Egyszerű RLC mérő PC-vel

RLC mérő - PC hangkártyával

A fenti áramkör a PC hangkártyájának segítségével képes ellenállást, kapacitást, induktivitást mérni.

Mérési tartománya

• Ellenállás: 5 Ω ...50 MΩ
• Kapacitás: 5 pF .. 5 μF
• Induktivitás: 5 μH ... 50 mH

Hozzávaló PC szoftver

• Windows: http://www.rcl-meter.strobbe.eu/
• Linux:

Működési elv

Alább a legegyszerűbb elvet ismertetem, amely nem feltétlenül egyezik meg egy-egy internetről letöltött szoftver realizációval, azonban ha saját magad szeretnél egy ilyen szoftvert írni, a legegyszerűbb megoldás a legértékesebb.

A hangkártya hangkimenetének a trimmerpotenciométerrel leosztott jele a generátorjel, amely a gyakorlatban egy átlagos 20 Hz ... 20 kHz-ig képes színuszos jel generálásra. A hangkártya vonali bemenetét (line in) pedig a színuszos jel elemi mintáinak digitalizálására használjuk.

A két csatorna közül a jobb (R) bemenet megkapja a vonali bemenet véges jelszintje miatt potméterrel lecsökkentett amplitudójú generátorjelet (= U_be az alábbiakban), míg a bal bemenet (L) a 10 kΩ 1%-os ellenállás és a mérendő alkatrész által felépített feszültségosztó kapcsolás jelét (= U_ki az alábbiakban) kapja.

A mérés során rendelkezésére áll

• U_generátor generátorfeszültség időbeli pillanatnyi értékei
• U_x mérendő alkatrészen eső feszültség időbeli pillanatnyi értékei
• A fentiekből kiszámítható fáziskülönbség, azaz hogy hány foknyit siet vagy késik a színuszos jel a mérendő alkatrészen a generátorjelhez képest.

Vegyük végig példának okáért az R, L, C komponensek mérése során tapasztalható eredményeket:

• R esetén
  [math]U_{ki} = U_{be} \cdot \frac{R_x}{R_{10k} + R_x}[/math].
  Az egyenletből az összes többi paraméter ismeretében R_x kiszámítható.
• L esetén a komplex számábrázolás szabályainak ismeretében
  [math]U_{ki} = U_{be} \cdot \frac{X_L}{\sqrt{R_{10k}^2 + X_L^2}}[/math], ahol
  [math]X_L = 2 \pi f \cdot L[/math], ahol
  L az indultivitás (henry), f a frekvencia (Hz).
• C esetén hasonlóan az induktivitásmérésnél ismertetetthez járunk el, azonban itt
  [math]X_c = \frac{1}{2 \pi f \cdot C}[/math], ahol
  C a kapacitás értéke faradban, f a frekvencia Hz-ben.

Íme egy lehetséges megoldás arra, hogyan állapítható meg szoftverrel, hogy R, L, C szabályok melyike szerint számoljon a program. Végezzük el a mérést két különböző frekvencián. R esetében a mérési eredmény változatlan, C esetén a nagyobb frekvencián U_x csökken, L esetén pedig nő.

A mérés pontosítása, kalibrációk

• a generátorjel értéke nem haladhatja meg az A/D átalakító feszültségmaximumát, mert felette nem tudja a pontos értékre alakítani. Célszerű, ha a feszültségmaximumot a szoftver figyeli.
• a kalibráció során a jobb és bal csatorna analóg részén lévő erősítés és offset eltérést a szoftver a mérés során visszakompenzálva pontosítja a mérést.
• a szoftver a színuszos jelnek - ha nem a csúcsát veszi alapul, hanem például a középértékétől való négyzetes eltéréseket összegzi - a pillanatnyi zajok hatásai szintén csökkenthetők.