LC-метр

07.09.2021 15:47, автор DiEitch

Время от времени у радиолюбителя возникает необходимость измерить индуктивность (чаще всего у неизвестного или самодельного дросселя) или ёмкость радиодетали без маркировки (или даже с маркировкой, когда необходимо узнать более точный номинал). В большинстве широкодоступных измерительных приборов (тестеров), к сожалению, нет режима измерения индуктивности (и далеко не всегда есть режим измерения ёмкости, но он встречается чаще). Тогда на помощь приходят смекалка и самодельные измерительные приборы.

Почти так же случилось и со мной, только измерить мне надо было не индуктивность, а относительную магнитную проницаемость μ  (сердечника, на котором не было никакой маркировки). Первым делом изучил интернет. И оказалось, что конструкций таких измерителей "мильон и больше". Поэтому критерием выбора для меня стала простота (ведь я его делаю для одного раза) и работоспособность (всё-таки измерение должно случиться). В итоге выбор пал на вот эту схему, к тому же на страничке было документальное подтверждение работоспособности и исходный код для Arduino.

Простая и красивая схема. Но при всём уважении к автору, он больше физик чем электронщик:

• на D13 у Arduino Nano есть светодиод, который будет мешать кнопке;
• у Atmega(12)8 есть встроенные резисторы Pull_Up, поэтому можно сократить количество ненужных деталей, немного изменив логику;
• конденсатор 100p на цифровом входе, я бы опасался таких приёмов (во-первых, компаратор даёт цифровой сигнал, кроме того, у меня этот конденсатор вызывал какие-то "левые" колебательные процессы на входе D5 частотомера, пока не заменил его резистором на 7.5кОм).

Вообще, входная часть универсальна, многие найденные мной в сети LC-метры её использовали в том или ином виде. Для примера: схемы китайского LC100-A и измерителя на PIC (ни там, ни там НЕТ никакого конденсатора на 100p):

К сожалению, я не смог быстро найти в своих запасах LM311 (LM211, LM111), и вынужден был заменить её отечественным аналогом К554СА3. О как же я оказался не прав! Несмотря на "полную аналогичность" этих микросхем, они различаются (как минимум) корпусами и разводкой ножек и (как максимум) внутренней принципиальной электрической схемой (что накладывает отпечаток на схемотехнику, т.е. некоторые схемы для LM311 не будут работать на К554СА3 "в лоб", но об этом ниже).

 

Принципиальные схемы компараторов очень похожи, но всё же попытайтесь найти 5 различий.

В итоге схема моего измерителя получилась такая:

Как видно из схемы: выводы компаратора К554СА3 7 и 8 (строб/баланс и балансировка) не соединены между собой в отличие от аналогичных выводов у LM311, при их замыкании у меня наблюдалось резкое повышение потребляемого компаратором тока по питанию, и стабилизатор на Arduino не справлялся со своей задачей: плата перезагружалась. С разомкнутыми выводами всё работает. Дисплея 1602 у меня тоже под рукой не оказалось, использовал безо всяких проблем 2004. Выводы Arduino у меня использованы немного иначе,  как мне было удобно. Монтаж сделал на макетной плате. Не очень аккуратно, но зато быстро. 

Полевые испытания измерителя. После калибровки.

Дроссель на 68мкГн (норма):

Дроссель на 3.3мкГн (немного завышает):

Также были измерены дроссели на 100мкГн, 120мкГн, 2.2 мкГн, 1мГн - результаты очень даже неплохие (чаще на завышение), хотя я использовал резонансный конденсатор на 2200пФ +/- 10% и не замерил его ёмкость предварительно, а потом лень было выпаивать (читателю же рекомендую измерить предварительно ёмкость или выбрать конденсатор с допуском +/-1%, если получится).

А вот главные измерения, ради которых я это всё затеял. Кольцо типоразмера К45х28х12 из материала М2000НМ1-36 ОЖО.707.062ТУ и 10 витков провода диаметром 1мм:

И расчёт в программе testring (пакета all in one) от Starichok показывает немного завышенные параметры u=2424 (это связано с погрешностью измерений и сравнительно малым количеством витков на исследуемом кольце):

И неизвестное кольцо К45х28х8:

И его расчёт в программе:

Учитывая, что результат расчётов почти тот же (учитывая все погрешности), я полагаю, что "неизвестное" кольцо из того же материала, что и предыдущее (кроме того, одинаковые с предыдущим кольцом цвет, шероховатость, а также, слова продавца подтверждают этот факт).

Файлы для тех, кто захочет повторить проект.

Спасибо за внимание, когда-нибудь я расскажу, для чего мне потребовались эти кольца из феррита.

PS: раз уж я собрал этот измеритель, решил заодно узнать и магнитную проницаемость сердечника (склейки из двух колец размером 43.6х28х20.4) предположительно из альсифера ТЧ60П (одна вертикальная чёрная полоса на каждом кольце), который мог в общем-то легко оказаться и пермаллоевым.

Справочные данные:

Собственно, измерение (на нижнем кольце справа виден чёрный штрих маркировки):

Учитывая погрешность моего измерителя (в сторону завышения):

Что коррелирует с параметрами ТЧ60П (конечно, это мог быть и ТЧ90, но маркировка на кольцах чёрная, а не синяя), а для мо-пермаллоя МП140, магнитная проницаемость маловата. Ещё один аргумент в пользу альсифера - вертикальные, а не горизонтальные полосы маркировки (у пермаллоя это будет либо горизонтальная полоса либо точка).

Для себя же я сделал один вывод, что если я хочу дальше пользоваться сделанным измерителем LC, то нужно всё-таки выпаять и замерить"эталонный конденсатор" С1, либо поставить точный.