Комбинированный прибор [1], доработанный в соответствии с [2, 3], лишён одной важной функции - измерения индуктивности. Между тем катушки индуктивности, пожалуй, единственные самодельные элементы, с которыми радиолюбителям приходится сталкиваться в своей практике, либо наматывая их самостоятельно, либо используя сделанные кем-то. И если параметры радиоэлементов заводского изготовления указаны на их корпусах или в документации, то единственный способ получения информации об индуктивности самодельной катушки - её измерение. Поэтому в ходе очередной доработки прибора автор ввёл в него режим измерения индуктивности.
Выбранный метод измерения индуктивности заключается в следующем. Измеряемая катушка Lx образует с конденсатором C, ёмкость которого точно известна, параллельный колебательный контур. Этот контур входит в состав генератора электрических колебаний, задавая их частоту F. Эту частоту измеряют частотомером и определяют измеряемую
индуктивность по формуле
Lx = 25330/(C·F2).
Если частоту измерять в мегагерцах, а ёмкость в пикофарадах, индуктивность будет получена в микрогенри.
Чтобы снизить затраты на модернизацию комбинированного прибора, главным условием практической реализации в нём этого метода автор поставил невмешательство в существующую аппаратную часть. В приборе есть режим частотомера, имеется микроконтроллер, который с успехом может выполнить необходимые расчёты. Отсутствует лишь генератор, который целесообразно изготовить в виде внешней приставки, подключаемой к прибору через уже имеющийся на нём разъём.
Радиолюбители часто пользуются подобными приставками к частотомерам для измерения ёмкости и индуктивности. При этом для упрощения расчётов зачастую выбирают образцовую ёмкость равной 25330 пФ. В этом случае приведённая выше формула приобретает вид
Lx = 1/F2.
Примеры использования подобных приставок приведены в [4, 5]. В рассматриваемом случае использовать конденсатор именно такой ёмкости нет необходимости, поскольку микроконтроллер прибора способен выполнить расчёт при любом её значении.
Принципиальная схема приставки показана на рис. 1. Она подобна использованной в [5], а небольшие отличия связаны с применением деталей других типов. Выходной сигнал приставки представляет собой последовательность прямоугольных импульсов амплитудой около 3 В, следующих с частотой, равной резонансной частоте измерительного колебательного контура LxC 1. Назначение элементов схемы и работа устройства описаны в [4, 5] и поэтому здесь не рассматриваются.
Рис. 1. Принципиальная схема приставки
Приставку подключают к разъёму ХS1 комбинированного прибора трёхпроводным плоским кабелем. Доработка самого прибора свелась к изменению программы его микроконтроллера, которая теперь, кроме ранее имевшихся функций, предусматривает приём сигнала приставки, его обработку и вывод на ЖКИ значения измеренной индуктивности.
Основные технические характеристики
Измеряемая индуктивность, мкГн ..................8...999000
Погрешность измерения, %, не более:
от 8 мкГн до 15 мкГн .......... 5
от 15 мкГн до 20 мГн ........2,5
от 20 мГн до 150 мГн..........5
от 150 мГн до 999 мГн........20
Дискретность отсчёта индуктивности, мкГн:
от 8 до 999 мкГн ............0,1
от 1 до 999 мГн..............10
Напряжение питания, В ............5
Ток потребления, мА...............8
Интервал допустимых значений измеряемой индуктивности ограничен программно. В принципе, возможно измерение и за пределами этого интервала, особенно в сторону больших значений, однако там существенно растёт погрешность.
В приставке применены только компоненты для поверхностного монтажа, что позволило разместить их на печатной плате размерами 22x65 мм, чертёж которой показан на рис. 2. Резисторы и конденсаторы - типоразмера 1206.
Рис. 2. Печатная плата приставки
Применять в качестве С1 (входит в измерительный колебательный контур) конденсатор с номинальной ёмкостью, отличающейся от указанной на схеме, недопустимо, поскольку это может привести к сбоям в работе программы. Но подбирать его ёмкость с большой точностью нет необходимости. Подборка заменена программной калибровкой прибора. Однако желательно установить здесь конденсатор с минимальным ТКЕ, например, с диэлектриком NPO.
Готовую плату поместите в корпус подходящих размеров. Для подключения измеряемой индуктивности удобно использовать двухконтактный пружинный зажим для акустических систем.
В самом комбинированном приборе необходимо выполнить доработку, описанную в [3], если она не была сделана ранее. После неё на контакте 2 разъёма XS1 должно присутствовать напряжение +5 В. Коды из прилагаемого файла Osc-L-_2_04.hex следует загрузить в FLASH-память микроконтроллера.
После подключения приставки и подачи питания на ЖКИ прибора появится главное меню (рис. 3). Для входа в режим измерения индуктивности нужно дважды нажать на клавишу "ГН". Первое переведёт прибор в режим генератора, а второе - в режим измерения индуктивности. В верхней части экрана ЖКИ будет выведено название режима, а в его нижней строке - подсказка, из которой следует, что для выполнения калибровки должна быть нажата клавиша 2, а для измерения индуктивности - клавиша D.
Рис. 3. Главное меню
Калибровка обязательна перед первым использованием прибора. В дальнейшем её следует проводить только после ремонта прибора или приставки, а также при сомнении в правильности результатов измерения.
Несколько слов о содержании калибровки. Для вычисления индуктивности по рассмотренной в начале статьи формуле необходимо знать точное значение ёмкости колебательного контура. Но кроме ёмкости конденсатора C1, в неё входят и другие составляющие - паразитные ёмкости других компонентов и ёмкость монтажа. При первом запуске программы истинное значение контурной ёмкости программе неизвестно и она оперирует номинальным значением ёмкости конденсатора C1 22000 пФ. Задача калибровки - вычислить истинную ёмкость колебательного контура приставки, чтобы в дальнейшем в ходе измерений использовать это значение.
Для этого нужно подключить к приставке в качестве Lx катушку точно известной индуктивности Lобр. Измерив частоту сигнала, генерируемого приставкой с такой катушкой, вычислить истинную ёмкость колебательного контура по формуле
C = 25330/(Lобр.·F2)
Полученное в ходе калибровки значение этой ёмкости программа записывает в EEPROM микроконтроллера и в дальнейшем использует для вычисления индуктивности. Точность калибровки, а значит, и последующих измерений зависит от точности значения образцовой индуктивности. Поэтому нужно знать его с погрешностью не более 1...2 %, например, измерив поверенным прибором соответствующего класса точности.
При запуске калибровки на экран выводится сообщение (рис. 4) с предложением подключить к приставке образцовую индуктивность, ввести её значение и выполнить калибровку, либо отказаться от неё. Рекомендуется выбирать образцовую индуктивность в указанных на экране пределах, так как в этом случае погрешность измерения минимальна. Если в процессе ввода значения допущена ошибка, то можно, нажав на клавишу #, ввести его заново.
Рис. 4. Сообщение при запуске калибровки
Выполнив калибровку, прибор автоматически измеряет образцовую индуктивность и выводит на экран её значение (рис. 5). При отказе от калибровки измерение образцовой индуктивности также будет выполнено, но некалиброванным прибором с недостоверным результатом.
Рис. 5. Значение измеряемой индуктивности на экране прибора
Для измерения неизвестной индуктивности нужно подключить её к приставке и нажать на клавишу D прибора. При попытке измерить индуктивность, значение которой выходит за допустимые для прибора пределы, на экран будет выведено сообщение об отказе от измерения по этой причине.
Выходят из режима измерения индуктивности нажатием на одну из клавиш ОС, ЛА или ГН, переводящих прибор в соответствующие режимы работы.
Доработанная программа микроконтроллера здесь.
Литература
1. Савченко А. Комбинированный прибор на базе микроконтроллера ATxmega. - Радио, 2014, № 4, с. 18-22; № 5 с. 22-25.
2. Савченко А. Усовершенствование комбинированного прибора на базе микроконтроллера ATxmega. - Радио, 2015, № 3, с. 29-34.
3. Савченко А. Новые режимы в комбинированном измерительном приборе. - Радио, 2015, №9, с. 17-19.
4. Беленецкий С. Приставка для измерения индуктивности в практике радиолюбителя. - Радио, 2005, № 5, с. 26-28.
5. Зорин С., Королёва И. Радиолюбительский частотомер. - Радио, 2002, № 6, с. 28, 29; № 7, с. 39, 40.
Автор: А. Савченко, пос. Зеленоградский Московской обл.