RLC измерители

Пинцет -мультиметры НВ

     Основное отличие v1.3 от предыдущих – это переход на метод другой метод коррекции OPEN/SHORT/LOAD (OSL). Более подробно с этим методом можно ознакомиться по [1]. Если кратко, то к уже знакомым OPEN и SHORT калибровкам, добавляется LOADкалибровка по элементу (эталону), точное значение параметров которого известно заранее. Теоретически, в качестве эталона можно выбрать любой элемент (резистор, конденсатор, катушку индуктивности), но, исходя из практических соображений, для RLC-2 был выбран резистор. Значения, полученные при OSL калибровках, сохраняются в энергонезависимой памяти прибора и используются для коррекции результата измерений по формуле:

Zdut=Zstd(Zo-Zsm)(Zxm-Zs)/(Zsm-Zs)/(Zo-Zxm), где

 

Zo       – сопротивление, измеренное прибором при открытом входе (разомкнутых щупах);

Zs        – сопротивление, измеренное прибором при замкнутых щупах;

Zsm     – сопротивление эталона, измеренное прибором;

Zstd    – истинное сопротивление эталона;

Zxm    – измеренное значение DUT (Deviceundertest, тестируемый элемент);

Zdut    – скорректированное значение DUT.

Все значения в этой формуле – комплексные.

      Так как в приборе 8 диапазонов,  и все они требуют LOAD калибровки, то для полной настройки прибора необходимо подготовить 8 эталонных резисторов. В качестве эталонов предлагаем подобрать набор резисторов следующих номиналов.

  Диапазон

Zstd

       Схема

 замещения

Rstd

Xstd

0

0.005μH

послед.

1

10Ω

0.005μH

послед.

2

200Ω

0.005μH

послед.

3

2kΩ

0.08pF

паралл.

4

20kΩ

0.08pF

паралл.

5

200kΩ

0.08pF

паралл.

6

2MΩ

0.08pF

паралл.

7

15MΩ*

0.08pF

паралл.

  * в прошивке стоит значение 10MΩ, но для более устойчивого выбора 7 диапазона лучше взять резистор номиналом около 15MΩ.

     Предполагается, что такие паразитные параметры (колонка Xstdтаблицы) имеют SMDрезисторы типоразмера 0805 на частотах до 10кГц. Не надо искать номиналы точно по таблице, достаточно, чтобы сопротивления образцовых резисторов попали в соответствующие диапазоны. Требования к эталонам – стабильность и минимальные паразитные параметры. Если в качестве  эталонов будут использоваться не прецизионные резисторы, то их сопротивления, необходимо измерить на заведомо исправном, откалиброванном измерителе (можно на постоянном токе) с точностью 3, а лучше 4…5 знаков. Следует помнить, что не прецизионные резисторы обладают сравнительно большой температурной нестабильностью, по этому, при измерении и калибровке надо придерживаться постоянства температуры. Сопротивление резистора, нагретого теплом рук, может заметно измениться, особенно резисторов с ±10% допуском и больше. По этому, из не прецизионных лучше использовать резисторы с отклонением номинала не больше ±5%.

    Но все же, лучше эталоны подобрать из прецизионных резисторов. Такие резисторы имеют отклонения от номинала ±2%, ±1%, ±0.5%, ±0.2%, ±0.1%, ±0.05%, ±0.02% и ±0.01%. Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) прецизионных резисторов меньше, чем у обычных. Из практики замечено, что чем меньше процент допуска резистора, тем лучше его температурная стабильность, это означает, что такие резисторы изготовлены из более качественных и дорогих материалов.

    Если Вы собираетесь подобрать эталоны из резисторов с проволочными выводами, то в [2] имеются очень полезные таблицы маркировки процентов допустимого отклонения сопротивления символами (латиницей или кириллицей).  Для LOAD калибровки диапазонов 0, 1, 2 и 3 достаточно взять любой непроволочный резистор без спиральной нарезки, и принять его индуктивность за 0.005 мкГн (Ls - последовательная индуктивность). Для диапазона 3 не важно, введете Lstd0.005 мкГн или Cstd0.08pF, на результат измерений это не отразится, так как столь малые величины на диапазоне 3 прибор не способен измерить с достаточной точностью. Начиная с диапазона 4 и выше, надо вводить реальное значение емкости резисторов, используемых в качестве эталонов.

       Если нет возможности точно измерить паразитные параметры эталонных резисторов на промышленном RLC, то можно поступить так:

1. Сначала выполнить LOADкалибровку по SMD(типоразмер 0805) резистору номинала, близкого к выбранному эталонному резистору.

2. Измерить паразитный параметр эталонного резистора (правильно выбирайте схему замещения, последовательная для индуктивности, параллельная для емкости).

3. Ввести измеренное значение паразитного параметра в качестве L/Cstdдля эталона.

4. Выполнить LOADкалибровку по эталонному резистору.

       При измерении паразитных параметров резисторов следует учесть, обычно эти величины на 4 и более порядков меньше активного сопротивления, т.е. находятся на границе разрешающей способности RLC-2, либо за ней. Поэтому, показания прибора в реактивной части для резисторов могут иметь низкую стабильность, особенно это касается диапазонов 2-4.

     Для контроля правильности калибровки, можно дополнительно измерить несколько конденсаторов на выбранном диапазоне. Значение Rsне должно быть отрицательным, и тангенс угла потерь должен быть в пределах справочных данных для данного типа конденсаторов.

     Первоначально в приборе значения Zo и Zs равны нулю, поэтому сразу после обновления прошивки (или после сброса Open/Short калибровки) на дисплей будут выводиться ЗНАЧЕНИЯ ЭТАЛОНА (сопротивление и индуктивность или емкость),хранящееся в памяти прибора, для текущего диапазона, к примеру, при разомкнутых щупах Вы увидите:

(надстрочный символ Aобозначает автоматический выбор Lили C, восклицательный знак ! выводится, если для данного диапазона необходима LOADкалибровка)

 Чтобы прибор начал что-нибудь измерять, необходимо выполнить, как минимум, OPEN калибровку! Также не забудьте провести SHORT калибровку.

        До выполнения LOAD калибровки таблицы эталонов Zstd и Zsm одинаковые, что равносильно в прежних версиях установке корректирующих коэффициентов равными 1. Также при редактировании значения эталона сохраняются одновременно в таблицы Zstd и Zsm, поэтому в меню отсутствует пункт сброса LOAD калибровки. Т.е. если Вы изменили сопротивление эталона для какого-либо диапазона, то можно считать, что до проведения LOAD калибровки для этого диапазона будет действовать корректирующий к-т 1. И, как напоминание о необходимости выполнения LOAD калибровки, рядом с номером диапазона будет отображаться восклицательный знак !

 Порядок выполнения LOAD калибровки.

       Первоначально необходимо ввести в энергонезависимую память прибора истинные значения сопротивления и индуктивности (емкости) эталонных резисторов (через меню Edit-Rstd (L/Cstd). Делать это проще, предварительно подключив на вход прибора образцовый резистор соответствующего диапазона, тогда при входе в меню редактирования, будет автоматически выбран эталон для текущего диапазона. «Длинным» нажатием кнопки S6 можно изменить тип вводимой паразитной реактивности эталона (индуктивность или емкость).

     Собственно калибровка.

     Подключаем эталонный резистор на вход прибора. Убеждаемся, что включился необходимый диапазон. Если калибровка проводится первый раз, необходимо проверить, чтобы при переключении частоты диапазон не менялся. Иначе для данного диапазона необходимо подобрать эталонный резистор с другим значением сопротивления.

    «Длинное» нажатие S2, затем короткое S2 для старта калибровки. Прибор выполнит по 10 измерений на каждой частоте, результаты будут сохранены в таблице Zsm. После окончания калибровки R эталона должно быть очень близко к значению Rstd (правильно выбирайте схему замещения).

 Назначение кнопок и структура меню немного изменились:

  
Кн.  
«Короткие» нажатия»
«Длинные» нажатия»
«Сверхдлинные» 
нажатия 
Режим измерения
 Режим отладки (вкл. – длинное нажатие S6)
S1 
Переключение частоты тестового сигнала (100Гц,1кГц, 10кГц) по кругу 
То же
включает режим  
Open/Short калибровки 
 
S2
последовательная (s) / 
параллельная (p) схема замещения 
переключает R range 
резистор в преобразователе I/U (100; 1к; 10к; 100к) 
 Последовательно переключает прибор в режим фиксированного отображения Cили L. Короткое нажатие S3 – возврат в авт. режим.
 
S3
  режим отображения результатов LC / X (вторая строка дисплея)
Lили Cвыбираются автоматически.
переключает к-т усиления (1х1; 10х1; 1х10 1х100) 
 
включает/выключает отображение напряжения и тока в единицах АЦП в основном режиме работы, используется для отладки
 
S4
отображение R / Q / D (первая строка) 
 
измерение реальной (Re), мнимой (Im), обеих сразу (RI) составляющих напряжения или тока 
 
включает/выключает отображение напряжения и тока в единицах АЦП в основном режиме работы, используется для отладки 
 
S5
   диапазон измерения Auto
– на дисплей рядом с номером диапазона выводится символ «А», 
после нажатия диапазоны перебираются по кругу от текущего до 7, далее 0..7. Обратное включение 
автоматического выбора диапазона – длинное нажатие S5 
режим измерения тока или напряжения 
 
Включает автоматический выбор диапазона измерений 
Включение/выключение звукового сигнала 
S6
Удержание показаний  (Hold), на экране отображается символ «Н»
длинное нажатие – выход из режима отладки
 
включает/выключает режим отладки
в режиме редактирования эталонов переключает тип реактивности (L/C)
Вход в меню прибора.  

 

 

 
Структура меню: 
Название  Описание, действие 
Settings   Установки 
save auto 
Автоматическое сохранение в EEPROM режимов работы прибора (частота, схема замещения, режим отображения). Ресурс EEPROM – 1000000 циклов стирания/записи, по умолчанию автоматическое сохранение выключено. 
*save now 
Сохранение текущего режима работы в EEPROM. Установите наиболее часто используемые параметры для измерений, выберите этот пункт меню, и при следующем включении прибор восстановит настройки. 
*sound on Включить звук. 
sound off Выключить звук. 
*ADC 250kHz Тактовая частота АЦП для режима 1 и 10кГц
ADC 100kHz Тактовая частота АЦП. Обязательно установить при частоте питающей сети 60Гц 
*OSL on Коррекция OSLвключена.
OSL off ВыключитьOSL коррекцию. Этот режим предполагается использовать при первоначальном запуске прибора.
Reset to def 
Сброс к первоначальным настройкам. Используется для восстановления прошивки при первоначальной настройке прибора, если что-то пошло не так. 
open/short Сброс результатов open/short калибровки. 
Settings Сброс к первоначальнымнастройкам.
Edit Редактирование
Rstd Редактирование активного сопротивления эталонов.
L/Cstd Редактирование паразитных параметров эталонов.
 Coeff U bias Редактирование к-та для измерения Ubias
 

В прошивке v1.3 добавлена подача короткого звукового сигнала при установившихся показаниях. Критерий – три измерения подряд с отклонением не более 30 единиц АЦП.

 

Хотим также выразить благодарность участникам форума http://pro-radio.ru, внесшим свои предложения по усовершенствованию прибора, и оказывающим помощь другим радиолюбителям в повторении этой конструкции!

 

Литература:

 

1. HP, Application Note 346-3, «Effective Impedance Measurement Using OPEN/SHORT/LOAD Correction», http://www.hpmemory.org/an/pdf/an_346-3.pdf

 

2. Классификация и конструкции резисторов,  http://dvo.sut.ru/libr/eqp/031/21.htm

 

 

 

 

Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top