PRINCIP RADA
Ideja mjerača je bazirana na konceptu CMOS oscilatora formiranih od NAND logičkih kapija, gdje frekvencija oscilovanja zavisi od vrijednosti induktivnosti, kapacitivnosti i otpora u povratnoj vezi. Koristeći PIC mikrokontroler, dovoljno je izmjeriti frekvenciju oscilovanja i izračunati vrijednost nepoznate komponente na osnovu poznatih u kolu.

Gledajući električnu šemu LFC metra odmah se može uočiti da se sastoji od dva nezavisna oscilatora. Prvi oscilator je LC tj. baziran na zavojnici i kondenzatorima, a drugi je RC tj. zasnovan na kondenzatorima i otpornicima. Nepoznata induktivnost koju treba izmjeriti se spaja na ulazne priključke i preko obrtnog preklopnika veže u seriju sa zavojnicom L1 u prvom LC oscilatoru. Slično je i kada se mjeri kapacitet nepoznatog kondenzatora, samo što se on spaja u paralelu sa kondenzatorom C7 iz drugog, RC oscilatora, preklapanjem obrtnog preklopnika.

Upravljanje sa ova dva oscilatora se radi preko izlaza RA0 i RA1, koji se dovode na NAND kapije u prvom i drugom oscilatoru, respektivno. Visok signal na ulazu kapije omogućava oscilovanje, a nizak ga spriječava. Signali oz ova dva oscilatora se dovode preko još jedne NAND kapije i otpornika R5 na ulaz RB6 PIC-a, koji vrši mjerenje frekvencije oscilovanja, a zatim i izračunava vrijednost mjerene veličine i ispisuje je na LCD displeju.

Kod mjerenja frekvencije ulazni signal se dovodi direktno na ulaz RB6 PIC-a, a otpornik R5 služi kao bafer izmedju ulaznog signala i izlaza IC3d. Ulaz RA4 je spojen na isti obrtni preklopnik tako da u slučaju mjerenja induktivnosti ulaz RA4 dovodi na +5V, a pri mjerenju kapacitivnosti na masu, preko otpornika R6. Na ovaj način PIC detektuje položaj preklopnika i uključuje odgovarajući oscilator, te vrši mjerenje selektovane veličine.
Taster S3 služi za nulovanje kola prije mjerenja, a zajedno sa S2 se može koristiti i za podešavanje korekcionog faktora, što će biti kasnije objašnjeno.

Da bi postigli maksimalnu tačnost pri mjerenju, vrijenosti elemenata C5a, C5b, C6a, C6b, R3 i R4 bi trebale biti sa što manjom tolerancijom. Idealno bi bilo kada bi svi ovi elementi bili sa tolerancijom od 1%, ali je takve kondenzatore jako teško naći u prodaji pa će poslužiti i neki sa 2% ili 5%. Takođe je važno da zavojnica L1 bude postavljena vertikalno jer je na taj način najmanji utjecaj štampanih veza na oscilovanje LC oscilatora.

TESTIRANJE I PUŠTANJE U RAD
Nakon svih provjera podesite preklopnik S2 u položaj 2 - kapacitet, i uključite instrument. Na displeju će se pojaviti tekst EPE LCF METER, zatim CAPACITOR i WAITING TIMING. Nakon toga softver mjeri frekvenciju oscilovanja RC oscilatora sa kondenzatorom C7 i ispicuje vrijednost frekvencije i neku vrijednost kapaciteta. Kod našeg prototipskog instrumenta te vrijednosti su 324781Hz i 1008pF. To je vrijednost koja zavisi od vrijednosti kondenzatora C7. Dakle to je referntna vrijednost koja će se oduzimati od stvarno izmjerene kada se priključi nepoznati kondenzator.

Nakon pritiska na taster S3 (NULL ili RESET) ova referentna vrijednost se memoriše i na displeju ispisuje 0pF. Prikaz frekvencije će ostati i dalje nepromijenjen. Sada se može priključiti nepoznati kondenzator na ulaz instrumenta i očitati vrijednost kapaciteta. Prilikom mjerenja ne smijete dodirivati ulazne kontakte instrumenta jer će to dovesti do dodatne promjene kapaciteta i pogrešnog mjerenja. Ako priključujete elektrolitski kondenzator morate voditi računa i o pozitivnom i negativnom polu. Kod većih kapaciteta frekvencija će biti mala, pa se zbog toga ispod 1024Hz koristi tehnika mjerenja periode signala da bi se dobila veća tačnost, a kapacitet se izražava u mikrofaradima (uF). To znači da kod većih kapaciteta i mjerenje traje nešto duže.

Za test LC oscilatora S2 treba prebaciti u položaj 1 - induktivnost, a pipalice instrumenta kratko spojiti. To zatvara kolo oscilatora preko zavojnice L1 i oscilator počinje da osciluje. Trimer VR2 treba podesiti tako da se na osciloskopu dobiju stabilne i čiste oscilacije. Kao i u prošlom podešavanju ova izmjerena vrijednost je praktično referenca od koje će ići svako mjerenje, a pritiskom na taster S3 ona će se memorisati i biće ispisana vrijednost 0uH na displeju. Instrument je sada spreman za mjerenje nepoznate induktivnosti. Za velike vrijednosti induktivnosti važe iste napomene kao i kod kapacitivnosti.

Kod mjerenja frekvencije dovoljno je dovesti signal na predviđeni ulaz i frekvencija će biti ispisana na displeju. Položaj prekopnika S2 nije bitan, a sobzirom da nije ostavljena opcija samo za frekvenciju na preklopniku, uvijek će biti ispisivana i neka vrijednost kapaciteta/induktiviteta u drugoj liniji displeja, koju trebate zanemariti.

PODEŠAVANJE I KOREKCIJA
Sobzirom da vrijednosti elemenata uvijek imaju tolerancije predviđena je i mogućnost softverske korekcije rezultata mjerenja, tako da možete precizno baždariti instrument i dobiti fantastičnu tačnost mjerenja bez obzira na toleranciju korištenih elemenata. Korekcija se vrši tako što držite pritisnut taster S3 (Null) u momentu uključivanja instrumenta. Ako podešavate korekciju mjerenja kapaciteta, morate dovoljno brzo prebaciti preklopnik na oznaku C.

Zavisno od položaja S2 ušli ste u korekciju za kapacitivnost ili induktivnost. Difolt vrijednost korekcionog faktora je 100, što znači da nema dodatne korekcije. Kada ste ušli u mod za korekciju, funkcija preklopnika L/C se mijenja i sada određuje da li sa tasterom null korekciju smanjujete ili povećavate! Znači prebacujete između položaja L i C i pritišćete taster null.
Svakim pritiskom na taster ova vrijednost se smanjuje dok je preklopnik u položaju L (induktivnost) ili povećava ako S2 prebacite u položaj C (kapacitivnost).

U normalnom radu instrumenta izmjerena vrijednost se množi sa ovom korekcijom i zatim dijeli sa 100. Dakle ako podesite 102 to će imati efekat povećanja vrijednosti od 2%, odnosno ako podesite korekciju na recimo 95, to smanjenje izmjerenu vrijednost za 5%. Ova korekcija se pamti u internom EEPROM-u PIC-a, i biće pročitana nakon uključivanja instrumenta te primijenjena na svako mjerenje.

Naravno da na ovako jednostavnom instrumentu nije primijenjena temperaturna stabilizacija, pa će dolaziti do promijena frekvencije oscilovanja sa temperaturom. Za velike mijerne vrijednosti ove promjene su zanemarljive, a kod malih vrijednosti se to može lako riješiti setovanjem nule prije svakog mjerenja, pritiskom na taster null/reset, odnosno S3.

ZAKLJUČAK
Sobzirom da u laboratoriji imamo tvornički digitalni RLC metar (koji nudimo i na sajtu), mogli smo porediti rezultate koje postiže ovaj jednostavan instrument i možemo ga preporučiti svima koji nemaju dovoljno novaca da kupe tvornički instrument.
Ovaj projekat je objavljen u časopisu "Everyday Practical Electronics".

Samogradnja
Šema i štampana pločica	[ 406 Kb ]	[ 90 Kb ]

Prodaja
LFC-KIT : Komplet komponenti za LFC metar, sa profi štampanom pločicom i programiranim PIC-om	30 €
LFC-PIC : Isprogramiran PIC16f628, za LFC metar	10 €
LFC-GUR : LFC metar, sastavljen i testiran uređaj u kutiji	45 €