ESR-метр (0…75)Ом с индикацией утечки

Автор: SSMix
Опубликовано 27.08.2012
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса "Поздравь Кота по-человечески 2012!"

           В статье описан простой портативный аналоговый ESR-метр с расширенным диапазоном измерения до 75 Ом и с функцией индикации короткого замыкания или утечки по постоянному току. В качестве индикаторной головки использован стрелочный микроамперметр от старого кассетного магнитофона.

           В практике ремонта различной аппаратуры незаменимым помощником является измеритель внутреннего эквивалентного сопротивления электролитических конденсаторов – ESR-метр. В радиолюбительской литературе описано множество неплохих и несложных в повторении ESR-метров, однако лишь немногие из них способны измерять ESR вплоть до 75 Ом, что часто бывает необходимо при проверке электролитических конденсаторов малой ёмкости (1 мкФ, 0.47 мкФ, 0.33 мкФ). А ведь такие электролиты тоже существуют и их надо как-то проверять.Также автор не встречал ни одного ESR-метра, который бы позволял дополнительно определять проверяемый конденсатор на утечку или пробой. Так, например, при коротком замыкании проверяемого конденсатора обычный ESR-метр, осуществляющий измерение на переменном токе, покажет малое внутреннее сопротивление, и пробитый конденсатор будет ошибочно принят за исправный.

           Оба этих требования были учтены при разработке собственного ESR-метра, фото которого показано на фото ниже.




           А на этом фото прибор показан со сложенными щупами внутрь корпуса.

Прибор следующие технические характеристики:

- предел измерения ESR, Ом...............................................0…75;

- частота измерения, кГц....................................................80;

- амплитуда проверяемого напряжения, мВ..........................<30;

- пределы индикация утечки по постоянному току, Ом..........0…100;

- напряжение питания  (CR2032), В.....................................2,2…3,6;

- потребляемый ток, мА......................................................8;

- габаритные размеры со слеженными щупами, мм.................71х53х30;

- вес, г..............................................................................65;

- индикация разряда батареи питания;

- съёмные щупы, убираемые внутрь корпуса при транспортировке.

           Схема разработанного ESR-метра приведена ниже:

           Питание прибора осуществляется от литиевого элемента GB1 CR2032. Резистор R1 предназначен для ограничения начального броска тока через незаряженные ёмкости конденсаторов C1, C4 при включении питания. Диод VD1 1N4007 служит для защиты от подачи питающего напряжения в обратной полярности. На микросхеме DA1 LP2951CM выполнен стабилизатор напряжения +2 В, от которого питается основная часть схемы. Эта микросхема представляет собой микромощный регулируемый стабилизатор напряжения Low Drop с максимальным выходным током 100 мА.

            Задающий генератор частотой около 80 кГц собран на микросхеме DD1 74HC04D, четыре инвертора которой запараллелены для увеличения выходного тока. Прямоугольные импульсы с выхода генератора размахом 2 В подаются на делитель R5, R6, уменьшающий размах тестирующего напряжение до 30 мВ, что позволяет проводить измерения непосредственно в схеме, не опасаясь, что откроются p-n переходы присутствующих в ней  полупроводниковых приборов. С нижнего плеча делителя ограниченные по амплитуде импульсы подаются на одну из обкладок тестируемого конденсатора. Вторая обкладка через резистор R7 соединяется с общим проводом схемы. На этом резисторе выделяется падение напряжения, обратно пропорциональное внутреннему сопротивлению проверяемого конденсатора. Диоды VD2…VD6 служат для защиты прибора от повышенного напряжения при проверке заряженного конденсатора. Переменная составляющая напряжения с R7 подаётся на инвертирующий усилитель DA2.1 с коэффициентом усиления по переменному напряжению около 8 (определяется в основном отношением сопротивлений резисторов R14/R8). Неинвертирующий вход DA2.1 подключен к виртуальной земле, сформированной при помощи R13, VD7, VD8, C10, C11. Усиленное переменное напряжение с выхода DA2.1 через разделительный конденсатор C12 поступает на двухполупериодный выпрямитель, выполненный на второй части ОУ DA2.2. В качестве нагрузки выпрямителя использована стрелочная головка микроамперметра PA1 М68501 от старого кассетного магнитофона. Головка имеет внутреннее сопротивление около 500 Ом  и ток полного отклонения 250 мкА. Средний ток через головку определяется отношением средневыпрямленного значения входного напряжения к сопротивлению Rос=R16+R20 [1]. Диоды моста VD9…VD12 – диоды Шоттки для уменьшения падения напряжения. Подстроечный резистор R16 предназначен для установки стрелки прибора на нулевое деление шкалы.

            Детектор утечки по постоянному току выполнен на компараторе DA3.1 LM393D. Исправный проверяемый конденсатор не пропускает через себя постоянную составляющую подаваемых на него прямоугольных импульсов. Переменная составляющая отфильтровывается ФНЧ R9, C7, поэтому на инвертирующем входе компаратора DA3.1 присутствует нулевое напряжение. На неинвертирующем входе DA3.1 присутствует некоторое положительное пороговое напряжение, заданное делителем R11, R12, поэтому на выходе компаратора высокий уровень и сигнальный светодиод HL1 не светится. При наличии утечки в проверяемом конденсаторе на инвертирующем входе появится напряжение, величина которого будет пропорциональна току утечки. При превышении на инвертирующем входе порога, заданного делителем R11, R12, на выходе компаратора установится низкий уровень, и светодиод HL1 своим свечением просигнализирует о наличии утечки.

            Индикатор состояния элемента питания выполнен на второй части компаратора - DA3.2. На инвертирующий вход компаратора подано опорное напряжение +1В с делителя R17, R18. На неинвертирующий вход – напряжение элемента питания GB1 через делитель R21, R22. При напряжения на GB1 более 2,2 В на неинвертирующем входе DA3.2 напряжение будет выше, чем на инвертирующем, поэтому на выходе компаратора будет присутствовать высокий уровень и красный светодиод HL2 будет погашен. Зелёный ультраяркий светодиод HL3 будет при этом светиться, указывая на включенное питание. Это помогает не забыть выключить питание после проведения измерений. Использование ультраяркого светодиода на 6 Cd позволило снизить ток его потребления до 30…35 мкА при приемлемой яркости свечения. По мере снижения напряжения GB1 яркость свечения зелёного светодиода уменьшается и после разрядки батареи ниже 2,2 В на выходе компаратора DA3.2 установится низкий уровень. Это приведёт к открыванию красного светодиода HL2, который своим переходом зашунтирует зелёный светодиод HL3 вместе с добавочным резистором R24, в результате чего зелёный светодиод погаснет.

            Изготовление прибора.

            Устройство выполнено на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита с габаритными размерами 63х49 мм, внешний вид которой со стороны выводных элементов и со стороны печати и SMD-элементов показан на рисунках ниже:

            Печатная плата разрабатывалась под покупной пластмассовый корпус габаритными размерами 68х53х29 мм. Корпус состоит из двух половинок с защёлками, без саморезов. Названия на корпусе не было, лишь изображение колокольчика. Как сообщил продавец в магазине, данный корпус предназначен для монтажа разводки стационарных телефонов.

            Под измерительную головку в верхней крышке корпуса вырезано прямоугольное окно. Индикатор закреплён при помощи двухстороннего скотча.

            Вид прибора изнутри со щупами в рабочем положении показан на фото:


           Вид прибора изнутри со щупами в в транспортировочном положении показан на фото:

            Плата крепится к нижней крышке корпуса при помощи одного винта по центру.

            Конструкция щупов показана на фото ниже:

            Для изготовления щупов использовались две стальные швейные иголки. Крепление щупов выполнено при помощи резьбового соединения. У латунного винта М2,5 в торце просверлено отверстие под диаметр иголки, на винт накручена стальная гайка, после чего иголка была зафиксирована в отверстии припоем. Шляпка винта аккуратно откушена, край сточен надфилем, а немного исковерканная резьба восстановлена при помощи накрученной гайки. После этого гайка была выкручена на середину резьбового соединения и зафиксирована небольшим расплющиванием ударами молотка. Второй щуп изготовлен аналогично. На иголки надета термоусаживающаяся трубка. Общая длина щупа получилась равной 55 мм.

            Держатели щупов изготовлены из латунных винтов М4х10. Внутри винта просверлено сквозное отверстие и нарезана резьба М2.5. Шляпка обточена надфилем.

            Для измерительной головки сделана новая наклейка со шкалой, отснятой экспериментально с набором точных резисторов. Для удобства пользования прибором на шкалу снизу дополнительно нанесены примерные значения ёмкости, соответствующие внутреннему сопротивлению исправных электролитических конденсаторов, взятые из [2].

            Настройка прибора.

            Настройка  прибора заключается в установке стрелки индикатора на нулевое деление шкалы при замкнутых щупах подстроечным резистором R16. Для настройки индикатора утечки к щупам необходимо подключить резистор сопротивлением 100 Ом (или другим требуемым номиналом, ниже которого будет загораться красный светодиод HL1), и подстроечным резистором R12 добиться сначала засвечивания HL1, а затем плавным поворотом движка R12 в обратную сторону погасания HL1.

Литература:

1). Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.–Л.:Энергия. Ленингр.отд-ние, 1980. – 248 с., ил.

2) Чулков В. Прибор для проверки ESR электролитических конденсаторов. “Ремонт электронной техники” №6, 2002.

Файлы:
Плата в Layout
Перечень элементов
Наклейки

Все вопросы в Форум.

Эти статьи вам тоже могут пригодиться:

Измеритель ESR/L/C/F/P/t на PIC16F876A