Прибор для определения индуктивности катушки. Как измерить емкость и индуктивность с помощью осциллографа. Измерение индуктивности с помощью сопротивления

Подавляющее большинство любительских измерителей индуктивности на контроллерах измеряет частоту генератора работающего на частотах около 100кГц, и хотя они якобы имеют разрешение 0.01мкГн, но на деле при индуктивностях 0.5 и ниже представляют из себя хороший генератор случайных чисел, а не прибор.У разработчика радиочастотных устройств есть три пути:

1. обломаться


2. купить промышленный измеритель импеданса и некоторое время поголодать


3. сделать что-то более высокочастотное и широкополосное.

Наличие множества онлайн калькуляторов кардинально упрощают задачу, можно обойтись одним лишь генератором, подключаемым к частотомеру, не сильно потеряв в удобстве, зато выиграв в функционале.

Приставка может измерять индуктивности от 0,05мкГн. Выходное напряжение около 0.5В. Собственная индуктивность выводов 0,04мкГн. Диапазон выходных частот: хз...77МГц.

Широкополосный генератор выполнен по известной двухточечной схеме и мало чувствителен к добротности частотозадающего контура.

Для измерения наименьших индуктивностей емкость выбрана 82пф, вместе с входной ёмкостью расчётная(для калькулятора) получается около 100пф(круглые числа более удобны), а макс. частота генерации около 80МГц. С контура напряжение подаётся на повторитель vt2 а с него на эмиттер vt1, таким образом реализована ПОС. Применяемая иногда непосредственная связь затвора с контуром приводит к неустойчивой работе генератора на частотах 20-30Мгц, потому применён разделительный конденсатор с1. Полевой транзистор должен иметь начальный ток стока не менее 5мА, иначе транзистор нужно приоткрыть сопротивлением несколько сотен кОм с плюса на затвор. Лучше применить транзистор в высокой крутизной, это увеличит выходное напряжение снимаемое с истока. Хотя сам по себе генератор практически не чувствителен к типам транзисторов.

Для расчёта применяются онлайн калькуляторы
наиболее удобный
наиболее неудобный
гламурный, но с характером

Задающая ёмкость в приборе может быть любой, даже китайская глина. Лучше иметь эталонные катушки, а измеренную ёмкость уже подставлять в калькулятор, хотя на деле это и не обязательно.

Фольга с обратной стороны используется в качестве экрана.
Выводы на катушку выполняются в виде гибких плоских поводков из оплётки длиной 2см. с крокодилами.

http://edisk.ukr.net/get/377203737/%D0%B8%D0%BD%D0%B4.lay6

Особенности использования.

Для питания лучше предусмотреть соответствующую клемму на частотомере.

Выводы на катушку должны быть максимально прямыми если измеряются сверхмалые индуктивности. От результата нужно отнять собственную индуктивность выводов 0.04мкГн. Минимально измеряемая индуктивность примерно такая же.

Для измерения индуктивностей до 100мкГн годится штатная ёмкость, выше лучше использовть дополнительные ёмкости от 1н, иначе будет погрешность от межвитковой ёмкости катушки.

Для измерения межвитковой ёмкости нужно измерить истинное значение индуктивности с С 10-100н, потом измеряется частота с штатной ёмкостью(100пф), вносится в калькулятор, далее считается суммарная емкость, от которой нужно отнять 100пф.
Пример. аксиальный дроссель 3.8 мГн, со штатной ёмкостью частота 228 кГц, суммарная ёмкость 128пф, межвитковая 28.
Таким же образом вычисляются ёмкости в контурах.

Для измерений дросселей на низкочастотных магнитопроводах НН они должны иметь достаточно большое количество витков, например на кольцах 2000НН не менее 20, иначе частота может быть выше рабочей для них(до 400кГц), и генерация будет в лучшем случае срываться, а в худшем импульсная, как в блокинг генераторе, с частотой в килогерцы. Для маловитковых нужна дополнительная ёмкость.

Сегодня на рынке продается множество приборов, измеряющих емкость и индуктивность, только стоят они в несколько раз дороже китайского мультиметра. Тот кому каждый день необходимо производить замеры емкости или индуктивности непременно купит себе такой, а что делать если такая необходимость возникает крайне редко? В таком случае можно применить описанный ниже метод.
Известно, что если на интегрирующую RC цепочку подать прямоугольный импульс, то форма импульса изменится и будет такой как на картинке.

Время, за которое напряжение на конденсаторе достигнет 63% от подаваемого, называется тау. Формула по которой считается тау изображена на рисунке.

В таком случае говорят, что интегрирующая цепочка сгладила фронты прямоугольного импульса.
Так же известно, что если на параллельный LC контур подать прямоугольный импульс, в контуре возникнут затухающие колебания, частота, которых равна резонансной частоте контура. Резонансная частота контура находится по формуле Томсона, из которой можно выразить индуктивность.

Подключается контур через конденсатор малой емкости, чем меньше тем лучше, который ограничивает ток, поступающий в контур. Давайте рассмотрим, как конденсатор малой емкости ограничивает ток.
Для того, чтобы конденсатор зарядился до номинального напряжения ему надо передать определенный заряд. Чем меньше емкость конденсатора, тем меньший заряд ему необходим, чтобы напряжение на обкладках достигло напряжения импульса. Когда мы подаем импульс, конденсатор, малой емкости, очень быстро заряжается и напряжение на обкладках конденсатора становится равно напряжению импульса. Так как напряжение конденсатора и импульса равны, нет разности потенциалов, следовательно ток не течет. При чем ток может перестать течь через конденсатор спустя некоторое время от начала импульса, а оставшуюся часть времени импульса энергия к контуру подводится не будет.
Для проведения эксперимента нам потребуется генератор импульсов прямоугольной формы с частотой 5-6KHz.
Можно собрать его по схеме на рисунке ниже или воспользоваться генератором сигналов, я делал обоими способами.

Теперь, вспомнив, как ведет себя при подаче прямоугольного импульса интегрирующая RC цепочка и параллельный LC контур, соберем простую схему изображенную на картинке.

Сначала измерим емкость конденсатора, место его подключения на схеме обозначено С?. Резистора 1K под рукой не нашлось, поэтому я использовал 100 Ohm и вместо конденсатора 10pF использовал конденсатор 22pF. В принципе номинал резистора можно выбрать любой, но не ниже 50 Ohm, иначе сильно просядет напряжение генератора.
В данном эксперименте я буду использовать генератор сигналов, выходное сопротивление которого равно 50 Ohm. Включим генератор и установим амплитуду 4V, если собирать генератор по схеме то регулировать амплитуду можно, изменяя напряжение питания.

Подключим щупы осциллографа параллельно конденсатору. На осциллографе должна появиться следующая картинка.

Немного увеличим её.

Измерим время, за которое напряжение на конденсаторе достигает 63% от напряжения импульса или 2,52V.

Оно равно 14,8uS. Так как сопротивление генератора включено последовательно с нашей цепочкой его необходимо учесть, в итоге активное сопротивление равно 150 Ohm. Разделим значение тау(14,8 uS) на сопротивления(150 Om) и найдем емкость, она равна 98,7 nF . На конденсаторе написано, что емкость равна 100nF.

Теперь измерим индуктивность. На схеме место подключения катушки индуктивности обозначено L?. Подключаем катушку, включаем генератор и подключаем щуп осциллографа параллельно контуру. На осциллографе увидим такую картинку.

Увеличиваем развертку.

Видим, что период колебаний равен 260KHz.
Ёмкость щупа равна 100pF и в данном случае её необходимо учесть потому, что она составляет 10% от емкости контура. Суммарная емкость контура равна 1,1nF. Теперь подставим в форму для нахождения индуктивности, емкость конденсатора(1,1nF) и частоту колебаний(260KHz). Для таких вычислений я пользуюсь программой Coil32.

Получилось 340,6uH, судя по маркировке индуктивность равна 347uH и это отличный результат. Этот способ позволяет измерять индуктивность с погрешность до 10% .
Теперь мы знаем как измерить емкость конденсатора и индуктивность катушки, используя осциллограф.

Практически каждый, кто увлекается электроникой, будь то начинающий, или опытный радиолюбитель, просто обязан иметь в своём арсенале приборы для измерений. Наиболее часто приходится измерять, конечно же, напряжение, ток и сопротивление. Чуть реже, в зависимости от специфики работы, - параметры транзисторов, частоту, температуру, ёмкость, индуктивность.

Сейчас в продаже имеется множество недорогих универсальных цифровых измерительных приборов, так называемых мультиметров. С их помощью можно измерять практически все вышеназванные величины. За исключением, пожалуй, индуктивности, которая очень редко встречается в составе комбинированных приборов. В основном, измеритель индуктивности - это отдельный прибор, также его можно встретить совместно с измерителем ёмкости (LC - метр).

Обычно, измерять индуктивность приходится нечасто. В отношении себя я бы даже сказал - очень редко. Выпаял, например, с какой-нибудь платы катушку, а она без маркировки. Интересно же узнать, какая у неё индуктивность, чтобы потом где-нибудь применить.

Или сам намотал катушку, а проверить нечем. Для таких эпизодических измерений я посчитал нерациональным приобретение отдельного прибора. И вот я начал искать какую-нибудь очень простую схему измерителя индуктивности. Особых требований по точности я не предъявлял, - для любительских самоделок это не столь важно.

В качестве средства измерения и индикации в схеме, описанной в статье, применяется цифровой вольтметр с чувствительностью 200 мВ , который продаётся в виде готового модуля. Я же решил использовать для этой цели обычный цифровой мультиметр UNI-T M838 на пределе измерения 200 мВ постоянного напряжения. Соответственно, схема упрощается, и в итоге приобретает вид приставки к мультиметру.

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только

Я не буду повторять описание работы схемы, всё вы можете прочитать в оригинальной статье (архив внизу). Скажу только немного о калибровке.

Калибровка измерителя индуктивности

В статье рекомендуется следующий способ калибровки (для примера первого диапазона).
Подключаем катушку с индуктивностью 100 мкГ, движком подстроечного резистора P1 устанавливаем на дисплее число 100,0. Затем подключаем катушку с индуктивностью 15 мкГ и тем же подстроечником добиваемся индикации числа 15 с точностью 5%.

Аналогично - в остальных диапазонах. Естественно, что для калибровки нужны точные индуктивности, либо образцовый прибор, которым необходимо измерить имеющиеся у вас индуктивности. У меня, к сожалению, с этим были проблемы, так что нормально откалибровать не получилось. В наличии у меня есть десятка два катушек, выпаянных из разных плат, большинство из них без какой-либо маркировки.

Их я измерил на работе прибором (совсем не образцовым) и записал на кусочках бумажного скотча, которые прилепил к катушкам. Но тут ещё проблема и в том, что у любого прибора тоже есть какая-то своя погрешность.

Есть ещё один вариант: можно использовать . Из деталей нужен всего один резистор, два штеккера и два зажима. Также нужно научиться пользоваться данной программой, как пишет автор, измерения «требуют определённой работы мозга и рук». Хотя точность измерений здесь тоже «радиолюбительская», у меня получились вполне сравнимые результаты.

Плата и сборка

Плату разработал в Sprint Layout, берите в разделе файлов. Размеры получились небольшие. Подстроечные резисторы применил б/у, отечественные. Переключатель диапазонов на три положения - от какой-то старой импортной магнитолы. Можно, конечно, применить другие типы, просто подкорректируйте файл печатной платы под свои детали.

Провода к «бананам» и «крокодилам» берём покороче, чтобы уменьшить вклад их индуктивности при измерениях. Концы проводов припаиваем непосредственно к плате (без разъёмов), и в этом месте фиксируем каплей термоклея.

Корпус

Корпус можно изготовить из любого подходящего материала. Я применил для корпуса кусок пластикового монтажного короба 40×40 из отходов. Подогнал под размеры платы длину и высоту короба, получились габариты 67×40x20.

Сгибы в нужных местах делаем так. Нагреваем феном место сгиба до такой температуры, чтобы пластик размягчился, но ещё не плавился. Затем быстро прикладываем к заранее подготовленной поверхности прямоугольной формы, сгибаем под прямым углом и так держим до тех пор, пока пластик не остынет. Для быстрого остывания лучше прикладывать к металлической поверхности.

Чтобы не получить ожогов, используйте рукавицы или перчатки. Сначала рекомендую потренироваться на небольшом отдельном куске короба.

Затем в нужных местах делаем отверстия. Пластик очень легко обрабатывается, так что на изготовление корпуса уходит мало времени. Крышку я зафиксировал маленькими шурупами.
На принтере распечатал наклейку, сверху заламинировал скотчем и приклеил к крышке двусторонней «самоклейкой».

Примеры измерений

Измерения производятся просто и быстро. Для этого подключаем мультиметр, устанавливаем на нём переключателем DC 200 mV , подаём питание около 15 Вольт на измеритель (можно нестабилизированное - стабилизатор есть на плате), крокодилами цепляемся за выводы катушки. Переключателем диапазонов L-метра выбираем нужный предел измерений.

Результаты измерений индуктивности 100 мкГ

Первый диапазон

Второй диапазон

Третий диапазон

С помощью программы LIMP

Недостатки схемы: нужны дополнительно мультиметр и внешний блок питания, несколько сложная и непонятная калибровка (особенно, когда нечем калибровать), невысокая точность измерений, маловат верхний предел.

Я считаю, что этот простой измеритель индуктивности может быть полезен начинающим радиолюбителям, а также тем, у кого не хватает средств на покупку дорогостоящего прибора.

Применение данного измерителя оправдано в тех случаях, когда к точности измерений абсолютных значений индуктивности не предъявляется строгих требований.

Измеритель может, например, пригодиться для контроля индуктивности обмоток при намотке дросселей сетевых фильтров, подавляющих синфазные помехи. При этом важна идентичность двух обмоток дросселя, чтобы не допустить насыщение сердечника.

Источники

1. Статья. В помощь радиолюбителю. Выпуск 10. Информационный обзор для радиолюбителей / Сост. М.В. Адаменко. - М.: НТ Пресс, 2006. - С. 8.

Содержимое:

"Индуктивность" означает либо взаимную индукцию, когда напряжение в электрической цепи возникает в результате изменения силы тока в другой цепи, либо самоиндукцию, при которой напряжение в цепи создается в результате изменения тока в этой же цепи. В обоих случаях индуктивность определяется отношением напряжения к силе тока, а единицей ее измерения является генри, равный 1 вольт в секунду, поделенный на ампер. Поскольку генри является большой величиной, индуктивность обычно измеряют в миллигенри (мГн, тысячная часть генри) или в микрогенри (мкГн, миллионная часть генри). Ниже описаны несколько методов измерения индуктивности катушки.

Шаги

1 Измерение индуктивности по зависимости напряжение-ток

1. 1 Подключите к катушке индуктивности источник импульсного напряжения. При этом полный импульс должен составлять не более 50 процентов.
2. 2 Включите монитор на регистрацию тока. Необходимо подключить в цепь токочувствительный резистор, или же использовать амперметр. И первый и второй следует соединить с осциллографом.
3. 3 Зафиксируйте максимальное значение тока и время между двумя импульсами напряжения в сети. Сила тока измеряется в амперах, время - в микросекундах.
4. 4 Умножьте напряжение, прикладываемое к цепи за один импульс, на длительность импульса. Например, если напряжение 50 вольт сообщается цепи в течение 5 микросекунд, в результате получим 50, умноженные на 5, т.е. 250 вольт в микросекунду.
5. 5 Поделите произведение напряжения и длительности импульса на максимальную силу тока. Продолжая приведенный выше пример, если максимальный ток составил 5 ампер, индуктивность будет равна 250 вольт в секунду, поделенным на 5 ампер, или же 50 микрогенри.
   • Несмотря на простоту расчетов, этот метод измерения индуктивности требует более сложного оборудования по сравнению с остальными.

2 Измерение индуктивности с помощью сопротивления

1. 1 Подключите последовательно к катушке индуктивности резистор, сопротивление которого известно. Величина сопротивления должна быть известна с точностью не ниже одного процента. При последовательном соединении электрический ток проходит как через катушку, так и через сопротивление; катушка и резистор должны иметь электрический контакт лишь в одной точке.
2. 2 Пропустите ток через получившуюся цепь. Это делается с помощью функционального преобразователя, моделирующего реальные токи через катушку и резистор.
3. 3 Зафиксируйте значения напряжения на входе и в месте соединения катушки с сопротивлением. Отрегулируйте ток так, чтобы напряжение в месте соединения составило половину входного напряжения цепи.
4. 4 Определите частоту тока. Частота измеряется в килогерцах.
5. 5 Вычислите индуктивность. В отличие от предыдущего метода, настоящий способ требует меньше оборудования, но более сложные вычисления. Индуктивность рассчитывается следующим образом:
   • Умножьте сопротивление резистора на корень квадратный из 3. К примеру, если резистор имеет сопротивление 100 ом, умножение на 1,73 (корень квадратный из 3 с точностью до второго знака после запятой) даст вам 173.
   • Поделите результат произведения на на частоту, умноженную на 2 и число пи. Если частота равна 20 килогерц, делить надо на 125,6; 173, поделенное на 125,6 даст вам, с точностью до второго знака после запятой, 1,38 миллигенри.
   • мГн = (R x 1,73) / (6,28 x (Гц / 1000))
   • Например: дано R = 100 и Гц = 20.000
   • мГн = (100 X 1,73) / (6,28 x (20.000 / 1000)
   • мГн = 173 / (6,28 x 20)
   • мГн = 173 / 125,6
   • мГн = 1,38

3 Измерение индуктивности с помощью конденсатора и сопротивления

1. 1 Подключите катушку индуктивности параллельно с конденсатором, емкость которого известна. Параллельное подключение катушки и конденсатора приводит к созданию электрического колебательного контура. Используйте конденсатор, емкость которого известна с точностью не ниже 10 процентов.
2. 2 Подключите получившийся контур последовательно к сопротивлению.
3. 3 Пропустите через цепь ток. Это, как и в предыдущем случае, делается при помощи функционального преобразователя.
4. 4 Подсоедините клеммы осциллографа к полученной цепи. После этого измените силу тока от минимальных до максимальных значений.
5. 5 Найдите на осциллографе точку резонанса. В этой точке ток максимален.
6. 6 Поделите 1 на произведение квадрата энергии на выходе и емкости конденсатора. Энергия 2 джоуля и емкость 1 фарад дадут в знаменателе 2 в квадрате, т.е. 4; 1, поделенное на 4 равно 0,25 генри, или 250 миллигенри.

• При последовательном соединении индукторов их общая индуктивность равна сумме индуктивностей каждого из индукторов. Если же они соединены параллельно, обратная общая индуктивность (т.е. 1 поделить на L) равна сумме обратных индуктивностей.
• Индукторы могут представлять собой проволочные катушки, кольцевые сердечники, или быть сделаны из тонкой фольги. Чем больше витков имеет катушка на единицу длины, тем выше ее суммарное поперечное сечение и, соответственно, индуктивность. Индуктивность длинных катушек ниже индуктивности более коротких.

Предупреждения

• Индуктивность можно определить непосредственно с помощью измерителя индуктивности, но такие приборы не очень распространены, и большинство из них предназначены для измерения слабых токов.

Что вам понадобится

• Функциональный преобразователь
• Осциллограф с клеммами
• Резистор или конденсатор

Наиболее простой и доступный для радиолюбителей способ измерения индуктивности низкочастотной катушки (дросселя низкой частоты, обмотки трансформатора со стальным сердечником и т. п.) заключается в следующем:

1) собирают схему, изображенную на рис. ; в качестве прибора, измеряющего напряжения на переменном резисторе R и катушке L х используют тестер или отдельный вольтметр переменного тока; максимальное значение сопротивления резистора мощностью рассеяния 0,25-1-0,5 Вт выбирают в пределах 100-30000 Ом (в зависимости от ожидаемой величины).

2.32. Измерение индуктивностей низкочастотных катушек

2) устанавливают с помощью автотрансформатора АТ напряжение на уровне 10 В и замечают показание U 1 вольтметра, то есть падение напряжения на исследуемой катушке;

3) переводят ползунок переключателя из положения 1-3 в положение 1-2 , присоединяя таким образом вольтметр параллельно резистору, и подбирают такое значение сопротивления R = R 2 , при котором падение напряжения на резисторе также равно U 1 .

4) вычисляют индуктивность катушки по формуле:

L" x = 0,00318 √ RR 2 Гн, (32)

где R 1 и R 2 - сопротивления резистора (Ом) при нахождении ползунка переключателя в положениях 1-3 и 1-2.

При отсутствии переменного резистора индуктивность катушки измеряют с помощью постоянного резистора. Схема и процесс измерения остаются прежними, формула же для подсчета L х - дополняется множителем U 1 /U 2 , то есть приобретает вид:

L"" x = 0,00318 R(U 1 /U 2) Гн, (33)

где R - сопротивление резистора, Ом,

U 1 и U 2 - показания вольтметра в положениях 1-3 и 1-2 ползунка переключателя.

В большинстве случаев индуктивные сопротивления обмоток намного превышают их активные сопротивления, поэтому приведенные выше формулы дают достаточно точные значения индуктивности.

Однако если число витков катушки мало, а сопротивление постоянному (или переменному) току велико (несколько десятков или сотен Ом), то L" x и L"" x вычисляют по другим, более точным формулам, а именно:

где R - сопротивление резистора при нахождении ползунка переключателя в положении 1-2; U - напряжение на последовательно соединенных R и L x ; U 2 - напряжение на резисторе равное напряжению U 1 на катушке L х ;

L x " = 0,00318 R 0 / tg α ,

где R - активное сопротивление обмотки;

α - угол, образованный стороной ВС треугольника ABC () и перпендикуляром, опущенным из точки В на продолжение стороны ЛС.

Рис. 2.40 . Треугольник напряжений, определяющий угол α

Тангенс угла α находят так. Откладывают на произвольной прямой MN () отрезок АС , пропорциональный напряжению U 2 на резисторе R . Затем проводят из точек А и С , как из центров, радиусами, пропорциональными напряжению U источника питания и напряжению U 1 на обмотке, две дуги. Соединяют точку В пересечения этих дуг с точкой С и опускают из точки В перпендикуляр BD на прямую MN . В заключение удлиняют высоту BD треугольника ABC до 100 мм (отрезок DK ) и проводят через точку К прямую KP , параллельную стороне ВС треугольника ABC . Если принять отрезок DK за единицу, то отсекаемый при этом на прямой MN отрезок PD и будет численно равен тангенсу угла α .

В тех случаях, когда сопротивление катушки постоянному току превышает ее индуктивное сопротивление, измерение L x проводят при другой, более высокой, частоте (например, 400 или 800 Гц). Форма кривой напряжения на выходе источника напряжения этой повышенной (звуковой) частоты должна быть синусоидальной.

Рис. 2.41. К вопросу нахождения тангенса угла α

При переходе к частоте, не равной 50 Гц, в формулы (32) ~ (35) вводят вместо коэффициента 0,00318 множитель 1/2π f источника питания схемы, где f - частота источника питания схемы.