Измерение индуктивности и емкости с помощью мультиметра и компьютера

Те кто постоянно читает мой сайт, наверняка заметили, что ни в каких моих схемах не применяются дросселя, ну кроме как в импульсных блоках питания и то стандартные без переделки. А связанно это с тем,что при изготовлении дросселей нужно как то знать из индуктивность, надо измерять ее, а как измерять если нет такой функции в мультиметре.  Недавно я в интернете искал схемы на NE555 и нашел приставку к мультиметру для измерения индуктивности. Схема не сложная и я решил ее попробоватьСхема состоит из генератора построенной на таймере NE555, согласующего каскада на 2SC945 и 2SA733, делителя на R3R4 и подстроечной цепи для настройки схемы. От себя внес изменения, генератор питаю через  преобразователь 3,7В в 10В вместо 5В от КРЕН, как в оригинальной схеме. Хотя изначально хотел питать схему через Крен, но при разводке платы перепутал ножки и пришлось ее исключить. Внес в схему переключатель S1 для разделения на два порога для более точного измерения Первый для измерения от 1мкгн  до 500мкгн, а второй от 500мкгн до 1000мкгн(1мгн)

Развел печатную плату на кусочек текстолита размером 50мм*40мм Как обычно протравил плату в растворе медного купороса, нанес слой припоя на дорожки, а так же нанес псевдо маску, что бы видеть куда какие компоненты устанавливать.

Как выше писал была допущена ошибка при разводке, но в проекте печатная плата подправленаСкачать печатную плату Прочитайте Получить пароль от архива

После сборки печатной платы и установки дополнительных компонентов в коробочку, попробовал измерить индуктивность 100мкгн, резистором R8 выставил показания 100мВ Потом установил индуктивность 1мгн и резистором R7 установил показания 1000мВ. Откалибровав схему принялся за окончательную сборку схемы в коробку. Все приклеил на двухсторонний скотч, отверстия для зарядки и переключателя сделал паяльником и ножом И вот так выглядит окончательно собранная приставка для измерения индуктивности Осталось только проверить приставку с набором разных индуктивностей. Нашел несколько дросселей похожих на резисторы с цветной маркировкой. Для определения индуктивности по цветным полоскам использовал таблицу Дроссель индуктивностью 10мкгн

Дроссель индуктивностью 1000мкгн

Дроссель индуктивностью 100мкгн

Сборка заняла примерно 3 часа, учитывая установку в корпус, а так же изготовление платы по технологии ЛУТ С ув. Эдуард

Не хочется вникать в рутины радиоэлектроники? Рекомендую обратить внимание на предложения наших китайских друзей. За вполне приемлемую цену можно приобрести довольно таки качественный ESR метр. С результатами тестирования можно ознакомится в статье Тестер LCR Mega328

LCR метр с возможностью проверки диодов и транзисторов Великолепный приборчик для тестирования многих компонентов: Конденсаторы 25пф-100мкф, с точностью до 1пФ Индуктивность  0.01 мГн-20Гн Сопротивление до 50МОм, с точностью до 0,1Ом Проверка диодов и транзисторов, с автоматическим поиском NPN и PNP-транзисторов, n и p канальный мосфет, а так же проверкой тиристоров За сей приборчик Китайцы просят 386,49 руб плюс за доставку 62,1 Руб и того 448,59 руб.

Полезные материалы по этой теме:

Рекламное место свободно

2500 руб/месяц

При работе с любыми электроприборами или токопроводящими деталями, наличие измерительной аппаратуры является необходимым, будь то амперметр, вольтметр или омметр. Но для того чтобы не покупать все эти устройства, лучше обзавестись мультиметром.

Мультиметр является универсальным измерительным аппаратом, который позволяет измерить любую характеристику электричества. Мультиметры бывают аналоговые и цифровые.

Аналоговый мультиметр

Данный тип мультеметров отображает показания измерений при помощи стрелки, под которой установлено табло с различными шкалами значений. Каждая шкала отображает показания того или иного измерения, которые подписаны непосредственно на табло.

Но для новичков такой мультиметр будет не самым лучшим выбором, поскольку разобраться во всех обозначениях, которые находятся на табло довольно трудно. Это может привести к не правильному пониманию результатов измерения.

Цифровой мультиметр

В отличие от аналоговых, этот мультиметр позволяет с легкостью определять интересуемые величины, при этом его точность измерений гораздо выше по сравнению со стрелочными аппаратами.

Также наличие переключателя между различными характеристиками электричества исключает возможность перепутать то или иное значение, поскольку пользователю не нужно разбираться в градации шкалы показаний.

Результаты измерений отображаются на дисплее (в более ранних моделях – светодиодных, а в современных – жидкокристаллических). За счет этого цифровой мультиметр комфортен для профессионалов и прост и понятен в использовании для новичков.

Измеритель индуктивности для мультиметра

Несмотря на то, что определять индуктивность при работе с электроникой приходится редко, это все же иногда необходимо, а мультиметры с измерением индуктивности найти достаточно трудно. В данной ситуации поможет специальная приставка к мультиметру, позволяющая измерить индуктивность.

Зачастую для подобной приставки используется цифровой мультиметр установленный на измерение напряжения с порогом точности измерения в 200 мВ, который можно приобрести в любом магазине электро и радиоаппаратуры в готовом виде. Это позволит сделать простую приставку к цифровому мультиметру.

Сборка платы приставки

Собрать приставку-тестер к мультиметру для измерения индуктивности можно без особых проблем в домашних условиях, обладая базовыми знаниями и навыками в области радиотехники и пайки микросхем.

В схеме платы можно применять транзисторы КТ361Б, КТ361Г и КТ3701 с любыми буквенными маркерами, но для получения более точных измерений лучше использовать транзисторы с маркировкой КТ362Б и КТ363.

Эти транзисторы устанавливаются на плате в позициях VT1 и VT2. На позиции VT3 необходимо установить кремневый транзистор со структурой p-n-p, например, КТ209В с любой буквенной маркировкой. Позиции VT4 и VT5 предназначены для буферных усилителей.

Подойдет большинство высокочастотных транзисторов, с параметрами h21Э для одного не меньше 150, а для другого более 50.

Для позиций VD и VD2 подойдут любые высокочастотные кремневые диоды.

Резистор можно выбрать МЛТ 0,125 или аналогичный ему. Конденсатор С1 берется с номинальной емкостью 25330 пФ, поскольку он отвечает за точность измерений и ее значение стоит подбирать с отклонением не более 1%.

Такой конденсатор можно сделать объединив термостабильные конденсаторы разной емкости (например, 2 на 10000 пФ, 1 на 5100 пФ и 1 на 220 пФ). Для остальных позиций подойдут любые малогабаритные электролитические и керамические конденсаторы с допустимым разбросом в 1,5-2 раза.

Контактные провода к плате (позиция Х1) можно припаять или подключать при помощи пружинящих зажимов для «акустических» проводов. Разъем Х3 предназначен для подключения приставки к мультиметру (частотомеру).

Проводу к «бананам» и «крокодилам» лучше взять короче, что бы уменьшить влияние их собственной индуктивности на показания замеров. В месте припаивания проводов к плате, соединение стоит дополнительно зафиксировать каплей термоклея.

При необходимости регулирования диапазона измерений на плату можно добавить разъем для переключателя (например, на три диапазона).

Корпус приставки к мультиметру

Корпус можно сделать из уже готового короба подходящего размера или сделать короб самостоятельно. Материал можно выбрать любой, например, пластик или тонкий стеклотекстолит. Короб делается под размер платы, и в нем подготавливаются отверстия для ее крепления. Также делаются отверстия для подключения проводки. Все фиксируется небольшими шурупами.

Питание приставки осуществляется от сети при помощи блока питания с напряжением в 12 В.

Настройка измерителя индуктивности

Для того чтобы откалибровать приставку для измерения индуктивности понадобятся несколько индукционных катушек с известной индуктивность (например, 100 мкГн и 15 мкГн).

Катушки по очереди подключаются к приставке и, в зависимости от индуктивности, движком подстроечного резистора на экране мультиметра выставляется значение 100,0 для катушки на 100 мкГн и 15 для катушки на 15 мкГн с точностью 5%.

По такому же методу устройство настраивается и в других диапазонах. Важным фактором является то, что для точной калибровки приставки необходимы точные значение тестовых катушек индуктивности.

Альтернативным методом определения индуктивности является программа LIMP. Но этот способ требует некоторой подготовки и понимания работы программы.

Но как в первом, так и во втором случае точность подобных измерений индуктивности будет не очень высока. Для работы с высокоточным оборудованием данный измеритель индуктивности подходит плохо, а для домашних нужд или для радиолюбителей будет отличным помощником.

Проведение замеров индуктивности

После сборки приставку к мультиметру необходимо протестировать. Есть несколько способов, как проверить устройство:

1. Определение индуктивности измерительной приставки. Для этого необходимо замкнуть два провода, предназначенных для подключения к индуктивной катушке. Например, при длине каждого провода и перемычки 3 см образуется один виток индукционной катушки. Этот виток обладает индуктивностью 0,1 – 0,2 мкГн. При определении индуктивности свыше 5 мкГн данная погрешность не учитывается в расчетах. В диапазоне 0,5 – 5 мкГн при измерении необходимо брать в расчет индуктивность устройства. Показания менее 0,5 мкГн являются примерными.
2. Измерение неизвестной величины индуктивности. Зная частоту катушки, при помощи упрощенной формулы расчета индуктивности можно определить это значение.
3. В случае, когда порог срабатывания кремниевых p-n переходов выше амплитуды измеряемой электрической цепи (от 70 до 80 мВ), можно измерить индуктивность катушек непосредственно в самой схеме (предварительно обесточив ее). Поскольку собственная емкость приставки имеет большое значение (25330 пФ), погрешность подобных измерений будет составлять не более 5% при условии, что емкость измеряемой цепи не превышает 1200 пФ.

При подключении приставки непосредственно к катушкам расположенным на плате применяется проводка длиной 30 сантиметров с зажимами для фиксации или щупами. Провода скручиваются с расчетом один виток на сантиметр длины. В таком случае образуется индуктивность приставки в диапазоне 0,5 – 0,6 мкГн, которую также необходимо учитывать при измерениях индуктивности.

Сегодня на рынке много сравнительно дешевых цифровых мультиметров измеряющих сопротивления в широких пределах и емкости конденсаторов до 20 мкФ и более. Однако приборы, измеряющие индуктивности сравнительно дороги, да и нужны они не каждый день.

Электрику-ремонтнику довольно частот приходится измерять индуктивность катушек реле, обмоток трансформаторов и т. п. для определения их исправности. При этом самостоятельное изготовление прибора или приставки для измерения индуктивности затрудняется том, что для него требуется источника питания и частотомер для настройки генератора. Надо отметить, что в таких приборах (приставках) предлагаемых в различных источниках стабильность частоты и амплитуды генератора не высока. Отсюда и точность измерений также не высока.

Предлагается предельно простой прибор на базе компьютера и цифрового вольтметра позволяющий измерять индуктивности от 10 мкГн до 1 Гн и емкости от 10 пФ до 1 мкФ с достаточно высокой точностью, которая определяется точностью вольтметра.

Как известно, импеданс индуктивности описывается формулой:

Z_L = 2πf L .

Перепишем формулу следующим образом:

Z_L = kL где k = 2πf — коэффициент пропорцио­нальности.

Для упрощения процесса измерения, рассчитаем f таким образом чтобы k равнялся ровно 100000:

f = к/2π = 100000/6,2831853 = 15915,4943 Гц.

Как видим, для k = 10000 необходима частота 1591,5 Гц, а для k = 1000 — 159,15 Гц.

Принцип работы измерителя индуктивностей показан на рис.1, а на рис.2 — измерителя емкости. В обоих случаях компьютер (точнее его зву­ковая карта) выступает в качестве генератора высокостабильного по частоте и напряжению тестового сигнала, а мультиметр — в качестве вольтметра переменного тока.

Рис. 1

Если сопротивление источника сигнала превышает сопротивление нагрузки в 10 раз и более можно считать что данный источник сигнала является источником тока. Для выполнения этого условия, комплексное сопротивление измеряемой индуктивности не должно превышать 1/10 резистора R1.

Рис. 2

Выходное напряжение генератора должно быть равно 1 В (действующее значение), при этом напряжение на измеряемой индуктивности не должно превышать 100 мВ.

Милливольтметр U2 используется на пределе 100 мВ. В качестве источника сигнала используется звуковая карта компьютера (ноутбука). При этом, в качестве тестовых сигналов используются wav-файлы записанные с помощью аудиоредактора (например, GoldWav) с уровнем 0 дБ. Выходное напряжение звуковой карты как правило несколько больше 1 В. Требуемое напряжение выставляют регулятором громкости. Если оно все же меньше 1 В (что может быть в некоторых ноутбуках), то придется использовать поправочный коэффициент, что вносит некоторые неудобства при измерениях. Предположим выходное напряжение звуковой карты равно 0,91 В. В этом случае поправочный коэффициент равен k = 1/0,91 = 1,1.

Упрощенный вариант прибора показан на рис.З, на котором включенный как вольтметр цифровой мультиметр с автоматическим переключением диапазонов показан как стрелочный прибор.

Рис. 3

Пределы измерения с помощью этого прибора сведены в таблицу.

Для оперативного переключения резисторов можно использовать переключатель на 3 положения. Пределы измерения можно расширить если дополнительно использовать резисторы 100 кОм и 1 МОм.

При показаниях вольтметра меньше 10 мВ и больше 100 мВ для повышения точности измерений следует перейти на другой диапазон. Это может быть сделано двумя способами: изменением частоты и переключением номинала резистора.

Если при измерении индуктивности напряжение на проверяемой индуктивности больше 100 мВ, то необходимо увеличить резистор или снизить частоту сигнала и наоборот при напряжении менее 10 мВ.

Если при измерении емкости показания прибора больше 100 мВ, то необходимо уменьшить резистор или повысить частоту и наоборот при напряжении менее 10 мВ.

Частота тест сигнала, Гц	Диапазон измерения индуктивностей и емкостей при сопротивлении резистора R1
100	1к	10к
15915	10…100 мкГн	0,1…1 мГн	1…10 мГн
1…10 нф	100…1000 пф	10…100 пф
1591,5	0,1…1 мГн	1…10 мГн	10…100 мГн
10…100 нФ	1…10 нф	10…1000пФ
159,15	1…10 мГн	10…100 мГн	0,1…1 Гн
0,1…1 мкФ	10…100 нф	1…10 нф

Конструкция упрощенного измерителя

Для его изготовления понадобится кабель с разъемом minijack, например, от вышедших из строя телефонов плеера. Если требуется измеритель индуктивности в пределах 0,1… 100 мГн то можно обойтись всего одним резистором 1 кОм и тремя файлами указанных выше сигналов.

На рис.4 показан такой измеритель с двумя резисторами типа СМД номиналами 1 кОм и 10 кОм, при этом пределы измерения расширяются на порядок.

Рис. 4

Автор: Александр Петров, г. Могилев

Используемые источники:

• https://rustaste.ru/pristavka-dlya-izmereniya-induktivnosti.html
• https://evosnab.ru/instrument/avo/izmerenie-induktivnosti-multimetrom
• https://meandr.org/archives/27535