Анализ технических характеристик устройства

Число диапазонов измерения.................................................................................4

Пределы измерения, мкФ:

в диапазоне 1........................................................................................0,001 – 1,999

в диапазоне 2..........................................................................................0,01 – 19,99

в диапазоне 3............................................................................................0,1 – 199,9

в диапазоне 4................................................................................................1 – 1999

Погрешность измерения, %.............................................................................±0,1*

Условия срабатывания звуковой сигнализации:

в диапазоне 1................................................................Rx < 1 кОм или C_x> 4,7 мкФ

в диапазоне 2................................................................Rx < 75 Ом или C_x > 60 мкФ

в диапазоне 3.................................................................Rx<5 Ом или C_x > 600 мкФ

в диапазоне 4............................................................Rx<0,5 Ом или C_x > 4000 мкФ

Примечание. Плюс единица младшего разряда индикатора. При подключённом параллельно измеряемой ёмкости активном сопротивлении R_x, Ом, не менее: 2000 в диапазоне 1; 150 в диапазоне 2; 30 в диапазоне 3; 10 в диапазоне 4. Погрешность в диапазонах 3 и 4 не удалось проверить экспериментально вследствие отсутствия образцовых конденсаторов нужной ёмкости.

 

 

 

1.3 Описание структурной схемы

1. Генератор синусоидального напряжения 50 Гц(ОУ DA8, VT1) –устройство, предназначенное для преобразования энергии источников питания постоянного тока в энергию гармонического выходного сигнала напряжения (тока) требуемой амплитуды и частоты.

2. Измерительный узел (ОУ DA3, резисторы R25-R28) – предназначен для измерения разного значения ёмкости подключаемых конденсаторов в четырёх различных диапазонах. Резисторы R25-R28 в цепи обратной связи нужны для настройки конкретного диапазона измерения ёмкости подключаемых конденсаторов.

3. 90-градусный фазовращатель (ОУ DA1) – электронное устройство, изменяющее фазу электромагнитных колебаний на выходе устройства относительно фазы колебаний на его входе. В задачи этого аппарата входит проведение некоторого постоянного или регулируемого сдвига по фазе электромагнитной волны или напряжения.

4. Детектор нуля на компараторе напряжения (DA6.1) – преобразует синусоидальный выходной сигнал фазовращателя в прямоугольные импульсы со скважностью 2. Они предназначены для управления фазовым детектором.

5. Компаратор напряжения (DA6.2) – применён для получения из синусоидального сигнала генератора на ОУ DA8 прямоугольных импульсов, которые удобно использовать в качестве сигнала синхронизации при налаживании и проверке устройства.

6. Фазовый детектор (DA7 и DA9) – это устройство, сравнивающее фазы двух сигналов равных или близких частот. Фазовый детектор формирует напряжение, пропорциональное разности фаз. Для определения фазы неизвестного колебания требуется точка отсчета, которая будет определять начало координат. Обычно в качестве такой точки отсчета выступает опорное синусоидальное колебание, вырабатываемое местным генератором.

 

7. АЦП (DD1) – устройство, работа которого основана на вычитании из входного сигнала U_вх(t) величины сигнала на выходе ЦАП, полученной на предыдущем такте работы схемы. Полученная разность интегрируется, а затем преобразуется в код параллельным АЦП невысокой разрядности. Последовательность кодов поступает на цифровой фильтр нижних частот.

8.  Блок индикации подключены светодиодные семиэлементные индикаторы HG1 - HG4 KEM-5611-BG зелёного свечения с высотой знаков 14 мм на выходах АЦП. Чтобы уменьшить энергопотребление, последовательно в цепи катодов элементов индикаторов включены ограничивающие ток резисторы R67-R92.

9.  Блок питания – состоит из понижающего сетевое напряжение трансформатораT1 мощностью 4...5 Вт, выпрямительного моста VD2 и интегральных стабилизаторов DA11-DA15.

10.   Узел звуковой сигнализации (VT2, VT3 и пьезоизлучатель звука HA1) – подаёт звуковой сигнал при напряжении на выходе фазового детектора более +7 В. Это происходит при ёмкости измеряемого конденсатора существенно больше верхней границы установленного предела измерения.

 

 

 

1.4 Описание принципиальной схемы

Измеряемый конденсатор можно подключать непосредственно к гнёздам 1, 2 или 2, 3 разъёма X1. Но так следует делать лишь при полной уверенности, что конденсатор полностью разряжен. Измеряя ёмкость конденсатора, не выпаянного из устройства, в котором он установлен, следует предварительно убедиться, что оно выключено. Однако даже в этом случае в конденсаторе может сохраниться остаточный заряд.

Как правило, чрезмерный остаточный заряд повреждает ОУ DA3. Чтобы защитить его, измеряемый конденсатор нужно подключать к разъёму X1 двумя щупами, как показано на рис. 2. К одному из щупов (верхнему по схеме) идут два провода, и в нём имеется кнопка SB1. Присоединять щупы к конденсатору следует при нажатой кнопке. При этом сработает узел звуковой сигнализации, подтверждая замыкание входа прибора. Разрядив конденсатор, можно отпустить кнопку и прочитать результат измерения. Изоляция щупов должна выдерживать напряжение, которое может присутствовать в устройствах, в которых производятся измерения. Как правило, не менее 500 В.

 

 

1.5 Описание конструкции устройства

Рисунок 1 – Чертёж проводников платы и схема расположения элементов

 

 

Рисунок 2 – Резисторы для поверхностного монтажа на стороне печатных проводников платы

Часть схемы измерителя ёмкости собрана на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Чертёж проводников этой платы, и схема расположения элементов на ней показаны на рис. 1. Отверстия для выводов движков подстроечных резисторов помечены точками. Резисторы для поверхностного монтажа R4-R7 размещены на стороне печатных проводников платы в соответствии с рис. 13. Переключатель SA1 находится вне платы. Для ОУ DA3 на ней можно установить панель. Это позволит быстро заменять его в случае повреждения остаточным зарядом измеряемого конденсатора.

Конденсаторы C3, C10, C12, C14, C18, C19 и C21 - плёночные MKS2, отличающиеся стабильной ёмкостью и высоким сопротивлением изоляции. Конденсаторы C12 и C14 подобраны одинаковой с точностью 0,1 % ёмкости. Конденсаторы C15 и C16 - оксидные неполярные ECAP Подстроечные резисторы - СП3-19а. Резисторы R2, R3, R8, R25-R28, R36, R38-R41, R43, R45, R46, R51 - прецизионные С2-29В или С2-14 с допустимым отклонением от номинала ±0,1 %. Резисторы R4-R7 - типоразмера 1206 для поверхностного монтажа, остальные - МЛТ или подобные.