Измеритель rlc что это такое

Как выбрать RLC измеритель

На практике часто нужно определить тип или параметры резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности. Радиодетали несовершенны, как всё в нашем мире, зачастую из-за отсутствия или повреждения маркировки, износа или старения радиокомпонентов, определение номинала становится сложной задачей.

Чтобы определить сопротивление, емкость или индуктивность применяют измерители RLC, ESR. В статье разберем на примерах как провести замеры и подскажем, как выбрать оптимальное техническое решение для ваших прикладных задач.

Время чтения: 20 минут

Автор статьи — Андрей Кириченко

Что такое измеритель импеданса и тестер полупроводников

Так уж сложилось, что чаще всего радиолюбители пользуются тремя основными приборами — вольтметром, амперметром, омметром, но иногда возникают ситуации, когда для работы необходим более сложный, редкий прибор — измеритель RLC иммитанса или LCR-метр.

При этом конечно подобные измерительные устройства также бывают как профессиональные, так и «любительские», но для начала о том, что это вообще такое.

Как уже следует из названия, прибор позволяет измерять три основных величины:

L — Индуктивность;
C — Ёмкость;
R — Сопротивление;

Конечно емкость и сопротивление могут замерять большинство современных мультиметров, но LCR-метры это делают обычно точнее, в большем диапазоне. Также RLC метры позволяют проводить дополнительные измерения, например добротности, коэффициента потерь, ESR (эквивалентного последовательного сопротивления, сокращенно ЭПС) и делать это на разных частотах.

Подобный функционал необходим там, где уже не хватает обычных мультиметров, например при диагностике неисправностей импульсных блоков питания, преобразователей напряжения, радиочастотных цепей.

Типовые примеры использования LCR-метра и транзистор тестера для проверки радиодеталей

Резисторы – самый распространенный вид радиокомпонентов

Проволочные резисторы отличающиеся по номинальной мощности

Если с распространенными номиналами проблем не возникает, то измерение низкоомных резисторов может добавить сложностей. Обычный мультиметр часто может измерить нормально сопротивление порядка 1-2 Ома и выше, если ниже, то начинает сильно влиять сопротивление проводов, щупов и низкое разрешение. Даже довольно точный UNI-T UT61E имеет дискретность измерения в таком режиме всего 10 мОм, при том что даже у недорого LCR-метра минимальная дискрета 0,1 мОм. высокой точности с возможностью подключения к ПК для снятия логов Соответственно если при помощи мультиметра можно относительно точно измерить резисторы с сопротивлением от 0,05-0,1 Ома, то при измерении 10 мОм он фактически ничего уже измерять не будет, для сравнения ниже измерение двух резисторов номиналом 1 и 2,2 мОм. Часто измерение малых сопротивлений необходимо при проверке, подборе или изготовлении токоизмерительных шунтов. Альтернативный вариант измерения по падению напряжения, но необходим регулируемый блок питания, амперметр, вольтметр. Возможность измерения малых сопротивлений также полезна для выявления таких проблем как неправильная маркировка, особенно низкоомных резисторов. Слева резистор промаркированный как 0,1 Ома, справа как 0,22 Ома, но реально у них почти одно и то же сопротивление. Такие ошибки могут стоить иногда очень дорого. Транзисторы Измерение малых сопротивлений поможет в оценке оригинальности полевых транзисторов. Сейчас на рынок все чаще поступают поддельные, перемаркированные транзисторы. Хотя простое измерение сопротивления в открытом состоянии не дает полной информации, оно позволяет быстро понять что перед вами. Для теста кроме измерителя надо иметь только батарейку на 9 вольт. Зачастую данные в даташитах приводятся к напряжению на затворе в 10 вольт, но в данном случае это не существенно. Кроме того корректно измерять сопротивление сток-исток под током, обычно он указан в документации, но это требует наличия как минимум лабораторного блока питания. Чтобы проверить транзистор: подключаем тестовые щупы к выводам сток и исток (обычно средний и правый), подаем 9 вольт на крайние выводы. Постоянно подавать напряжение не требуется, достаточно зарядить затворную емкость, но надо быть внимательным, не подключите случайно батарейку к щупам тестера. Можно даже сначала «зарядить» транзистор, а только потом подключить щупы. Конденсаторы Конденсаторы используются немного реже, но имеют свои особенности. Например в отличие от резисторов они гораздо больше подвержены старению, особенно если речь идет об электролитических конденсаторах установленных в импульсных блоках питания, преобразователях материнских плат, т.п. Особое значение имеет ESR конденсаторов. Когда конденсатор высыхает почти не теряя при этом емкость, у него значительно увеличивается внутреннее сопротивление. Обычным мультиметром такое не диагностируется, можно менять всё подряд, но это не всегда удобно, часто сложно или дорого. Кроме того часто RLC измерители позволяет проводить измерения без выпаивания компонента, хотя, конечно это зависит от схемы включения. Для примера сравнение двух конденсаторов, дешевого китайского и фирменного. Хоть точный, но обычный мультиметр считает их почти одинаковыми, показывая только небольшую разницу в емкости. Но если подключить конденсаторы к LCR-метру, то видно что отличие во внутреннем сопротивлении у них почти в 5 раз! Если планируете применять конденсаторы в импульсных блоках питания, то именно эта разница в сопротивлении скажется на нагреве, а соответственно и на сроке службы, характеристиках блока питания. Конденсаторы с большим внутренним сопротивлением не могут эффективно гасить выбросы. Дроссели и катушки индуктивности Дроссели, трансформаторы и вообще моточные узлы, в отличие от конденсаторов и резисторов проверяются еще сложнее, и редко какой мультиметр вообще способен измерять индуктивность. Измеритель иммитанса облегчает производство моточных узлов, а также поиск межвиткового КЗ. Путем сравнения с исправным компонентом или известным значением можно понять, что трансформатор или дроссель неисправен, так как у него сильно изменится индуктивность. Вообще для поиска короткозамкнутых витков существуют индикаторы, но измеритель иммитанса также определит эту проблему. Например слева исправный трансформатор, справа он же, но с одним накоротко замкнутым витком. Видно, что индуктивность обмотки стала существенно меньше, также виток повлиял и на результат измерения активного сопротивления обмотки. Как итог, несколько рекомендаций перед выбором RLC измерителя: Обзор особенностей, основных технических характеристик и возможностей измерителей LCR-параметров Сравним несколько измерителей разной цены, оценим их преимущества, недостатки. Транзистор тестер Маркуса с AVR микроконтроллером Для начала конечно знаменитый транзистор тестер Маркуса. Он существует в различных вариантах: в корпусе и без, со встроенным частотомером, с проверкой стабилитронов, самодельный или фабричный. Иногда его ошибочно называют ESR-метром – это не совсем корректно, так как изначально это именно тестер транзисторов, а замер ESR – только одна из его функций, которая была добавлена значительно позже. Кроме того, устройство имеет очень большое комьюнити на известном сайте vrtp.ru, где можно узнать как прошить транзистор тестер.

Транзистор тестер TC1

Транзистор тестер LCR-T4

Популярные транзистор тестеры EZM Electronics MK-168 и M8

Пожалуй, для новичка – это действительно выход: такой тестер умеет измерять очень много различных компонентов. Особенно удобно проверять транзисторы, например облегчить такую задачу как найти базу эмиттер коллектор транзистора. Он также вполне нормально проверяет конденсаторы с резисторами.

Но более важно то, что этот тестер умеет измерять емкость и индуктивность, причем проводить комплексное измерение. То есть, например, у дросселя показать не только индуктивность, а активное сопротивление обмотки, также у конденсаторов, не только емкость, но и внутреннее сопротивление.

Есть конечно недостатки, из-за простой схемотехники и двухпроводного подключения компонента ему сложно работать с малыми сопротивлениями.

LC метры

Следующим шагом идут устройства на шаг выше – LCR-метры. Они не умеют проверять параметры транзисторов, но индуктивность или малое сопротивление измерят лучше чем универсальный тестер. Типичный представитель — LC100-A компании Juntek.

В отличие от предыдущего прибора прошивка ESR тестера закрыта, потому возможность обновления отсутствует.

У таких измерителей, остался недостаток универсального прибора — двухпроводное подключение. Поэтому на результат измерений может сильно влиять качество контакта с компонентом и длина проводов. Калибровка ESR тестера, конечно решает проблему длины проводов, но лучше использовать провода минимальной длины и большого сечения.

LCR+ESR метры

Для более опытных есть прибор, который относят если не к профессиональным, то уж точно близким к ним — это XJW01. Кроме стандартных замеров, он позволяет проводить комплексные, а также измерять добротность, диэлектрические потери. Тестер имеет четырехпроводное подключение.

XJW01 позволяет проводить измерения на трех частотах: 100 Гц, 1 и 7.8кГц. Продается XJW01 в виде конструктора для сборки, или собранным устройством.

Тестер может работать как в автоматическом режиме выбора измеряемой величины, так и в ручном. Лучше использовать с ручным режимом, так как автоматика иногда неверно определяет тип компонента.

Наличие четырехпроводного подключения сразу ставит XJW01 на голову выше многих других любительских приборов: такое подключение позволяет разделить цепи генератора тока и измерительной части, за счет чего длина проводов и сопротивление контакта перестает влиять на результаты замеров.

Такой тип подключения применяется в профессиональных приборах: даже там где компонент подключается прямо в клеммы прибора, также используется специальная контактная группа, состоящая из четырех контактов.

Для подключения радиодеталей используются зажимы, пинцеты или выносные контактные группы, а так как они также используют разъемы BNC для подключения, то даже фирменные устройства совместимы с показанным выше XJW01.

Фактически все то же самое есть у фирменных, но относительно бюджетных LCR-метров от фирм UNI-T и Hantek. Они также имеют четырехпроводное подключение, измерение емкости, индуктивности и сопротивления включая ESR и комплексные измерения.

Особенно выделяется новая модель измерителя Hantek 1832C, с которой можно проводить измерения на семи вариантах частоты с верхним пределом в 40 кГц. Базовая погрешность до 0,3%, есть автоматический режим измерения, режимы комплексных измерений.

В этой серии есть старшая модель – Hantek 1833C, отличающаяся расширенным диапазоном частот, но имеющая большую цену.

Hantek 1832C имеет большой экран, на который выводится одновременно все результаты тестирования. Подключение тестируемого компонента двух и четырех проводное (трех и пяти с учетом защитного контакта).

Размах тестового сигнала составляет 0,6 вольта, из-за чего можно проводить замеры многих пассивных радиокомпонентов без выпаивания из платы.

Заявленные диапазоны измеряемых параметров:

При этом часто современные устройства могут измерять на частотах до 100 кГц (например Hantek 1833C), что позволяет тестировать компоненты на более высоком уровне. Особенно это помогает при отборе конденсаторов для работы в импульсных блоках питания, частота работы которых находится на сопоставимом значении.

Но нужно быть внимательным: у многих измерителей LCR часто декларируется диапазон частот до 100 кГц. Однако если внимательно прочитать инструкцию, то станет ясно, что в режиме измерения на такой частоте максимальная измеряемая емкость существенно ниже.

Сравнение и рейтинг измерителей импеданса: лучшие измерители RLC 2020 года — основные достоинства и недостатки

Чтобы выбрать оптимальный с точки зрения мастера по ремонту формат или тип прибора для измерения ESR проведем сравнение 3-х основных категорий:

Лучшие LCR-метры профессионального уровня	Цифровой измеритель LCR Hantek 1832C	Основные плюсы: точность измерения, частота до 40 кГц, прибор уже готов к использованию. Минусы: цена
	Высокоточный RLC метр XJW01	Основные плюсы: точность измерения, измерение индуктивности до 1000 Гн, цена. Минусы: только три тестовые частоты с максимальной в 7,8 кГц, упрощенная индикация, необходимость доработки для автономного питания.
Лучший LCR-метр среднего класса	Измеритель LC100-A с щупами для SMD	Основные плюсы: простая конструкция, компактность, большой диапазон измерения, низкая цена. Минусы: невысокая точность измерения, двухпроводная схема подключения компонента.
Лучшие бюджетные транзистор тестеры базового уровня	Тестер компонентов LCR-T4	Основные плюсы: очень высокая функциональность, кроме измерения LCR можно тестировать транзисторы, диоды, тиристоры и пр., возможность обновления прошивки, цена. Минусы: не очень высокая точность измерение малых сопротивлений и ESR, двухпроводное подключение компонента, измерение на низкой частоте, невозможность измерения без выпаивания компонента.
	Многофункциональный тестер элементов GM328 ESR

Из особенностей — измерение на частотах до 200 кГц, до 12 измерений в секунду, напряжение смещения внешнего конденсатора до 40 В.

Резюмируя все вышесказанное подчеркнем, что для начинающего радиолюбителя более чем достаточно обычного транзистор тестера, который перекроет 90% его задач. Опытным скорее всего потребуется измеритель посложнее, и здесь можно смотреть либо на готовые приборы от брендов среднего уровня, либо на конструкторы типа XJW01.

Тем, кто работает в организациях на которые распространяется сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений, будут нужны приборы, числящиеся в госреестре, к которым можно заказать метрологическую поверку. Это также отличие профессиональных приборов от любительских, хотя и качественных.

Источник

Обзор современных измерителей импеданса (измерители RLC)

Измеритель RLC 41 и 41R производства компании CHY (Тайвань)

Это портативные измерители RLC, обладающие достаточно широкими функциональными возможностями, особенно в направлении допускового контроля по различным параметрам. Отличия между моделями состоят в наличии возможности связи с ПК (модель с буквой R) или ее отсутствии (без буквы R).

Приборы обладают следующими функциональными особенностями:

Некоторые особенности и функциональные возможности измерителя RLC 41R не имеют аналогов даже в более дорогих и сложных моделях измерителей RLC, что делает его очень популярным не только среди рядовых пользователей, но и среди конструкторов-разработчиков радиоэлектронной аппаратуры.(Для чего применяются различные частоты измерения, чем обусловлен выбор схемы замещения или что такое добротность и тангенс потерь, было рассмотрено в первой части статьи.)

Автоматический выбор пределов измерения

Если измерения параметров компонентов производятся в широком диапазоне или значение измеряемой величины неизвестно, возникает необходимость правильного выбора предела измерения. В измерителях с ручным выбором предела измерения это приводит к увеличению времени измерения из-за необходимости выбора правильного предела. Но индикация результата измерения еще не означает, что выбран правильный предел измерения. Известно, что более достоверным является тот результат, который находится ближе к концу шкалы измерения. Например, выбран предел измерения 10 мкФ, на индикаторе отображается значение 0,1 мкФ. При выборе предела измерения 1 мкФ на индикаторе также отображается значение 0,1 мкФ.

Какой результат измерения будет более точным? Естественно, полученный на пределе 1 мкФ! Так как полученное в результате измерения значение 0,1 мкФ находится ближе к 1, чем к 10 мкФ. Это, конечно, упрощенный подход к оценке погрешности, но он указывает на необходимость правильного выбора пределов измерения. В средствах измерения с ручным выбором пределов измерения получение достоверного результата сводится к последовательному перебору пределов измерения от максимального к минимальному по принципу «недолет… недолет… перелет!». «Перелет» — это значение предела измерения, при котором прибор показывает, что поданная на вход величина превышает выбранный предел. Предшествующий этому предел и был оптимальным для получения наиболее достоверного результата измерения.

Ручной выбор увеличивает время измерения параметров компонентов с неизвестными параметрами. При автоматическом выборе пределов измерения внутренняя схема анализа самостоятельно выбирает наиболее оптимальный с точки зрения погрешности предел измерения, и этот процесс проходит гораздо быстрее, чем в ручном режиме.

Но выбор предела измерения происходит также по принципу перебора пределов, и в случае проведения измерения на однотипных компонентах предел измерения каждый раз выбирается заново и все равно останавливается на том, который был до этого! Это уже не сокращает, а увеличивает время измерения. Как быть в этом случае? Необходима фиксация предела измерения. Технически это выглядит так: первое измерение производится в автоматическом режиме, после этого производится фиксация предела измерения и последующие измерения уже проводятся на фиксированном пределе. Большинство современных средств измерения реализует именно этот принцип, не исключение и измеритель RLC 41 (R).

Фиксация минимальных, максимальных или средних значений

Этот вид измерений широко распространен в цифровых мультиметрах (при подключении к цепи фиксируются экстремальные значения измеряемого параметра), но очень редко встречается в измерителях RLC. Какие же преимущества он дает при использовании в измерителях RLC? Несколько примеров.

Для статистики и определения качества изготовления, из партии емкостей необходимо определить минимальные и максимальные значения емкостей. Очевидно, что если прибор не оборудован функцией фиксации минимальных и максимальных значений, сотруднику, отвечающему за контроль компонентов, придется фиксировать измеренные значения всех компонентов, а после этого проводить анализ. В приборе, имеющем такую функцию, номинальные значения емкости не имеют большого значения для оператора, записей вести не надо. После проведения измерений достаточно только считать с индикатора экстремальные значения и сравнить их с паспортными данными для этой партии.

Второй пример: необходимо определить изменение емкости от температуры (температурный коэффициент емкости). Наличие функции фиксации экстремальных значений облегчит процесс измерения.

Другая интересная функция измерителя RLC 41(R), отсутствующая в приборах аналогичного класса, — это вычисление средних арифметических значений. В этом режиме прибор фиксирует до 3000 различных результатов измерений (разница между последующими значениями должна превышать 50 единиц младшего разряда, это защита от фиксации ложных значений, вызванных флуктуацией цифровых преобразователей).

В этом случае на основном индикаторе индицируется среднеарифметическое значение, а на вспомогательном — количество проведенных измерений.

Относительные измерения

В современных средствах измерения этот режим сочетает два назначения.

В режиме относительных измерений на цифровой шкале отображается величина

где Nвх. — измеренное текущее значение.

Видно, что компенсация начальных параметров измерителя RLC аналогична вращению регулятора «установка 0» в аналоговых измерителях.

Практическое применение режима относительных измерений — это, как уже было сказано, компенсация влияния соединительных проводников и гнезд измерителя RLC при проведении измерений малых значений радиокомпонентов и определение разброса параметров емкостей, индуктивностей и сопротивлений.

Функция допускового контроля

Основное назначение функции допускового контроля — обеспечить быструю проверку соответствия номиналов и отбраковку тестируемых компонентов при сравнении с заранее заданной величиной. В измерителях RLC 41(R) реализованы два вида допускового контроля:

Нижний предел в этом случае составит 423 мкФ, верхний — 564 мкФ. В процессе тестирования емкости, значения которых лежат в пределах от 423 до 564 мкФ, будут признаны годными, вне этих пределов — будут браковаться по звуковому сигналу.

Такой режим удобен при отборе из партии наиболее прецизионных компонентов с номинальным отклонением, которое, например, не должно превышать 5%. Остальные компоненты с бoльшим отклонением могут быть использованы при производстве других изделий.

Программная компенсация режимов короткого замыкания (КЗ) и холостого хода (ХХ)

Выполнение этой процедуры характерно для измерителей RLC, обладающих высокой точностью измерения, и необходимо как раз для обеспечения точности измерения. Физически выполнение этой процедуры является «установкой нуля» при подключенных измерительных проводниках и отсутствии измеряемого компонента и схоже с описанной ранее процедурой относительных измерений для компенсации начальных параметров.

Отличие состоит в том, что при такой компенсации происходит калибровка на всех доступных частотах и уровнях измерения, а область памяти, выделенная для относительных измерений, остается свободной для дальнейшего использования. Компенсация КЗ необходима при прецизионном измерении сопротивления и индуктивности, поскольку на постоянном токе и при нулевых значениях эти компоненты представляют собой короткое замыкание. Компенсация ХХ необходима при прецизионном измерении емкости, поскольку на постоянном токе и при нулевых значениях емкость представляет собой обрыв.

Хочется отметить, что все описанные выше функции измерителя RLC 41(R) реализованы аппаратно в приборе весом всего 365 грамм, а не программно на внешнем компьютере, как в измерителях RLC других производителей! И этот измеритель является на сегодняшний день наиболее удачным в соотношении цена—качество—функциональность.

Использование программного обеспечения для измерителя RLC 41(R) позволяет не только расширить его функциональные возможности, но и документировать измерения, производить анализ и вести статистику. Технические характеристики измерителя RLC 41(R) приведены в таблице 2.

± (0.8 % + 5 ед. мл. разряда) 200 Ом

± (1.2 % + 8 ед. мл. разряда) 20 Ом

± (2 % + 8 ед. мл. разряда) 10 МомЕмкостьПредел измерения2000 пФ/20/200/2000 нФ/20/200/2000 мкФ/20 мФРазрешение0.1/1/10/100 пФ/1/10/100 нФ/1 мкФПогрешность измерения на частоте 1 кГц± (0.7 % + 3 ед. мл. разряда) 20/200/2000 нФ/20 мкФ, (D 3 …9999Тангенс угла потерь (D)10
–3 …9999Фазового сдвига (q)–180°…+180°Погрешность измеренияБазовая ±0,2%Скорость измерения2,5 измерения/сек. (МЕДЛЕННО)4,5 измерений/сек. (БЫСТРО)Схема измеренияПараллельная/последовательнаяТестовый сигналЧастота тестового сигнала100 Гц, 120 Гц, 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц (MT 4080А)(фиксированная)100 Гц, 120 Гц, 1 кГц, 10 кГц, (MT 4080D)Уровень тестовый сигнала50 мВср.кв., 250 мВср.кв., 1 Вср.кв.(фиксированный)1 В (при измерении сопротивления постоянному току)Дополнительный функцииРежим индикации измеренийАбсолютное значение,
D измерениеИнтерфейс для связи с ПК функцииПоследовательный инфракрасный порт RS-232CДисплейТип индикатораЖК индикатор содержит: основной экран (R, Z, L, C), дополнительный экран (Q, D, q, ESR),индикатор параметров режима измеренияФормат индикации4 разряда на основном экране4 разряда на дополнительном экранеОбщие данныеУсловия эксплуатации0 °С…40 °С и относительная влажность до 85%Напряжение питанияАккумуляторы типа Ni.Mh АА 2.1,2 В (непрерывная работа 2.5 ч) или сеть 220 В/50 Гц через адаптерГабаритные размеры174 х 86 х 48 ммМасса0.47 кг

Измеритель LCR 816, LCR 817, LCR 827, LCR 819 e LCR 829 компания GOOD WILL (Тайвань). Включен в Госреестр 20187-00

Это стационарные лабораторные высокопрецизионные измерители RLC. Они предназначены прежде всего для фундаментальных лабораторных исследований или высокоточных измерений на производственной линии.

Отличия между моделями:

Общими особенностями измерителей RLC компании GOOD WILL являются:

Технические характеристики измерителей RLC 817,819,827 и 829 приведены в таблице 4.

В заключение хочется дать несколько практических советов для пользователей измерителей RLC.

Хочется надеяться, что при выборе и эксплуатации измерителей RLC у наших читателей теперь не возникнет затруднений.

Источник