Измерение и измерители ESR

[Borodach]

Так его давно уже модернизировали и теперь он может измерять какие-то невероятные нули после запятой ...

[TIGR]

В модернизированный для старта следует поставить OP177G от AD.Кто рискнет?
http://img.radiokot.ru/files/58840/8gkn61n52.gif

[Andrew Martin]

Ну-ну, не только не ушли от двуполярного питания, а ещё и связались с прецизионными ОУ
Почему-то все решают проблему "в лоб" и усиливают по постоянке, и напрочь забыли о структуре МДМ, которая здесь прям таки напрашивается, тем более что модулятор здесь естественный, и демодулятор уже имеется.
Только для МДМ нужен не такой СД, как здесь (фактически устройство выборки-хранения) , а интегрирующий (как в RLC-2). Тогда и страшные и ужасные выбросы на фронтах, ради которых затеяли канитель с выборкой посередине импульса, уже не так страшны
И не избавились от монстроидального комплементарного ключа на силовых ПТ, который сам по себе является источником коммутационных помех (и соответственно выбросов на фронтах). Кстати, защитного интервала при управлении ПТ я в упор не вижу, поэтому нужно ожидать короткие импульсы сквозного тока.
Кроме того, на испытуемый конденсатор подаётся хоть и малое, но переменное напряжение - для электролитических конденсаторов я бы так не делал.
И конечно же управление - на МК. Долой жесткую логику!
Как по мне, 10-битного встроенного АЦП в измерителе ЭПС вполне должно хватить, если, конечно, вы не маньяк

[balmer]

Нда, тяжела дорога чисто аналоговой схемотехники без микроконтроллеров.
Подозреваю, что лучшего качества можно было бы достичь на STM32F303 с несколькими резисторами/конденсаторами в обвязке.

[Andrew Martin]

Нда, тяжела дорога чисто аналоговой схемотехники без микроконтроллеров.
Подозреваю, что лучшего качества можно было бы достичь на STM32F303 с несколькими резисторами/конденсаторами в обвязке.

Насчет лучшего - не знаю, всё-таки милливольты нужно чем-то усилить, прежде чем оцифровывать. Невозможно пока полностью отказаться от аналоговой части без ущерба параметрам. Но и впадать в 80е с 561й серией в 2014м тоже некрасиво. STM32 это очень хорошо, если Вы серьёзный центровой разработчик. А так - AVR или PIC. ATMEGA8 можно достать в любой глуши.
Лучше разумно смешивать аналоговую смехотехнику с цифровой

[balmer]

В STM32F303 есть Оу встроенный. x16 усиление уже даст нам 10 мОм разрешение. Я живу в такой глуши, что даже Atmega8 в магазинах нет. Так что выбор людей из настоящей глуши - это именно современные процессоры.

[Andrew Martin]

В STM32F303 есть Оу встроенный. x16 усиление уже даст нам 10 мОм разрешение.

Честно говоря, не пойму Ваших рассчетов
Как усиливать - по постоянке или по переменке?
Если брать амплитуду тока 10мА, то на сопротивлении 0,1 Ом амплитуда напряжения будет 1мВ.
Не поленился скачать даташит на упомянутый Вами МК - у встроенного ОУ минимальное напряжение смещения нуля 1,6мВ.

[balmer]

Дык просто все. Скажем есть сигнал 300 мВ, подаем его через резистор 100 ом на конденсатор измеряемый. 0.1 Ом это получается 0.3 мВ.

 x16 усиление - это означает диапазон 3.3 В/16 = 0.2 В. Считаем что мы развели схему средненько и у нас на 5 LSB шумов в ADC. 0.2 В/4096*5 = 0.25 мВ.

Нда, где-то я обсчитался, ни о каких 10 мОм речи не идет, только о 100 мОм.

Но там все немного лучше получается в реальности. У меня при усилении x10 вполне получалась точность 0.01 Ом. Всетаки усреднение и метод наименьших квадратов это сила.

[Goodefine]

Подозреваю, что лучшего качества можно было бы достичь на STM32F303 с несколькими резисторами/конденсаторами в обвязке.

Быстродействие АЦП не столь важно для измерения ESR. В обычных случаях ацп меги прекрасно справится - если использовать цепь УВХ контроллера. Есть некоторые нюансы, связанные с измерением напряжений по двум точкам в два цикла, но если их учесть, то скорость ацп не важна, только параметры УВХ. Во многих измерителях есть те или иные решения, которые мне не нравятся:
- не экономное питание (крона + енка, сразу половина мощности в тепло)
- использование разного рода преобразователей для отрицательного напряжения (лишние шумы при борьбе за битность)
- применение громоздких и много потребляющих дисплеев
- не оптимальный выбор ОУ, коэфф. усиления в купе с выбором опоры АЦП.
- необходимость калибровки по диапазонам (когда достаточно всего одной калибровочной величины - резистора)
- наличие каких либо регулировок в схеме (тока зарядки, смещение нуля) и это при живом процессоре ))
- некоторые методологические нюансы измерения

Собираю свой измеритель на stm8l152c6, ОУ - AD823, лишенный во многом этих недостатков (как мне думается):
-питание от трех батареек 1.5В, никаких стабилизаторов и преобразователей (+3В/-1,5В)
-дисплей будет жк, с микропотреблением и желательно со своим контроллером (еще определяюсь с выбором)
-для калибровки в схеме будет резистор 1Ом 1%, все остальные величины либо взаимоуничтожаются (коэф. усиления, опора и т.д.), либо легко учитываются (дрейф питания, тока, смещение нуля ОУ) в каждом цикле измерения
-12 бит АЦП + накопление, измерение двух точек в ОДНОМ импульсе (вот где скорость ацп поможет)
-планирую добавить измерение выброса - полезно для оценки качества конденсатора прямо в плате (плата за это - быстрый ОУ)
-формфактор: что-то в виде маркера

[balmer]

Собираю свой измеритель на stm8l152c6

Интересно какая схема и какие характеристики предполагаются.

[Goodefine]

Схема стандартная - источник тока (два или три значения), два каскада на ОУ с переключаемыми коэф-ми, разрядная цепь, калибровочная цепь, контроллер, кнопки, индикатор. Характеристики как получится, пока определяюсь с комплектовкой и макеткой. Основная задача получить легкий, компактный, быстрый, экономичный и точный прибор, легкий в настройке и эксплуатации. Цена деталей - около 10-15уе. Емкость от 0.1 мкф до 65000мкф, сопротивление до 50 Ом. Разрешение в десятую мОм-а. Но если выйдет честный мОм тоже не плохо. Плюс анализ выброса (либо наоборот) при измерении в плате. Есть любопытные ситуации, когда на дефектный конденсатор будет указывать только выброс. Проблема большинства приборов в том, что цифры они вроде показывают, но такие разные порою. И ведь не проверить их так просто. Выход только один - использовать метод не чувствительный к большинству переменных величин, влияющих на показания.

[balmer]

Ага, тогда вот летняя статья моя, пусть и кривая, но какая есть.
Как ты планируешь бороться с тем, что написано в абзаце "Недостатки и проблемы." ?

[Goodefine]

Во-первых, формирование зарядного тока с помощью одних резисторов, насколько я вижу, пусть даже при использовании линейного участка (а он есть, несомненно) будет давать методическую погрешность (примерно в такой же процент, сколько составляет ESR от резистора задающего ток, это только наклон, а само esr еще больше - неправильный наклон влияет очень сильно). И его никак не учесть - априори ESR неизвестно, соответственно и зарядный ток не известен, и наклон прямой тоже. Найти его из начала графика в принципе можно (по формуле делителя), но далеко не всегда - выбросы, зашумление, малая величина в конце концов - все те причины, по которым ESR находят именно из ДВУХ точек, отходя от начального участка. И погрешность в начале может быть связана именно с этим. В самом деле непонятно Ваше видение причины в частоте - там же используются просто зарядные импульсы, а не замер импеданса на килогерцах. Это совершенно разные частоты, не имеющие друг к другу никакого отношения. Объясните момент про частоту, возможно я просто не понимаю что Вы имеете ввиду.
В каждом импульсе будет три базовых измерения (не считая замеров до него смещения нуля):
1- 0.5мкс (выброс)
2-16мкс(точка 1)
3-32мкс(точка 2)
число импульсов будет 64 скорее всего.
Никаких тысяч мкс, при заряде неопределенным током. А на каком входе отрицательное напряжение я так и не понял ))

[Andrew Martin]

Всетаки усреднение и метод наименьших квадратов это сила.

Это сила вместе с добротной аналоговой частью. Иначе фирма Analog Devices давно пошла бы по миру даже не смотря на свои цифровые продукты
АЦП оцифрует то, что на него подадут. Подадите бред - бред и получите, только в цифре. А дальше хоть усредняйте, хоть в ряд Фурье раскладывайте, хоть с бубном пляшите - кардинально лучше не будет.

А насчет выбросов на фронтах здесь очень верно заметили - это один из признаков неблагонадёжного конденсатора.
Не знаю кому как, а мне не нужен конденсатор с сумасшедшей последовательной индуктивностью. Ему место в мусорном ведре
А измеритель Бирюкова как раз не учитывает эти выбросы, хотя на самом деле они информативны. Вероятно из-за коммутатора на силовых ПТ даже на исправных конденсаторах наблюдались большие коммутационные выбросы по фронтам, и автор решил закрыть на них глаза.

[Goodefine]

А насчет выбросов на фронтах здесь очень верно заметили - это один из признаков неблагонадёжного конденсатора.
Не знаю кому как, а мне не нужен конденсатор с сумасшедшей последовательной индуктивностью. Ему место в мусорном ведре

Тут есть еще момент, когда происходит измерение в плате и || измеряемому конденсатору, например 1000uF с высоким esr (1r) подключена цепочка из фильтра индуктивностью около 0.5uH и исправного конденсатора 640 мкф - в этом случае показания вообще в норме. Но выброс скажет о том, что часть тока утекает в цепь с индуктивностью, чего быть не должно. Помимо выбросов есть и провалы, тоже не менее информативные при чисто емкостном шунтировании

[oleg63m]

Ну вот, снова вернулись к дилеме, толи измерять качество кондеров пробником, учитывая все ньюансы работы конденсатора в импульсной схеме, Толи измерять с высокой точностью "чистый ESR" пропуская "мимо ушей" многие явные недостатки электролитов.

[balmer]

И его никак не учесть - априори ESR неизвестно, соответственно и зарядный ток не известен, и наклон прямой тоже.

Да отлично все учитывается, достаточно знаний первого семестра университета.

В самом деле непонятно Ваше видение причины в частоте - там же используются просто зарядные импульсы, а не замер импеданса на килогерцах.)

Разложите ступеньку первоначального возмущения в ряд Фурье, и тогда все станет на свои места. Понятно, что прямоугольных ступенек не бывает, но если подставить разумные значения емкости и индуктивности щупов/транзистора в симуляторе, то можно увидеть, что происходит. Вначале высокочастотные составляющие в составе сигнала идущего на конденсатор - очень велики. Да, они быстро спадают, но проблема в том, что чем дальше от начала графика мы берем точки, тем менее точным получается ESR.

Вот вы описали вариант измерений - включаем напряжение через резистор и два момента времени t1 и t2. В зависимости от выбора этих моментов у электролитического конденсатора будет разная емкость. Причем чем меньше будет t1,t2 - тем меньше будет емкость.

Поэтому ни о каких миллиомах ESR в данном методе измерения не может идти речи, что-то разумное начинается с 0.1 Ома. Причем не говорю, что метод плох. Его плюсы: Возможность измерять конденсаторы очень большой емкости. Возможность измерять ток утечки.

[balmer]

Это сила вместе с добротной аналоговой частью. Иначе фирма Analog Devices давно пошла бы по миру даже не смотря на свои цифровые продукты

Это верно, поэтому в том варианте измерителя, что делаю сейчас - использую на входе AD8221 , чем очень доволен
Про "голую" STM32F303 говорю лишь потому, что повторять схему в которой пару таких инструментальных усилителей найдется немного желающих. А вот без всего этого обвеса можно получить и характеристики приемлемые и цену всей схемы в диапазоне 500 руб за все детали.

АЦП оцифрует то, что на него подадут. Подадите бред - бред и получите, только в цифре.

Это верно, но улучшить в 10-20 раз точность за счет метода наименьших квадратов довольно легко.

[Andrew Martin]

Ну вот, снова вернулись к дилеме, толи измерять качество кондеров пробником, учитывая все ньюансы работы конденсатора в импульсной схеме, Толи измерять с высокой точностью "чистый ESR" пропуская "мимо ушей" многие явные недостатки электролитов.

Никакой дилеммы нет - важно оценить то, насколько измеряемый конденсатор отличается от идеального, в котором, как всем известно, нет ни индуктивностей, ни активных сопротивлений.
Пробник, увы, не даёт понятия о том, чем вызвано завышение импеданса - активной или индуктивной компонентой.
Академически "правильное" измерение чисто активной составляющей на практике малополезно, с этим согласятся многие. А вот оценка ещё при этом и индуктивной составляющей - это уже крайне полезная штука, позволяющая учесть многие ньюансы, о которых писали выше.

[Goodefine]

Да отлично все учитывается, достаточно знаний первого семестра университета.

Я же написал, что можно учесть в схеме с резисторами только если измерить в момент времени около нуля, в самом начале - по формуле делителя. И также написал почему это во многих случаях не получится. Схема с резисторами не у меня а у Вас. Метод наименьших квадратов не панацея - Вы это и сами увидели, что не всегда он может аппроксимировать - погрешность именно методологическая, в реале не обязательная при использовании I=const.

Разложите ступеньку первоначального возмущения в ряд Фурье, и тогда все станет на свои места. Понятно, что прямоугольных ступенек не бывает, но если подставить разумные значения емкости и индуктивности щупов/транзистора в симуляторе, то можно увидеть, что происходит.

А причем тут занижение емкости в зависимости от частоты? Все эти ПП от ступеньки как раз и дают оценку качества цепи (тот самый анализ выброса), но когда он стихает (не позднее 5 мкс как правило) то все возвращается на круги своя, их часто вообще нет. Причем тут частота гармоник к занижению емкости? Мы же не ждем мс пока стихнут они, а всего десятки микросекунд, когда в запасе есть еще сотни, только потом идет погрешность от нелинейности зарядки. Об этом кстати писал еще автор метода, и что сам он применяет 10мкс и 20мкс.

Вот вы описали вариант измерений - включаем напряжение через резистор и два момента времени t1 и t2. В зависимости от выбора этих моментов у электролитического конденсатора будет разная емкость. Причем чем меньше будет t1,t2 - тем меньше будет емкость.

Вы не правильно поняли, у меня измерение с источником тока, резисторы я вижу в Вашей схеме. Потому и писал о ней. А точки это уже метод почти классический, с постоянными токами.

Поэтому ни о каких миллиомах ESR в данном методе измерения не может идти речи, что-то разумное начинается с 0.1 Ома. Причем не говорю, что метод плох. Его плюсы: Возможность измерять конденсаторы очень большой емкости. Возможность измерять ток утечки.

Это как раз следствие недопонимания, еще раз повторю - я не предлагаю резисторы, наоборот, увидев их в Вашей схеме, предположил что именно из-за применения их, а не классического источника и как следствие выбора обработки через квадраты привело к такому результату

ЗЫ. В схеме 1мкф 20 Ом и есть расхождение, причем огромное, Вы списываете на гармоники и приводите пример с керамикой. Все правильно - в первом случае виноват большой еср - из-за него и выбранного метода ошибка. А с керамикой еср низкий и он не вносит погрешность. 1 мкф 20 Ом измеряется на ура с источниками тока, как в реале так и в модели проблем там нет вообще по двум точкам, тем более теоретических