Budowa miernika pojemności: kit AVT2725

Tą stronę poświęcono budowie miernika pojemności AVT2725. Będę ją uzupełniać w miarę postępów pracy.

Tutaj możecie znaleźć raport z budowy miernika pojemności firmy Jabel

Zgodnie z informacjami przekazanymi mi przez wsparcie AVT, kupiłem wersję zestawu wycofaną już ze sprzedaży.  Nowe zestawy oparte są na jednej płytce i podobno są łatwiejsze do montażu.

Jak je odróżnić? Łatwo: wersja starsza AVT2725: 2 płytki – osobna dla zasilacza i sterująca. Wersja nowsza: 1 płytka.

Cóż, czasem tak bywa… Oczywiście wcale nie znaczy to, że porzucę budowę – a może wkrótce pokuszę się o porównanie obydwóch mierników?

Kilka postów wcześniej, opublikowałem tekst na temat mierzenia pojemności za pomocą miernika UNI-T: ut71c. Jednym z wniosków płynących z tego doświadczenia była potrzeba  zaopatrzenia się w dodatkowe narzędzie, które umożliwiłoby weryfikację wyników wskazanych przez miernik. Wybór padł na zestaw do samodzielnego montażu AVT2725.

Kit miernika pojemności AVT 2725
Kit miernika pojemności AVT 2725

Sekcja zasilania

W skład zestawu AVT2725 wchodzą dwie płytki drukowane. Jedna z nich przeznaczona jest do zbudowania zasilacza AC/DC dla narzędzia. Zanim zabrałem się do jakiegokolwiek lutowania, musiałem rozwiercić otwory montażowe w rogach płytki. Użyłem do tego wiertła 3mm.

IMG_0644 IMG_0645
Później można już było spokojnie lutować. Na tym etapie jest naprawdę niewiele elementów: mostek, duży kondensator, bezpiecznik, terminale no i oczywiście transformator.

IMG_0643Lutujcie części od najniższej do najwyższej.

IMG_0647Przy lutowaniu kondensatora i mostka (ten element z 4-ma nóżkami) upewnijcie się, że nóżki + są skierowane w odpowiednią stronę. Kondensator ma wyraźnie oznaczoną nóżkę „-” na obudowie. Dla pewności nóżka „+” jest dłuższa. Mostek prostowniczy ma również  dodatnią nóżkę dłuższą. Powinna być ona połączona z „+” kondensatora (pamiętajcie, że brakuje oznaczenia „+” na płytce).

Rada serwisu AVT:

Należy zwrócić […] uwagę na odległość transformatora od płytki z wyświetlaczami. Zbyt dalekie umiejscowienie zasilacza od krawędzi obudowy może spowodować kolizję tych dwóch płytek i niemożność skręcenia obudowy.

IMG_0649Szczegóły budowy płytki zasilającej miernik możecie zobaczyć na tym filmie:

W kolejnym kroku dolutowałem kabelki do wyłącznika i zaizolowałem je koszulką termokurczliwą.

IMG_0651Jak zarobić taką wtyczkę? Możecie zobaczyć tutaj:

W skład zestawu AVT2725 wchodzi kabel zasilający zakończony wtyczką tzw. ósemką. Zamiast ciąć go i podłączać bezpośrednio do płytki zasilacza, postanowiłem wmontować w obudowę odpowiednie  gniazdo i dopiero je podłączyć przez wyłącznik do zasilacza. W ten sposób będzie łatwiej np. przechowywyać miernik (kabel nie przeszkadza). Pracę zacząłem od wycięcia otworu w obudowie:

IMG_0677Zamiast lutować kable do gniazda, odgiąłem jego wtyki i wkręciłem w kostkę połączeniową (styki trzeba odrobinę podgiąć). IMG_0675W ten sposób uzyskałem dość sprytną przejściówkę, którą zamontowałem  w obudowie:

IMG_0686 IMG_0687Dla testu podłączyłem przewody:

  • Pierwszy: od wejścia na wyłącznik i z powrotem do płytki zasilającej, do terminala opisanego AC220V.
  • Drugi: od wejścia (drugie podłączenie) do płytki zasilającej – do drugiego terminala AC.

Miernik pokazał zasilanie na poziomie 9.66V.

IMG_0688Wycinanie obudowy…

..to typowo fizyczna etap zabawy. Po prostu – część (a właściwie większość) górnej połówki obudowy trzeba usunąć. Nie ma tu filozofii, ale przydadzą się elektronarzędzia – np. mini-frezarka. Plastyk obudowy jest gruby, więc czeka Was trochę brudnej i niewdzięcznej pracy.

Możecie po prostu usunąć cały środek wgłębienia w obudowie zostawiając ok. 5mm krawędzi z każdej strony na wklejenie  górnej płyty. Ja zostawiłem trochę dodatkowego plastyku tak, żeby płyta czołowa lepiej się opierała.

IMG_0682 IMG_0685Montaż płytki

Na początek zaskoczenie:
IMG_0692Chociaż jak się dobrze przyjrzeć przykładowym zdjęciom AVT2725:

AVT2725_F_4_cut
Nie podobało mi się oryginalne rozwiązanie mocowania płytki sterującej: przylutowanie srebrzanki 1mm (załączonej co prawda w zestawie – taki drut) z jednej strony do pól na panelu – z drugiej do płytki PCB. O ile to mogłoby zadziałać  tam, gdzie pola zgadzają się z otworami montażowymi – o tyle z drugiej strony srebrzanka trafiłaby w plastyk. Zdecydowałem się na inne rozwiązanie.

Najpierw rozwierciłem otwory w płytce sterującej wiertłem 3mm.

Na panel nakleiłem 6mm tulejki plastykowe z gwintem 3mm. Na początku użyłem kropelki (możecie użyć dowolny cyjanoakryl), ale później dla pewności obłożyłem klejem epoksydowym (w tej roli mój ulubiony distal). Trzeba dokładnie ustawić tulejki tak, aby były na środku ocynowanych pól.

IMG_0707Distal potrzebuje 24 godziny, żeby wyschnąć. Na drugi dzień był już twardy, więc przymierzyłem płytkę kontrolną:

IMG_0709Teraz czas na wklejenie panelu:

IMG_0719Znowu użyłem distal’a. Ten dwuskładnikowy klej epoksydowy świetnie wypełnia nierówności i chropowatości. Zwykły, płynny cyjanoakryl sobie z tym nie poradzi. Alternaywnie możecie użyć cyjanoakrylu w żelu – też powinien zadziałać. Distal ‚lubi’ być dociśnięty – stąd ściski stolarskie.

Płytka pasuje do gniazd idealnie.

IMG_0720Teraz mogę sie brać za lutowanie.

Budowa płytki

IMG_0611Lutowanie płytki sterującej rozpocząłem od zworek. Zworki wykonałem z nóżek od rezystorów, które pozostały mi po innej budowie. Jest ich kilka na płytce:

IMG_0740Zgodnie z najlepszymi praktykami, zacząłem od najniższych elementów. Zająłem się po kolei rezystorami i diodami:

IMG_0742W trakcie prac okazało się, że na część rezystorów przewidziano na płytce tak mało miejsca, że można je ustawić jedynie w pionie:IMG_0743IMG_0747Do zaginania rezystorów możecie wykorzystać belkę:

Jeden z rezystorów (75Ω) należy przylutować pod spodem panelu przedniego. Razem z polami (przez które przykłada się śrubki) służy on do rozładowywania kondensatorów, które trzeba koniecznie przeprowadzić przed rozpoczęciem pomiarów. Do jego wlutowania przydała się pęseta i ‚trzecia ręka’.
IMG_0745Teraz przyszedł czas na kondensatory ceramiczne.

IMG_0749Zwróćcie uwagę na kondensator C6: opis na płytce sugeruje, że ma on 3 nóżki:) Wystarczy jednak spojrzeć na jej spód – zobaczycie wtedy, że 2  lewe pola są połączone do masy:

IMG_0755Stąd C6 powinien być wlutowany następująco:

IMG_0754Wszystkie kondensatory ceramiczne:

IMG_0757

Teraz przyszedł czas na tranzystory. Co ciekawe, w instrukcji T1-T5 opisane są jako BC558 – a w moim zestawie były BC557. Nie jest to jednak wielkim problemem. Biorąc pod uwagę ten projekt, różnica między ich parametrami nie jest specjalnie duża. Chociaż zamiast budować – trzeba było pooglądać sobie kilka dokumentacji.

IMG_0758IMG_0759…podstawki pod układy:

IMG_0761…stabilizator napięcia…

IMG_0763…podstawkę pod wyświetlacze LED…

IMG_0765…resztę kondensatorów elektrolitycznych, potencjometry:

IMG_0766Możecie mieć problemy z odróżnieniem PR1 i PR2. PR1 ma oznaczenie 3006P – 101 a PR2 – 3006P – 104. Nawiasem mówiąc pola pod nimi są źle obrysowane i elemwnty wychodzą poza ich obrys (oczywiście oprócz wrażeń estetycznych w żaden sposób to nie przeszkadza). W moim zestawie kondensator elektrolityczny C8 był tak duży, że praktycznie nie mieścił się w przewidywanym dla niego miejscu (nad mikrokontrolerem). Wymieniłem go na jakiś smuklejszy (50V zamiast 63V). Zwróćcie również uwagę na C5: tu użyto kondensatora mikowego. Ma charkterystyczną żółtą obudowę i oznaczenie 103J63.

Przy okazji wlutowałem też gniazdo BNC; do połączenia z polem na panel wykorzystałem zawartą w zestawie srebrzankę:

IMG_0769Pozostało połączenie płytki sterującej z gniazdami kondensatorów na panelu. Po prostu dolutowałem 2 przewody ze spodniej strony płytki:

IMG_0772Na wszelki wypadek zabezpieczyłem to klejem z pistoletu:

IMG_0774…i przylutowałem do panelu:

IMG_0777Teraz będę myślał o uruchomieniu i kalibracji. Ze względu na ułożenie PR1 i PR2, nie można tego zrobić na złożonym układzie.

Pierwsze uruchomienie

Zanim podłączyłem zasilanie, za pomocą multimetru wykonałem kilka podstawowych sprawdzeń, np:

  • nie ma zwarcia między masą i zasilaniem na CON1;
  • nie ma zwarcia między masą a wejściem/wyjściem regulatora U3 (LM7805);
  • masy są wspólne: minus na CON1 do środkowego pinu na regulatorze U3 a następnie do „-” kondensatorów eletrolitycznych, ne555 (nóżka 1) oraz kontrolera (nóżka 1). Uwaga: C2 jest podłączony do masy przez rezystor R13 – więc Wasz miernik na nim nie bipnie;
  • Potem spradziłem zasilania – podłączenie do pinu 8 ne555  i 20 kontrolera.

Wszystkie sprawdzenia wypadły zadowalająco, więc postanowiłem podłączyć zasilanie. Na wszelki wypadek wyciągnąłem kontroler. Jako źródło użyłem zasilacza laboratoryjnego ustawionego na 9V i z ograniczeniem na prąd 100mA.

IMG_0779Nic nie eksplodowało – oczywiście też nic się nie pokazało na  diodach. Poszedłem więc na całość: włożyłem kontroler, uruchomiłem zasilanie. Przez chwilę pojawił się napis „-CA-„, po chwili pojemość (jak sądzę wewnętrzna) a potem zachęcające „—c”. Do gniazda na panelu włożyłem kondensator 1000uF i po chwili dostałem wynik „953u” (Ut71 dla tego kondensatora pokazał 920u).

IMG_0784Bez żadnej kalibracji, po prostu wystartowało. Próbowałem jeszcze kilka kondensatorów – wyniki były bardzo zachęcające (nawet w przypadku 5pF!).

W kolejnym kroku podłączyłem płytkę zasilającą; ostateczna inspekcja i zamknąłem obudowę:

IMG_0788I pierwszy pomiar po uruchomieniu – kondensator opisany jako 33pF:

IMG_0789Właściwie sukces:) AVT2725 zbudowany.

…chociaż zauważyłem pierwsze problemy:

  • Stojący wolno miernik spontanicznie wyświetla komunikaty o błędzie kalibracji np. 09-P majejące do 01-P;
  • Każde dotknięcie panelu głównego – a nawet plastyku obudowy – powoduje pokazanie się na wyświetlaczu pomiaru – rzędu np. 0.1pF – 0.4pF.

Zgłoszę to do serwisu, zobaczymy co powiedzą.

Teraz kolej na skalibrowanie urządzenia zamówiłem już kilka kondensatorów MKT.

Kalibracja

Kalibrację miernika wykonałem za pomocą kondensatorów MKT i MKP.

Listę używanych przeze mnie kondensatorów referencyjnych znajdziecie na tej podstronie.

IMG_0970Do kalibracji tego miernika służą dwa potencjometry:

  • PR2 (bliżej skraju płytki), kondensatorem o pojemności 1nF,
  • PR1 – kondensatorem o pojemności 10uF.

Zacząłem od mniejszego 1nF. Niestety kręcenie potencjometrem przy zmontowanej płytce okazało się praktycznie niemożliwe… Musiałem odkręcić płytkę od obudowy:

IMG_0973

Bardzo uważajcie przy pracy z otwartą obudową. W środku miernika jest odsłonięty transformator z napięciem zmiennym. Przypadkowe dotknięcie niektórych elementów może skończyć się porażeniem prądem!

Teraz do gniazda pomiarowego włożyłem kondensator (4) – 1nF pojemności nominalnej i 1.05nF zmierzonej. Miernik na początku pokazał 1.03nF. Kręcąc potencjometrem PR2 doprowadziłem do wskazania 1.05nF. Żeby to się stało, musiałem wykonać kilka obrotów – i przez kilka obrotów wynik 1.05 pozostawał na wyświetlaczu. Potencjometrem kręciłem do momentu, aż nie uzyskałem właściwego wyniku na wyświetlaczu. Następnie spróbowałem kondensator (6) – dał poprawny pomiar. Postanowiłem teraz włożyć kondensator 10nF – (10), rzeczywista: 9.94/100Hz. I tu miernik pokazał 9.87nF. Jeszcze raz dostroiłem miernik – tym razem wystarczył niewiele ponad 1 obrót. Powróciłem do kondensatorów (4) i (6), których pomiar dał już poprawne wyniki.

Niestety nie miałem kondensatora referencyjnego 10uF (zalecanego przez instrukcję). W zamian użyłem 1uF kondensatory (7) oraz (8) – rzeczywiste 1uF.  (7) został zmierzony poprawnie – ale (8) dała 995nF. Niestety regulacja PR1 nie wydawała się cokolwiek zmieniać… Zdaje się, że taką sytuację przewidział sam producent, pisząc w instrukcji:

AVT: Gdyby z jakichś powodów zakres regulacji potencjometrów okazał się zbyt mały, to należy zmienić wartość odpowiedniego rezystora szeregowego R16 lub R18.

Nie robiłem tego, ponieważ dokładność miernika była dla mnie wystarczająca.

 

Obserwacje z budowy

Na plus:

  • Sprzęt ma solidną konstrukcję, pancerną obudowę, jest bardzo stabilny,
  • Podoba mi się pomysł wyposażenia zestawu w złącze BNC i miejsce do rozładowywania kondensatorów jak i możliwość rekalibracji,
  • Lutowanie było bardzo przyjemna: gruba płytka, pożądne punkty lutownicze, wszystko chwytało bez problemu,
  • Płytka dobrze opisana – brakowalo jedynie „+” przy mostku (płytka zasilacza) i o jedną dziurkę za dużo w przypadku kondensatora C6; obrysy potencjometrów PK1 i PK2 powinny być dokładnieksze.

Na nie-wiem:

  • Zasilanie AC: sam nie wiem, czy to dobry pomysł. Oczywiście dzięki transformatorowi nie są potrzebne żadne dodatkowe akcesoria – sprzęt stanowi całość,
  • PR1 nie zadziałał do strojenia kondensatora 1uF. Spróbuję jeszcze z 10uF.

Na minus:

  • Producent wprawdzie przemyślał całą konstrukcję pod kątem umieszczenia w obudowie – ale wybrany sposób montażu płytki sterującej nie jest najszczęśliwszy. Instrukcja sugeruje montaż na stałe – co praktycznie uniemożliwiłoby kalibracje; Montaż płytki sterującej jest w instrukcji praktycznie pominięty – przydałoby się więcej wskazówek,
  • Okazało się, że jednym ze słabych punktów zestawu jest wyświetlacz. Wystarczy odrobina światła słonecznego, a odczytanie go staje się problematyczne. Większość zdjęć wyświetlacza, umieszczonych w tej relacji, musiało być specjalnie poprawionych. Rozwiązanie Jabela – gdzie wyświetlacz jest za czerwonym filtrem panelu i naklejki – jest znacznie lepsze.

Dodatkowe narzędzia/materiały

Dodatkowe elementy/materiały, które użyłem w budowie (nie ma ich w zestawie):

  • dystanse 6mm/fi3mm, plastykowe: 4 dla płytki zasilacza, 8 dla płytki sterującej,
  • 4 śrubki 12mm/fi2.5mm z nakrętkami do przykręcenia płytki zasilacza,
  • wtyczka AC ‚ósemka’ i kostka instalacyjna (2 segmenty) do gniazdka na kabel sieciowy,
  • 2 śrubki 10mm/fi 3mm z nakrętkami do umocowania wtyczki w obudowie,
  • kable do zasilania A/C: 2.5mm, ok. 50cm,
  • koszulki termokurczliwe do zarobienia wtyczek,
  • klej cyjanoakrylowy,
  • klej z wypełniaczem – np. żej cyjanoakrylowy lub epoksydowy distal

Przydatne narzędzia:

  • (konieczne) Lutownica, lutowie, topnik,
  • (konieczne) Mini-wiertarko-frezarka z wiertłem 3mm i akcesoriami do wyrzynania,
  • Multimetr do sprawdzania połączeń,
  • Obcinarka do kabli,
  • ‚Trzecia ręka’ do przytrzymywania lutowanego układu

Źródła