Разработка приборов для проверки параметров электролитических (полярных) конденсаторов и измерения частоты генераторов

Радиоэлектроника за сравнительно короткий срок прошла огромный путь от первого приемника А.С. Попова до сложнейших электронно-вычислительных машин, телевидения и радиолокации.

Развитие радиоэлектроники и электроники способствует автоматизации многих производственных процессов, обеспечивает управление промышленными роботами на расстоянии, проведение точнейших измерений, а также сложных математических расчетов с огромной скоростью.

Радиоэлектронные приборы применяются для лечения тяжелых заболеваний и наблюдения за работой органов человека, для плавки и обработки высококачественных сортов стали, в приборостроении и машиностроении, автоматике и вычислительной технике, геологии и метеорологии.[4,c.3]

Массовое использование радиоэлектронных приборов влечёт за собой и необходимость ремонта  радиоэлектронной аппаратуры.

В процессе ремонта радиоэлектронных средств приходится сталкиваться со всевозможными дефектами комплектующих. Определенные трудности возникают при выявлении дефектов в конденсаторах. Электролитические конденсаторы очень часто являются причиной неисправности, но в ряде случаев измеритель емкости не позволяет выявить дефектный экземпляр. Ситуация осложняется тем, что емкость конденсатора может быть номинальной, однако активное (паразитное) сопротивление конденсатора значительно превышает норму.

Для поиска таких конденсаторов необходимо было разработать и изготовить прибор, обладающий высокой точностью и разрешающей способностью. Для большего удобства пользования прибором предусмотреть возможность его совместной эксплуатации с практически любым цифровым вольтметром (мультиметром).

Перед коллективом авторов была поставлена задача – создать прибор, сочетающий в себе два  устройства: частотомер – устройство для измерения частоты и ESR-метр – устройство для измерения емкости и емкостного сопротивления электролитических конденсаторов.

ПРИБОР ЧАСТОТОМЕР

Основные технические характеристики

Основные технические характеристики устройства приведены в табл.1

Таблица 1

Основные технические характеристики прибора «Частотомер»

 

Описание работы принципиальной схемы

Главной частью проектируемого устройства (рис.1)  является микроконтроллер. Нами взят импортный микроконтроллер PIC16F628A , который обладает всеми требуемыми характеристиками (программируемая защита кода, режим экономии энергии и низкое напряжение программирования). Данный микроконтроллер производится фирмой «Microchip». На сайте [5,с.3] есть программный эмулятор, который позволяет отлаживать программы для микроконтроллера, написанные на ассемблере.

При подаче питания на схему +9В, ток проходит через преобразователь напряжения LM7805, тем самым преобразуется напряжение в +5В.

Рис.1 Принципиальная электрическая схема  частотомера

 

 После прохождения через резисторы, ток соответственно понижается, проходя на зуммер. Зуммер выдает один длинный сигнал – признак того, что схема включена. Далее происходит возбуждение кварца и контроллер входит в режим частотомера. Подавая на входы частоту, кварц делит ее измерение на секунды, а МК ведет подсчет импульсов. Все это время на LED – дисплее отображается надпись «Frq 00000 Hz»,после подсчета импульсов МК передает информацию на матрицу дисплея (рис.2).

Рис.2 Частотомер – общий вид

 

ПРИБОР ESR-МЕТР

Основные технические характеристики

Основные технические характеристики устройства приведены в табл.2.

Таблица 2

Основные технические характеристики

 

Описание работы принципиальной схемы

Принцип работы данной схемы (рис. 3) заключается в измерении электролитических конденсаторов. При подаче питания на схему, ток протекает через входной делитель и подстроечные резисторы.

Рис.3 Принципиальная электрическая схема измерителя ESR

 

 Проходя через кварцевый резонатор сигнал попадает в контроллер, который в свою очередь формирует и передает информацию на матрицу дисплея. На дисплее появляется надпись «Cx<min; ESR>max», которая говорит о исправной работе прибора. При подключении щупов к выводам конденсатора происходит его измерение, сигнал о номиналах записывается в контроллер и выводится на дисплей (рис. 4,5,6).

Рис.4 ESRметр- общий вид

 

Рис.5 Измерение конденсатора 4700 мкф

 

Рис.6 Измерение конденсатора 220 мкф

 

Для того, чтобы добиться точности измерений нами были заменены обычные резисторы на подстроечные. Данное изменение повлекло два наиважнейших преимущества: получилось добиться точного измерения параметров с минимальным отклонением, были сэкономлены средства на прецизионные элементы (их цена довольно высока, в зависимости от класса точности).

Инновационность в процессе проектирования устройства заключалась в использовании микроконтроллеров для управления устройством. Созданный ESR – метр измеряет емкостное сопротивление (большинство импортных конденсаторов этого не делают).

Данный прибор (рис.7) будет использоваться для проведения измерений на лабораторных работах по дисциплинам «Прикладная электроника», «Цифровая схемотехника», радиоизмерительной и радиомонтажной практиках.

 

Рис.7 Общий вид лабораторного стенда

 

Литература:

1.                  Гусев В. Г., Гусев В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учебник //М.: Высш. шк. – 2006.

2.                  Королев А.П., Петропавловский М.Д. Основы микроэлектроники: Учебное пособие. М., Изд. Центр «Академия», 2010

3.                  Липавский И. Измеритель ESR электролитических конденсаторов [электронный ресурс]/ Совет Сибирских Федераций радиоспорта QRZ.RU, Новосибирск, 2014г – режим доступа:  http://www.qrz.ru/schemes/contribute/constr/esr.shtml

4.                  Ярочкина Г.В. Радиоэлектронная аппаратура и приборы: Монтаж и регулировка: Учебник для нач. проф. Образования.-М.:ИРПО;ПрофОбрИздат,2002.-240с.:ил.

5.                  http://www.microchip.ru/?mid=2x0&cid=0