami stosuje się wskaźniki typu logarytmicznego, których czułość gwałtownie spada, jeśli mostek nie jest zrównoważony.
Ryż. 6. Schemat uniwersalnego mostka reochordowego do pomiaru rezystancji, pojemności i indukcyjności
Znacznie prostsze są mostki uniwersalne typu reochord, które mierzą parametry podzespołów radiowych z błędem rzędu 5-15%. Możliwy schemat takiego mostu pokazano na ryc. 6. Mostek do wszystkich typów pomiarów zasilany jest napięciem o częstotliwości około 1 kHz, które wzbudzane jest przez generator tranzystorowy, wykonany według indukcyjnego obwodu trójpunktowego. Wskaźnikiem równowagi jest telefon o wysokiej rezystancji Tf. Rezystory R2 i R3 zastąpiono reochordem drutowym (lub częściej konwencjonalnym potencjometrem), co pozwala na zrównoważenie mostka poprzez płynną zmianę stosunku rezystancji R2/R3. Stosunek ten mierzony jest na skali reochordu, której zakres odczytów ogranicza się zwykle do skrajnych wartości 0,1 i 10. Zmierzoną wartość wyznacza się za pomocą mostka zrównoważonego jako iloczyn odczytu na reochordzie skala i mnożnik określone przez ustawienie przełącznika B. Każdy typ i granica pomiaru odpowiada włączeniu do obwodu mostka odpowiedniego elementu nośnego o wymaganej wartości znamionowej - kondensatora C o (C1), rezystora R o (R4) lub cewki indukcyjnej Lo (L4).
Cechą rozważanego schematu jest to, że mierzone elementy R x i L x są zawarte w pierwszym ramieniu mostu (z elementami wsporczymi R o i Lo umieszczonymi w czwartym ramieniu), a C x, wręcz przeciwnie , w czwartym ramieniu (z C o - na pierwszym ramieniu). Dzięki temu ocena wszystkich mierzonych wielkości odbywa się według podobnych wzorów tego typu
A X \u003d A o (R2 / R3),
gdzie A x i A o są wartościami odpowiednich elementów mierzonych i odniesienia.
Rezystor zmienny R5 służy do kompensacji przesunięć fazowych i poprawy równowagi mostka podczas pomiaru indukcyjności. W tym samym celu czasami w obwodzie kondensatora odniesienia C na granicy pomiaru dużych pojemności włącza się rezystor zmienny o małej rezystancji, który często powoduje zauważalne straty.
Aby wykluczyć wpływ ręki operatora, suwak reochordu zwykle łączony jest z korpusem urządzenia.
Mierniki indukcyjności rezonansowej
Metody rezonansowe umożliwiają pomiar parametrów cewek indukcyjnych wysokiej częstotliwości w zakresie ich częstotliwości roboczych. Schematy i metody pomiarowe są podobne do stosowanych przy rezonansowych pomiarach pojemności kondensatorów, z uwzględnieniem oczywiście specyfiki mierzonych obiektów.
Ryż. 7. Schemat rezonansu do pomiaru indukcyjności z odczytem na skali generatora
Badaną cewkę indukcyjną można włączyć do generatora wysokiej częstotliwości jako element jego obwodu oscylacyjnego; W tym przypadku indukcyjność L x określa się na podstawie odczytów miernika częstotliwości, który mierzy częstotliwość oscylacji generatora.
Częściej cewka L x jest podłączona do obwodu pomiarowego powiązanego ze źródłem oscylacji o wysokiej częstotliwości, na przykład generatorem (ryc. 2) lub obwodem wejściowym odbiornika radiowego dostrojonego do częstotliwości stacji nadawczej ( Ryc. 8). Załóżmy, że obwód pomiarowy składa się z cewki sprzęgającej L z rdzeniem strojeniowym i kondensatora zmiennego C o.
Ryż. 8. Schemat pomiaru pojemności metodą rezonansową z wykorzystaniem odbiornika radiowego
Wówczas obowiązuje poniższa procedura pomiarowa. Obwód pomiarowy przy maksymalnej pojemności C o1 kondensatora C o poprzez regulację indukcyjności L dostraja się do rezonansu o znanej częstotliwości f źródła oscylacji. Następnie cewka Lx jest włączana do obwodu szeregowo ze swoimi elementami, po czym przywracany jest rezonans poprzez zmniejszenie pojemności Co do określonej wartości Co2. Zmierzoną indukcyjność oblicza się ze wzoru
L x \u003d * (C o1 -C o2) / (C o1 C o2).
W miernikach rezonansowych szerokozakresowych obwód pomiarowy składa się z kondensatora odniesienia C o i badanej cewki Lx. Obwód jest połączony indukcyjnie, częściej poprzez kondensator C 1 o małej pojemności (ryc. 7 i 9) z generatorem wysokiej częstotliwości. Jeżeli znana jest częstotliwość oscylacji generatora f 0, odpowiadająca strojeniu rezonansowemu obwodu, wówczas zmierzoną indukcyjność określa się według wzoru
L x \u003d 1 / [(2 * π * f o) 2 * C o]. (3)
Istnieją dwie możliwości budowy obwodów pomiarowych. W obwodach pierwszego wariantu (ryc. 7) kondensator C przyjmuje się ze stałą pojemnością, a rezonans osiąga się poprzez zmianę strojenia generatora pracującego w gładkim zakresie częstotliwości. Każda wartość Lx odpowiada określonej częstotliwości rezonansowej
f 0 \u003d 1 / (2 * π * (L x C x) 0,5), (4)
dlatego też kondensator pętli generatora może być wyposażony w skalę z odczytem w wartościach Lx. Przy szerokim zakresie mierzonych indukcyjności generator musi posiadać kilka podzakresów częstotliwości z oddzielnymi skalami do szacowania Lx w każdym podzakresie. Jeśli urządzenie wykorzystuje generator ze skalą częstotliwości, można zestawić tabele lub wykresy w celu określenia L x na podstawie wartości f 0 i C o.
Aby wykluczyć wpływ pojemności własnej C L cewki na wyniki pomiarów, pojemność Co musi być duża; z drugiej strony pożądana jest mała pojemność Co, aby zapewnić wystarczająco duży stosunek L x /C o przy pomiarze małych indukcyjności, co jest niezbędne do uzyskania zauważalnych odczytów wskaźnika w rezonansie. W praktyce przyjmują C o \u003d 500 ... 1000 pF.
Jeżeli generator wysokiej częstotliwości pracuje w ograniczonym zakresie częstotliwości, który nie jest podzielony na podzakresy, wówczas w celu rozszerzenia granic pomiaru indukcyjności stosuje się kilka przełączanych kondensatorów Co; jeśli ich pojemności różnią się 10-krotnie, wówczas Lx można oszacować we wszystkich granicach przy użyciu tej samej skali generatora, stosując do tego mnożniki będące wielokrotnościami 10. Jednak taki schemat ma istotne wady.
Pomiar stosunkowo dużych indukcyjności o znacznej pojemności wewnętrznej C L następuje na granicy przy małej pojemności C o i odwrotnie, pomiar małych indukcyjności odbywa się na granicy przy dużej pojemności Co o z niekorzystnym stosunkiem L x / C o i małe napięcie rezonansowe w obwodzie.
Ryż. 9. Obwód rezonansowy do pomiaru indukcyjności w odniesieniu do skali kondensatora odniesienia
W miernikach rezonansowych, których obwody są wykonane zgodnie z drugą opcją (ryc. 9), indukcyjności są mierzone przy stałej częstotliwości generatora f 0 . Obwód pomiarowy dostrojony jest do rezonansu z częstotliwością generatora za pomocą kondensatora zmiennego Co, którego odczyt na skali, zgodnie ze wzorem (3), można dokonać bezpośrednio w wartościach Lx. Jeśli przez C m i C n wyznaczymy odpowiednio maksymalną i początkową pojemność obwodu, a przez L m i L n - maksymalne i najmniejsze wartości zmierzonych indukcyjności, wówczas granice pomiarowe urządzenia będzie ograniczona stosunkiem
L m / L n \u003d C m / C n.
Typowe kondensatory zmienne mają nakładanie się pojemności około 30. Aby zmniejszyć błąd przy pomiarze dużych indukcyjności, początkową pojemność Cn obwodu zwiększa się poprzez dodanie do obwodu dodatkowego kondensatora Cd, zwykle typu dostrajającego.
Jeśli oznaczymy przez ΔС o największą zmianę pojemności kondensatora Co, równą różnicy jego pojemności w dwóch skrajnych położeniach wirnika, to aby uzyskać wybrany stosunek L m / L n, obwód musi mieć pojemność początkowa
C n \u003d ΔC o: (L m / L n -1). (5)
Na przykład przy ΔC o = 480 pF i stosunku L m / L n = 11 otrzymujemy C n = 48 pF. Jeśli wartości C n i L m / L n w obliczeniach są danymi początkowymi, konieczne jest użycie kondensatora C o, który ma różnicę pojemności
ΔC o ≥ C n (L m / L n -1).
W przypadku dużych wartości C n i L m / L n może być konieczne zastosowanie podwójnego lub potrójnego bloku kondensatorów zmiennych.
Częstotliwość f 0, przy której musi pracować generator, określa wzór (4), gdy podstawiamy do niego wartości L m i C n lub L n i C m. Aby rozszerzyć całkowity zakres pomiarowy, generator pracuje na kilku przełączanych stałych częstotliwościach. Jeżeli sąsiednie częstotliwości generatora różnią się współczynnikiem 10 0,5 ≈ 3,16 razy, wówczas przy wszystkich granicach można zastosować wspólną skalę indukcyjności kondensatora Co z mnożnikami, wielokrotnościami 10 i określonymi przez ustawienie przełącznik częstotliwości (rys. 9). Gładkie nakładanie się całego zakresu mierzonych indukcyjności zapewnia stosunek pojemności obwodu C m / C n ≥ 10. Jeśli kondensator C jest typu logarytmicznego, wówczas skala indukcyjności jest zbliżona do liniowej.
Zamiast generatora o stałej częstotliwości można zastosować generator pomiarowy z płynną zmianą częstotliwości, którą ustawia się w zależności od wymaganego limitu pomiaru indukcyjności.
Obwody rezonansowe do pomiaru indukcyjności i pojemności są często łączone w jednym urządzeniu, ponieważ mają wiele identycznych elementów i podobną technikę pomiaru.
Przykład. Oblicz miernik indukcyjności rezonansowej działający zgodnie z obwodem pokazanym na ryc. 9, dla zakresu pomiarowego 0,1 μH - 10 mH przy zastosowaniu podwójnego bloku kondensatorów zmiennych, których pojemność sekcji można zmieniać od 15 do 415 pF.
Rozwiązanie
1. Największa zmiana pojemności obwodu ΔС о \u003d 2 * (415-15) \u003d 800 pF.
2. Wybieramy stosunek L m / L n = 11. Wtedy urządzenie będzie miało pięć granic pomiarowych: 0,1-1,1; 1-11; 10-110; 100-1100 mcg i 1-11 mH.
3. Zgodnie z (5) obwód musi mieć pojemność początkową C n \u003d 800/10 \u003d 80 pF. Biorąc pod uwagę początkową pojemność bloku kondensatorów równą 30 pF, włączamy kondensator dostrajający C d do obwodu o maksymalnej pojemności 50 ... 80 pF.
4. Maksymalna pojemność obwodu C m \u003d C n + ΔC o \u003d 880 pF.
5. Zgodnie z (4) przy pierwszej granicy pomiarowej generator musi pracować z częstotliwością
f 01 \u003d 1 / (2 * π * (L n C m) 0,5) ≈ 0,16 * (0,1 * 10 ^ -6 * 880 * 10 ^ -12) ≈ 17 MHz.
Dla innych granic pomiaru znajdujemy odpowiednio: f 02 = 5,36 MHz; f 03 = 1,7 MHz; f 04 = 536 kHz; f 05 = 170 kHz.
6. Skalę indukcyjności wykonujemy dla granicy pomiaru 1-11 μH.
Q-metry (kumetry)
Urządzenia przeznaczone do pomiaru współczynnika jakości elementów obwodów wysokiej częstotliwości nazywane są często kumetrami. Działanie mierników opiera się na wykorzystaniu zjawisk rezonansowych, co pozwala na połączenie pomiaru współczynnika jakości z pomiarem indukcyjności, pojemności, własnej częstotliwości rezonansowej i szeregu innych parametrów badanych elementów.
Kumeter, którego uproszczony schemat pokazano na ryc. 10 składa się z trzech głównych elementów: generatora wysokiej częstotliwości, obwodu pomiarowego i wskaźnika rezonansu. Generator pracuje w szerokim, płynnie nakładającym się zakresie częstotliwości, np. od 50 kHz do 50 MHz; pozwala to na wykonanie wielu pomiarów przy częstotliwości pracy badanych elementów.
Badana cewka indukcyjna Lx, Rx poprzez zaciski 1 i 2 jest włączona do obwodu pomiarowego szeregowo z zmiennym kondensatorem odniesienia C o i kondensatorem sprzęgającym C 2; pojemność tego ostatniego musi spełniać warunek: C 2 >> C o.m, gdzie C o.m jest maksymalną pojemnością kondensatora C o. Przez dzielnik pojemnościowy C 1, C 2 o dużym współczynniku podziału
N \u003d (C 2 + C 1) / C 1
napięcie odniesienia U o wymaganej wysokiej częstotliwości f jest wprowadzane do obwodu z generatora. Prąd powstający w obwodzie powoduje spadek napięcia U C na kondensatorze C o, który jest mierzony za pomocą woltomierza wysokiej częstotliwości V2.
Rezystancja wejściowa woltomierza V2 w zakresie częstotliwości roboczych miernika musi być bardzo duża. Przy wystarczająco wysokiej czułości woltomierz jest podłączony do obwodu pomiarowego poprzez pojemnościowy dzielnik napięcia, którego pojemność wejściowa jest brana pod uwagę jako składowa początkowej pojemności kondensatora Co. Ponieważ wszystkie kondensatory tworzące obwód pomiarowy mają bardzo małe straty, można przyjąć, że o rezystancji czynnej obwodu decyduje głównie rezystancja strat Rx badanej cewki.
Ryż. 10. Uproszczony schemat kumetru
Zmieniając pojemność kondensatora Co, obwód pomiarowy dostraja się do rezonansu z częstotliwością generatora f zgodnie z maksymalnymi odczytami woltomierza V2. W takim przypadku w obwodzie przepłynie prąd I p ≈ U o / R x, powodując spadek napięcia na kondensatorze
U C \u003d I p / (2 * π * f * C o) ≈ U o / (2 * π * f * C o R x).
Biorąc pod uwagę, że przy rezonansie 1/(2*π*f*С o) = 2*&pi*f*L x , znajdujemy
UC ≈ U o (2*π*f*L x)/R x = U o Q L ,
gdzie Q L \u003d (2 * π * f * L x) / R x jest współczynnikiem jakości cewki L x przy częstotliwości f. Dlatego odczyty woltomierza V2 są proporcjonalne do współczynnika jakości Q L. Przy stałym napięciu U o skalę woltomierza można stopniować liniowo w wartościach Q L ≈ U C / U o. Na przykład przy U o \u003d 0,04 V i granicy pomiaru woltomierza U p \u003d 10 V, napięcia na wejściu woltomierza 2, 4, 6, 8 i 10 V będą odpowiadać współczynnikowi jakości Q L równy do 50, 100, 150, 200 i 250.
Napięcie znamionowe U około ustawia się, dostosowując tryb stopnia wyjściowego generatora. Kontrola tego napięcia odbywa się zgodnie z odczytami woltomierza wysokiej częstotliwości V1, który mierzy napięcie U 1 \u003d U około N na wyjściu generatora. Na przykład, jeśli skala jakości woltomierza V2 jest wykonana przy napięciu Uо = 0,04 V i współczynniku podziału N = 20, wówczas na wyjściu generatora należy utrzymać napięcie U x = 0,04 * 20 = 0,8 V Granica pomiaru woltomierza V1 powinna nieznacznie przekraczać obliczoną wartość napięcia U 1 i wynosić np. 1 V.
Zwiększenie górnej granicy pomiaru współczynników jakości osiąga się poprzez zmniejszenie napięcia U w przybliżeniu do wartości kilkakrotnie mniejszej od wartości nominalnej. Załóżmy, że przy napięciu U o \u003d 0,04 V zapewniony jest bezpośredni odczyt współczynników jakości do wartości Q L \u003d 250. Jeśli jednak napięcie U o zmniejszy się o połowę, do 0,02 V, wówczas igła woltomierz V2 będzie odbiegał od pełnej skali ze współczynnikiem jakości Q L = U p / U o = 10 / 0,02 = 500. W związku z tym, aby czterokrotnie zwiększyć górną granicę pomiarów, do wartości Q L = 1000, należy wykonać pomiary należy przeprowadzić przy napięciu U o = 40/4 = 10 mV.
Istnieją dwa sposoby zmniejszenia napięcia U mniej więcej do wymaganej wartości: poprzez zmianę współczynnika podziału N poprzez zamianę kondensatorów C1 o różnych wartościach znamionowych lub poprzez regulację napięcia wyjściowego U1 generatora. Dla wygody pomiaru współczynników wysokiej jakości woltomierz (lub przełącznik współczynnika podziału) V1 jest wyposażony w skalę (oznaczenie), na której odczyt, charakteryzujący stopień spadku napięcia U w stosunku do jego wartości nominalnej, jest mnożnikiem skala współczynnika jakości woltomierza V2.
Aby sprawdzić działanie kumetru i rozszerzyć jego możliwości, stosuje się cewki odniesienia Lo o znanej indukcyjności i współczynniku jakości. Zwykle występuje zestaw kilku wymiennych cewek Lo, które wraz z kondensatorem zmiennym Co zapewniają dostrojenie rezonansowe obwodu pomiarowego w całym zakresie częstotliwości pracy generatora.
Podczas pomiaru współczynnik jakości cewek indukcyjnych Q L 10-15 minut przed rozpoczęciem pracy włącz zasilanie urządzenia i dostrój generator do wymaganej częstotliwości. Po rozgrzaniu woltomierze V1 i V2 są ustawione na zero. Badana cewka jest podłączona do zacisków 1 i 2. Stopniowo zwiększając napięcie wyjściowe generatora, wskazówka woltomierza V1 odchyla się do znaku nominalnego. Kondensator Co dostraja obwód do rezonansu z częstotliwością generatora. Jeśli w tym samym czasie strzałka woltomierza V2 wyjdzie poza skalę, napięcie wyjściowe generatora zostanie zmniejszone. Wartość współczynnika jakości Q L wyznacza się jako iloczyn wskazań na skali współczynników jakości woltomierza V2 i na skali mnożnika woltomierza V1.
Współczynnik jakości obwodu oscylacyjnego Q K mierzy się w tej samej kolejności, gdy cewka obwodu jest podłączona do zacisków 1 i 2, a jego kondensator do zacisków 3 i 4. W tym przypadku kondensator Co jest ustawiony na pozycję minimalnej pojemności. Jeżeli kondensator badanego obwodu ma zmienną pojemność, wówczas obwód jest dostrojony do rezonansu przy wymaganej częstotliwości generatora f; jeśli ten kondensator jest stały, wówczas strojenie rezonansowe odbywa się poprzez zmianę częstotliwości generatora.
Pomiar komercyjny indukcyjność cewki L x wytwarza się w sposób omówiony powyżej w powiązaniu z obwodem na ryc. 9. Generator dostraja się do częstotliwości odniesienia, wybranej zgodnie z tabelą, w zależności od oczekiwanej wartości Lx. Badaną cewkę podłączamy do zacisków 1 i 2. Obwód pomiarowy dostraja się do rezonansu za pomocą kondensatora C o, na specjalnej skali, której wartość L x szacuje się, biorąc pod uwagę wartość podziału wskazaną w tabeli. Jednocześnie zmieniając parametry konturu, można określić i pojemność własna cewki C L . Przy dwóch dowolnych wartościach pojemności C 01 i C 02 kondensatora C, zmieniając ustawienia generatora, znaleziono częstotliwości rezonansowe obwodu f 1 i f 3. Pożądana pojemność
C L \u003d (C 02 f 4 2 -C 01 f 1 2): (f 1 2 -f 2 2)
Pomiar pojemników za pomocą cumetru przeprowadza się metodą substytucyjną. Badany kondensator Cx podłączony jest do zacisków 3 i 4, a jedna z cewek wsporczych Lo do zacisków 1 i 2, co zapewnia dostrojenie rezonansowe obwodu w wybranym zakresie częstotliwości. Jednocześnie można również określić styczną strat (współczynnik jakości) kondensatora:
tg δ \u003d 1 / (2 * π * f * C x R p)
(gdzie R p - odporność na straty). Aby to zrobić, przy dwóch wartościach pojemności C 01 i C 02, odpowiadających ustawieniom rezonansowym obwodu bez kondensatora C x, a gdy ten ostatni jest podłączony, współczynniki jakości obwodu Q 1 i Q 2 zostaną znalezione, a następnie obliczone według wzoru
tan δ \u003d Q 1 Q 2 / (Q 1 -Q 2) * (C 01 -C 02) / C 01
W razie potrzeby generator kumetrowy można wykorzystać jako generator pomiarowy, a woltomierze elektroniczne można wykorzystać do pomiaru napięć w szerokim zakresie częstotliwości.
Zdecydowana większość amatorskich mierników indukcyjności na sterownikach mierzy częstotliwość oscylatora pracującego na częstotliwościach około 100 kHz i chociaż rzekomo mają rozdzielczość 0,01 μH, w rzeczywistości przy indukcyjnościach 0,5 i poniżej są dobrym generatorem liczb losowych , a nie urządzenie. Projektant urządzeń RF ma trzy sposoby:
- zerwać
- kup przemysłowy miernik impedancji i głoduj przez jakiś czas
- zrobić coś bardziej wysokoczęstotliwościowego i szerokopasmowego.
Obecność wielu kalkulatorów online drastycznie upraszcza zadanie, można sobie poradzić z jednym generatorem podłączonym do miernika częstotliwości, nie tracąc wiele na wygodzie, ale zyskując na funkcjonalności.
Przedrostek może mierzyć indukcyjność od 0,05 μH. Napięcie wyjściowe wynosi około 0,5 V. Indukcyjność własna wniosków wynosi 0,04 μH. Zakres częstotliwości wyjściowej: xs...77MHz.
Generator szerokopasmowy jest wykonany zgodnie ze znanym schematem dwupunktowym i nie jest bardzo wrażliwy na współczynnik jakości obwodu ustalającego częstotliwość. 
Do pomiaru najmniejszych indukcyjności wybrano pojemność wynoszącą 82 pf, razem z pojemnością wejściową obliczoną (dla kalkulatora) okazuje się, że wynosi ona około 100 pf (zaokrąglone liczby są wygodniejsze), a max. częstotliwość generacji wynosi około 80 MHz. Z obwodu napięcie jest podawane na wtórnik vt2, a z niego na emiter vt1, w ten sposób realizowany jest POS. Stosowane czasami bezpośrednie połączenie bramki z obwodem prowadzi do niestabilnej pracy generatora przy częstotliwościach 20-30 MHz, dlatego stosuje się kondensator izolujący c1. Tranzystor polowy musi mieć początkowy prąd drenu co najmniej 5 mA, w przeciwnym razie tranzystor musi być lekko otwarty przy rezystancji kilkuset kOhm od plusa do bramki. Lepiej jest zastosować tranzystor o dużej transkonduktancji, zwiększy to napięcie wyjściowe pobierane ze źródła. Chociaż sam generator jest praktycznie niewrażliwy na rodzaje tranzystorów.
Do obliczeń służą kalkulatory internetowe
Najwygodniejszy
najbardziej niewygodne
efektowne, ale z charakterem
Wydajność wiązania w urządzeniu może być dowolna, nawet chińska glinka. Lepiej mieć cewki odniesienia i już zmierzoną pojemność podstawić do kalkulatora, chociaż w rzeczywistości nie jest to konieczne.
Folia z tyłu służy jako ekran.
Zakończenia do cewki wykonujemy w formie elastycznych płaskich smyczy z warkocza o długości 2 cm. z krokodylami.
http://edisk.ukr.net/get/377203737/%D0%B8%D0%BD%D0%B4.lay6
Funkcje użytkowania.
Do zasilania lepiej jest przewidzieć odpowiedni zacisk na mierniku częstotliwości.
Jeśli mają być mierzone bardzo niskie indukcyjności, przewody cewki powinny być możliwie proste. Od wyniku należy odjąć własną indukcyjność przewodów 0,04 μH. Minimalna mierzalna indukcyjność jest w przybliżeniu taka sama.
Do pomiaru indukcyjności do 100 μH odpowiednia jest pojemność standardowa, powyżej lepiej zastosować dodatkowe pojemności od 1n, w przeciwnym razie wystąpi błąd związany z pojemnością międzyzwojową cewki.
Aby zmierzyć pojemność międzyzwojową, należy zmierzyć prawdziwą wartość indukcyjności za pomocą C 10-100n, następnie częstotliwość mierzy się za pomocą standardowej pojemności (100pF), wprowadzanej do kalkulatora, następnie oblicza się całkowitą pojemność, z której 100pF należy odjąć.
Przykład. dławik osiowy 3,8 mH, o pojemności standardowej, częstotliwości 228 kHz, pojemności całkowitej 128pF, międzyzwoj 28.
W ten sam sposób oblicza się pojemności w obwodach.
Aby zmierzyć dławiki w obwodach magnetycznych nn o niskiej częstotliwości, muszą one mieć wystarczająco dużą liczbę zwojów, na przykład na pierścieniach 2000NN co najmniej 20, w przeciwnym razie częstotliwość może być dla nich wyższa niż częstotliwość robocza (do 400 kHz), a generowanie będzie w najlepszym przypadku zakłócone, a w najgorszym przypadku impulsowe, jak w generatorze blokującym, z częstotliwością kiloherca. W przypadku małych zakrętów potrzebna jest dodatkowa wydajność.