Измерение и измерители ESR

Так его давно уже модернизировали и теперь он может измерять какие-то невероятные нули после запятой ...

Реклама

TIGR

В модернизированный для старта следует поставить OP177G от AD.Кто рискнет?

http://img.radiokot.ru/files/58840/8gkn61n52.gif

Реклама

Andrew Martin

Ну-ну, не только не ушли от двуполярного питания, а ещё и связались с прецизионными ОУ

Почему-то все решают проблему "в лоб" и усиливают по постоянке, и напрочь забыли о структуре МДМ, которая здесь прям таки напрашивается, тем более что модулятор здесь естественный, и демодулятор уже имеется.
Только для МДМ нужен не такой СД, как здесь (фактически устройство выборки-хранения) , а интегрирующий (как в RLC-2). Тогда и страшные и ужасные выбросы на фронтах, ради которых затеяли канитель с выборкой посередине импульса, уже не так страшны

И не избавились от монстроидального комплементарного ключа на силовых ПТ, который сам по себе является источником коммутационных помех (и соответственно выбросов на фронтах). Кстати, защитного интервала при управлении ПТ я в упор не вижу, поэтому нужно ожидать короткие импульсы сквозного тока.
Кроме того, на испытуемый конденсатор подаётся хоть и малое, но переменное напряжение - для электролитических конденсаторов я бы так не делал.
И конечно же управление - на МК. Долой жесткую логику!

Как по мне, 10-битного встроенного АЦП в измерителе ЭПС вполне должно хватить, если, конечно, вы не маньяк

balmer

Нда, тяжела дорога чисто аналоговой схемотехники без микроконтроллеров.
Подозреваю, что лучшего качества можно было бы достичь на STM32F303 с несколькими резисторами/конденсаторами в обвязке.

Реклама

Andrew Martin

balmer писал(а):Нда, тяжела дорога чисто аналоговой схемотехники без микроконтроллеров.
Подозреваю, что лучшего качества можно было бы достичь на STM32F303 с несколькими резисторами/конденсаторами в обвязке.

Насчет лучшего - не знаю, всё-таки милливольты нужно чем-то усилить, прежде чем оцифровывать. Невозможно пока полностью отказаться от аналоговой части без ущерба параметрам. Но и впадать в 80е с 561й серией в 2014м тоже некрасиво. STM32 это очень хорошо, если Вы серьёзный центровой разработчик. А так - AVR или PIC. ATMEGA8 можно достать в любой глуши.
Лучше разумно смешивать аналоговую смехотехнику с цифровой

Реклама

balmer

В STM32F303 есть Оу встроенный. x16 усиление уже даст нам 10 мОм разрешение. Я живу в такой глуши, что даже Atmega8 в магазинах нет. Так что выбор людей из настоящей глуши - это именно современные процессоры.

Реклама

Andrew Martin

balmer писал(а):В STM32F303 есть Оу встроенный. x16 усиление уже даст нам 10 мОм разрешение.

Честно говоря, не пойму Ваших рассчетов

Как усиливать - по постоянке или по переменке?
Если брать амплитуду тока 10мА, то на сопротивлении 0,1 Ом амплитуда напряжения будет 1мВ.
Не поленился скачать даташит на упомянутый Вами МК - у встроенного ОУ минимальное напряжение смещения нуля 1,6мВ.

balmer

Дык просто все. Скажем есть сигнал 300 мВ, подаем его через резистор 100 ом на конденсатор измеряемый. 0.1 Ом это получается 0.3 мВ.

x16 усиление - это означает диапазон 3.3 В/16 = 0.2 В. Считаем что мы развели схему средненько и у нас на 5 LSB шумов в ADC. 0.2 В/4096*5 = 0.25 мВ.

Нда, где-то я обсчитался, ни о каких 10 мОм речи не идет, только о 100 мОм.

Но там все немного лучше получается в реальности. У меня при усилении x10 вполне получалась точность 0.01 Ом. Всетаки усреднение и метод наименьших квадратов это сила.

Goodefine

balmer писал(а):Подозреваю, что лучшего качества можно было бы достичь на STM32F303 с несколькими резисторами/конденсаторами в обвязке.

Быстродействие АЦП не столь важно для измерения ESR. В обычных случаях ацп меги прекрасно справится - если использовать цепь УВХ контроллера. Есть некоторые нюансы, связанные с измерением напряжений по двум точкам в два цикла, но если их учесть, то скорость ацп не важна, только параметры УВХ. Во многих измерителях есть те или иные решения, которые мне не нравятся:
- не экономное питание (крона + енка, сразу половина мощности в тепло)
- использование разного рода преобразователей для отрицательного напряжения (лишние шумы при борьбе за битность)
- применение громоздких и много потребляющих дисплеев
- не оптимальный выбор ОУ, коэфф. усиления в купе с выбором опоры АЦП.
- необходимость калибровки по диапазонам (когда достаточно всего одной калибровочной величины - резистора)
- наличие каких либо регулировок в схеме (тока зарядки, смещение нуля) и это при живом процессоре ))
- некоторые методологические нюансы измерения

Собираю свой измеритель на stm8l152c6, ОУ - AD823, лишенный во многом этих недостатков (как мне думается):
-питание от трех батареек 1.5В, никаких стабилизаторов и преобразователей (+3В/-1,5В)
-дисплей будет жк, с микропотреблением и желательно со своим контроллером (еще определяюсь с выбором)
-для калибровки в схеме будет резистор 1Ом 1%, все остальные величины либо взаимоуничтожаются (коэф. усиления, опора и т.д.), либо легко учитываются (дрейф питания, тока, смещение нуля ОУ) в каждом цикле измерения
-12 бит АЦП + накопление, измерение двух точек в ОДНОМ импульсе (вот где скорость ацп поможет)
-планирую добавить измерение выброса - полезно для оценки качества конденсатора прямо в плате (плата за это - быстрый ОУ)
-формфактор: что-то в виде маркера

balmer

Goodefine писал(а):Собираю свой измеритель на stm8l152c6

Интересно какая схема и какие характеристики предполагаются.

Goodefine

Схема стандартная - источник тока (два или три значения), два каскада на ОУ с переключаемыми коэф-ми, разрядная цепь, калибровочная цепь, контроллер, кнопки, индикатор. Характеристики как получится, пока определяюсь с комплектовкой и макеткой. Основная задача получить легкий, компактный, быстрый, экономичный и точный прибор, легкий в настройке и эксплуатации. Цена деталей - около 10-15уе. Емкость от 0.1 мкф до 65000мкф, сопротивление до 50 Ом. Разрешение в десятую мОм-а. Но если выйдет честный мОм тоже не плохо. Плюс анализ выброса (либо наоборот) при измерении в плате. Есть любопытные ситуации, когда на дефектный конденсатор будет указывать только выброс. Проблема большинства приборов в том, что цифры они вроде показывают, но такие разные порою. И ведь не проверить их так просто. Выход только один - использовать метод не чувствительный к большинству переменных величин, влияющих на показания.

balmer

Ага, тогда вот летняя статья моя, пусть и кривая, но какая есть.
Как ты планируешь бороться с тем, что написано в абзаце "Недостатки и проблемы." ?

Goodefine

Во-первых, формирование зарядного тока с помощью одних резисторов, насколько я вижу, пусть даже при использовании линейного участка (а он есть, несомненно) будет давать методическую погрешность (примерно в такой же процент, сколько составляет ESR от резистора задающего ток, это только наклон, а само esr еще больше - неправильный наклон влияет очень сильно). И его никак не учесть - априори ESR неизвестно, соответственно и зарядный ток не известен, и наклон прямой тоже. Найти его из начала графика в принципе можно (по формуле делителя), но далеко не всегда - выбросы, зашумление, малая величина в конце концов - все те причины, по которым ESR находят именно из ДВУХ точек, отходя от начального участка. И погрешность в начале может быть связана именно с этим. В самом деле непонятно Ваше видение причины в частоте - там же используются просто зарядные импульсы, а не замер импеданса на килогерцах. Это совершенно разные частоты, не имеющие друг к другу никакого отношения. Объясните момент про частоту, возможно я просто не понимаю что Вы имеете ввиду.
В каждом импульсе будет три базовых измерения (не считая замеров до него смещения нуля):
1- 0.5мкс (выброс)
2-16мкс(точка 1)
3-32мкс(точка 2)
число импульсов будет 64 скорее всего.
Никаких тысяч мкс, при заряде неопределенным током. А на каком входе отрицательное напряжение я так и не понял ))

Andrew Martin

balmer писал(а):Всетаки усреднение и метод наименьших квадратов это сила.

Это сила вместе с добротной аналоговой частью. Иначе фирма Analog Devices давно пошла бы по миру даже не смотря на свои цифровые продукты

АЦП оцифрует то, что на него подадут. Подадите бред - бред и получите, только в цифре. А дальше хоть усредняйте, хоть в ряд Фурье раскладывайте, хоть с бубном пляшите - кардинально лучше не будет.

А насчет выбросов на фронтах здесь очень верно заметили - это один из признаков неблагонадёжного конденсатора.
Не знаю кому как, а мне не нужен конденсатор с сумасшедшей последовательной индуктивностью. Ему место в мусорном ведре

А измеритель Бирюкова как раз не учитывает эти выбросы, хотя на самом деле они информативны. Вероятно из-за коммутатора на силовых ПТ даже на исправных конденсаторах наблюдались большие коммутационные выбросы по фронтам, и автор решил закрыть на них глаза.

Goodefine

Andrew Martin писал(а): А насчет выбросов на фронтах здесь очень верно заметили - это один из признаков неблагонадёжного конденсатора.
Не знаю кому как, а мне не нужен конденсатор с сумасшедшей последовательной индуктивностью. Ему место в мусорном ведре

Тут есть еще момент, когда происходит измерение в плате и || измеряемому конденсатору, например 1000uF с высоким esr (1r) подключена цепочка из фильтра индуктивностью около 0.5uH и исправного конденсатора 640 мкф - в этом случае показания вообще в норме. Но выброс скажет о том, что часть тока утекает в цепь с индуктивностью, чего быть не должно. Помимо выбросов есть и провалы, тоже не менее информативные при чисто емкостном шунтировании

oleg63m

Ну вот, снова вернулись к дилеме, толи измерять качество кондеров пробником, учитывая все ньюансы работы конденсатора в импульсной схеме, Толи измерять с высокой точностью "чистый ESR" пропуская "мимо ушей" многие явные недостатки электролитов.

balmer

Goodefine писал(а):И его никак не учесть - априори ESR неизвестно, соответственно и зарядный ток не известен, и наклон прямой тоже.

Да отлично все учитывается, достаточно знаний первого семестра университета.

Goodefine писал(а):В самом деле непонятно Ваше видение причины в частоте - там же используются просто зарядные импульсы, а не замер импеданса на килогерцах.)

Разложите ступеньку первоначального возмущения в ряд Фурье, и тогда все станет на свои места. Понятно, что прямоугольных ступенек не бывает, но если подставить разумные значения емкости и индуктивности щупов/транзистора в симуляторе, то можно увидеть, что происходит. Вначале высокочастотные составляющие в составе сигнала идущего на конденсатор - очень велики. Да, они быстро спадают, но проблема в том, что чем дальше от начала графика мы берем точки, тем менее точным получается ESR.

Вот вы описали вариант измерений - включаем напряжение через резистор и два момента времени t1 и t2. В зависимости от выбора этих моментов у электролитического конденсатора будет разная емкость. Причем чем меньше будет t1,t2 - тем меньше будет емкость.

Поэтому ни о каких миллиомах ESR в данном методе измерения не может идти речи, что-то разумное начинается с 0.1 Ома. Причем не говорю, что метод плох. Его плюсы: Возможность измерять конденсаторы очень большой емкости. Возможность измерять ток утечки.

balmer

Andrew Martin писал(а): Это сила вместе с добротной аналоговой частью. Иначе фирма Analog Devices давно пошла бы по миру даже не смотря на свои цифровые продукты

Это верно, поэтому в том варианте измерителя, что делаю сейчас - использую на входе AD8221 , чем очень доволен

Про "голую" STM32F303 говорю лишь потому, что повторять схему в которой пару таких инструментальных усилителей найдется немного желающих. А вот без всего этого обвеса можно получить и характеристики приемлемые и цену всей схемы в диапазоне 500 руб за все детали.

Andrew Martin писал(а):АЦП оцифрует то, что на него подадут. Подадите бред - бред и получите, только в цифре.

Это верно, но улучшить в 10-20 раз точность за счет метода наименьших квадратов довольно легко.

Andrew Martin

oleg63m писал(а):Ну вот, снова вернулись к дилеме, толи измерять качество кондеров пробником, учитывая все ньюансы работы конденсатора в импульсной схеме, Толи измерять с высокой точностью "чистый ESR" пропуская "мимо ушей" многие явные недостатки электролитов.

Никакой дилеммы нет - важно оценить то, насколько измеряемый конденсатор отличается от идеального, в котором, как всем известно, нет ни индуктивностей, ни активных сопротивлений.
Пробник, увы, не даёт понятия о том, чем вызвано завышение импеданса - активной или индуктивной компонентой.
Академически "правильное" измерение чисто активной составляющей на практике малополезно, с этим согласятся многие. А вот оценка ещё при этом и индуктивной составляющей - это уже крайне полезная штука, позволяющая учесть многие ньюансы, о которых писали выше.

Goodefine

balmer писал(а): Да отлично все учитывается, достаточно знаний первого семестра университета.

Я же написал, что можно учесть в схеме с резисторами только если измерить в момент времени около нуля, в самом начале - по формуле делителя. И также написал почему это во многих случаях не получится. Схема с резисторами не у меня а у Вас. Метод наименьших квадратов не панацея - Вы это и сами увидели, что не всегда он может аппроксимировать - погрешность именно методологическая, в реале не обязательная при использовании I=const.

Разложите ступеньку первоначального возмущения в ряд Фурье, и тогда все станет на свои места. Понятно, что прямоугольных ступенек не бывает, но если подставить разумные значения емкости и индуктивности щупов/транзистора в симуляторе, то можно увидеть, что происходит.

А причем тут занижение емкости в зависимости от частоты? Все эти ПП от ступеньки как раз и дают оценку качества цепи (тот самый анализ выброса), но когда он стихает (не позднее 5 мкс как правило) то все возвращается на круги своя, их часто вообще нет. Причем тут частота гармоник к занижению емкости? Мы же не ждем мс пока стихнут они, а всего десятки микросекунд, когда в запасе есть еще сотни, только потом идет погрешность от нелинейности зарядки. Об этом кстати писал еще автор метода, и что сам он применяет 10мкс и 20мкс.

Вот вы описали вариант измерений - включаем напряжение через резистор и два момента времени t1 и t2. В зависимости от выбора этих моментов у электролитического конденсатора будет разная емкость. Причем чем меньше будет t1,t2 - тем меньше будет емкость.

Вы не правильно поняли, у меня измерение с источником тока, резисторы я вижу в Вашей схеме. Потому и писал о ней. А точки это уже метод почти классический, с постоянными токами.

Поэтому ни о каких миллиомах ESR в данном методе измерения не может идти речи, что-то разумное начинается с 0.1 Ома. Причем не говорю, что метод плох. Его плюсы: Возможность измерять конденсаторы очень большой емкости. Возможность измерять ток утечки.

Это как раз следствие недопонимания, еще раз повторю - я не предлагаю резисторы, наоборот, увидев их в Вашей схеме, предположил что именно из-за применения их, а не классического источника и как следствие выбора обработки через квадраты привело к такому результату

ЗЫ. В схеме 1мкф 20 Ом и есть расхождение, причем огромное, Вы списываете на гармоники и приводите пример с керамикой. Все правильно - в первом случае виноват большой еср - из-за него и выбранного метода ошибка. А с керамикой еср низкий и он не вносит погрешность. 1 мкф 20 Ом измеряется на ура с источниками тока, как в реале так и в модели проблем там нет вообще по двум точкам, тем более теоретических