Измерение индуктивности подручными средствами. Прибор для измерения индуктивности Схема прибора для измерения малых индуктивностей

Предлагаемая приставка к частотомеру для определения расчетным путем индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения для катушек на малогабаритных кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить с достаточной для практики точностью начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа.

Для многих начинающих радиолюбителей изготовление и оценка индуктивности катушек, дросселей, трансформаторов становится «камнем преткновения». Промышленные измерители малодоступны, самодельные законченные конструкции, как правило, сложны в повторении и при их настройке необходимы промышленные приборы. Поэтому особой популярностью пользуются простые приставки к частотомеру или осциллографу.

Описания и схемы подобных устройств были опубликованы в периодической литературе . Они просты в повторении, удобны в применении. Но сведения в статьях в части заявленных погрешностей и пределов измерения нередко приводят к ошибочным выводам и искаженным результатам. Так в указано, что приставка позволяет измерить индуктивность более 0,1 мкГн, а погрешность измерения зависит от подбора конденсатора, который в авторской конструкции имеет допустимое отклонение номинальной емкости не более ±1 %. И это при том, что на указанных на схеме транзисторах устойчивая генерация начинается с индуктивностью колебательного контура 0,15…0,2 мкГн (желающие легко могут проверить), а собственная индуктивность выводов от платы до разъема 30 мм оказывается равной 0,1…0,14 мкГн. В другой статье указывается погрешность до 1,5 % от верхнего предела (кстати, обратите внимание, нижний предел 0,5 мкГн с погрешностью 0,9 мкГн ― и это верно, иными словами измерение таких величин носит оценочный характер) как для маленьких, так и больших значений индуктивности, без учета собственной емкости катушек. А такая емкость может достигать соизмеримой с контурной величины и вносить дополнительную погрешность до 10…20 %.

В этой статье сделана попытка в какой-то мере восполнить отмеченный пробел и показать методы оценки погрешности измерений и способы применения действительно простой и полезной конструкции в лаборатории каждого радиолюбителя.

Предлагаемая приставка к частотомеру предназначена для оценки и измерения с достаточной для практики точностью индуктивности в диапазоне 0,2 мкГн… 4 Гн. Она отличается от прототипов пониженным напряжением на измеряемой индуктивности (амплитуда не более 100 мВ), что снижает погрешность измерения индуктивности на малогабаритных кольцевых и замкнутых магнитопроводах и дает возможность измерить начальную магнитную проницаемость магнитопроводов. Кроме того, малое значение напряжения на контуре позволяет оценивать индуктивность катушки непосредственно в конструкции, без демонтажа. Такую возможность оценят те, кому часто приходится заниматься ремонтом и настройкой аппаратуры при отсутствии схем и описаний.

Для работы с приставкой подходят любые самодельные или промышленные частотомеры, позволяющие измерять частоту до 3 МГц с точностью не менее 3х знаков. Если нет частотомера, подойдет и осциллограф. Точность измерения временных параметров у последних, как правило, порядка 7…10%, что и определит погрешность измерения индуктивности.

Принцип измерения индуктивности основан на известном соотношении, связующим параметры элементов колебательного контура с частотой его резонанса (формула Томсона)

Здесь и далее во всех формулах частота указана в мегагерцах, емкость ― в пикофарадах, индуктивность ― в микрогенри.

При емкости контура Ск = 25330 пФ, формула упрощается

, где Т ― период в микросекундах.

В приставке (ее схема показана на рис. 1 ) используется генератор с эмиттерной связью в

двухкаскадном усилителе, частота гармонических колебаний которого определяется емкостью конденсатора С1 и измеряемой индуктивностью Lx, подключаемой к пружинным зажимам Х1. Так как используется непосредственное соединение базы транзистора VT1 с коллектором VT2, то коэффициент петлевого усиления генератора высок, что обеспечивает устойчивую генерацию при изменении соотношения L/C в широком диапазоне. Коэффициент петлевого усиления пропорционален крутизне используемых транзисторов и может эффективно регулироваться изменением тока эмиттеров, для чего используется выпрямитель на диодах VD1, VD2 и управляющий транзистор VT3. Введение усилителя на транзисторе VT4 с КU= 8…9 позволило снизить амплитуду напряжения на контуре до уровня 80…90 мВ при выходной амплитуде 0,7 В. Эмиттерный повторитель обеспечивает работу на низкоомную нагрузку.

Устройство работоспособно при изменении напряжения питания в интервале 5…15 В, при этом вариации уровня выходного напряжения не превышают 20 %, а уход частоты F= 168,5 кГц (с катушкой высокой добротности, намотанной на сердечнике 50ВЧ при индуктивности L= 35 мкГн) не более 40 Гц!

В конструкции можно использовать в позициях VT1, VT2 транзисторы КТ361Б, КТ361Г, КТ 3107 с любым буквенным индексом, хотя несколько лучшие результаты достигаются с КТ326Б, КТ363; в позиции VT3 ― кремниевые транзисторы структуры р-n-р, например, КТ209В, КТ361Б, КТ361Г, КТ3107 с любым буквенным индексом. Для буферного усилителя (VT4, VT5) пригодно большинство высокочастотных транзисторов. Параметр h21Э для транзистора VT4 ― более 150, для остальных не менее 50.

Диоды VD, VD2 ― любые высокочастотные кремниевые, например, серий КД503, КД509, КД521, КД522.

Резисторы ― МЛТ-0,125 или аналогичные. Конденсаторы, кроме С1, ― малогабаритные соответственно керамические и электролитические, допустим разброс 1,5…2 раза.

Конденсатор С1 емкостью 25330 пФ определяет точность измерения, поэтому ее значение желательно подобрать с отклонением не более ±1 % (можно составить из нескольких термостабильных конденсаторов, например 10000+10000+5100+ 220пФ из группы КСО, К31. Если нет возможности точно подобрать емкость, можно воспользоваться описанной ниже методикой.

В качестве разъема Х1 удобно использовать пружинящие зажимы для «акустических» кабелей. Разъем Х3 для соединения с частотомером ― СР–50-73Ф.

Детали монтируют на печатной плате (рис. 2 ) из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Чертёж печатной платы в формате lay разработки П.Семина можно

Допустимо использовать навесной монтаж. В качестве корпуса для приставки можно применить любой подходящий по размерам коробок из любого материала. Разместить разъем Х1 необходимо так, чтобы обеспечить минимальную длину соединяющих его с платой проводников. На фото, для примера, показан аккуратно выполненная конструкция от Павла Семина.

После проверки правильности монтажа следует подать питание напряжением 12 В, не подключая катушки к разъему Х1. Напряжение на эмиттере VT5 должно быть примерно равным половине питающего напряжения; если отклонение больше, потребуется подбор резистора R4. Ток потребления окажется близким к 20 мА. Присоедините к разъему Х1 катушку Lx индуктивностью в пределах десятков―сотен микрогенри (точное значение некритично), а к разъему Х3 ― осциллограф или высокочастотный вольтметр. На выходе приставки должно быть переменное напряжение 0,45…0,5 В эфф (амплитудное значение 0,65…0,7 В). При необходимости его уровень можно установить в диапазоне 0,25…0,7 Вэфф подбором резистора R8.

Теперь можно приступить к калибровке приставки , подключив ее к частотомеру.

Это можно сделать несколькими методами.

Если есть возможность измерить с точностью не хуже 1 % катушку на незамкнутом магнитопроводе с индуктивностью порядка десятков-сотен мкГ, то используя ее как образцовую, подберите емкость конденсаторов С1 так, чтобы показания приставки совпали с требуемым значением.

Во втором случае понадобится один термостабильный эталонный конденсатор, емкость которого не менее 1000 пФ и известна с высокой точностью. В крайнем случае, если нет возможности точно измерить емкость, можно применить конденсаторы КСО, К31 с допуском ±2―5 %, смирившись с вероятным увеличением погрешности. Автор использовал конденсатор К31-17 с номинальной емкостью 5970 пФ ±0,5 %. Сначала по частотомеру фиксируем частоту F1 для катушки Lx без дополнительного внешнего конденсатора. Затем присоединяем параллельно катушке эталонный конденсатор Cэт и фиксируем частоту F2. Теперь можем определить реальную входную емкость собранной приставки и индуктивность катушки Lx по формулам

Чтобы можно было пользоваться приведенными в начале статьи упрощенными формулами, нужно подбором группы конденсаторов С1 установить емкость Свх равной 25330±250 пФ. После окончательной корректировки емкости конденсаторов С1 сделайте контрольный замер по приведенной выше методике, чтобы убедиться, что емкость С вх соответствует требуемой.Вручную делать многократные пересчеты долго, поэтому автор пользуется удачной программой расчетов MIX10 , разработанной А. Беспальчиком.

После этого приставка готова к работе. Попробуем оценить ее возможности; для этого проведем несколько опытов.

1. При измерении малых значений индуктивности большую погрешность вносит собственная индуктивность приставки, состоящая из индуктивности проводников, соединяющих разъем Х1 с платой, и индуктивности монтажа. Попробуем ее измерить. Сначала замкнем контакты разъема Х1 прямым коротким проводником. Скрученные провода, идущие к разъему Х1 длиной 30 мм, и перемычка длиной 30 мм образуют один виток катушки. Если в генераторе транзисторы КТ326Б, колебания возникают только при ударном возбуждении контура путем периодичного включения питания; при этом частота F1 = 2,675…2,73 МГц, что соответствует индуктивности 0,14 мкГн (с транзисторами КТ3107Б генерация совсем не возникает). Теперь сделаем из провода диаметром 0,5 мм кольцо диаметром 3 с расчетной индуктивностью около 0,08 мкГн и подключим к Х1. Для генератора на транзисторах КТ326Б частотомер показал значение 2,310 МГц, что соответствует индуктивности 0,19 мкГн. Вариант на транзисторах КТ3107Б генерировал только при ударном возбуждении контура. Таким образом, собственная индуктивность приставки оказалась в пределах 0,1…0,14 мкГн.

Выводы: высокая точность измерений обеспечивается для индуктивности более 5 мкГн. При значениях в интервале 0,5… 5 мкГн надо учитывать собственную индуктивность 0,1…0,14 мкГн. При индуктивности менее 0,5 мкГн измерения носят оценочный характер. Уверенно регистрируемая минимальное значение индуктивности 0,2 мкГн.

1. Измерение неизвестной индуктивности. Допустим, для нее частота F1= 0,16803 МГц, что по упрощенной формуле расчета индуктивности дает 35,42 мкГн.

При проверке с эталонным конденсатором частота F2 = 0.15129 МГц соответствует индуктивности 35,09 мкГн. Погрешность ― менее 1 %.

1. Используя измеренную индуктивность в качестве образцовой, можно оценить входную емкость генератора. Емкость контура состоит из емкости группы конденсаторов С1 и емкости Сген, состоящей из суммы емкости монтажа и емкости, вносимой транзисторами VT1, VT2, т. е. Свх= С1+С ген.

Чтобы определить величину С ген, отключаем конденсаторы С1 и измеряем с используемой индуктивностью частоту F3. Теперь Сген можно рассчитать по формуле

В авторском варианте приставки с транзисторами КТ3107Б емкость Сген равна 85 пФ, а с транзисторами КТ326Б ― З9 пФ. По сравнению с требуемым значением 25330 пФ это меньше 0,4 %, что позволяет применять практически любые высокочастотные транзисторы без заметного влияния на точность измерения..

1. Благодаря большой собственной емкости приставки, при измерении индуктивности до 0,1 Гн погрешность, вносимая собственной емкостью катушек, несущественна. Так при измерении индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора от транзисторных приемников получилось значение L = 105,6 мГн. При дополнении колебательного контура эталонным конденсатором 5970 пФ получилось другое значение ― L=102 мГн, а собственная емкость обмотки Стр= Сизм– С1 = 25822 – 25330 = 392 пФ.
2. Амплитуда на измерительном колебательном контуре величиной 70…80 мВ оказывается меньше порога открывания кремниевых p-n переходов, что позволяет во многих случаях измерять индуктивность катушек и трансформаторов прямо в схеме (естественно, обесточенной). Благодаря большой собственной емкости приставки (25330 пФ), если емкость в измеряемой цепи не более 1200 пФ, погрешность измерения не превысит 5 %.

Так при измерении индуктивности катушки контура ПЧ (емкость контура не более 1000 пФ) непосредственно на плате транзисторного приемника получено значение 92,1 мкГн. При измерении индуктивности катушки, выпаянной из платы, расчетное значение оказалось меньше ― 88,7мкГн (погрешность менее 4 %).

Для подключения к катушкам индуктивности, размещенных на платах, автор использует щупы с соединительными проводами длиной 30 см, скрученных с шагом одна скрутка на сантиметр. Ими вносится дополнительная индуктивность 0,5…0,6 мкГн ― это важно знать при измерении малых величин, для оценки ее достаточно замкнуть щупы между собой.

В заключение еще несколько полезных советов .

Определить магнитную проницаемость кольцевого магнитопровода без маркировки можно по следующей методике. Намотать 10 витков провода, равномерно распределив его по кольцу, и измерить индуктивность обмотки, а полученное значение индуктивности подставить в формулу:

В практических расчетах удобно пользоваться упрощенной формулой для расчета числа витков на кольцевых магнитопроводах

Значения коэффициента k для ряда широкораспространенных кольцевых магнитопроводов по данным В. Т. Полякова приведены в табл. 1 .

Таблица 1

Типоразмер	К18х8х4	К18х8х4	К18х8х4	К18х8х4	К18х8х4	К18х8х4
Магнитная проницаемость	3000	2000	1000	2000	1000	400
k	21	26	37	31	44	70

Для широко распространенных броневых магнитопроводов из карбонильного железа индуктивность удобнее рассчитывать в микрогенри, поэтому введем коэффициент m, и формула соответственно изменится:

Некоторые значения для распространенных броневых магнитопроводов приведены в табл. 2 .

Сердечник	СБ-9а	СБ-12а	СБ-23-17а	СБ23-11а
m	7.1	6.7	4.5	4.0

Составить подобную таблицу для имеющихся у вас кольцевых и броневых магнитопроводов, воспользовавшись предлагаемой приставкой, не составит большого труда.

ЛИТЕРАТУРА

1.Гайдук П. Частотомер измеряет индуктивность. ― Радиолюбитель, 1996, № 6, с. 30.

1. L-метр с линейной шкалой. ― Радио, 1984, № 5, с. 58, 61.
2. Поляков В. Катушки индуктивности. ― Радио, 2003, № 1, с. 53.
3. Поляков В. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. ― М.: Патриот, 1990, с. 137, 138.
4. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя. /Терещук Р. М. и др./ ― Киев: Наукова думка, 1987, с. 104.

С.Беленецкий, US5MSQ Луганск Украина Радио, 2005, №5, с.26-28

Обсудить статью, высказать свое мнение и предложения можно на форуме

Для многих любителей электроники актуальной является задача измерения емкостей конденсаторов и индуктивностей дросселей, поскольку, в отличие от резисторов, эти компоненты нередко бывают не промаркированы (особенно SMD). Между тем, имея генератор синусоидальных колебаний и осциллограф (приборы, которые должны быть в любой радиолюбительской лаборатории), эта задача довольно просто решается. Всё, что для этого нужно — это вспомнить начальный курс электротехники.

Рассмотрим простейшую схему — последовательно соединённые резистор и конденсатор. Пусть эта схема подключена к источнику синусоидальных колебаний. Запишем уравнения для напряжений на элементах нашей схемы в операторной форме: U R = I * R, U C = -j * I / ωC. Из этих уравнений очевидно, что амплитудные значения напряжений будут относится следующим образом: U R / U C = R * ωC (конечно, напряжения будут сдвинуты по фазе, но нас это в данном случае не волнует, нас волнуют
только амплитуды).

Думаю, что многие уже догадались к чему я клоню. Да-да, из последнего уравнения довольно просто вычисляется ёмкость:

C = U R /U C * 1/ωR или, с учетом того, что ω= 2πf, получим C = U R /U C * 1/2πfR ; (1)

Итак, алгоритм простой: подключаем последовательно с измеряемой ёмкостью резистор, подключаем к этой схеме генератор синусоидальных колебаний и осциллографом измеряем амплитуды напряжений на нашем конденсаторе и резисторе. Изменяя частоту, добиваемся, чтобы амплитуда напряжений на обоих элементах была примерно одинаковой (так измерение получится точнее). Далее, подставляя измеренные значения амплитуд в формулу (1), находим искомую ёмкость конденсатора.

Аналогично можно вывести формулу для подсчета индуктивности:

L = U L /U R * R/ω или, с учётом того, что ω= 2πf, получим L = U L /U R * R/2πf ; (2)

Таким образом, имея генератор синусоидальных колебаний и осциллограф, с помощью формул (1) и (2) оказывается довольно просто вычислить неизвестную ёмкость или индуктивность (благо резисторы практически всегда имеют маркировку).

Алгоритм действий следующий:

1) Собираем схему из последовательно соединённых резистора известного номинала и исследуемой ёмкости (индуктивности).

2) Подключаем эту схему к генератору синусоидальных колебаний и изменением частоты добиваемся того, чтобы амплитуды напряжений на обоих элементах схемы были примерно одинаковы.

3) По формуле (1) или (2) вычисляем номинал исследуемой ёмкости или индуктивности.

Несмотря на то, что наши элементы не идеальные, есть допуск на номинал резистора и всегда есть некоторые погрешности измерений, результат получается довольно точным (по крайней мере можно без труда идентифицировать ёмкость в стандартном ряду). Пусть у меня при измерении ёмкости получилась величина 1,036 нФ. Очевидно, что на исследуемом конденсаторе должна была быть нанесена маркировка 1 нФ.

Для того, чтобы вам легче было сориентироваться с номиналами резисторов, приведу некоторые примеры:

— для ёмкости 15 пФ в схеме с резистором 200 кОм амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 53 кГц;

— для ёмкости 1 нФ в схеме с резистором 10 кОм амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 15,9 кГц;

— для ёмкости 0,1 мкФ в схеме с резистором 680 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 2,34 кГц;

— для индуктивности 3 мкГн в схеме с резистором 120 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 6,3 МГц;

— для индуктивности 100 мкГн в схеме с резистором 120 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 190 кГц.

Таким образом, диапазон измеряемых емкостей и индуктивностей зависит только от диапазона частот, с которыми могут работать ваши генератор и осциллограф.

На основе этого метода можно изготовить прибор для автоматического измерения емкостей и индуктивностей.

Online-калькулятор для расчёта емкостей и индуктивностей :

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Расчёт емкостей.

Сегодня на рынке продается множество приборов, измеряющих емкость и индуктивность, только стоят они в несколько раз дороже китайского мультиметра. Тот кому каждый день необходимо производить замеры емкости или индуктивности непременно купит себе такой, а что делать если такая необходимость возникает крайне редко? В таком случае можно применить описанный ниже метод.
Известно, что если на интегрирующую RC цепочку подать прямоугольный импульс, то форма импульса изменится и будет такой как на картинке.

Время, за которое напряжение на конденсаторе достигнет 63% от подаваемого, называется тау. Формула по которой считается тау изображена на рисунке.

В таком случае говорят, что интегрирующая цепочка сгладила фронты прямоугольного импульса.
Так же известно, что если на параллельный LC контур подать прямоугольный импульс, в контуре возникнут затухающие колебания, частота, которых равна резонансной частоте контура. Резонансная частота контура находится по формуле Томсона, из которой можно выразить индуктивность.

Подключается контур через конденсатор малой емкости, чем меньше тем лучше, который ограничивает ток, поступающий в контур. Давайте рассмотрим, как конденсатор малой емкости ограничивает ток.
Для того, чтобы конденсатор зарядился до номинального напряжения ему надо передать определенный заряд. Чем меньше емкость конденсатора, тем меньший заряд ему необходим, чтобы напряжение на обкладках достигло напряжения импульса. Когда мы подаем импульс, конденсатор, малой емкости, очень быстро заряжается и напряжение на обкладках конденсатора становится равно напряжению импульса. Так как напряжение конденсатора и импульса равны, нет разности потенциалов, следовательно ток не течет. При чем ток может перестать течь через конденсатор спустя некоторое время от начала импульса, а оставшуюся часть времени импульса энергия к контуру подводится не будет.
Для проведения эксперимента нам потребуется генератор импульсов прямоугольной формы с частотой 5-6KHz.
Можно собрать его по схеме на рисунке ниже или воспользоваться генератором сигналов, я делал обоими способами.

Теперь, вспомнив, как ведет себя при подаче прямоугольного импульса интегрирующая RC цепочка и параллельный LC контур, соберем простую схему изображенную на картинке.

Сначала измерим емкость конденсатора, место его подключения на схеме обозначено С?. Резистора 1K под рукой не нашлось, поэтому я использовал 100 Ohm и вместо конденсатора 10pF использовал конденсатор 22pF. В принципе номинал резистора можно выбрать любой, но не ниже 50 Ohm, иначе сильно просядет напряжение генератора.
В данном эксперименте я буду использовать генератор сигналов, выходное сопротивление которого равно 50 Ohm. Включим генератор и установим амплитуду 4V, если собирать генератор по схеме то регулировать амплитуду можно, изменяя напряжение питания.

Подключим щупы осциллографа параллельно конденсатору. На осциллографе должна появиться следующая картинка.

Немного увеличим её.

Измерим время, за которое напряжение на конденсаторе достигает 63% от напряжения импульса или 2,52V.

Оно равно 14,8uS. Так как сопротивление генератора включено последовательно с нашей цепочкой его необходимо учесть, в итоге активное сопротивление равно 150 Ohm. Разделим значение тау(14,8 uS) на сопротивления(150 Om) и найдем емкость, она равна 98,7 nF . На конденсаторе написано, что емкость равна 100nF.

Теперь измерим индуктивность. На схеме место подключения катушки индуктивности обозначено L?. Подключаем катушку, включаем генератор и подключаем щуп осциллографа параллельно контуру. На осциллографе увидим такую картинку.

Увеличиваем развертку.

Видим, что период колебаний равен 260KHz.
Ёмкость щупа равна 100pF и в данном случае её необходимо учесть потому, что она составляет 10% от емкости контура. Суммарная емкость контура равна 1,1nF. Теперь подставим в форму для нахождения индуктивности, емкость конденсатора(1,1nF) и частоту колебаний(260KHz). Для таких вычислений я пользуюсь программой Coil32.

Получилось 340,6uH, судя по маркировке индуктивность равна 347uH и это отличный результат. Этот способ позволяет измерять индуктивность с погрешность до 10% .
Теперь мы знаем как измерить емкость конденсатора и индуктивность катушки, используя осциллограф.

Пока мне не нужно было заниматься намоткой выходного трансформатора, тема измерений индуктивности катушек с сердечниками меня мало интересовала. Досаждала, конечно ненадежность китайских коробочек, претендующих на звание “измеритель индуктивности”, но теперь, когда я стал углубляться в этот вопрос, то оказалось, что они, эти коробочки, еще и дают разные показания при замерах на разных пределах измерений… А это наводит на нехорошие мысли, а главное – мешает систематической работе – непонятно, что ты замерил. Вот пример – у меня есть выходник 10К, который должен иметь индуктивность первички около 30 Генри. Посмотрите, что показывает тестер на пределе 20 Генри и что на пределе 200 Генри – ну что, как тут определять правильную цифру – голосованием?

Я бы понял, если бы испытательная частота была разной – но нет, частота замера на этих пределах одна и та же – 100 Гц….Ну а если и тестер умер (за 5 лет сейчас у меня уже третий) – то все сделанные ранее замеры вообще повисают в воздухе… Пришел к выводу – нужен стандарт!
Еще несколько лет назад, когда я купил выходной трансформатор у одного старого японца, у нас возник с ним спор по поводу индуктивности первички. Я замерил его своей “китайской коробочкой” и получил 70 Генри, хотя японец утверждал, что там аж 160… Когда я спросил его, как он это измерил, то прислал мне вот такую совсем простенькую от руки нарисованную схемку измерений, сущность замера которой в пояснениях не нуждается.


Сделал все как мне сказал этот уважаемый японец-сан и получилось в точности 160 Генри…. Что же тогда замерил “измеритель индуктивности” ? Я замерил на осциллографе, что на пределах 200 и 20 Генри – китайский тестер генерирует 100 Гц, а на всех остальных диапазонах – 1000 Гц. То есть выясняется, что результат измерений зависит от частоты испытательного прибора. И еще оказалось, что результат замера также еще и зависит от величины приложенного напряжения…
Все это на превый взгляд как-то не вяжется с теорией – известно, что индуктивность катушки зависит от сечения сердечника, от количества витков и величины мю сердечника, но никак не от частоты и тем более не от величины приложенного напряжения. Но давайте не будем торопиться. В физике магнитезма есть такая формула зависимости магнитной индукции в сердечнике:

Bm = U * 10E(8) / (4,44*F*N*S)

где U – приложенное напряжение
F – частота переменного тока
N – количество витков в катушке
S – сечение магнитопровода.

Любой тестер (испытатель) подает на измеряемую катушку определенной величины и частоты напряжение, создавая в сердечнике некоторую величину магнитной индукции B. Проблема в том, что мю, то есть магнитная проницаемость сердечника мягко говоря, не является величиной постоянной, а точнее, сильно зависит от величины магниной индукции. Вот тут и становится понятно, отчего результаты замеров так сильно зависят от величин, которые вроде прямым образом на индуктивность влиять не должны – то есть от частоты и от величины приложенного напряжения. Так как величина мю с ростом величины магнитной индукции сильно увеличивается (особенно при отсутствии зазора в магнитопроводе), иногда в десятки раз, отсюда из приведенной выше формулы следует простое правило – результат замера индуктивности будет тем больше, чем ниже частота и чем выше величина испытательного напряжения. Поэтому всегда, когда идет разговор об индуктивности первичной обмотки выходного трансформатора, необходимо указывать, в каких условиях проводились измерения. Особенно это касается трансформаторов для двухтактников, где нет немагнитного зазора.
А раз все это так, получается есть смысл сделать замеры индуктивности первичной обмотки трансформатора не при каких-то отвлеченных значениях частоты (в тестерах – это 100 или 1000 Гц в зависимости от диапазона) и напряжения, а при тех значениях, которые реально будут иметь место в работающем транформаторе. Как это и делают японцы – на частоте 50 Гц и подают небольшое (так называемое “малосигнальное”) напряжение на первичку. В общем, у меня появилось желание сделать прибор по той примитивной схеме от японца, но только с цифровой шкалой для удобства пользования. Вот схема прибора:

На картинке – уже собранный вольтметр, который я купил на рынке в Риге за 8 Лат (около 11 Евро). У него четыре разрядные цифры, разрядную точку надо поставить между третьим и четвертым разрядом.

Детали. Нужен качественный сдвоенный потенциометр 50К, лучше логарифмический, идеально подойдет ALPS или аналогичный для аудиоприменения. Также надо точно подобрать резисторы R2 и R3. LM1085 можно заменить на LM317, напряжение питания вольтметра может быть любым в пределах 6.8 – 10 Вольт. Сетевой трансформатор – любой маломощный с примерно подходящими напряжениями на вторичной обмотке. Измерительный вольтметр может быть любой с входным сопротивлением не ниже 10М, с пределом измерений от минус 2 до плюс 2 вольта. На вторичной обмоке транфсорматора указано на схеме номинальное напряжение 6.3 вольта, но т.к. он работает практически на холостом ходу, то фактически там есть 7.1 вольта.

Как работает схема? Есть два режима работы – “БАЛАНС” – балансировка сопротивлений измерительного потециометра Р1 и тестируемой индуктивности, при этом переключатель (тумблер с двумя парами контактов) S2 находтся в положении, указанном на схеме. Когда достигнут баланс (вольтметр показывает ноль) , тогда переключатель S2 переводится в другое положение – “ЧТЕНИЕ” и тогда можно прочитать значение индуктивности, так как потенциометр Р2, (сдвоенный с Р1) будет показывать падение напряжения, в точности равное измеряемой индуктивности. Пределы изменений – от 3.2 до 159 Генри. Точность зависит от качества сдвоенного потенциометра Р1/Р2 и от точночти подбора резисторов R2 и R3.

Настройка собранного прибора. Вначале надо отбалансировать измерительный мост. В режиме “БАЛАНС” подключают к клеммам индуктивность около 10 – 20 генри (любой дроссель) и выставляют ноль на вольтметре. После этого замеряя тестером переменное напряжение на дросселе и на потенциометре Р1+ R2 и вращают движок подстроечника VR3, каждый раз подстраивая ноль на измерительном вольтметре добиваются того, чтобы измерительный вольтметр показывал ноль при равенстве измеренных тестером напряжений на дросселе и (R2+Р1). После этого переводят тумблер режима работы в положение “ЧТЕНИЕ” и поставив потенциометр Р2 на максимальное сопротивление, подстроечником VR2 устанавливают показание 159.2 (т.е. 1.592 вольта) Генри. На этом настройка заканчивается.
В заключение – фотографии законченного изделия.

Надо отметить, что данный прибор не претендует на высокую точность измерений. Он пригоден для примерной оценки индуктивности первички выходного трансформатора или индуктивности дросселя по принятому стандарту – 50 Гц и напряжении 5 вольт RMS на тестируемой индуктивности. Метод не учитывает активное сопротивление обмотки, Но даже если активное сопротивление не учитывать, все равно для большинства реально существующих выходных трансформаторов ошибка не превысит 2 – 3 %, что вполне достаточно для поставленной задачи. В случае необходимости можно поправку на активное сопротивление внести, учитывая, что Lcorret=Ract/(2*3,14*50), где Ract – замеренная величина активного сопротивления обмотки, и Lfact=L – Lcorrect, где L -показания измерителя.
Также, для повышения точности измерений первички двухтактных трансформаторов (или любых индуктивностей без немагнитного зазора) желательно прибор включать в сеть через стабилизатор напряжения, или, хотя-бы через ЛАТР. Для измерения дросселей и индуктивности первички однотактных трансформаторов в этом необходимости нет. Например, я провел пробный замер индуктивности первичной обмотки трансформатора TW60SE, так вот при изменении сетевого напряжения (я пользовался ЛАТРом) от 200 до 237 вольт (18 %) расхождения в показании измерителя составило менее 3 %.

*************************************************************************************************

Это очень точный измеритель индуктивности/емкости на базе микроконтроллера PIC16F628A. Идея реализована на примере точного измерителя индуктивности/емкости .Конструкция устройства немного отличается от аналогичных устройств, найденных в сети Интернет. Целью моего не легкого труда было предоставить простое решение, которое легко собрать с первой попытки. Большинство конструкций данного типа устройств работает не так, как описано в документации, или на них просто недостаточно справочной информации. Наиболее трудной частью проекта было запрограммировать весь математический код с плавающей запятой в память программ размером 2k микроконтроллера 16F628A.

Обычно измеритель индуктивности/емкости представляет собой измеритель частоты, имеющий в составе генератор колебаний, который генерирует колебания и измеряет величины L или C, после чего вычисляется конечный результат. Погрешность частоты составляет 1Гц. Для получения более подробной информации по измерению частоты с помощью синхронизирующих устройств, обратитесь к моей статье о цифровом частотомере.

Теоретические сведения : Внимательно посмотрите на схему; я не использовал язычковое реле, поскольку не нашел его на местном рынке радиокомпонентов. Поэтому я решил сначала использовать полевой МОП-транзистор вместо язычкового реле. Но наилучший результат я получил с помощью обычного NPN-транзистора, такого как BC547. Если вы не доверяете транзисторам, тогда вы сможете добавить язычковое реле самостоятельно. Я использовал внутренний компаратор контроллера для генератора и подсоединил его к источнику внешней синхронизации таймера Timer1 для вычисления частоты. Благодаря этому не понадобилось использовать внешний операционный усилитель Lm311. Реле RL1 использовалось для выбора режима измерения L и C. Измеритель работает на базе четырех основных уравнений, которые представлены ниже:

Для обеих неизвестных величин L и C, обычно применяется равенство 1 и 2. Средние значения F1 мы получаем с помощью LC колебательного контура, затем подсоединяем C cal параллельно колебательному контуру и получаем величину F2.
Сразу после этого,

1. Для емкости требуется F3 (уравнение 3), оставляя Cx параллельно колебательному контуру, затем вычисляется Cx из уравнения 4
2. Для индуктивности требуется F3 (уравнение 7), оставляя Lx последовательно колебательному контуру, и c затем вычисляется Lx из уравнения 8

Следовательно, как для индуктивности, так и для емкости, уравнения 1, 2, и уравнения 5, 6 одинаковы.
После получения приблизительных значений индуктивности или емкости, программа автоматически приведет значения к техническим единицам, которые отобразит на жидкокристаллическом дисплее разрешением 16x2.
Если вам тяжело осилить все математические вычисления, тогда лучше оставить их на время и перейти к аппаратным средствам. Для начала выполните процесс калибровки, который разъяснен в следующей главе.

Конструкция:
Точность измерения зависит от состояния ваших компонентов. Два конденсатора, емкостью 33пФ в генераторе должны быть танталовыми (для низкой серии сопротивлений/индуктивностей). Используйте C4, C5 (C cal) полистирольного типа, поскольку зеленые конденсаторы имеют слишком большое отклонение величины. Избегайте использования керамических конденсаторов. Некоторые из них имеют большие затухания.

1. Сначала проверьте, чтобы все компоненты отлично подходили на свои места в плате.
2. Запрограммируйте микросхему (16F628A) с помощью Hex файла, указанного ниже на данной странице. Если у вас нет программатора / загрузчика, тогда обратитесь к моей схеме . Его очень легко собрать самостоятельно.
3. Сначала подайте питание на схему без микросхемы, затем проверьте напряжение на выводе 5, 14 колодки ИС с помощью вольтметра. Если напряжение равно 5В, тогда все отлично.
4. Поместите микросхему в колодку ИС и подайте питание. Если на жидкокристаллическом дисплее будет повышенная контрастность, тогда увеличьте значение резистора R11 на несколько килоом.

Калибровка:

1. Закоротите два тестовых проводника и подайте питание на схему. При этом выполнится автоматическая калибровка. Устройство перейдет в режим по умолчанию – режим индуктивности. Дайте несколько минут на "разогрев", затем нажмите кнопку "zero" (нуль) для выполнения форсированной повторной калибровки. Теперь на дисплее должно отображаться значение ind = 0.00 uH (мкГн)
2. Теперь разомкните два тестовых проводника и подсоедините заранее известную индуктивность, например 10 мкГн или 100 мкГн. Измеритель индуктивности/емкости должен считать приблизительно аналогичное значение (допускается погрешность до +/- 10%).
3. После этого необходимо настроить измеритель для отображения результата с погрешностью около +/- 1%. Чтобы выполнить это, проверьте что в схеме установлены 4 джампера Jp1 ~ Jp4. Джамперы Jp1 и Jp2 предназначены для увеличения (+) и уменьшения (–) значений. Для увеличения значения сначала установите Jp1 и выполните шаги 1,2, для уменьшения значения установите Jp2 и выполните шаги 1,2.
4. Если на дисплее отображаются необходимые значения, тогда снимите джамперы. После этого микросхема запомнит калибровку, пока вы не заходите снова внести изменения.
5. Если у вас все еще не получается получить требуемое значение, установите джампер Jp3, чтобы увидеть величину F1. На дисплее отобразится значение около 503292 с индуктивностью 100мкГн и емкостью 1нФ. Или установите джампер Jp4, чтобы посмотреть значение F2. Если на дисплее ничего не появится, то это означает, что ваш генератор неправильно работает. Еще раз проверьте вашу плату.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
U1	Линейный регулятор	LM7805	1			В блокнот
U3	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	1			В блокнот
Q1, Q2	Биполярный транзистор	BC547B	2			В блокнот
D1, D3	Выпрямительный диод	1N4001	2			В блокнот
С1, С2, С6, С7	Электролитический конденсатор	10 мкФ	4			В блокнот
С3, С10	Конденсатор	0.1 мкФ	2			В блокнот
С4, С5	Конденсатор	1000 пФ	2			В блокнот
С8, С9	Конденсатор	33 пФ	2			В блокнот
R1, R3, R4	Резистор	100 кОм	3			В блокнот
R2, R14, R15	Резистор	10 кОм	3			В блокнот
R5	Резистор	47 кОм	1			В блокнот
R6	Резистор	1.5 кОм	1			В блокнот
R7, R9-R12	Резистор	1 кОм	5			В блокнот
R8, R13	Резистор	560 Ом	2			В блокнот
LCD1	LCD-дисплей	16х2 LCD	1			В блокнот
Х1	Кварцевый резонатор	16 МГц	1			В блокнот
RL1	Реле	5 В	1