Измеритель емкости и последовательного эквивалентного сопротивления электролитических конденсаторов - C/ESR-meter. Набор-конструктор.

Прибор предназначен для определения исправности электролитических конденсаторов путем измерения емкости (С) и последовательного эквивалентного сопротивления (ESR) и вывода измеренных значений в цифровом формате на ЖКИ.Прибор не является точным инструментом, однако его точности достаточно для радиолюбительской практики и ремонта радиоэлектронных устройств.Напряжение на тестируемом элементе около 100 мВ, что позволяет проводить измерения внутрисхемно.

Поставляется в виде набора деталей для самостоятельной сборки.

В комплекте - все необходимые детали, печатная плата и корпус.

На фото - готовый собранный прибор.

Пределы измерения:

C ………1 - 150000 мкФ

ESR …. 0 - 10 Ом с разрешением 0.001 Ом

Принцип измерения ESR основан на измерении величины падения напряжения на конденсаторе при отключении его от источника тока. Емкость определяется путем измерения времени заряда конденсатора стабильным током 10 мА.Практически это выглядит так - конденсатор предварительно разряжается, включается источник тока 10 мА, оба входа измерительного усилителя подключаются на Сх, делается задержка порядка 3.6 мкс для устранения влияния звона в проводах. Одновременно через ключи U1:A, U1:B заряжается конденсатор С1, который собственно и запоминает самое большое напряжение, которое было на Cx. Следующим шагом размыкаются ключи U1:A, U1:B и выключается источник тока. Инвертирующий вход ДУ (дифференциального усилителя) U2:B ,U2:B остается подключенным к Сх, на котором после выключения тока напряжение падает на величину 10мА*ESR. Далее измеряется напряжение на выходе ДУ - там два канала, один с коэффициентом усиления (КУ) =330 для предела 1 Ом и КУ=33 для 10 Ом. Эти же аналоговые цепи используются и для измерения емкости.

Назначение кнопок.

Включение прибора при нажатой кнопке «Set» переводит его в режим установки корректирующих коэффициентов. Их всего три - для каналов 1 Ом, 10 Ом и для емкости. Изменение коэффициентов кнопками «+» и «-», запись в EEPROM (энергонезависимую память микроконтроллера) и перебор - кнопкой «Set».Имеется так же отладочный режим. В этом режиме на индикатор выводятся измеренные значения без обработки: для емкости - состояние таймера (примерно 15 отсчетов на 1 мкФ) и оба канала измерения ESR (1 шаг АЦП=5V/1024). Переход в отладочный режим - при нажатой кнопке «+»

Комплектность.

В таблице - все детали необходимые для сборки и их наличие в наборе.

R31, отмеченный звёздочкой, нужен только в том случае, если Вы хотите использовать дисплей с подсветкой. Ток подобрать согласно даташиту на дисплей.

Сборка прибора.

Очень проста. Все установочные места для элементов на плате обозначены и подписаны. В комплекте документации есть список компонентов, руководствуясь которым и нужно устанавливать элементы на плату. Чтобы не повредить плату и сами элементы, пайку нужно производить легкоплавким припоем. Паяльник должен быть соответствующей мощности и аккуратно заточен, желательно с регулятором температуры, так как перегрев места пайки может привести к отслаиванию печатных проводников. Правильный выбор температуры паяльника и использование качественного припоя с флюсом позволяет выполнять красивую, аккуратную и главное безопасную пайку. После пайки необходимо тщательно промыть входные цепи (контактная колодка, микросхемы U1, U2)На плате предусмотрено место для установки гасящего резистора, необходимого для использования подсветки дисплея. Что бы задействовать подсветку, нужно свободный вывод резистора соединить отрезком провода с плюсовым выводом гнезда внешнего питания. В этом случае подсветка будет включаться сразу при включении внешнего источника питания. Если набор комплектуется дисплеем без подсветки, то гасящий резистор может отсутствовать. Номинал резистора нужно в этом случае подобрать самостоятельно.Так же на плате предусмотрено место для установки разъема ISCP (внутрисхемного программирования микроконтроллера) и перемычки JP1, которую нужно разомкнуть при программировании. Если разъем ISCP использоваться не будет, то перемычку JP1 нужно замкнуть!!!

Настройка.

При первом включении - проверить наличие +5V после 78L05 и-5V (4.7V) на выходе U7. Если напряжение чуть ниже – это нормально.Дать прибору прогреться несколько минут.

Установка нуля.

Замкнуть накоротко входные клеммы, или щупы. Удерживая нажатой кнопку "+", с помощью R4 добиваемся минимальных, но не нулевых показаний (!) одновременно по обоим каналам 1Ω и10Ω. Показания между каналами могут сильно отличаться – до 10 раз.

Не отпуская кнопку «+», нажать кнопку «Set» - на индикатор выведется сообщение о сохранении U0 в EEPROM.

Калибровка.
Для калибровки потребуются образцовые резисторы, с допуском не хуже 1%, сопротивлением 1 Ом, или меньше и 10 Ом, или около того, и электролитический конденсатор с известной емкостью. Так же понадобится конденсатор с нулевым ESR, например К73-17В емкостью от 1 мкФ и больше. Определяем поправочные коэффициенты.

Включить питание, измерить известную емкость и запомнить показания прибора, выключить питание. Удерживая нажатой кнопку «Set» включить питание, повторным нажатием кнопки «Set» выбрать последовательно один из трех каналов: 1Ω, 10Ω, Cx. В данном случае выбрать канал Сх.

Рассчитать новый поправочный коэффициент для емкости. Для этого емкость конденсатора разделить на показания прибора и умножить на значение старого коэффициента. Кнопками «+» и «-» установить новый поправочный коэффициент.

Пример:

берем конденсатор с известной емкостью, пусть это будет 1150 мкФ, измеряем и получаем показания 1300 мкФ. Делим емкость на измеренное значение - 1150/1300=0.8846. Умножаем полученное число на коэфф. , который сейчас записан в EEPROM, в нашем примере 0.8846*1.055=0.933253. Округляем до 0.933 и вводим это значение для канала Сх.Аналогично определяются коэффициенты для каналов 1Ω и10Ω, только последовательно с резистором нужно включить конденсатор с нулевым ESR например К73-17В емкостью от 1 мкФ и больше. Для канала 1Ω взять резистор сопротивлением 1 Ом, или меньше. Соответственно для канала 10Ω взять резистор 10 Ом, или около того. После установки коэффициентов выключить питание, их значения сохранятся в энергонезависимой памяти (EEPROM) микроконтроллера.

На этом калибровка закончена.

Нормально работающий прибор при свободных щупах должен показывать следующее:

Значение ESR в конкретном экземпляре может отличаться на несколько Ом. При закороченных щупах показания должны быть нулевыми. В первые несколько минут после включения прибора может наблюдаться незначительный «уход нуля».

Надпись Cx ----

выводится в след. случаях:1. При измерении емкости срабатывает тайм-аут, т.е. за отведенное время измерения прибор не дождался переключения обоих компараторов. Это происходит при измерении резисторов, закороченных щупах, либо когда измеряемая емкость >150000 мкФ и т.п.2. Когда напряжение, измеренное на выходе DA2.2 превысит 0x300 (это показания АЦП в 16-ричном коде), процедура измерения емкости не выполняется и на индикатор также выводится Cx ----. При разомкнутых щупах (или R>10 Ом) так и должно быть.Знак ">" в строке ESR появляется при превышении напряжения на выходе DA2.2 0x300 (в единицах АЦП).Защита входных цепей традиционна - два встречно-параллельных диода и малоэффективна. Лучше эту задачу решить механически - с помощью специальных щупов, которые в обычном состоянии замкнуты между собой через сопротивление порядка 5 Ом, а при нажатии на щуп, или кнопку эта цепь размыкалась бы.

Выносные щупы.

Выносные щупы подключаются по четырех проводной схеме для уменьшения влияния сопротивления проводов на результат измерения. Провода, идущие на массу и транзистор Q2 нужно взять по толще (1 - 1,5 мм2). Два других могут быть сечением 0.25 мм2 . Разумеется, что при изготовлении таких щупов необходимо принять меры по изоляции любых токопроводящих цепей, что бы избежать случайного прикосновения к оголенным проводникам.Возможная конструкция щупов показана на рисунке

Если щупы не используются, то нужно закоротить контакты 1-2 и 3-4 (рис. 2).Работа с прибором.После включения прибор готов к работе. Замкнуть щупы накоротко, показания должны стать нулевыми. Иногда может потребоваться несколько минут для прогрева и установки нуля.Перед подключением измеряемого конденсатора его необходимо разрядить!!! В противном случае прибор может выйти из строя. При использовании специальных щупов вероятность повреждения прибора минимальна. Пользоваться щупами следует так: убедиться, что контакты кнопки замкнуты (прибор должен показывать сопротивление разрядного резистора), подключить щупы к измеряемому конденсатору, соблюдая полярность (минус конденсатора на землю), нажать кнопку на щупе, считать показания. Следует принимать в расчет, что внутрисхемные измерения не всегда бывают объективными. Это обусловливается схемотехническими особенностями тестируемого устройства. Так, если в схеме имеются параллельно включенные конденсаторы, например, фильтрующие питание, то их емкость будет суммироваться, а значение ESR будет соответствовать конденсатору с наименьшим сопротивлением.

Автором данного прибора является Гинц Олег.
Первоисточник  здесь

Документация

прошивки и исходники прошивок