LC PIC meter

LC meter

11 julho 2004

Atualizado em 24/setembro/2009

Construção de um medidor de indutância e capacitância com PIC e mostrador LCD (display de cristal líquido). A idéia original parece ter vindo de Bill Carver, W7AAZ, em Communications Quaterly, Winter, 1993. O circuito proposto é de autoria de Neil Heckt, publicado na revista Electronics Now de junho de 1996. Posteriormente foi implementado comercialmente, na forma de kit, por Neil Heckt (AADE), que detém o copyright do software original, e que gentilmente autorizou o material disponível, suficiente para a construção caseira do equipamento.

A presente versão, com um PIC diferente, é obra dos radioamadores do grupo ANTRAK, na Turquia, especialmente Barbaros Asuroglu, TA2CBA, e foi divulgado no Brasil pelo Carlos, PY2CSU

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Eis o LC meter com um choque de 1 mH ligado nos terminais de teste.

Vista da parte inferior.

Funcionamento

O que torna o circuito interessante é o método empregado para a medição de capacitores e indutores. Um integrado comparador LM311 é colocado como oscilador LC. L é o choque XRF1 de 68 uH e C é o capacitor C2 de 680 pF. A frequência portanto é f1 = 740 kHz. Mas tanto XRF1 quanto C2 podem ter valores um pouco diferentes devido às tolerâncias e não podem ser utlizados como referências para basear medição. A frequência F1 pode ser produzida por infinitos pares de valores LC. Um capacitor de valor preciso, C3 de 1000 pF, é ligado em paralelo a C2 por meio de um relé. A nova capacidade total é 680 + 1020 = 1680 pF, e a nova frequência é f2 = 468 kHz. Não é importante que essas frequências sejam exatas, o que importa é a relação entre elas, que deriva do capacitor de precisão de 1000 pF. As duas frequências são medidas pelo PIC, durante a auto-calibração. O importante é que se o capacitor de 1000 pF é preciso, então só existe um valor de L (o choque de 68 uH) e um valor de C (o capacitor de 680 pF) que podem determinar essas duas frequências, não importando exatamente seus valores absolutos. Desse modo o PIC "descobre" o valor verdadeiro e correto do choque e do capacitor de 680 pF, e tendo isso pode medir um capacitor ou um indutor externo. O indutor em teste é colocado em série com o choque. O capacitor em teste é colocado em paralelo ao de 680 pF. (C4 na verdade não existe!).

Ao realizar a auto-calibração, as indutâncias e capacitâncias parasitas da fiação são absorvidas no cálculo realizado pelo PIC. A chave CH3 faz "zerar" o valor indicado no display. Desse modo, somente a capacidade ou indutância adicional do componente a ser medido é mostrado no display.

Ao se fazer medição, um indutor desconhecido é colocado em série com L, ou então um capacitor desconhecido é colocado em paralelo com C. A nova frequência é medida pelo PIC e seu valor transformado no único valor de capacidade ou indutância que pode provocar aquela nova frequência.

Montagem

A montagem não apresenta nenhum problema especial. Alguns detalhes porém são importantes:

1 - A chave CH3 fica normalmente na posição fechada. Não serve uma chave de contato momentâneo. Para zerar o display ela vai para a posição aberta (desligada).

2 - Os capacitores C3 e C4 formam um equivalente de 1000 pF. Toda a precisão do aparelho depende desse capacitor. Coloquei um capacitor de poliestireno ("styroflex") de 1000 pF 10%, mais outro NP0 de 18 pF, e mais um trimmer de 30 pF para atingir o valor correto. Usei um capacitor de tolerância 1% para a calibração. No aparelho da AADE esse conjunto vem selecionado com tolerância de 0,5%.

Em C2 coloquei uma combinação de capacitores, mas basta um de 680 pF, NP0 ou styroflex, não é necessário precisão no valor, somente estabilidade térmica. Evite os de disco em cerâmica que não forem NP0.

3 - Utilizei de início um pequeno choque de 68 uH em XRF1. Notei que as medições não eram firmes, o oscilador "corre" de frequência. Coloquei então uma bobina toroidal com 82 espiras de fio 30 em núcleo de pó-de-ferro Micrometals T50-1 (comercializado pela Amidon, Palomar, Toroid King, etc...). O funcionamento melhorou enormemente, ficou muito estável. Na falta desse núcleo pode-se usar outros ou mesmo núcleo a ar. Evite ferrite, não possui estabilidade térmica suficiente. Um bom candidato a núcleo é o T50-2 ou T68-2, mais fáceis de se encontrar.

8/agosto/2004: Experiências do colega Alexandre, PY4EU, com um indutor feito com núcleo de ferrite FT50-43 demonstraram que ferrite não serve mesmo! A leitura corre muito. Fiz portanto uma experiência com dois indutores, um deles com núcleo FT50-43 (ferrite da Fair-Rite) e outro com núcleo de pó-de-ferro (Micrometals) T50-2. O primeiro vai variando gradualmente de indutância, mostrada pelo LC meter, em função do aquecimento (diminuto e não mensurável) por causa da energia armazenada (para medir, o LC meter intercala a indutância desconhecida no circuito tanque oscilador). Por isso, se for usado no oscilador interno, vai tornar as medidas instáveis.

O material 43 tem uma forte variação de permeabilidade frente à variação de temperatura.

Como programar o PIC

Gravar um PIC é tarefa fácil e acessível. É necessário um gravador e programa. O gravador é um circuito muito simples, o que uso é o RDC Programmer. O programa para o gravador é gratuito. Pode ser utilizado o IC-Prog ou então o WinPic.

Programa: lcm.hex (clicar com o botão direito e salvar).

Como usar o LC meter

As chaves Lx e Cx devem estar desligadas quando se liga o aparelho, de outro modo aparecerá no display "switch error" (erro em chave). Ele então inicia uma rotina de calibração, pode-se ouvir o acionamento do relé. Após isso ele indicará "ready" (pronto).

Para medir capacitor: acionar a chave Cx, o display indicará alguns pF, é a capacidade residual da fiação. Acionar a chave "zero" por um breve instante. O display agora indica 0 pF. Agora é só colocar o capacitor a medir nos terminais e ler o resultado no display.

Para medir indutor: acionar a chave Lx. O display indicará "not an inductor" (não é um indutor), isso porque não há nada ligado! Colocar os terminais de medida em curto e acionar a chave "zero". Agora é só ligar o indutor e ler o resultado.

Faixa de utilização:
capacitores - 0,01 pF a 10 uF
indutores - 1 nH a 150 mH

Demais informações do autor: http://www.antrak.org.tr/gazete/111998/barbar.htm

Circuito que utilizei (nota: pino 5 do PIC deve ser ligado a terra - C4 não existe):
http://f6bon.albert.free.fr/lcmetre.html

Placa de Circuito Impresso 1, 2, 3

Arquivo para gravar o PIC lcm.hex

29/maio/2006 - Alguns montadores do LC meter tiveram problemas com funcionamento errático e falta de precisão que podiam ser corrigidos com a troca do LM311 por um de outro fabricante. Arnaldo, PY5AQ descobriu uma oscilação em 12 MHz na saída do 311. AADE resolveu isso colocando um capacitor de 2,2 pF entre os pinos 7 e 2 do 311. É recomendado colocar esse capacitor.

Lista de Material:

D1, D2 - retificador 1N4001, (serve qualquer um com PIV 50V ou mais, 0.5A ou mais)

LM7805

LM311

PIC16C84 ou PIC16F84

C1, C5, C6 - 10uF 10V tântalo

C2 - 680pF

C3+C4 - 1000pF

C7 - não existe

C8, C9 - 22pF

C10 a C22 - não existe

C23, C24 - 100nF (0.1uF)