2021
Alkatrész teszter
A projekt célja: Egyszerű műszer létrehozása, mely alkalmas ellenállások és kondenzátorok értékének pontos meghatározására.
Minden jog fenntartva! All rights reserved!
Összefoglalás:
Hardver:
Az eszköz központi egysége egy Atmega328P mikrokontroller. Ez végzi a különböző méréseket és számításokat. Működési elvéte tekintve ellenállás mérésekor egy feszültségosztó áramkör bemenetének és kimenetének arányából kerül megállapításra a keresett, ismeretlen ellenállás érték. Kondenzátor mérésekor az időállandó mérése a cél, mely a kondenzátor teljes kisütése után egy próba töltés során valósul meg. A kondenzátorok általánosan a feszültségük 63.2 százalékáig töltődnek 1 időállandó alatt. Az időállandó megmérésével a Tau = R*C képletből csak a C lesz az ismeretlen, ami így könnyedén meghatározható.
A hardver tervezésekor az egyik meghatározó szempont az egyszerűség volt, az alábbi ábra mutatja a mikrokontrolleren és a kijelzőn kívüli alkatrészeket, melyek segítségével megvalósítható a mérés. A kapcsolás akkor lenne ideális, ha a mikrokontroller egyes portjai nagy impedanciás bemenet módban valóban nagy impedanciát képviselnének, és a mérés közben azokon keresztül szivárgó áram elhanyagolható lenne.
További jelentős hibák és bizonytalanságok terhelik az ilyen egyszerű mérést, de az eszköz egy érdekes kísérlet arra, hogy otthon található egyszerű alkatrészekből álló eszköz esetén milyen pontosság érhető el. A projekt első verziója képes ellenállások és kapacitások értékének meghatározására, melyhez DC mérési módszereket használ. Kapacitás mérés esetén a próba feltöltés közben keletkező feszültség-idő grafikont is ábrázolja.
A lehetőség szerinti legnagyobb pontosságú mérésekhez első lépésként az áramkörben felhasznált alkatrészeket kellett ellenőrizni. A felhasznált 5db mérőellenállás és a mikorkontrollerig vezető furatok és vezetékek eredő ellenállásának meghatározására egyedi mérővezetékekkel, valamint egy nagy pontosságú 7.5 számjegyes NI PXIe-4081 multiméterrel került sor. A méréseket az alábbi körülmények között, egy meleg nyári napon végeztem:
A speciális mérővezeték, és a mérési elrendezés az egyik méréshez az alábbi ábrán látható:
A képen látható további eszközök és a háttérben lévő vezetékek a mérést nem befolyásolták és az alább látható beállítások mellett, nagy pontossággal, 2 vezetékes módban lettek megállapítva. A 4 vezetékes mérés ebben az esetben nem járt volna további előnyökkel, hiszen a mérendő eszközre működés közben is a mostanival megegyező hosszúságú és összetételű mérővezeték csatlakozik majd. A pontos értékek legalább 600 mintavétel után lettek számítva, illetve a mérési bizonytalanság is ebből az adathalmazból lett számítva, figyelembe véve a multiméter tulajdonságait is. Ezeket a számításokat a multiméter gyári vezérlő szoftvere határozta meg.
Ennek beállításai és mérési eredményei az alábbi ábrákon láthatók:
A műszer, kialakitásából adódóan képes önellenőrzést végezni, mely során megméri, hogy milyen értékűeknek látja a beépített mérőellenállásait. Ebből az ellenőrzésből kiderül, hogy mekkora mértékben térnek el az egyes ellenállások a precíziós mérés eredményeitől, mekkorák a szivárgó áramok és ezen eredmények a beépített mérési hiba becslésben is szerepet kapnak.
A beépített ellenőrzés tapasztalatai szerint, az eszköz jó pontossággal képes mérni még a kalibrálási hőmérséklettől jelentősen eltérő hőmérsékletű környezetben is.