Цифровий вимірювач ємності - Мікроконтролерний вимірювач ємності конденсаторів
В роботі наведено відносно простий цифровий вимірювач ємності. Є декілька методів вимірювання ємності, наприклад, за допомогою моста опорів або вимірюючи відхилення магнітної стрілки. Останнім часом типові вимірювачі ємності вимірюють ємність і деякі додаткові характеристики, вимірюючи вектор струму, подаючи на вимірювану ємність змінну напругу. Деякі прості вимірювачі ємності використовують метод інтеграції, вимірюючи короткочасний відгук RC-ланки при перехідному процесі.
У приладі, описаному в використовується метод інтеграції. Перевага цього методу у тому, що результат легко може бути одержаний відразу в цифровому вигляді, тому як метод заснований на вимірюванні часових інтервалів, точної аналогової схеми не вимагається, вимірювач легко може бути відкалібрований при використовуванні мікроконтролера. Таким чином метод інтеграції найбільш підходить для вимірювання ємності ручної збірки.
Явище, що проявляється доти, поки стан ланцюга не стабілізується після зміни стану, називається перехідним процесом. Перехідний процес це одне з фундаментальних явищ в імпульсних схемах. Коли вимикач на Рис.2.5, а розімкнеться, конденсатор С заряджатиме через резистор R і напругу Vc змінюватиметься так, як показано на Рис.2.5, б. Для зміни стану ланцюга на Рис.2.5. а, також можливо змінювати ЕРС Е, замість використання вимикача, ці два методи будуть еквівалентні. Залежність напруги Vc від часу t виражається формулою.
(2.4)
Розмірності величин: t - секунди, R - Оми, C - Фаради, число - е, приблизно 2,72. коли напруга Vc досягне деякого значення Vc1, час t1 може бути виражене по формулі:
(2.5)
Це означає, що час t1 пропорційний С. Таким чином ємність може бути обчислена з часу заряду і інших фіксованих параметрів.
Рис.2.5. Еквівалентна схема перехідного процесу (а), графік залежності напруги Vc від часу (б)
Щоб виміряти час заряду потрібно тільки компаратор напруги, лічильник і деяка сполучна логіка. Проте, мікроконтролер AT90S2313, що використовується в цьому пристрої дозволяє реалізувати це простіше. В даній схемі використовується внутрішній аналоговий компаратор контролерів AVR.
Рис.2.6. Електрична принципова схема цифрового вимірювача ємності
Інтегруюча схема може бути спрощена, як показано на схемі пристрою (див. рис.2.6). Опорна напруга створюється резистивним дільником. З вигляду здається, що використовування дільника робить результат нестабільним до зміни напруги живлення, проте час заряду не залежить від напруги живлення. Використовуючи формулу (2.5), ви можете знайти, що напруга взагалі можна замінити параметром Vc1/E, який залежить тільки від співвідношення опорів дільника. Ця перевага використовується в мікросхемі таймера NE555 зрозуміло, напруга живлення повинна бути стабільною під час вимірювання.
Відповідно до фундаментальних принципів, при вимірюванні ємності може бути використане тільки одна опорна напруга. Проте використовування вхідної напруги близької до нуля проблематичне з наступних причин:
Напруга ніколи не впаде до нуля вольт. Напруга на конденсаторі не може впасти до 0 В. Потрібен час, щоб розрядити конденсатор до достатньо низького рівня напруги, що дозволяє виконувати вимірювання. Це збільшуватиме інтервал вимірювань. Падіння напруги на ключі розряду також збільшить цей ефект.
Є час між запуском заряду і стартом таймера. Це може викликати помилку вимірювань. Цим можна нехтувати на AVR, так як їм потрібен тільки один цикл тактової частоти, для цього. На інших контролерах можливо потрібно буде вирішувати цю проблему.
Струм витоку в аналоговому ланцюзі. Відповідно до специфікації AVR, струм витоку на аналогових входах зростає при напрузі на них близькій до нуля. Це може стати причиною помилки вимірювань.
Щоб уникнути використання близької до нульового напруги, використовуються дві опорні напруги VC1 (0,17 Vcc) і VC2 (0,5 Vcc) і вимірюється різниця часових інтервалів t2-t1 (0,5RC). Це дозволяє уникнути вищеописаних проблем і затримка компаратора також компенсується. Друкована плата пристрою повинна міститися в чистоті, щоб мінімізувати витік струму по поверхні.
Напруга живлення генерується перетворювачем, який живиться від 1,5 В батарейки. Ключове джерело живлення непридатне для схеми вимірювань, хоча з вигляду здається що схема не схильна до коливань напруги, оскільки в ланцюзі живлення застосовані два фільтри. Рекомендовано використовувати 9 В батарею з 5 В стабілізатором 78L05 замість ключового джерела живлення, і не виключайте функцію BOD, щоб уникнути псування даних в незалежній пам'яті контролера.
Коли живлення подане вперше, користувач побачить "Е4" і декілька пікофарад. Це значення означає паразитну ємність пристрою. Паразитна ємність може бути врахована натисненням перемикача SW1. Для калібрування пристрою використовуються два прецизійні конденсатори 1 нФ і 100 нФ. Цей вимірювач ємності не має жодного підлаштовочного елементу, він калібрується вимірюванням ємності еталонних конденсаторів і записує значення коефіцієнта посилення автоматично.
Щоб прокалібрувати нижній діапазон в першу чергу необхідно встановите 0 кнопкою SW1. Потім підключити прецизійний конденсатор ємністю 1 нФ, замкнути контакти #1 і #3 роз'єму Р1 і натиснути кнопку SW1.
Щоб прокалібрувати верхній діапазон: підключіть прецизійний конденсатор ємністю 100 нФ, замкнути контакти #4 і #6 роз'єму Р1 натиснути кнопку SW1. "Е4" при ввімкненні означає, що каліброване значення в незалежній пам'яті пошкоджене. Це повідомлення ніколи не буде показано, якщо калібрування вже проводилося. Що стосується установки нуля, це значення не записується в незалежну пам'ять і вимагає повторної установки при кожному ввімкненні і перед кожним вимірюванням.
Процес вимірювання запускається з інтервалом 500 мілісекунд, з моменту підключення вимірюваної ємності. Вимірювання починається з нижнього діапазону (3,3 мОм). Якщо напруга на конденсаторі не досягне 0,5 Vcc впродовж 130 мілісекунд (>57 нФ), конденсатор розряджається і вимірювання перезапускається на верхньому діапазоні (3,3 кОм). Якщо напруга на конденсаторі не досягне 0,5 Vcc впродовж 1 секунди (>440 мкФ), вимірювання відміняється і виводиться повідомлення "E2". У разі, коли допустиме значення часу виміряне, ємність обчислюється і відображається. Значення ємності відображається таким чином, що на дисплеї відображаються тільки перші три цифри зліва. Таким чином автоматично вибираються два діапазони вимірювань і три діапазони відображення.
Остання цифра відображає десяті частки пікофаради, при вимірюванні ємностей менше 100 пкФ. Будь-які зміни паразитної ємності впливають на точність вимірювань. В даній роботі використовують роз'єм, який може використовуватися з більшістю конденсаторів з виводами і пакетними конденсаторами. Механізм з'єднання конденсатора з пристроєм впливає на точність вимірювань, довгі дроти не повинні використовуватися для підключення вимірюваної ємності. Щоб підвищити стабільність можна використовувати металевий корпус або металеве екранування.
3. ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ
Похожие статьи
-
Функціональна схема мікроконтролерного вимірювача ємності конденсаторів зображена на рис.3.2 та на кресленні ДП. КН5Д.05/ДК67.10.002 Е2. Функціональна...
-
Вимірювач ємності електролітичних конденсаторів - Мікроконтролерний вимірювач ємності конденсаторів
Однією з найчастіших причин виходу радіоелектронної апаратури з ладу або погіршення її параметрів є зміна властивостей електролітичних конденсаторів....
-
Пристрій, що розробляється в даному дипломному проекті, повинен задовольняти наступним технічним вимогам: 1.1. Напруга живлення +5В±10% 1.2. Діапазон...
-
Класифікація конденсаторів і міри безпеки при роботі з ними Залежно від призначення і конструктивною виконання випускають конденсатори: постійної...
-
Структурна схема мікроконтролерного вимірювача ємності конденсаторів зображена на рис.3.1 та на кресленні ДП. КН5Д.05/ДК67.10.001 Е1. Вона складається із...
-
Висновки - Мікроконтролерний вимірювач ємності конденсаторів
В результаті виконання дипломного проекту були розроблені структурна, функціональна та принципова електричні схеми мікроконтролерного вимірювача ємності...
-
На сайті [2] опублікована відносно проста схема вимірювача ємності на операційному підсилювачі. Пристрій, схема якого приведена на Рис.2.2, дозволяє...
-
ВСТУП - Мікроконтролерний вимірювач ємності конденсаторів
Поява мікропроцесорів та мікроконтролерів (обчислювальних пристроїв, виконаних у вигляді однієї ВІС, що має основні частини мікроЕОМ: МП, пам'ять програм...
-
РОЗРАХУНОК ВХІДНИХ ТА ВИХІДНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВУЗЛІВ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ - Цифровий вимірювач ваги
Для визначення характеристик цифрового вимірювача ваги необхідно визначити значення вихідної напруги первинного перетворювача при мінімальному значення...
-
РОЗРАХУНОК НАДІЙНОСТІ СПРОЕКТОВАНОГО ПРИЛАДУ - Мікроконтролерний вимірювач ємності конденсаторів
Надійність цифрової системи якісно визначається як ймовірність того, що вона працює правильно, коли це від неї вимагається [7]. Розробнику цифрової...
-
AT90S2313 - економічний 8 бітовий КМОН-мікроконтролер, побудований з використанням розширеної RISC архітектури AVR. Виконуючи по одній команді за період...
-
Вступ - Конструкція, основні параметри і характеристики підстроєчних конденсаторів
Конденсатори змінної ємності є одним з найбільш важливих елементів сучасної радіоелектроніки. Вони широко застосовуються у вимірювальній апаратурі і в...
-
Вона відображає принцип роботи пристрою в самому загальному вигляді і дає наочне уявлення про послідовності взаємодії функціональних частин пристрою....
-
ОБГРУНТУВАННЯ ТА РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ВИМІРЮВАЛЬНОГО ПРИЛАДУ - Цифровий вимірювач ваги
Для того, щоб визначитись із структурною схемою цифрового вимірювача ваги, необхідно вибрати первинний перетворювач, датчик ваги. Згідно індивідуального...
-
Основні теоретичні відомості про пакет CodeVisionAVR CodeVisionAVR - це крос-компілятор Сі, інтегроване середовище розробки (IDE - Integrated Development...
-
1) СНом - номінальна ємність, яка вказана на маркуванні, у супровідній документації і відповідає одному з рядів: Е3, Е6, Е12, Е24. Цифра після літери Е...
-
АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД - Електронний цифровий мілівольтметр постійного струму з світлодіодним дисплеєм
Найбільш зручними в експлуатації приладами для вимірювання напруги є цифрові вольтметри. Вони можуть вимірювати як постійні, так і змінні напруги. Клас...
-
Температурні датчики. Термістори - Температурні датчики. Термістори
Однією з найбільш поширених завдань промислової, побутової та медичної автоматики, що вирішуються шляхом температурних вимірювань, є завдання виділення...
-
ВСТУП - Електронний цифровий мілівольтметр постійного струму з світлодіодним дисплеєм
Основним завданням при проектуванні вимірювальних приладів було і залишається досягнення певних метрологічних характеристик. На різних етапах розвитку...
-
Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах - цифро-аналоговые преобразователи
Рассмотренная выше схема ЦАП с ШИМ вначале преобразует цифровой код во временной интервал, который формируется с помощью двоичного счетчика квант за...
-
Метод заряду і розряду конденсатора - Вимірювання частоти
Суть цього методу полягає у вимірюванні струму розряду IСр конденсатора, який періодично перезаряджається в такт із вимірюваною частотою fX (рис. 2)....
-
У відповідності до завдання нам потрібно розробити мікропроцесорний прилад для повірки фазометрів. Завдання зводиться до реалізації генератора...
-
Так як ми вже визначились зі структурною схемою приладу, то потрібно розробити електричну принципову. Спочатку визначимось з усіма складовими окремо. В...
-
Вимірювач частота сигнал потужність Пристрій повинен складатися зі зовнішнього пульта, який під'єднується до паралельного порта ПЕОМ. Пульт повинен мати...
-
РОЗРАХУНОК ПОХИБКИ ВИМІРЮВАННЯ - Цифровий вимірювач ваги
Визначимо похибку цифрового вимірювача ваги. Вважаючи, що СКВ первинного перетворювача та СКВ квантування є незалежними між собою складовими...
-
Мультивібратори на біполярних транзисторах - Мультивібратори
Мультивібратори на біполярних транзисторах більш за все виконують за симетричною схемою з колекторно-базовими зв'язками (рис. 1,а). Як і для тригера,...
-
Основой ЦАП этого типа является матрица конденсаторов, емкости которых соотносятся как целые степени двух. Схема простого варианта такого преобразователя...
-
Вибір елементної бази - Цифровий датчик тиску повітря у кабіні літака
Вибір процесорного модуля. Процесорний модуль призначений для прийому, збереження й обробки даних, а також видачі керуючих команд периферійним пристроям....
-
Порівняння схем випрямлення й орієнтований розрахунок випрямляча можна зробити використовуючи дані з таблиці. Тип схеми Uобр I макс I 2 U 2 C 0 * P0 % U...
-
Мостовий метод вимірювання частоти - Вимірювання частоти
Цей метод оснований на використанні частотно залежних мостів змінного струму, які живляться напругою вимірюваної частоти. Найбільш поширеною мостовою...
-
Розрахунок споживаної потужності від джерела живлення +5В Основними споживачами електроенергії від джерела живлення +5В в розробленій схемі є...
-
Одним з найважливіших вимог, що пред'являються до підлаштування конденсаторів, є плавність установки ємності і надійність фіксації, тобто збереження...
-
Опис портів введення-виведення MS DOS може працювати з трьома паралельними пристроями (LPT1 - LPT3). Для підключення використовується стандартне...
-
Полупроводниковые диоды характеризуются следующими параметрами: максимальные допустимые значения тока и напряжения, при котором наступает тепловой или...
-
ВСТУП - Цифровий датчик тиску повітря у кабіні літака
Розробка датчика тиску з цифровим виходом є актуальною, оскільки тиск навколишнього повітря на висоті польоту дуже низький, а для забезпечення...
-
ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА - Цифровий датчик тиску повітря у кабіні літака
Характерною ознакою сучасного науково-технічного прогресу практично у всіх сферах діяльності людини є широке застосування комп'ютерних технологій. Адже...
-
Конденсатори знаходять застосування практично у всіх областях електротехніки. Конденсатори (спільно з котушками індуктивності та / або резисторами)...
-
Комплексні випробування датчику тиску Експериментальні випробування та дослідження є основним способом отримання інформації про параметри та...
-
Розрахуємо спочатку елементи клавіатури. В клавіатурі використовуються резистори R1, R3, R4, R5, R8, R10, R12, R15, R16, R18, R20, R21, R22, відповідно...
-
Принцип дії приладів електродинамічної системи (надалі ЕД-приладів) і приклад позначень на шкалі показані на мал. 6. Обертаючий момент створюється в...
Цифровий вимірювач ємності - Мікроконтролерний вимірювач ємності конденсаторів