L — meter ? Частотомер?

Было бы , наверное, неверно рассказывать только об успехах — в таком случае создаётся ошибочная иллюзия стопроцентной «гладкости» разработок и отсутствие «граблей» и «камней» на нелёгком пути эмбеддера. Напротив, освещение собственных неудач может кому-то здорово помочь в своих начинаниях…
Захотелось мне сделать измеритель индуктивности — L-метр. Необходимость была обусловлена потребностью калибровать поисковую катушку в самодельном металлоискателе. Погуглив в просторах сети я нашёл немало интересных решений, но решил сам изобрести велосипед.За основу измерителя я взял схему генератора, которая повстречалась мне в журнале «Радиоаматор» №1  за 2009 год (стр.42 рис. 3). Вот эта схема.
Как следует из статьи для работы с ней необходим частотомер. На таймере NE555 выполнен астабильный мультивибратор. Измеряемая индуктивность Lk  подключается к разъёму К1. Чем больше индуктивность, нем ниже частота генерации NE555. При подключении индуктивности 500 мкГн частота генератора выставляется подстроечником Р1 — 200 кГц. При увеличении частоты генерации больше 200 кГц ухудшается линейность, и , соответственно, точность работы устройства. Измеренная индуктивность рассчитывается по формуле:
Lx =  (200 кГц/F измеренная) х 500 мкГн.
Диапазон измеряемой индуктивности, если верить автору статьи 500 мкГн до 10 мГн , а погрешность не превышает 4%. Таким образом решение измерения индуктивности автоматически преобразовывалось в замер частоты мультивибратора, которую тот будет выдавать при подключении измеряемой индуктивности. Замерить частоту для микроконтроллера — это вопрос пройденный, и не требующий Бог весть каких ресурсов и мозгов 🙂 Индикацией может выступить МТ-10Т7 (я c ним работал здесь). Для того, чтобы расширить измеряемый диапазон,  я решил сделать автоматический выбор пределов измерений (не выходя за предложенные границы частоты генератора 10-200 кГц). Сделать это можно, подключая параллельно/последовательно измеряемой индуктивности калиброванную образцовую. Для данной цели я выбрал электромагнитные реле. Выбор именно реле обосновывался чистым сухим металлическим контактом. Схема внизу наверняка поможет разобраться в путанице слов 🙂
Логику работы микроконтроллера я определил следующую.
— в исходном состоянии , пока не подключена измеряемая индуктивность Lx микроконтроллер ждёт импульсов с генератора, отображая при этом на ЖКИ дефисы (или OFF — что понравится);
— при подключении Lx , после старта генерации, необходимо выждать паузу для установления устойчивой генерации и измерить её частоту;
— если частота выше 200 кГц (соответствует нижнему порогу измеряемой индуктивности 500 мкГн) , дать  команду (Port1_MK=1) на включение реле К1, подключив тем самым последовательно измеряемой образцовую индуктивность для уменьшения частоты генерации;
— если частота ниже 10 кГц (соответствует верхнему порогу измеряемой индуктивности 10 мГн), дать команду (Port2_MK=1) на включение реле К2, подключив тем самым параллельно измеряемой образцовую индуктивность для увеличения частоты генерации;
— если частота в генератора пределах  10 — 200 кГц — ничего не подключать;
— после подключений образцовой индуктивности (если они производились) выждать паузу для установления устойчивых колебаний;
—  измерить частоту колебаний;
— выключить все включенные реле (Port1_MK=Port2_MK=0);
— вычислить значение индуктивности учитывая, что, если производились последовательные/параллельные подключения к измеряемой индуктивности — искомое значение Lx находится исходя из формул ( Lобщ = Lx+Lобр — при последовательном соединении, 1/Lобщ = 1/Lx + 1/Lобр — при параллельном — физика 8-й класс);
— вывести результат на ЖКИ.
Ну, вот как-то так. Ещё думал добавить калибровку, или перед каждым измерением, или по необходимости. Для этого можно подключать образцовую индуктивность к генератору, зашунтировав измеряемую Lx (для этого включить реле К1 и К2), измерять частоту и вносить коэффициент поправки в формулу вычисления.
Нарисовал красивую плату, аккуратно её заЛУТил её и вдумчиво собрал прибор. Выглядит он вот так.

L_meter_upL_meter_bottom

 

 

 

 

 

Питание реализовал в виде простейшего стабилизатора на 7805 от «Кроны». При проектировании я понимал, что реле жрёт прилично тока, значит будут просадки напряжения, значит будет «гулять» частота. Однако надеялся, что, поскольку включение реле будет производится на время до секунды, то пауза перед измерением позволит генератору войти в устойчивый режим…
Проверка прибора в работе ВНЕЗАПНО показала его неустойчивую работу 🙁 🙁 🙁 Некоторые индуктивности он измеряет довольно таки точно, а некоторые — нагло врёт. Гадания на осциллографе и пляски с бубном не привели меня к какому-то конкретному результату, который бы вывел закономерность изменения частоты генерации 🙁
L_meter_500На фото выше измерение индуктивности 500 мкГн, например…
Полагаю, что главные причины в следующем:
— частота измерительного мультивибратора в приведённом решении зависит не только от индуктивности, подключаемой к ней катушки/дросселя, а и от омического сопротивления, размеров, исполнения, сердечника (фаз Луны, вспышек на Солнце, влажности воздуха, пятницы 13-го, блох у кота и пр.);
— небольшие внешние воздействия (изменения напряжения питания, касание дросселя рукой)  влияют на частоту (и даже возникновение) генерации;
— очень китайского качества электромагнитные реле вполне вероятно не всегда обеспечивают «сухой чистый контакт», а то и залипают — нужно было ставить советские герконовые РЭС55.
Хотя может быть я чего-то ещё не учёл, например, особенностей разводки печатной платы (экранирования) или своих кривых рук и нубского подхода:)
……………………………………………………………………………………………..
В общем — то, если отбросить генератор с цепями образцовых индуктивностей, то получится готовый простейший частотомер. Для этого в исходнике нужно немножко «прибраться» и изменить расчёт и вывод значений на ЖКИ. Внимательно читая комменты, читатель может самостоятельно это реализовать. Удачи, господа паятели и ломатели!

Запись опубликована в рубрике Разное с метками , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.