Набор для сборки продвинутого LCR-метра

Я уже довольно длительное время пользуюсь самодельным измерителем емкости и ESR конденсаторов, собранного по схеме от автора GO с форума ProRadio. Попутно в моем использовании есть и другой, не менее популярный измеритель FCL с сайта cqham.
Сегодня в обзоре прибор, который имеет выше заявленную точность, а также фактически объединяющий оба указанных выше прибора.
Внимание, много фото, мало текста, может быть критично для пользователей с дорогим трафиком.


Стоит наверное начать с того, что данный прибор продается и в полном, т.е. уже собранном виде. Но в данном случае конструктор был выбран целенаправленно, так как это как минимум позволяет немного сэкономить средства, а как максимум, просто получить удовольствие от сборки. Причем наверное второе важнее.
Вообще я давно хотел сменить предыдущую модель C-ESR метра. В принципе он работает, но после как минимум одного ремонта стал вести себя не совсем адекватно при измерении ESR. А так как я много работаю с импульсными блоками питания (хотя это и для обычных актуально), то этот параметр для меня даже более важен, чем просто емкость.
Но в данном случае мы имеем дело не с просто измерителем C-ESR, а с прибором, который измеряет ESR + LCR, а полный список измеряемых величин выглядит еще больше, кроме того заявлена еще и неплохая точность.

Индуктивность 0,01 uH — 2000H (10 uH)
Ёмкость 200pF — 200 мФ (10pF) Разрешение 0,01pF
Сопротивление 2000mΩ- 20MΩ (150mΩ) Разрешение 0,1 мОм
Точность 0,3 – 0,5 %
Частота тестового сигнала 100 Гц, 1 кГц, 7,831 кГц
Тестовое напряжение 200 мВ
Функция калибровки автоматическая
Выходное сопротивление 40 Ом

Прибор умеет измерять —
Q — Добротность
D — Коэффициент потерь
Θ — Угол сдвига фаз
Rp — Эквивалентное параллельное сопротивление
ESR — Эквивалентное последовательное сопротивление
Xp — Эквивалентная параллельная емкость
Xs — Эквивалентная последовательная емкость
Cp — Параллельная емкость
Cs — Последовательная емкость
Lp — Параллельная индуктивность
Ls — Последовательная индуктивность

При этом измерение проводится мостовым методом при помощи четырехпроводного подключения компонента.

На мой взгляд ближайшим конкурентом является Е7-22, но он имеет меньше заявленную точность измерения (0.5-0.8%), тестовую частоту только 120 Гц и 1 кГц и тестовое напряжение 0.5 Вольта против 0.3%, 120 Гц — 1 кГц — 7.8 кГц, 0.2 Вольта у обозреваемого.

Продается данное устройство в нескольких вариантах комплектации, в обзоре использован почти самый полный вариант. Цены со страницы продавца.
1. Только сам прибор без корпуса — $21.43
2. Прибор + один вид щупов — $25.97
3. Прибор + второй вид щупов — $26.75
4. Прибор + два вида щупов — $31.29
5. Корпус к прибору. — $9.70


Упаковано все было в кучу маленьких пакетов.


Так как при доставке через посредника обычно учитывается вес посылки, то я дополнительно решил взвесить, без кабелей вышло 333 грамма, с кабелями заметно больше, 595 грамм.
В общем-то вполне можно покупать и без кабелей, особенно если есть из чего их сделать самому, так как разница только в цене комплекта выходит около 10 долларов, не считая веса.


Вот кстати с кабелей я и начну.
Упакованы в отдельные пакеты, даже просто по ощущениям вес приличный.


Первый комплект представляет из себя по сути обычные «крокодилы», но побольше размером и в пластмассе. Но на самом деле не все так просто, губки подключены к разным проводам (разъемам) чтобы реализовать корректное четырехпроводное подключения.
Кабель в меру гибкий, жесткость скорее добавляет то, что кабелей четыре, при этом они экранированные. К самому прибору щупы подключаются при помощи обычных BNC разъемов, экран подключен только на стороне BNC разъема.

Нареканий к качеству нет, единственно что не очень понравилось, отсутствие цветной маркировки около разъемов, так как сами крокодилы её имеют. В итоге для подключения надо каждый раз смотреть, какой куда подключаем. Решение — сделать метку изолентой около разъемов.


А вот второй комплект куда интереснее, он позволяет работать с мелкими компонентами, так как представляет собой пинцет.
На фото видно, что центральные жилы проводов соединяются не у концов пинцета, а на некотором расстоянии, т.е. такой вариант чуть хуже предыдущего, но и реализовать систему как у «крокодилов» здесь сложнее. Цветовой маркировки нет.
Для удобства пользования пинцет имеет направляющую, защищающую губки от сдвига друг относительно друга. Не знаю насколько долго они прослужат, но пока пользоваться довольно удобно, хотя есть и замечание — сжимать надо ближе к самим губкам, если сжимать пинцет около середины корпуса, то губки могут не сходиться полностью.


Буквально пару слов о том, что вообще такое — четырехпроводное подключение или подключение методом Кельвина. Картинки взяты отсюда, текст мой :)

При привычном нам измерении сопротивления (кстати не только сопротивления) может довольно сильно влиять такая паразитная вещь, как провода к щупам. Думаю многие знают, что редко какой мультиметр при замкнутых щупах и нижнем пределе измерения покажет 0. На индикаторе обычно при этом отображается некое значение примерно 0.05-0.5 Ома, это и есть паразитное сопротивление.
Иногда его можно компенсировать путем включения функции относительных измерений(Rel), но это не всегда удобно и далеко не всегда корректно.


Сам принцип измерения сопротивления довольно прост. Подключаем компонент к источнику тока и измеряем напряжение на компоненте. Но так как у нас есть сопротивление проводов, то получим в итоге сумму, состоящею из реального сопротивления компонента и сопротивления провода.
Если сопротивление большое, то обычно это особой роли не играет, а вот если речь идет о величинах в 1-10 Ом и меньше, то проблема вылазит в полный рост.
Для решения этой проблемы разделяют цепи, по которым идет ток через компонент и цепи непосредственно измерения.


В реальной жизни это выглядит примерно так, как показано на схеме.


Кроме того, подобный способ используется к примеру и в блоках питания. Например фото из моего обзора мощного преобразователя. Здесь также можно разделить силовую цепь и цепь обратной связи, тогда падение напряжения на проводах не будет сказываться на напряжении на нагрузке.
Еще вы подобное наверняка видели в компьютерных блоках питания по цепи 3.3 Вольта (оранжевые провода). только там использована трехпроводная схема (тот самый добавочный тонкий провод к силовому разъему)


Блок питания 12 Вольт 1 Ампер, внешне неплохой. Впрочем я пробовал подключать его и просто к нагрузке, работает нормально.
Но из-за вилки с плоскими штырями использовать его неудобно, заменю на что-то другое, благо напряжение стандартное.
Реально прибор может питаться напряжением 9-15 Вольт.
Жаль, что нельзя выбрать комплектацию без БП, думаю такой БП найдется дома у многих радиолюбителей.


Основная часть комплекта была разбита на три отдельных пакета.


В одном из них самый обычный дисплей 2004 (20 символов, 4 строки) с подсветкой.


Плата прибора была тщательно обернута «воздушной» пленкой.


Здесь как раз тот случай, когда на фото в магазине плата кажется меньше, чем есть на самом деле :)
Реальные размеры 100х138мм.




Переднюю часть платы занимает место для разъемов подключения щупов.


Средняя часть — измерительный узел, переключатели, операционные усилители. Видимо предполагалась экранировка данного узла, но самого экрана в комплекте нет.


В верхней части «мозги» и питание.


В первых версиях прибора использовались линейные стабилизаторы питания, в данной версии они заменены на импульсные.
Также виден разъем для подключения блока питания и выключатель.
Замена стабилизаторов на импульсные может заметно помочь при питании от аккумуляторов. Например в комплекте к алюминиевому корпусу идет кассета на 3 аккумулятора 18650.


Управляет всем микроконтроллер 12C5A60S2. Базируется он на стареьком 8051 ядре и имеет на борту восьмиканальный 10 бит АЦП. В первых версиях прибора он был в DIP-40 корпусе, в новых версиях заменен на SMD вариант.


Также на плате имеется разъем для подключения к программатору.


Несколько отдельных фото установленных компонентов.


Снизу пусто, сюда выведены только точки пайки экрана и контрольные точки выходов стабилизаторов и преобразователей питания.


Ну и последний пакетик, с радиодеталями, которые собственно надо будет еще установить на плату.


Сюда входит плата клавиатуры, а также всякие резисторы, конденсаторы, разъемы и т.д.
Вообще конструкция довольно продумана, мелкие компоненты уже распаяны на плате, установить и запаять надо только более габаритные. Т.е. сохранен элемент «рукоприкладства», но при этом нет мазохизма для начинающих радиолюбителей в плане пайки мелких компонентов, да и «накосячить» куда сложнее. В итоге можно довольно быстро собрать устройство и получить при этом положительные впечатления от процесса.


Компоненты разложены по пакетикам, но в основном по нескольку номиналов в одном пакете.


Все резисторы, которые входят в комплект, прецизионные. На начальном этапе я на всякий случай измерил их реальное сопротивление.
В сборке помогает то, что номиналов немного, но при этом они еще и легко измеряются даже дешевым тестером, так как нет резисторов слишком близких друг к другу по номиналу.
Вверху то, что надо паять, номиналов по сути всего шесть — 40 Ом, 1, 2, 10, 16 и 100 кОм.

Вверху резисторы из подписанного пакета, они на плату не запаиваются, а используются для проверки и калибровки прибора. Сначала я думал что их надо запаивать в какие-то ответственные места, собственно потому и измерил сопротивление. Но потом выяснилось, что они «лишние», а количество (16 штук) устанавливаемых резисторов совпадает с количеством, которые были в первом пакете.


В комплект входят конденсаторы с номиналами — 3.3, 10, 22, 47 нФ, 0.1, 0.2 и 0.47мкФ.
Ниже на фото я обозначил конденсаторы так, как они обозначены на плате.


Кроме того дополнительно устанавливаются разъемы, пара электролитических конденсаторов, реле и пищалка.


Пока ждал свою посылку, поискал в интернете расширенную информацию о приборе. Выяснилось что есть не только схема, а и разные версии печатной платы, прошивки, да и вообще довольно много людей занимается данной моделью.
Схема конечно довольно условна, но общее понимание вполне дает.


Но попутно вспомнил, что примерно 8-9 лет назад, в моем же городе человек разрабатывал подобное устройство. Если посмотреть на схему, то можно увидеть много общего, причем разработан он был до обозреваемого.


Очень поднял настроение комментарий продавца на странице товара, сорри за гуглоперевод.
В простом виде (ну очень утрированно) он означает — платы все я проверяю, высылаю в отличном виде, потому не надо мне присылать ваши поделки, паяные горячим гвоздем на коленке с ортофосфоркой вместо флюса.
Любите вашу плату и относитесь к ней как к любимой подруге :)


Стоит отметить, что как качество изготовления платы, так и пайка компонентов на 5 баллов. Все не только аккуратно припаяно, но и тщательно промыто!
При этом все установочные места промаркированы и имеют как позиционное обозначение, так и указание номинала компонента. Вот честно, 5 баллов.


Видео распаковки и описания комплекта.


Переходим к сборке. Вообще я когда раскрыл все эти пакеты и разложил на столе, то реально хотелось сразу сесть и спаять эту конструкцию, остановило только то, что было решено сделать некую небольшую инструкцию для сборки, если вдруг это решит делать кто-то из начинающих.
Первым делом высыпаем на стол резисторы и находим те, которых больше всего, это номиналы 2 и 10 кОм.


Устанавливаем и запаиваем сначала их. Это позволит быстро убрать с платы большую часть свободных мест и облегчит потом поиск оставшихся.


Я прекрасно понимаю, что моя инструкция совсем для начинающих, потому остальную часть сборки спрячу под спойлер.


После сборки мы получаем довольно красивую печатную плату, главное ничего не напутать в процессе :)


Выводы резисторов я формовал при помощи небольшого приспособления, но оказалось, что расстояние между выводами получается немного больше, чем надо. В итоге я решил резисторы немного приподнять над платой, но скорее для красоты, по крайней мере мне так больше нравится.


После пайки обязательно промываем плату, так как флюса было мало, то я обошелся спиртом.


Уже после сборки обратил внимание, что плату можно немного укоротить от базовых 138мм. Примерно до 123-124мм если оставить разъем программирования или до 114мм если его тоже вырезать. Разъемы подключения щупов в таком случае подключаются проводами в специально предназначенные отверстия. Возможно будет полезно при «упаковке» в маленький корпус.


На плате клавиатуры расположены только кнопки, причем случайно дали не 8, а 9 кнопок. Одна кнопка «слиплась» с другой.


Зато не положили в комплекте одну «гребенку», пришлось немного распотрошить «загашник», заодно достал и ответные части.
Правда в моем случае были только угловые разъемы, зато много :)
Вообще полезно иметь в хозяйстве набор таких разъемов, бывает частенько выручают.


Припаиваем разъемы к плате клавиатуры и индикатору. Кстати, подключение клавиатуры реализовано полноценно, т.е. каждой кнопке свой вывод процессора, а не использование резисторов и АЦП, как это иногда бывает.


Вот и все, комплект полностью готов.


В собранном виде компоновка напоминает мультиметр, сверху индикатор, ниже кнопки, а еще ниже разъемы.


Как можно понять из того, что я писал выше, это вторая версия прибора, по сути доработанная. Но вот вариант корпуса мне больше нравится именно у предыдущей версии и в планах делать именно такой вариант корпуса. Правда стоит такой корпус порядка 9-10 долларов, а если покупать с платой клавиатуры и передней панелью, то еще больше. Кстати у меня уже был обзор такого корпуса, где я собирал в нем регулируемый блок питания.


Мой же вариант рассчитан под установки в алюминиевый корпус.


И по задумке должен выглядеть как на этом фото. Но скажем так, дизайн это больше индивидуальное, в интернете мне попадались различные варианты.


После сборки у меня остались тестовые резисторы, кнопка и немного крепежа. Ну и блок питания со щупами конечно.


Теперь переходим к описанию возможностей прибора и специфики его работы.
При включении приветственная надпись, затем базовый рабочий экран. К слову, все заработало сразу, в приборе вообще нет никаких подстроечных элементов, собрал — включил — пользуйся.

Хотя рекомендуется сначала сделать полный сброс всех настроек.

Если у вас после сборки прибор работает, но не правильно меряет (или совсем не меряет) необходимо сбросить настройки калибровки до заводских.
Нажмите и удерживайте кнопку «M» чтобы попасть в меню (возможно оно работает со второго нажатия).
Нажмите кнопку «RNG» чтобы попасть в меню калибровок.
Нажмите кнопку «C» пять раз, чтобы сбросить настройки.
Нажмите кнопку «L» чтобы сохранить изменения.
Далее, вернитесь в меню, удерживая кнопку «M».
Нажмите кнопку «X» чтобы выйти из меню

Прибор умеет работать в четырех основных режимах:
1. Автоматический выбор. Здесь прибор сам определяет что измерять. Выбор производится по преобладающей величине. Т.е. если у компонента преобладает емкостная составляющая, то перейдет в режим измерения емкости, если индуктивная, то в режим измерения индуктивности. Иногда может ошибаться, особенно если компонент имеет несколько выраженных составляющих, например некоторые резисторы могут быть определены как индуктивность.
В помощь автоматике добавили ручной выбор —
2. Измерение емкости
3. Индуктивности
4. Сопротивления.

Также на индикатор выводится частота тестового сигнала и предел измерения. Пределы измерения несколько «нестандартны» и насчитывают аж 16 штук — 1.5, 4.5, 13, 40, 120, 360 Ом. 1, 3, 9, 10, 30, 90, 100, 300, 900 кОм и 2.7 МОм.

По умолчанию прибор стартует в автоматическом режиме измерения на частоте 1кГц.


Немного об управлении.
Под индикатором расположены восемь кнопок, он подписаны.
M — Меню, отсюда производят необходимые калибровки и сброс настроек на заводские.
RNG — Диапазон. В меню эта кнопка дает доступ к подменю калибровок.
С — Быстрая автоматическая калибровка.
L — Переключение режима индикации (первое фото). В меню — память
X — Переключение режимов работы прибора. В режиме меню — выход.
R — Уменьшение значения в режиме калибровки (X- увеличение)
Q — режим относительных измерений. Можно использовать для подбора двух одинаковых компонентов. подключаем образцовый компонент, нажимаем на кнопку, отключаем образцовый и подключаем подбираемые. На экране будет отображен процент расхождения (второе фото).
F — Выбор частоты 100 Гц — 1 кГц — 7.8 кГц.


Вид меню прибора.


Режим быстрой калибровки по нажатию кнопки С имеет два варианта:
1. При измерении емкости и индуктивности производится с разомкнутыми щупами.
2. При измерении сопротивления — с замкнутыми. В обоих вариантах прибор самокалибруется три раза по каждой из частот.
3, 4. Калибровка в режиме сопротивления, видно сопротивление щупов до калибровки и после.


В режиме измерения малых сопротивлений калибровка имеет довольно большое значение, так как возможности прибора позволяют даже «увидеть» сопротивление выводов конденсатора, не говоря о разных проводах.




Видео процесса работы и тестов.


Если у вас есть еще предложения тестов, то пока у меня на руках сразу два прибора, то мог бы поэкспериментировать. Мне же в голову пришло только проверить размах тестового сигнала.
Ниже показан размах тестового сигнала относительно земли. Верхние два — обозреваемый на частотах 100 Гц и 7.8. кГц, нижние — Е7-22 на частотах 120 Гц и 1 кГц. Разница около 2.5 раза.


Выше я писал, что в планах применять корпус где индикатор расположен не параллельно поверхности, а перпендикулярно.
Но в процессе выяснилось, что индикатор хоть применен и относительно неплохой, но ориентирован он именно на то, что смотреть будут спереди или спереди-снизу.


Под большими углами, а тем более при взгляде сверху или сбоку изображение пропадает или начинает инвертироваться.


Собственно потому я решил наконец-то попробовать дисплей изготовленный по технологии VATN. Вообще хотелось OLED, к я уже делал в этом обзоре, но 2004 купить почти нереально, а как потом выяснилось, VATN также мало где продают в онлайне.
В итоге пришлось идти в наш оффлайновый магазин, и покупать там.
На выбор было три модели, с синим, зеленым и белым шрифтом, мне больше понравился с белым, модель — WH2004A-SLL-CTV, цена около 15-16 долларов, ссылка. Производитель WINSTAR.

На первый взгляд индикаторы мало отличаются друг от друга, по крайней мере размер платы полностью идентичен — 98х60 мм.




Если смотреть сверху, т.е. как я и планировал, то видимость хорошая, но начинают вылазить неактивные пиксели.
От последнего можно легко избавиться, но тогда при прямом взгляде показывает тускло, я выставил нечто среднее.


Углы обзора конечно на голову выше, чем у обычного ЖК, изображение читается даже при почти взгляде параллельно экрану.
Но вылез интересный эффект (последнее фото). Если плавно поворачивать экран от себя, то в какой-то момент (примерно при 30 градусов поворота) изображение бледнеет, пытается инвертироваться, а при дальнейшем повороте почти резко опять становится нормальным. Потому для вертикальной установки дисплей подходит отлично, но при горизонтальной иногда может раздражать.


Вот в таком положении по задумке он должен у меня использоваться, здесь претензий нет.


Дальше я планировал «поселить» его, для чего купил корпус Z1. На первый взгляд все аккуратно.


Но корпус очень большой, реально раза в полтора больше, чем требуется, а хотелось бы что-то более компактное.
Размеры корпуса (наружные) — 188 ширина, 70 высота и 197 глубина. Вот последний размер и хотелось бы уменьшить до 140-150, хоть бери и пили :(
Может кто знает подходящие корпуса?


Ну и наверное обзор был бы неполным, если бы я не показал то, чем пользовался до последнего времени.


По данному прибору также есть обсуждение, но куда больше информации на зарубежных сайтах. Один из пользователей сайта Pro-radio даже сделал подборку, куда сложил всю найденную информацию, прошивки, платы, чертежи и т.п., за что ему огромное человеческое спасибо!

К примеру один из зарубежных радиолюбителей выложил методику калибровки прибора


На этом пока все, в планах сделать небольшое продолжение, где я собираюсь все таки засунуть все это в корпус, а заодно рассказать о впечатлениях после длительного пользования.

На данный момент я пользуюсь прибором несколько дней и у меня пока только хорошие впечатления.
Из преимуществ:
1. Удовольствие от процесса сборки
2. Отличное качество печатной платы и пайки.
3. Высокая точность работы
4. Наличие частоты 7.8 кГц и больший диапазон измерений на частоте 1 кГц чем у Е7-22.
5. Четырехпроводная схема подключения
6. Малое потребление.
7. Отсутствие необходимости в отладке, с базовой калибровкой декларируют точность 0.5%, при ручной калибровке пишут о 0.3%
8. Довольно большое сообщество пользователей, хотя и иностранных.
9. Низкая цена.

Из недостатков
1. В некоторых ситуациях не совсем адекватные показания на частоте 7.8 кГц. Но здесь я буду еще пробовать.

Суммарно могу сказать, что обозреваемый прибор как функционально, так и в плане точности не хуже, а скорее всего даже лучше, чем более дорогой Е7-22. Но есть конечно и разница, Е7-22 можно поверить, а обозреваемый только для личного пользования.

Покупал через посредника yoybuy.com, стоимость набора около 32 доллара, стоимость доставки зависит от страны, в обзоре указан вес составных частей.

Как обычно жду вопросов, советов, предложений тестов и просто комментариев, надеюсь что обзор был полезен.