MONTAJE / Medidor de capacidades inductarias

Autor: José Yanguas Benitez

ESPECIFICACIONES

– Rango de medida de 1 nH a 100 mH para bobinas.

– Rango de medida de .01 pF a 1 uF para condensadores.

– Auto calibración.

– Puesta a cero.

– Almacenamiento de los datos de calibración y puesta a cero en la Eeprom del PIC, con lo que cuando se vuelva a utilizar no será necesario volver a calibrar no poner a cero.

– Display de 16 caracteres.

– Auto escala.

– Alimentación con toma de corriente (se puede sustituir el trans­formador por una pila de 9V).

DESCRIPCIÓN DEL CIRCUITO

El diseño se basa en la utilización de un comparador como oscilador.

La patilla 2 que es la entrada no inversora del comparador (LM311) está conectada a un divisor de tensión que la fija a 2.5 V. Cuando se enciende el circuito, la patilla 3 (entrada inversora) está a cero voltios y comienza a subir su tensión a medida que se carga CIO. Cuando se superan los 2.5 V de la patilla 2 la salida 7 se pone a cero introduciendo un transitorio en el circuito resonante formado por Ll, L2, C8 y C95 que filtra a la frecuencia de resonancia, introduciéndola mediante C5 al comparador y provocando que la salida del mismo varíe entre O y 5 voltios a dicha frecuencia. Esta señal cuadrada se realimenta al filtro mediante R3 y C5, manteniendo el comparador oscilando a esa frecuencia.

La salida del oscilador se introduce mediante una red de desacoplo formada por C2, R8, R5 y C7 a la entrada de una puerta nand con histéresis (74HC132) de la familia Cmos para soportar entradas de alta frecuencia sin pérdida de precisión. Esta señal se introduce a la patilla del TMRO en el PIC mediante otra puerta gobernada por el PIC que hace de latch para habilitar, deshabilitar la cuenta en el TMRO.

El PIC realiza todos los cálculos necesarios para extraer el valor de la inductancia-capacidad a medir a partir de la entrada de la frecuencia de resonancia del filtro y presenta el resultado en un display.

CALIBRACIÓN

Cuando pulsamos el botón calibración, el PIC conecta mediante el relé Kl una capacidad conocida (C8) al filtro resonante, a partir de la cual puede calcular el valor de L1+L2 que utilizará posteriormente. La frecuencia resonante del filtro con K1 desactivado es:

f1

Cuando el PIC conecte C8 la frecuencia resonante será:

f2

Por tanto resolviendo las dos ecuaciones anteriores despejamos las 2 incognitas (L1 + L2) y C9

f3

Una vez calculado L1+L2 y C9 ya se puede medir cualquier L-C conectada al filtro a partir de la frecuencia de resonancia.

Como puede apreciarse toda la precisión de la medida depende exclusivamente de lo preciso que sea el valor de la capacidad patrón C8, que debe ser por tanto un condensador de tolerancia +-1%.

PUESTA A CERO

Debido a capacidades-inducciones parásitas en el circuito de medida, para poder conseguir las precisiones especificadas, es necesario medir esas impedancias parásitas y descontárselas a la medida. Esto lo resuelve el diseño pulsando puesta a cero para capacidades sin ningún condensador conectado y pulsando puesta a cero para bobinas con las puntas de prueba en cortocircuito.

La medida de las impedancias parásitas las realiza el PIC como si de un componente más se tratase, como se describe en el siguiente apartado.

Medidor de capacidades final

FUNCIONAMIENTO

Para medir bobinas o condensadores se conectarán las puntas de prueba al componente y se pulsará el interruptor dado Cx o Lx.

Para medida de una bobina Lx, el comparador oscilará a:

 formula1

Con esta ecuación y la que resolvió el PIC en la calibración

formula2Despejando Lx tenemos:formula3De la misma forma para la medida de una capacidad Cx pulsando Cx el comparador oscilará a:

formula4

Con esta ecuación y la que resolvió el PIC en la calibración

formula5

Despejando Cx tenemos:formula6

De lo expuesto aquí se deduce que si ponemos a medir capacidades con las puntas en circuito abierto o a medir bobinas con las puntas cortocircuitadas, estaremos midiendo la impedancia parásita de nuestro montaje. Esto es lo que hace el PIC cuando lo ponemos a cero, y los valores calculados, los guarda en la Eeprom para restarlos de Cx o Lx cuando mide habitualmente.

MONTAJE

Se monta igual que cualquier PCB sin ninguna peculiaridad, primero se realizan los puentes, después las resistencias, condensadores y semiconductores.

Se recomienda montar los circuitos integrados sobre zócalos para poder chequear el montaje y repararlo más sencillamente en caso de avería. Los condensadores C5 y CIO deberán ser de tántalo para poder medir capacidades grandes.

diagrama

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