Circuito de LC meter KM409 com Atmega

Circuito de LC meter KM409 com Atmega, mede capacitor indutor (bobina) e capacitor eletrolítico, utilizando comprador de tensão Lm393.

Teoria
A capacitância + indutância formam um circuito ressonante. Ele está oscilando. A frequência de oscilação depende da capacitância e indutância. Quando adicionamos ao circuito ressonante LC, a bobina (em série com a bobina) — ou o capacitor (em paralelo ao capacitor), então a frequência ressonante diminuirá.

Desenho de projeto — diagrama esquemático.

Prática (método ressonante)
O circuito L/C funciona em um comparador LM393D, do qual o resultado é alimentado de volta para o circuito LC. Graças a isso, as oscilações não expiram. A saída do comparador também fornece um sinal retangular para o pino de entrada do microcontrolador. Esse sinal tem a frequência de ressonância do circuito LC. A frequência desse sinal é medida pelo microcontrolador. Conhecendo os valores de indutância e capacitância do gerador LC com base na diferença de frequência, podemos calcular o valor da capacitância ou indutância anexada ao circuito LC.

Fórmulas usadas:

Onde:
Cown — capacitância do circuito LC [pF]
Cref — um valor de referência conhecido de capacitância que foi adicionado ao circuito LC (gerador) [pF]
F1 — uma frequência ressonante do circuito LC antes de adicionar o capacitor Cref [Hz]
F2 — uma frequência ressonante do circuito LC após adicionar o capacitor Cref [Hz]

Onde:
Lown — uma própria indutância do circuito LC (sem adicionar nenhum outro indutor) [uH]
Cown — uma própria capacitância do circuito LC (sem adicionar nenhum outro capacitor) [uF]
F1 — uma frequência do circuito LC ressonante [Hz]

Onde:
Cx – é um valor desconhecido de capacitância que foi adicionado ao circuito LC (gerador) [pF]
Cown – uma capacitância própria do circuito LC [pF]
F1 – uma frequência de ressonância do circuito LC antes de adicionar o capacitor Cx [Hz]
F2 – uma frequência de ressonância do circuito LC após adicionar o capacitor Cx [Hz]

Onde:
Lx – é um valor desconhecido de indutância adicionado ao circuito LC (gerador) [uH]
Lown – uma indutância própria do circuito LC [uH]
F1 – uma frequência de ressonância do circuito LC antes de adicionar o indutor Lx [Hz]
F2 – uma frequência de ressonância do circuito LC após adicionar o indutor Lx [Hz]

MEDIDA PARA CAPACITORES MAIORES
Tempo de carga eletrolítica para capacitância por tensão constante.
Quando carregamos um capacitor por tensão constante, podemos observar uma curva de carga.

Podemos observar o tempo de carregamento se depender da resistência e capacitância. E esses dois valores formam uma constante de tempo chamada tau τ, cujas unidades são segundos [s].
Portanto, a partir do diagrama acima, podemos obter o seguinte:
Após um τ, a voltagem no capacitor atinge o valor de 0,632E.
Portanto, se o nosso E for de 5V, após o tempo τ, a voltagem no capacitor será de 3,16V.
E FINALMENTE — quando carregamos o capacitor até 0,632E, conhecendo o valor de R e medindo o tempo de carregamento, podemos calcular facilmente a capacitância do capacitor.

Se olharmos para o diagrama, percebemos que o capacitor pode ser carregado por um ou dois resistores em paralelo, RES1 e RES2.
Portanto, o programa utiliza uma fórmula a mais:

 

O QUE VOCÊ DEVE FAZER PARA OBTER UMA ALTA PRECISÃO DE MEDIÇÃO.
Comece com a soldagem de RES1 e RES3, e em seguida, meça e armazene seus valores. Após montar tudo e conectar a fonte de alimentação, o valor de fornecimento VCC deve ser medido e, em seguida, o potenciômetro PR1 deve ser ajustado para 0,632 VCC em TP (cerca de 3,16V).

 

O FIRMWARE
é escrito em assembly com duas opções — para ATmega8A ou ATmega328P — por que 328P? Porque tenho alguns Arduinos não utilizados, então não preciso comprar o M8A  Após ligar, podemos ver três telas:

Sinceramente, após ligar a energia pela primeira vez na terceira tela, iremos para o menu de calibração, o qual descreverei posteriormente.
Após o reset, podemos colocar o capacitor no soquete e medir a capacitância.
Ao pressionar o botão esquerdo, podemos ver a tela de medição L ou a segunda tela após inserir o indutor no soquete esquerdo.

Depois disso, o botão esquerdo volta para o menu de medição de capacitores pequenos.
Ao pressionar o botão direito, podemos invocar 7 menus especiais. Nesse modo, o botão direito seleciona o menu e, após selecionar qualquer um, pressione o botão esquerdo para executá-lo e entrar nele.

Como o programa calcula a capacitância:

1. simplesmente comece a carregar o capacitor e conte as bordas dos relógios.
2. Após carregar o capacitor, o programa multiplica por 125 o valor das bordas dos relógios contadas, pois o cristal tem 8MHZ para traduzir para uma relação decimal em segundos. E divide por 10.
3. Depois disso, o valor é dividido por RES2100 (para melhor precisão) ou por RES3 (dois resistores conectados em paralelo RES3 = RES1RES2 / [RES1 + RES2]) – resultado em [uF] ou em 0,01 [uF].

MENU DE MEDIDAS

MENU DE COMPENSAÇÃO:

Após selecionar seu programa de menu, ajuste o valor de frequência, que pode flutuar um pouco dependendo dos valores térmicos. E volte para o último menu de medida usado.

MENU RESET:

Simplesmente reinicie o firmware e perca o valor de compensação.

MENU CALIBRAR:

Provavelmente a maioria não precisa descrever este menu, tudo está nas telas seguintes passo a passo. Observação: Você pode escolher no próximo menu o valor de referência do capacitor de calibração que irá utilizar.

TRADUÇÃO: MENU DEFINIR VALOR REF # — você pode alterar o valor de referência do seu capacitor para calibrar, se necessário.

Menu configurar valor Cown

Você pode alterar o valor do capacitor no circuito gerador LC, após isso o valor da bobina será recalculado. Nos últimos 4 menus, você pode definir o valor pressionando o botão esquerdo e o botão direito para confirmar.

Menu configurar valor RES1
Aqui você deve definir o valor de RES1, que você mediu após soldar o RES1.

Menu configurar valor RES2
Aqui você deve definir o valor de RES2, que você mediu após soldar o RES2.

ADICIONAIS e CURIOSIDADES

Um pouco desdobrando a fórmula do segundo exemplo para maior clareza e compreensão de como fazê-lo com os números inteiros.

Temos aqui uma constante 1/4PI^2, também estamos dividindo por [pF] para podermos fazer algo assim:
100 000 000 000 000 000 000/4/Pi/Pi = 2 533 029 591 058 444 286
E agora:
2 533 029 591 058 444 286 /F1/F1/C

PORQUE o valor 2 533 029 591 058 444 286 é muito grande por algumas décadas, o resultado está em 0,01 [uH], dando uma resolução de 10 [nH].

Apenas como exemplo de como o programa calcula Cx ou Lx e não vai para valores mais baixos usando inteiros:
Cx = (Cown x [(F1 x F1)-(F2 x F2)])/F2/F2
Então o primeiro resultado = (Cown x [(F1 x F1)-(F2 x F2)]) é grande o suficiente para ser dividido pelo quadrado de F2…

PROBLEMAS CONHECIDOS:
O C9 10uF não funciona corretamente, interrompendo as oscilações — solução — substituído por um não polarizado LM396D danificado durante a soldagem provavelmente – interrompendo as oscilações — substituído por um novo.

Vídeo da montagem do Glauco Poltronieri PY2TMG, siga o canal para vídeos interessantes.

Lista de material para montar

Última atualização: 23/09/2023 17:18

 

• Download do firmware para atmega8
• Download do firmware para atmega328
• Download do código-fonte

Download Gerber e PDF para confeccionar a placa.

Fonte: https://oshwlab.com/wegi1/km409-l-c-ce-meter