Для определения сопротивления, емкости или индуктивности используются измерители RLC и ESR. В этой статье мы покажем вам, как проводить измерения и как выбрать лучшее решение для вашего применения.
Как измерить индуктивность мультиметром
Будь то амперметр, вольтметр или омметр, измерительный прибор необходим при работе с электрооборудованием или токопроводящими компонентами. Но чтобы не покупать все эти приборы, лучше иметь мультиметр.
Мультиметр — это универсальный измерительный прибор, который может измерять любые электрические свойства. Мультиметры могут быть аналоговыми или цифровыми.
Аналоговый мультиметр
Этот тип мультиметра показывает показания стрелкой, под которой находится таблица с различными шкалами значений. Каждая шкала показывает показания конкретного измерения, которые вносятся непосредственно в таблицу результатов.
Однако такой мультиметр — не лучший выбор для новичков, поскольку разобраться во всех символах на панели дисплея довольно сложно. Это может привести к неправильному пониманию результатов измерений.
Цифровой мультиметр
В отличие от аналоговых мультиметров, этот мультиметр облегчает определение интересующих значений, а точность его измерений намного выше, чем у стрелочного прибора.
Переключение между различными электрическими сигналами также исключает возможность путаницы, поскольку пользователю не нужно разбираться в градуировке шкалы.
Результаты измерений отображаются на дисплее (LED в старых моделях и LCD в современных моделях). Это делает цифровой мультиметр подходящим для профессионалов и простым и легким в использовании для новичков.
Или вы сами намотали катушку, но вам не с чем ее проверить. Для таких эпизодических измерений я посчитал нецелесообразным покупать отдельный прибор. Поэтому я задался целью найти очень простую схему измерения индуктивности. У меня не было особых требований к точности, она не так важна для любителей.
Что такое измеритель импеданса и тестер полупроводников
Большинство любителей используют три основных прибора: вольтметр, амперметр и омметр, но иногда возникают ситуации, когда требуется более сложный прибор, например, измеритель импеданса RLC или LCR.
Конечно, такие измерители бывают как в профессиональных, так и в «любительских» версиях, но сначала о том, что они собой представляют.
Как следует из названия, устройство может измерять три основные величины:
Емкость и сопротивление, конечно, можно измерить с помощью большинства современных мультиметров, но LCR-метры обычно делают это более точно и в более широком диапазоне. Измерители RLC также позволяют проводить дополнительные измерения, такие как добротность, тангенс угла диэлектрических потерь, ESR (эквивалентное последовательное сопротивление, или сокращенно ESR), и это при различных частотах.
Такие функции необходимы там, где обычных мультиметров уже недостаточно, например, для диагностики неисправностей в импульсных источниках питания, трансформаторах напряжения, радиочастотных цепях.
Типовые примеры использования LCR-метра и транзистор тестера для проверки радиодеталей
Резисторы – самый распространенный вид радиокомпонентов
Хотя с обычными номиналами проблем нет, измерение низкого сопротивления может добавить сложности. Обычный мультиметр обычно может измерять сопротивление от 1 до 2 Ω и более; если оно ниже этого значения, то сопротивление проводов, щупов и низкое разрешение оказывают существенное влияние. Даже довольно точный прибор UNI-T UT61E имеет разрешение измерения в этом режиме всего 10 мОм, в то время как даже недорогие LCR-метры имеют минимальное разрешение 0,1 мОм.
Высокая точность с возможностью подключения к компьютеру для записи.
Аналогично, если вы можете точно измерить мультиметром резисторы с сопротивлением 0,05-0,1 Ом, то при сопротивлении 10 мОм он фактически ничего не измерит; для сравнения ниже показано измерение двух резисторов сопротивлением 1 и 2,2 мОм.
Разница между показаниями мультиметра и RLC-тестера при измерении низкоомных резисторов.
При тестировании, выборе или изготовлении токовых шунтов часто возникает необходимость измерения низкого сопротивления. В качестве альтернативы можно провести измерение падения напряжения, но для этого требуется управляемый источник питания, амперметр и вольтметр.
Токовый шунт — это низкое сопротивление, т.е. резистор с низким импедансом.
Возможность измерения малых сопротивлений также полезна для выявления таких проблем, как неправильная маркировка, особенно при использовании резисторов с низким сопротивлением.
Резистор слева обозначен 0,1 Ом, а резистор справа — 0,22 Ом, но они имеют почти одинаковое сопротивление. Такие ошибки иногда могут стоить очень дорого.
Прежде чем установить или припаять резистор в цепь, проверьте его сопротивление. Убедитесь, что сопротивление и фактическое значение резистора совпадают.
Транзисторы
Измерение малых сопротивлений полезно для оценки оригинальности полевых транзисторов. Сегодня на рынке все чаще встречаются контрафактные транзисторы с чрезмерной маркировкой. Хотя простое измерение сопротивления в рабочем состоянии не дает всей необходимой информации, оно позволяет быстро понять, на что вы смотрите.
Все, что вам нужно для теста, — это 9-вольтовая батарейка. В даташитах часто указывается напряжение затвора 10 вольт, но в данном случае это не обязательно. Правильно также измерять сопротивление исток-сток под током, которое обычно указывается в документации, но для этого требуется как минимум лабораторный источник питания.
Для проверки транзистора: подключите тестовые щупы к выводам стока и истока (обычно в центре и справа) и подайте 9 вольт на крайние выводы. Нет необходимости подавать напряжение постоянно, достаточно зарядить емкость затвора, но необходимо следить за тем, чтобы случайно не подключить батарею к тестовым щупам. Можно даже сначала «зарядить» транзистор и только потом подключить детекторы.
Как итог, несколько рекомендаций перед выбором RLC измерителя:
- Определите объем работ, изучите технические возможности и параметры основных доступных измерительных устройств.
- Решите, сколько денег вы готовы потратить на инструмент.
- Если вам необходимо измерить малые значения емкости или индуктивности, проверьте, есть ли в выбранных приборах функция выбора частоты для измерения. Чем выше частота, на которой может работать RLC-тестер, тем лучше.
Давайте сравним различные устройства для измерения величины и оценим их преимущества и недостатки.
Транзистор тестер Маркуса с AVR микроконтроллером
Во-первых, конечно, знаменитый транзисторный контроллер Markus. Поставляется в различных вариантах: с корпусом или без корпуса, со встроенным частотомером, с тестом стабилизатора, самостоятельная или заводская установка. Иногда его ошибочно называют ESR-метром — это не совсем верно, поскольку изначально это был транзисторный контроллер, а измерение ESR — лишь одна из его функций, которая была добавлена гораздо позже.
Более того, устройство имеет очень большое сообщество на известном сайте vrtp.ru, где можно узнать, как прошить транзистор тестером.
Для новичков это может быть правильным ответом: такой контроллер может измерять множество различных элементов. Это особенно полезно для тестирования транзисторов, например, для облегчения таких задач, как поиск эмиттера и базы коллектора транзистора. Он также хорошо тестирует конденсаторы и резисторы.
Тестирование компонентов на GM328
Самое главное, этот тестер может измерять емкость и индуктивность и выполнять полное измерение. Это означает, что, например, индуктор будет иметь не только индуктивность, но и сопротивление обмотки, так же как конденсатор будет иметь не только емкость, но и внутреннее сопротивление.
Конечно, есть и недостатки, поскольку простая схема и двухпроводное подключение компонента затрудняют работу с малыми сопротивлениями.
Испытания компонентов на GM328 — продолжение
LC метры
Следующим уровнем являются приборы более высокого уровня — LCR-метры. Они не могут тестировать транзисторы, но индуктивность или низкое сопротивление лучше, чем универсальный тестер. Типичным устройством является LC100-A от Juntek.
Микропрограмма тестера ESR не обновляется, в отличие от предыдущих устройств.
LC Meter, LC100-A Измеритель индуктивности и емкости
Недостатком этих измерителей общего назначения является необходимость подключения двух кабелей. Поэтому на результат измерения может сильно повлиять качество контакта компонента и длина кабелей. Конечно, калибровка тестера ESR решает проблему длины кабеля, но лучше использовать кабель с минимальной длиной и большим сечением.
LCR+ESR метры
Для более опытных пользователей существует прибор, который не является профессиональным, но, безусловно, близок к нему — это XJW01. В дополнение к стандартным измерениям возможны сложные измерения, а также измерения коэффициента качества и диэлектрических потерь. Тестер имеет четырехпроводное подключение.
3 Он регистрирует пики тока и временной интервал между отдельными импульсами напряжения. Пиковые значения тока указываются в амперах, а временные интервалы между импульсами — в микросекундах.
Как измерить емкость LC-метром
Здесь у нас четыре тестируемых конденсатора. Три из них неполярные, а один — полярный (черный с серой полосой).
Давайте разберемся в измеренных значениях конденсатора. 0,022 мкФ — это его емкость, т.е. 0,022 микрофарады. Погрешность в этом случае составляет +-5%. Это означает, что измеренное значение может быть плюс-минус 5% больше или меньше. Если значение выше или ниже 5 процентов, это означает, что конденсатор неисправен и его не следует использовать. Пять процентов от 0,022 составляет 0,001. Поэтому конденсатор можно считать абсолютно исправным, если его измеренная емкость находится в пределах от 0,021 до 0,023. Мы получили значение 0,025. Даже с учетом погрешности измерения прибора, это не очень хорошо. Давайте выбросим его. О да, обратите внимание на напряжения, которые указаны после процентов. На нем написано 200 вольт, что означает, что он рассчитан на напряжение до 200 вольт. Если напряжение на клеммах цепи превышает 200 вольт, то, скорее всего, он неисправен.
Поскольку сеть переменного тока определяет фактические значения, этот конденсатор не подходит для 220 В, так как максимальное значение напряжения в этой сети = 220 В x 1,4 (т.е. квадратный корень из 2) = 310 В. Конденсатор должен быть выбран таким образом, чтобы он был рассчитан на гораздо более высокое напряжение, чем 310 вольт.
Следующий советский конденсатор
0,47 микрофарад. Погрешность составляет +-10%. Это означает 0,047 в каждом направлении. Его можно считать нормальным в диапазоне 0,423-0,517 микроФарад. LC-метр имеет значение 0,489 — значит, он вполне работоспособен.
Следующий введенный конденсатор
Там написано 22 — это означает 0,22 микрофарад. 160 — предел напряжения. Это очень хороший конденсатор.
Следующий элемент — это электролит, или, как его называют радиолюбители, электролит. 2,2 микрофарады при напряжении 50 вольт.
Как измерить индуктивность LC-метром
Мы хотим измерить индуктивность катушки индуктивности. Берем катушку и присоединяем ее к выводам. 0,029 миллигенри или 29 микрогенри.
Другие катушки могут быть проверены таким же образом.
Где купить LC-метр
Сегодня прогресс таков, что можно купить универсальный R/L/C/транзисторный измеритель, который может измерить практически любой параметр радиоэлектронных компонентов.
Ну, а для эстетов есть еще хорошие LC-метры, которые можно купить одним кликом в китайском интернет-магазине Aliexpress 😉
Вот страница, посвященная LC-метрам.
3 Он регистрирует пики тока и временной интервал между отдельными импульсами напряжения. Пиковые значения тока указываются в амперах, а временные интервалы между импульсами — в микросекундах.
↑ Калибровка измерителя индуктивности
В статье рекомендуется следующий метод калибровки (для примера первого диапазона). Подключите катушку с индуктивностью 100 мкГн, установите на дисплее число 100.0 с помощью регулятора сопротивления P1. Затем подключите катушку с индуктивностью 15 мкГн и используйте тот же триммер, чтобы обеспечить отображение числа 15 с точностью 5 %.
Это относится и к другим группам. Конечно, для калибровки необходимы точные индуктивности или эталонное устройство, с помощью которого можно измерить имеющиеся индуктивности. К сожалению, у меня возникли проблемы с этим, поэтому правильно откалибровать не удалось. У меня в запасе есть десяток-другой катушек, спаянных из различных плат, большинство из них без маркировки.
Я измерил их на работе с помощью прибора (не эталонного) и записал их на полосках бумаги, которые приклеил к катушкам. Но есть также проблема, что каждый инструмент имеет какую-то погрешность.
Есть и другая возможность: вы можете использовать программу LIMP, которая хорошо описана в Datagor. Вам понадобится только один резистор, два штекера и две клеммы. Вам также придется научиться пользоваться этой программой, поскольку, как пишет автор, измерения «требуют определенного количества умственной и ручной работы». Хотя точность измерений здесь также «любительская», я получил вполне сопоставимые результаты.
↑ Плата и сборка
Я нарисовал плату в программе Sprint Layout, которую вы можете найти в разделе Файлы. Размеры небольшие. Резисторы использовались бывшие в употреблении, сделанные в России. Мой трехполосный селекторный переключатель взят из одного из старых импортных бумбоксов. Конечно, вы можете использовать и другие типы, просто адаптируйте файл печатной платы к вашим компонентам.
Берите более короткие провода на банановых вилках и зажимах типа «крокодил», чтобы уменьшить вклад индуктивности в измерения. Припаяйте концы проводов непосредственно к печатной плате (без разъемов) и зафиксируйте их в этом месте каплей термоклея.
↑ Корпус
Корпус может быть изготовлен из любого подходящего материала. Для корпуса я использовал кусок пластикового монтажного короба 40×40 из обрезков. Я подогнал длину и высоту коробки под размеры доски, и размеры получились 67×40×20.
Выполните следующие действия, чтобы сделать правильные повороты. Нагрейте складку феном до температуры, при которой пластик станет мягким, но еще не расплавится. Затем быстро положите его на подготовленную прямоугольную поверхность, согните под прямым углом и держите, пока пластик не остынет. Для быстрого охлаждения его лучше всего наносить на металлическую поверхность.
Во избежание ожогов используйте перчатки или защитные приспособления. Я рекомендую сначала потренироваться на отдельном небольшом куске картона.
Затем просверлите отверстия в нужных местах. Пластик очень легко обрабатывается, поэтому изготовление коробки занимает мало времени. Я прикрепил крышку с помощью маленьких винтов. Я распечатал наклейку на принтере, заламинировал ее малярным скотчем и приклеил к крышке двусторонним скотчем.
Такой конденсатор может быть изготовлен путем соединения термоконденсаторов разной емкости (например, 2 по 10000 пФ, 1 по 5100 пФ и 1 по 220 пФ). Для других позиций подходят любые небольшие электролитические и керамические конденсаторы с допустимым отклонением в 1,5-2 раза.
↑ Калибровка измерителя индуктивности
В статье рекомендуется следующий метод калибровки (для примера первого диапазона). Подключите катушку с индуктивностью 100 мкГн, установите на дисплее число 100.0 с помощью регулятора сопротивления Р1. Затем подключите катушку с индуктивностью 15 мкГн и используйте тот же триммер, чтобы обеспечить отображение числа 15 с точностью 5 %. Это относится и к другим группам. Конечно, для калибровки необходимы точные индуктивности или эталонное устройство, с помощью которого можно измерить имеющиеся индуктивности. К сожалению, у меня возникли проблемы с этим, поэтому правильно откалибровать не удалось. У меня в запасе есть десяток-другой катушек, спаянных из различных плат, большинство из них без маркировки.
Я измерил их на работе с помощью прибора (не эталонного) и записал их на полосках бумаги, которые приклеил к катушкам. Но есть также проблема, что каждый инструмент имеет какую-то погрешность.
Есть и другая возможность: вы можете использовать LIMP
в Датагоре хорошо описаны. Вам понадобится только один резистор, два штекера и две клеммы. Вам также следует научиться пользоваться этой программой, поскольку, как пишет автор, измерения «требуют определенной работы мозга и ручного труда». Хотя точность измерений здесь также «любительская», я получил вполне сопоставимые результаты.
Проведение замеров индуктивности
После сборки необходимо протестировать мультиметр. Существует несколько способов проверки устройства:
- Определение самоиндукции ИУ. Это делается путем короткого замыкания двух проводов, предназначенных для подключения к индукционной катушке. Например, если длина каждого провода и перемычки составляет 3 см, образуется виток индукционной катушки. Эта катушка имеет индуктивность 0,1-0,2 мкГн. При определении индуктивностей свыше 5 мкГн эта неточность не учитывается в расчетах. В диапазоне 0,5 — 5 мкГн при измерении необходимо учитывать индуктивность устройства. Измеренные значения ниже 0,5 мкГн являются приблизительными.
- Измерение неизвестного значения индуктивности. Если известна частота катушки, это значение можно определить по упрощенной формуле расчета индуктивности.
- Если порог кремниевого p-n контакта выше, чем амплитуда измеряемой цепи (70-80 мВ), индуктивность катушек можно измерить непосредственно в самой цепи (предварительно выключив ее). Поскольку емкость самого измерителя велика (25330 пФ), погрешность этих измерений не превышает 5 % при условии, что емкость измеряемой цепи не превышает 1200 пФ.
↑ Плата и сборка
Я нарисовал плату в программе Sprint Layout, которую вы найдете в разделе Файлы. Размеры небольшие. В качестве резисторов использовались бытовые резисторы из вторых рук. Трехпозиционный селекторный переключатель взят из одного из старых импортных магнитофонов. Конечно, вы можете использовать и другие типы, просто адаптируйте файл печатной платы к вашим деталям.
Приобретите более короткие провода для зажимов типа «банан» и «крокодил», чтобы уменьшить вклад индукции в измерения. Припаяйте концы проводов непосредственно к печатной плате (без клемм) и зафиксируйте их в этом месте каплей термоклея.
