Измеритель импеданса с автоматической компенсацией смещения

https://www.sillanumsoft.org/ZRLC.htm

Вид ZRLC измерителя при измерении емкости

Я работал над проектом около года и думаю, что другому трудно понять объем проделанной работы по тому, что может означать «другое окно» Visual Analyser.

Есть много опций для измерителя ZRLC. Мне трудно объяснить их все сейчас; для этого я пишу обстоятельный документ. На этой странице я хочу дать только самую основную информацию, пригодную для первого знакомства. ZRLC измеритель включает также вычисление значащих цифр, неточности, а также авто (подстройку) уровня входа/выхода, простой векторный осциллограф (очень выразительный), внутренние фильтры, возможность автоматического выполнения последовательных измерений во временной и частотной областях. И многое другое. Будьте снисходительны, если измеритель ZRLC заслуживает критики. Ключевое слово то же: время!

Небольшое предисловие. Вам понадобится собрать небольшое дополнительное устройство, чтобы получить наилучшие результаты при работе с этим инструментом. Требуемое оборудование – это просто пара операционных усилителей для увеличения входного сопротивления стандартной звуковой карты, обычно довольно низкое; низкий импеданс означает неустойчивые измерения или, другими словами, низкую точность измерений.

Второе небольшое предисловие. Я был вдохновлен существующими работами, такими как работа Dr. George Steber, и другими похожими работами, опубликованными в журнале Elektor, и в других изданиях. Я вначале пытался имитировать их, строя программу на основе LMS алгоритма (он еще включен в Visual Analyser). Позже я разработал программу, использующую ресурсы уже вошедшие в Visual Analyser, получив новую и строго персонифицированную версию измерителя ZRLC, базирующуюся на FFT (быстрое преобразование Фурье), плюс патентованный алгоритм уменьшения максимально возможного уровня (наиболее значимого) ошибок смещения. Получился очень и очень хороший результат, а сравнительное тестирование с профессиональными инструментами будет вскоре опубликовано на моем web-сайте. Все, что я могу сказать сейчас – это то, что я В ВОСТОРГЕ от этих результатов.

3.1 Измеритель ZRLC

Прежде всего, когда задумывался FFT-ZRLC измеритель, я постоянно помнил: нужно уберечь пользователя, хотя бы при первом знакомстве, от преград, связанных с кучей настроек и технических деталей. Если вы правильно собрали схему и запустили Visual Analyser, ZRLC должен быть немедленно готов к работе. Этот так, вы можете немедленно измерять импеданс.

Запустите Visual Analyser 2010 NE-XT, установите флажок ZRLC (на панели анализатора в стандартном режиме работы). Вот окно измерителя ZRLC: наиболее важные параметры были уже установлены. Я рекомендую использовать в основном окне установок 40960 Гц для частоты выборок и 4096 в качестве размера буфера. Этим активизируется сложный алгоритм калибровки, иначе будет использован один из стандартных, менее точный. В следующей версии будет добавлена расширенная калибровка для выбранной частоты и размера буфера.

Окно ZRLC измерителя

В любом случае, основные установки ZRLC измерителя можно найти в окне setting/ZRLC, которое выглядит следующим образом (для версии 2011):

Окно основных установок программы

Очень простая схема, которую вам предстоит собрать, следующая:

Схема дополнительного устройства для увеличения входного сопротивления

Или проще. Идея в том, чтобы увеличить входное сопротивление звуковой карты до максимально возможного уровня. Принцип измерения совсем прост: неизвестный импеданс (Zx) включен последовательно с известным эталонным резистором. Синусоидальный сигнал, генерируемый самим Visual Analyser, приложен к двум последовательным резисторам. Затем, по значениям двух входных каналов звуковой карты, измеряются напряжения на двух резисторах. После чего, просто применяется закон Ома для вычисления неизвестного импеданса.

Меняя значения эталонных резисторов, можно варьировать диапазон измерений инструмента. Я предложил бы следующие значения: 10 Ом, 100 Ом, 1000 Ом, 10 кОм, 100 кОм.

Соответствующий диапазон для измерения сопротивления, импеданса, емкости и индуктивности отображается в программе (см. список в окне редактирования эталонного резистора). Вы можете подумать, как схему на рисунке выше дополнить переключателем эталонных резисторов; сейчас вы должны вручную переключаться с одного диапазона на другой и в программе, и в дополнительном устройстве. Конечно, вы можете встроить «батарею» реле для автоматической коммутации диапазонов. Visual Analyser позволяет приспособить один из выходных каналов для автоматического переключения, используя синусоидальный сигнал 1000 Гц с разной амплитудой. Другими словами, Visual Analyser имеет встроенный алгоритм, который находит наиболее подходящий диапазон для использования и в результате генерирует правильный сигнал, которым вы можете переключать реле.

Я включил этот механизм в ZRLC измеритель, но сейчас я не располагаю временем протестировать его. Как вы видите в окне установок, флажок «auto range» всегда установлен, чтобы генерировать синусоидальный сигнал для переключения диапазонов или СС (если у вас необычная звуковая карта с двухполярным питанием).

В любом случае измеритель ZRLC «предлагает» изменить диапазон просто показывая результат измерения и символ «u» справа от числа (u = up), предлагая перейти к следующему диапазону, или символ «d» (d = down) для противоположного действия.

3.2 Чтобы провести измерение

Соберите схему и подключите ее к вашей звуковой карте, как это показано выше. Затем запустите Visual Analyser и откройте окно ZRLC.

1. НЕ присоединяйте DUT (=Device Under Test, испытуемое устройство, поскольку импеданс не известен).
   
2. Выберите правильный диапазон (например [1], наинизший, если у вас нет идей касательно порядка величины DUT).
   
3. Щелкните по кнопке «Measure»; теперь ZRLC измеритель начнет калибровку; подождите пока появится надпись «Connect DUT»; на дисплее должен появиться символ «Overrange» (правильное, если вы, например, измеряете сопротивление, без подключения к DUT импеданса, будет значение INFINITE, бесконечность, что означает переполнение для любого выбранного вами диапазона, и т.д.).
   
4. Подключите DUT; теперь может иметь место: измерение ОК; тогда вы просто считываете значение. Измерение ОК, но появился символ «u»: переключитесь на более высокий диапазон и начните с пункта 1 (отключив вначале DUT), чтобы получить лучшую точность. «underrange» в «Overrange, переполнение» остается, смените последовательно диапазон и начните с пункта 1 (это означает, что DUT имеет значение много больше, чем выбранный диапазон).

3.3 Вы можете измерять

• Сопротивление.
• Импеданс (действительную и мнимую части).
• Емкость.
• Индуктивность.
• Входной импеданс усилителя, трансформатора и т.д.
• Все предыдущие параметры на разных частотах, и с автоматической разверткой частоты во временной и частотной областях.

Диапазон измерений был рассчитан для частоты 1000 Гц. Если вы используете другое значение, диапазон реактивных компонентов (конденсаторов и индуктивностей) обязательно должен быть изменен, но пока это НЕ обновлено.

Окончание

Подготовил: Гололобов В.Н. по заказу Радиоежегодник

19-09-2013