Простой ESR-метр

20 июля 2013

Возникла необходимость ускорить время "тонких" ремонтов, а фактически собрать прибор для измерения ESR конденсаторов. Самым простым показался ESR-метр от GO, с сайта http://pro-radio.ru/measure/3288. Материал является копипастом данной ссылки. Однако в отличии от оригинала, более удобен для чтения.

Все фото и схемы - это только оригинальный конструктив GO. Другие варианты исполнения предложенные в на ветке форума не рассматриваютя.
  1. Параметры.
  2. Внешний вид.
  3. "Железо".
  4. Настройка (калибровка).
  5. Отладка.

 

  Параметры.

Измеряемая емкость 1-150 000 мкФ
Измеряемое ESR до 10 Ом
Ток потребления от 19 до 24 мА при замкнутых щупах потребляемый ток возрастает до 36мА

Достоинства:
Удобством ESR-метра является то, что почти во всех случаях можно проверить конденсаторы без выпаивания! Это возможно потому, что хороший конденсатор на высоких частотах почти подобен короткому замыканию, и любые другие компоненты, подключенные в параллели, окажут минимальное влияние на измерение.

Недостатки:

Несколько неудобное отображении конденсаторов выше 1000мкФ. Отличие в разделителе, точка или запятая.

Показания дисплея ESR-метра при измерении конденсатора 2,2 мкФ, в качестве разделителя используется ТОЧКА. Показания дисплея ESR-метра при измерении конденсатора 2200 мкФ, в качестве разделителя используется ЗАПЯТАЯ.

 

Внешний вид.

Рис. Внешний вид ESR-метра.

Рис. Внешний вид ESR-метра с снятой крышкой.

Рис. Плата ESR-метра с собранном виде.

Рис. Плата ESR-метра без дисплея.

Рис. Корпус ESR-метра.

 

"Железо".

Схема.

Рис. Схема ESR-метра в формате GIF.

Схема в формате SPL  (Скачать). Для открытия требуется установить sPlan 6.0 (Скачать русский sPlan 6.0).

Печатная плата в формате LAY (Скачать). Для открытия требуется скачать Layout 5, инсталяция не требуется (Скачать русский Layout 5.0).

Ниже приведены печатные платы в формате gif, рисунки для сборки и проверки качества травления, на тот случай если под рукой нет Layout 5, а печатную плату необходимо посмотреть.

Рис. Печатная плата

Рис. Печатная плата вид со стороны SMD компонентов

Рис. Печатная плата вид со стороны DIP компонентов

Процессор.

Сердцем устройства является прошитый прцессор PIC16F873(A), PIC16F876(A).

Прошивка для для процессора PIC16F873(A) в формате HEX (Скачать), исходники (Скачать).

Прошивка для для процессора PIC16F876(A) в формате HEX (Скачать), исходники (Скачать).

Внимание! Процессора PIC16F873(A), PIC16F876(A) отличаются прошивками. Будте внимательны при программировании. Биты конфигурации для процессора лежат в HEX файле, либо в исходниках, для bin прошивки;
CP_OFF ;
BODEN_OFF;
HS_OSC;
WRT_OFF ;
WDT_OFF ;
PWRTE_ON;
DEBUG_OFF ;
CPD_OFF;
LVP_OFF

Даташит для процессора PIC16F873(A), PIC16F876(A) на английском (Скачать), на русском (Cкачать)

Фактически даташит для процессора не нужен, все и так хорошо работает. Но все же на этапе покупки возникают вопросы с маркировкой и заменой. Из всего даташита требуется только предпоследняя страница.

Рис. Необходимые параметры, на которые надо обратить внимание при покупке процессора для ESR-метра.

Для рассматриваемого конструктива требуется процессор в корпусе DIP28, с поддерживаемой рабочей частотой до 20мГц.

И конечно, чем отличается PIC16F873 от PIC16F873A.  В случае с ESR- метром - ничем, покупайте тот, который дешевле и сможете купить.

Внимание! Алгоритмы программирования (точнее стирания) у PIC16F873 от PIC16F873A разные, поэтому в программаторе необходимо точно (согласно литере) выставлять тип программируемого процессора.

Немного теории. Чем отличается PIC16F873 от PIC16F873A расписано в даташите (Скачать).

Основные отличия:
1. изменена спецификация программирования (обратить внимание на программатор)
2. добавлены компараторы, которые после ресета выключены.
3. изменен принцип записи в память программ - запись по 4 слова.
4. изменены биты конфигурации - защита кода, запрещение записи в память программ.

Остальные элементы.

Список резисторов, по номиналам - для закупки, по наименованию - для монтажа.

Список конденсаторов, по номиналам - для закупки, по наименованию - для монтажа.

Список Диоды, Микросхемы, Кварц, Транзисторы.

DA1, DA2 (TL082)
Комментарий:
Из обязательных требований к ОУ:
- полевые тр-ры на входе
- работа при питании +/- 5V
- при питании +/- 5V максимальное положительное Uвых >= 3.8V
Ну а дальше, как обычно - Uсм поменьше, быстродействие побольше, и чтобы нагрузку потянул.
TL082 конечно не самый лучший вариант на свете, но распространен достаточно широко.

Дисплей FDC1602C. Подойдет ЖКИ модуль на основе контроллера HD44780 с организацией 16 символов, 2 строки.

Встречаются варианты исполнения с перепутанными ногами 1 и 2 - земля и питания необходимо  проверить визуально, как там на самом деле разведено.

Щупы. Чтобы скомпенсировать падение напряжения на проводах, тестируемый конденсатор лучше подключать по 4-х проводной схеме Кельвина, поэтому и разъем для подключения щупов 4-х контактный, а провода объединяются вместе уже на крокодилах. Токовые провода - неэкранированные 45 см сечение 0.75 кв.мм , и обратно от крокодилов МГТФ-0,2 для напряжения.

Неоригинальный вариант. Возможно использовании экранированных проводов - оплетка для тока, центральная жила - для напряжения, работало вроде нормально.

 

Настройка (калибровка).

 

Первое включение .
Проверяем наличие +5V после 78L05 и -5V (4.7V) на выходе DA4.
Подбором R31 добиваемся нормальной контрастности на индикаторе.

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 и перебор -той же кнопкой Set.

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 "+"

Установка нуля.
Для этого замыкаем вход, нажимаем и удерживаем кнопку "+" и с помощью R4 добиваемся минимальных показаний (но не нулевых!) одновременно по обоим каналам. Не отпуская кнопку "+", нажимаем Set - на индикатор выведется сообщение о сохранении U0 в EEPROM.

Далее измеряем образцовые сопротивления 1 Ом (или меньше), 10 Ом и емкость (которой доверяете), определяем поправочные коэффициенты. Прибор выключаем, включаем при нажатой кнопке Set и устанавливаем коэффициенты соответственно результатам измерений.

Поправочные коэффициенты устанавливаются один раз при первоначальной настройке прибора.

 

Отладка.

 

Итак собранное устройство не заработало или заработало с ошибками.

Внимание! В схеме, в печатной плате, в прошивках  ошибок нет. Проверено неоднократной сборкой. Если после сборки устройство не работает ищите ошибку, в монтаже, в непротравленных местах платы, ошибочно установленных элементах, дефектных деталях, несоответствии прошивке процессору.

1. При подключении емкости-Сх---
Это значит, что за отведенное для измерения время, микроконтроллер не дождался сигнала срабатывания компараторов. Проверьте компараторы DA 3.1, DA3.2 (LM393) и их обвязку.

2. При подключении сопротивления 10 Ом на индикаторе ESR 4,507
Отличие ESR в два раза в меньшую сторону говорит о том, что необходимо заменить TL431, причем поискать м/с от другого производителя.

3. При подключении резисторов от 1 до 10 Ом пишет ESR 0.000
Если корректирующие коэффициенты для каналов 1 и 10 Ом случайно не равны нулю (проверьте), то проблему следует искать в монтаже/деталях в районе DD2. Если все нормально - поменять CD4066 на другого производителя.

4. Разводка "холодного" кабеля к конденсатору
- токовый провод (черный толстый на фотографии) от конденсатора к земле в район истока транзистора VT2 и двух защитных диодов VD1, VD3;
- провод для напряжения (тонкий) от конденсатора в точку соденинения С1, С2 и выв.1 DD2.2.