Измерение малых индуктивностей. Прибор для измерения индуктивности. Измерение индуктивностей методом вольтметра - амперметра

Radio Amator 2009 №1

В зарубежном радиолюбительском журнале было опубликовано две схемы приборов для измерения индуктивности. Учитывая то, что с 1991 года этот журнал не поступает в СНГ через систему Союзпечати, а схемы просты в повторении, целесообразно кратко ознакомить с ними читателей журнала. Уверен, что схемы представляют практический интерес для радиолюбителей.

Рис.1. Схема прибора для измерения индуктивности

Во многих случаях практической деятельности радиолюбителей для них интересно, а в ряде случаев и необходимо, измерить индуктивность катушек индуктивности или аналогичных радиокомпонентов, которые они хотели бы применить в своих конструкциях. Простые промышленные приборы для этих целей в подавляющем большинстве случаев отсутствуют, а сложные и, соответственно, дорогие недоступны широкому кругу радиолюбителей. В обоих случаях индуктивность, как правило, измеряется косвенным методом. Она преобразуется в «эквивалентное» ей постоянное напряжение, как это сделано в схеме рис.1, или в частотно-зависимое от неё импульсное напряжение - рис.3. На элементе IC2-А выполнен задающий генератор схемы (рис.1). В качестве IC2 использовалась микросхема типа СD4584, содержащая в своём составе шесть триггеров Шмитта. Эта микросхема встречается на радиорынке, но, увы, в настоящее время у нас не очень распространена. Если возникнут затруднения с её приобретением, то целесообразно попытаться использовать отечественную микросхему 1564ТЛ2 или импортную 54НС14. Очень распространены микросхемы К561ТЛ1 (1561ТЛ1, 564ТЛ1), но они менее «ёмки» по количеству триггеров Шмитта в одном корпусе - их там всего четыре. Придётся применять два корпуса этих микросхем. Входы и выходы микросхем IC2-В-IC2-D запараллелены. Это сделано для умощнения выхода задающего генератора, поскольку он нагружен на низкоомную индуктивность Lк и резистор R2. Измеряемая индуктивность подключается к контактам 1-2 клеммной колодки К3. Через резистор RЗ напряжение с катушки индуктивности Lк подаётся на вход пары инверторов IC2-Е и IC2-F. Выход последнего из этих инверторов соединён с интегрирующей цепочкой R4C2. Эта цепочка сглаживает пульсации выходного напряжения IC2-F, так, что на контактах 1 -2 выходной колодки К2 получаем практически напряжение постоянного тока. К этой колодке (К2) подключается любой высокоомный вольтметр, например радиолюбительский тестер DТ830-В. Питающее все устройство напряжение 9 В подается на колодку К1. Далее оно стабилизируется на уровне 5 В микросхемой IC1 типа 78L05. Практически можно применить и другие типы стабилизаторов, имеющих и несколько большее выходное напряжение, например 7806 или 7808.

Авторы статьи посчитали целесообразным несколько увеличить потенциал нижней по схеме обкладки конденсатора С2 относительно корпуса схемы, приблизив его к потенциалу верхней обкладки конденсатора C2. Для этого использован потенциометр R2 и делитель напряжения R5R6.

Теперь несколько слов о параметрах измерителя индуктивности. Устройство предназначено для измерения индуктивности в диапазоне от 200 мкГн до 5 мГн. В том случае, когда радиолюбителю требуется измерить индуктивность, несколько отличающуюся от оговоренного диапазона, такая возможность, конечно, имеется. Достаточно иметь в своём запасе несколько катушек индуктивности с заранее замеренными параметрами. Например, имея индуктивность величиной 200 мкГн, можно включать последовательно с ней проверяемые индуктивности величинами до 200 мкГн и измерять суммарную индуктивность. Потом, отняв от полученного результата измерений 200 мкГн, узнаем величину неизвестной небольшой индуктивности. Если ожидаемая величина измеряемой индуктивности предполагается более 5 мГн, то при измерениях надо включить параллельно проверяемой калибровочный дроссель, например, величиной 5 мГн. Результат измерений будет менее 5 мГн, и по нему надо будет рассчитать величину проверяемой индуктивности. Известно, что общая индуктивность двух последовательно или параллельно соединенных катушек индуктивности изменяется аналогично как при соединении резисторов. Этот принцип «расширения» диапазона измерений описанного измерителя индуктивностей можно и надо использовать на практике. Потенциометром P1 при регулировке устройства добиваются показания 500 мВ тестера DMM, если к колодке КЗ подключить заранее измеренную и подобранную индуктивность 5 мГн. Если к прибору будет подключена индуктивность в 1 мГн, DMM покажет 100 мВ. Потенциометром P2 выставляют выходное напряжение устройства, измеряемое DMM, на уровне 0 В, если замкнуть выводы 1-2 К3.

Рис.2. Печатная плата

На рис.2 показан рисунок печатной платы устройства и расположение деталей на нём. В том случае, если радиолюбитель не сможет приобрести микросхему типа CD4584 или заняться экспериментированием с заменой этой микросхемы, ему целесообразно выполнить схему измерителя индуктивностей по рис.3.

Рис.3. Схема измерителя индуктивности

Для работы с этой схемой понадобится измеритель частоты - частотомер. Этот прибор не столь дефицитен, поскольку многие радиолюбители ранее увлекались изготовлением комбинированных устройств на базе электронных часов. Как раритет хранится у меня комбинированное устройство - часы / частотомер / счётчик импульсов / измеритель частоты входного сигнала радиоприёмника по частоте гетеродина. А размер «комбайна» не превышает двух пачек сигарет! Правда, без учета источника питания. В схеме рис.3 на микросхеме IC1 типа NE555 выполнен стабильный мультивибратор. Схема предельно проста. Диапазон измеряемых индуктивностей от 500 мкГн до 10 мГн. Входное питающее напряжение может быть, например, 9...12 В. Его стабилизирует микросхема IC2 типа 78L05 на уровне 5 В. Измеряемая индуктивность Lк подключается к клеммам 1-2 K1. Чем больше величина индуктивности, тем ниже частота генерации IC1. Если подключить индуктивность 500 мкГн, то частота генератора должна быть выставлена регулировкой P1 200 кГц. Следует учитывать, что для частот генерации более 200 кГц ухудшается линейность (точность) работы устройства. Если к устройству подключена измеряемая индуктивность, то её величина рассчитывается по формуле:

L = 200 кГц/f (измерений) х 500 мкГн.

Так, например, если частотомер показал частоту 27 кГц при подключении к схеме неизвестной индуктивности, то её расчетная величина будет следующей:

L = 200 кГц / 27 кГц х 500 мкГн = 3,704 мГн.

Средняя погрешность измерений в указанном диапазоне индуктивностей при качественной настройке схемы не превышает 4%.

Рис.4. Печатная плата

На рис.4 показан рисунок печатной платы устройства и расположение радиокомпонентов на ней.

Литература
1. Pripravek pro mereni indukcnosti // Amaterske RADIO. - 2008. - №7. - S.15-16.

Е.Л. Яковлев, г. Ужгород

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.

Первое пришествие данного измерительного генератора в сферу моего радиолюбительского интереса состоялось под названием « ». Было необходимо в процессе изготовления настроить поисковую катушку металлодетектора «Tesoro Eldorado» вот модератор с сайта по изготовлению МД и предложил форуму панацею в его «лице», не дав, правда, подробного руководства по сборке, но заверив в повторяемости схемы.

Принципиальная схема

Скачать для увеличения

Для производства замеров подключаться данный генератор должен был к частотомеру. Сложной схему не назовёт даже начинающий любитель электроники, поэтому все дружно приступили к сборке, но тогда собрать удалось единицам причём из числа продвинутых. Меняли транзисторы, номиналы резисторов и конденсаторов, но всё как-то без результата. Повторяться схема не желала. Предложивший схему упирал на то, что повторяющими не достаточно точно подбирается номинал электронных компонентов.

Когда появился вариант печатной платы частично на СМД компонентах, которые как известно не сложно приобрести и с 1% допуском по точности номинала - не устоял перед искушением. Собранная схема сразу не заработала, а вот когда начал менять транзисторы беря в расчёт коэффициент усиления в сторону увеличения, ставить неполярные конденсаторы из числа термостабильных, да посоветовали на выходе подстроечник 1 кОм для регулировки уровня выходного переменного напряжения, что-то сдвинулось с мёртвой точки, но окончательного положительного результата не получил. Сила выходного сигнала была мала, виртуальный частотомер компьютера выдавал не стабильные показания. На том тогда всё и закончилось.

А не так давно увидел знакомую схему в несколько иной интерпретации, с подробнейшим описанием сборки и настройки, под названием «Приставка для измерения индуктивности». Сразу стало понятно, что её предыдущий вариант это неудачная кастрация схемы. Необходимость замера индуктивности поисковой катушки для собранного металлодетектора К-158 (вариант всем известного « ») врасплох не застала.

Учитывая предыдущий опыт, сразу доработал предложенную печатную плату под свои электронные компоненты, по сути же, схема осталась неизменной. Постоянный резистор R8 номиналом 270 Ом заменил на подстроечный 5 кОм (для установления нужной величины выходного переменного напряжения в интервале от 0 до более чем 5 вольт), резистор R9 и конденсатор С7 установил как в схеме, а не как на предложенной печатной плате.

В целом сборка данного варианта хлопот не доставила, ибо основные рекомендации сборки и настройки были теперь известны:

• транзисторы VT 1 и 2 исключительно КТ326Б, VT3 лучше КТ3107Г с коэффициентом усиления более 50, а VT4 нужен КТ3102В с к/усиления исключительно более 150, VT5 также КТ3102В с к/усиления более 50
• конденсатор С1 набирается из трёх (меньше не получится) общей ёмкостью строго 25330 пикофарад. Допуск отклонения желателен менее 0,5%, от этого зависит точность измеряемой индуктивности. Все конденсаторы должны быть с хорошим ТКЕ (термостабильные - то есть их ёмкость должна как можно меньше зависеть от изменения температуры их корпуса)
• после подачи напряжения 12 В, не подключая катушки к разъему Х1 замерить напряжение на эмиттере VT5 которое должно быть равным половине питающего, если отклонение большое, подобрать резистора R4. Ток потребления будет в пределах к 20 мА - на выходе должно быть переменное напряжение необходимое для производства измерения имеющимся частотомером, например для китайского частотомера-конструктора оно составляет 2 вольта (или чуть более). Его уровень устанавливается подстроечным резистором R8.

Подключение катушки производится как можно ближе к виткам намотки, (минуя соединительный кабель), соединительные провода приставки не более 30 мм. Показатель частотомера в килогерцах. Величина на фото проходная, в результате всех манипуляций с катушкой (отмотки - домотки) она была получена в размере 71,626 Гц.

Результат замера обрабатывается в программке (программа в архиве, лист №10) - данные заносятся в разделе «Основной расчёт» в графе «Исходные данные», далее щелчок курсором вне основных полей программы и получаем результат - индуктивность составляет 195 мкГн. Первый расчёт нужно начать с заполнения раздела «Вспомогательный расчёт», для этого потребуется подключение параллельно поисковой катушке конденсатора ёмкостью более 1000 пФ (лучше 4500 пФ) фактический номинал которого известен с абсолютной точностью.

Универсальный LC генератор - схема

Собранной приставкой остался доволен, когда разберешься во всех, кажущихся на первый взгляд, хитросплетениях всё просто. Однако уже захотелось иметь более мобильный вариант измерителя индуктивности, без всяких там вычислений. Заказал на AliExpress электронный конструктор - прибор с функцией измерения индуктивности (да и много чего вообще и всего-то за 600р). Ну а пока он до меня добирается, решил посмотреть в интернете приставку для мультиметра. И вот самым неожиданным образом нашёл схему под названием «Универсальный LC генератор», которая как выяснилась, была предшественницей предыдущих схем. Рекомендуемое напряжение питания к этой схеме указано 5 вольт, во время съёмки видеодемонстрации работы приставки попробовал запитать этим напряжением уже собранную но, к сожалению, не получилось, не помог даже подстроечный резистор регулировки (возможно его номинал необходим более 5 вольт), однако от напряжения в 10 вольт устройство работало нормально.

Видео

Кому интересно - вся подборка материалов по всем трём схемам в архиве . Автор Babay iz Barnaula

Обсудить статью ПРИСТАВКА К ЧАСТОТОМЕРУ ИЗМЕРИТЕЛЬ ИНДУКТИВНОСТИ

Эта схема измерителя индуктивности построена с использованием микросхемы 74HC14 . Измерителем тут будет стрелочный индикатор. Схема, при всей своей простоте, действительно работает замечательно. Измеритель индуктивности откалиброван в нашем случае для 0-100 мкГн, так как это наиболее популярный диапазон.

Принципиальная схема индуктометра на 74HC14

Аналоговый метод измерения ограничивает его точность, но при самостоятельной намотке катушек для различных радиосхем его хватает.

Принцип действия индуктометра

Принцип работы схемы заключается в том, что если вы генерируете импульсы постоянной частоты и амплитуды, а затем передаёте сигнал через низкочастотный фильтр, в результате чего напряжение постоянного тока будет пропорционально индуктивности.

Частота импульса устанавливается генератором на триггерах Шмидта и состоит из сопротивления обратной связи (2k потенциометр и 3.9k постоянный резистор). 1000 пФ конденсатора на землю, и элементами триггера Шмидта. Ширина импульса пропорциональна индуктивности и обратно пропорциональна сопротивлению. Эта схема подойдёт только для широкополосных катушек. Индуктивности с железными или ферритовыми сердечниками, в следствии высокой проницаемости ферритов, не могут быть точно измерены. Схема вполне линейна, вы можете убедиться в этом, взглянув на график:

Схема подключается к вольтметру с милливольтным измерением, имеющим высокое входное сопротивление, так как устройство не имеет буфера на выходе. Для упрощения конструкции измерителя индуктивности, можно собрать его на металлизированной стороне макетной плате. Все соединения, в том числе земляные соединения, должны быть короткие. Провод будет добавлять значение к измеряемой индуктивности, так что держите его предельно коротким.

Калибровка измерителя индуктивности

Процедура настройки проста: подключите аккумулятор и цифровой вольтметр, подключите известную катушку или дроссель, а затем отрегулируйте потенциометр, пока не получите нужного значения на шкале. Например, используйте 1 мкГн индуктивность и отрегулируйте потенциометр так, чтобы получить 100 мВ на милливольтметре. На фото - измерение 33 мкГн промышленного дросселя.

Генератор с указанными значениями радиоэлементов работает на частоте 173 КГц. Если у вас существенно отличные частоты, попробуйте изменить частоту генератора вышеуказанными компонентами.

Принцип действия прибора состоит в измерении энергии, накопленной в магнитном поле катушки за время протекания через неё постоянного тока.

Предлагаемый прибор позволяет измерять индуктивности катушек на трех пределах измерения - 30, 300 и 3000 мкГн с точностью не хуже 2% от значения шкалы. На показания не влияют собственная ёмкость катушки и ее омическое сопротивление.

На элементах 2И-НЕ микросхемы К155ЛА3 (DDI) собран генератор прямоугольных импульсов, частота повторений которых определяется ёмкостью конденсатора C1, С2 или СЗ в зависимости от включенного предела измерений переключателем SA1. Эти импульсы через один из конденсаторов С4, С5 или С6 и диод VD2 поступают на измеряемую катушку Lx, которая подключена к клеммам XS1 и XS2.

После прекращения очередного импульса во время паузы за счет накопленной энергии магнитного поля ток через катушку продолжает протекать в том же направлении через диод VD3, его измерение осуществляется отдельным усилителем тока собранного на транзисторах Т1, Т2 и стрелочным прибором РА1. Конденсатор С7 сглаживает пульсации тока. Диод VD1 служит для привязки уровня импульсов, поступающих на катушку.

При налаживании прибора необходимо использовать три эталонные катушки с индуктивностями 30, 300 и 3000 мкГн, которые поочередно подключаются вместо L1, и соответствующим переменным резистором R1, R2 или R3 стрелка прибора устанавливается на максимальное деление шкалы. Во время эксплуатации измерителя достаточно выполнять калибровку переменным резистором R4 на пределе измерения 300 мкГн, используя катушку L1 и включив выключатель SB1. Питание микросхемы производится от любого источника напряжением 4,5 - 5 В.

Расход тока каждого элемента питания составляет по 6 мА. Усилитель тока для миллиамперметра можно не собирать, а параллельно конденсатору С7 подключить микроамперметр со шкалой 50мкА и внутренним сопротивлением 2000 Ом. Индуктивность L1 может быть составной, но тогда следует расположить отдельные катушки взаимно перпендикулярно или как можно дальше друг от друга. Для удобства монтажа все соединительные провода оснащены штекерами, а на платах установлены соответствующие им гнёзда.

Печатные платы

Плата измерителя. Вид со стороны проводников

Плата измерителя. Вид со стороны деталей