Перейти к содержанию

    

Каким методом измерить 10нГн-1мкГн диапазон и резонансную частоту катушек?

Добрый день,

 

есть катушки из нескольких витков, вернее я сейчас налаживаю производство оных внутри очень хитрого корпуса. Мне надобно перед окончательной сборкой проверять индуктивность, резонансную частоту и кроссток (а как это по-русски называется???) между катушками (у меня в сборке 6 катушек). Индуктивности оных лежат в диапазоне от 10нГн до 1мкГн, резистивное сопротивление около 0.1Ома, которое от 1МГц будет из-за скин эффекта как квадратный корень от частоты уменьшаться. Приборы, что есть под рукой отказываются что-то показывать. Катушки технологически все 6 выведены не 12-ти пиновый штекер. Я хотел придумать плату, чтоб воткнув ее можно было бы измерить эти характеристики.

 

Как измерять - пока ищу совета. Также я прекрасно понимаю, что такое 10нГн - слегка кривая дорожка на плате и то большую индуктивность имеет. Но, все-таки мне надо индуктивность моих катушек таки измерить...

 

Планировал закоротить каждую катушку на конденсатор, и через 1кОм резисторы раскачивать этот конденсатор двумя ножками плиски меняя частоту, одновременно выпрямляя диодным мостом то, что получается на конденсаторе и сглаживая результат еще одним конденсатором на котором измерять напряжение это какой-нибудь АЦПшкой. Планировал где-то для 10нГн поставить около 100нФ конденсатор, что должно дать около 5МГц собственной частоты контура и на такую частоту можно будет найти адекватные диоды с существенно меньшими внутренними емкостями...

 

Скажите, пожалуйста, правильно ли я думаю, или такие индуктивности правильнее измерять каким-то другим методом?

 

Спасибо!

 

ИИВ

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
14 hours ago, iiv said:

Скажите, пожалуйста, правильно ли я думаю, или такие индуктивности правильнее измерять каким-то другим методом?

Есть же профессиональное оборудование - измерители иммитанса, мосты и проч. Да, дорого, но ведь вам это не 'для дома, для семьи' надо, а для производства ...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Ёмкость — датчик производной напряжения, индуктивность — датчик производной тока:

 

bad-232.gif.296549a1b38e08406fa185c2da8f1a4c.gif

 

Полки напряжений — только чтобы показать законы природы, т.е. на схеме сопротивление у дросселя ноль — в реальности же оно прибавит пилу, а измерения двух точек на ней и на R10, соответственно, даст индуктивность и сопротивление, причём, все четыре измерения можно разнести во времени и делать неприлично тугим АЦП, добавив УВХ на аналоговом мультиплексоре и формируя окно компараторами таймера микроконтроллера, потому что сейчас схема автогенератор, а в жизни это ни к чему.

 

Для измерения собственной частоты дросселя её надо уменьшить до совместимости с ПЛИС добавлением параллельной ёмкости, а затем измерить частоту в двух точках, т.е. с двумя разными добавочными конденсаторами, например так:

 

bad-233.gif.bb5efa5ff56ad81639a84702c766ca7c.gif

 

Здесь источник тока пинает контур, затем компаратор работает по переходам его свободных колебаний через ноль. Под C1 подразумеваются два конденсатора, переключаемые измерителем. Для измерения суммы всех емкостей, подключённых в каждой конфигурации к контуру параллельно, надо добавить в схему измеритель ёмкости, т.е. источник тока на токовом зеркале в разрыв подключения дросселя к виртуальному общему и измерить существующим компаратором напряжение в двух точках, посредством переключения его положительного входа аналоговым мультиплексором к соответствующему делителю, задающему эти уровни. Для компенсации ёмкости аналогового ключа, которым дроссель переключается между виртуальным общим и источником тока, измерить его долю от общего тока, посредством резистора и усилителя.

Изменено пользователем Plain

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
21 час назад, iiv сказал:

Индуктивности оных лежат в диапазоне от 10нГн до 1мкГн, резистивное сопротивление около 0.1Ома, которое от 1МГц будет из-за скин эффекта как квадратный корень от частоты уменьшаться.

21 час назад, iiv сказал:

Как измерять - пока ищу совета. Также я прекрасно понимаю, что такое 10нГн - слегка кривая дорожка на плате и то большую индуктивность имеет. Но, все-таки мне надо индуктивность моих катушек таки измерить...

Измерение индуктивностей немного сложнее, чем конденсаторов - связано это с бОльшей величиной паразитных составляющих. Про скин-эффект вы правильно написали, еще необходимо добавить потери на излучение (или переотражение от экрана) и межвитковую емкость (или емкость между индуктивностью и экраном).

Приведу пример. На работе есть LCR-измеритель Hioki IM3536 с базовой погрешностью 0.05%. При измерении чип-индуктивности формата 0805 с номиналом 100 нГн он показывает 120-130 нГн, при условии предварительной калибровки по методике SOL (Short-Open-Load). Если эту же индуктивность измерить на векторном анализаторе цепей и потом по S-параметрам сделать экстракцию параметров, то индуктивность получится 100 нГн +- 2 нГн. Возникает резонный вопрос: где базовая погрешность 0.05%? Ответ простой - прибор вычисляет индуктивность по эквивалентной схеме замещения из двух элементов - R и L, я же делал экстракцию параметров по схеме из трех элементов - R, L и С. После детального изучения вопроса, пришел к выводу, что для более-менее хорошей точности, измерения нужно проводить в диапазоне частот (не на фиксированной частоте), путем измерения комплексного сопротивления (действительная + мнимая часть), с последующей аппроксимацией к выбранной эквивалентной схеме. Формально я могу и на своем IM3536 вручную измерить комплексное сопротивление на нескольких частотах и потом посчитать в мат. программе, но весь процесс уж больно долгий и утомительный. Лучше взять приборы повыше классом, которые считают в автомате (у этой же фирмы есть, как и у других).

В любом случае скалярные методы для измерения индуктивностей дают огромную погрешность - это к вопросу о преобразователях индуктивность-ток.

 

Самый простой векторный измеритель сопротивления - AD5933 + добавить к нему измерение в нескольких частотных точках и аппроксимацию параметров по эквивалентной схеме замещения.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
3 часа назад, rloc сказал:

На работе есть LCR-измеритель Hioki IM3536 с базовой погрешностью 0.05%. При измерении чип-индуктивности формата 0805 с номиналом 100 нГн он показывает 120-130 нГн.

Странные дела для таких измерителей. Я на E7-12 измеряю катушки LQW2BH (0805), LQW18A (0603) с погрешностью в небольшой плюс, но не 20-30%. Наверное, 5-10% нужно минусовать от измеренного при номиналах от 22 нГн. Вполне достаточно для инженерных целей. 20% - это уже для 10 нГн.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

На компьютере остались записи измерения однопортовых S-параметров CoilCraft 1008HS 82нГн 2% на VNA PNA-X. Перевел в Z-параметры, взял мнимую часть и по известной формуле посчитал индуктивность. Вот как выглядели бы измерения на измерителе импеданса в зависимости от частоты (последовательное соединение R-L):

 

763086891_CoilCraft1008HS82nH.png.179935b23f41737aa44cdc9ece39e6bd.png

 

Можно сделать небольшую поправку минус 5-6 нГн на индуктивность контактов торцевого разъема SMA, к которому припаивалась индуктивность (калибровка делается в плоскости соединения разъемов). По моим подсчетам, неучтенная межвитковая емкость получилась около 1.17 пФ, на фиксированной частоте вычислить ее невозможно. Для индуктивностей 0805 и 0603 межвитковая емкость будет больше + добротность ниже (тоньше провод) = погрешность измерения выше.

 

Для моих задач точность измерения хуже 2% не устраивает, АЧХ фильтров рассыпается, с учетом использования фиксированных элементов, без подстройки.

 

Сопротивление потерь (активная составляющая):

 

16965240_CoilCraft1008HS82nHrealpart.png.210be686012cc212778a96000d7c4eaf.png

 

 

P.S. Е7-12 - хороший точный прибор, работал с ним много. Но его точность - в повторяемости результатов.

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Огромное спасибо всем помогавшим!!!

 

Пока планирую сделать две платы - одну на LDC1614 по совету _pv (спасибо!!!), а другую - как советовал Plain (спасибо!!!).

 

Надеюсь, хотя бы одна из них с первого раза заработает как мне надобно. Как я понимаю, у меня 15нГ - более-менее в 10МГц впишется, если взять 22нФ и учесть, что у меня катушки имеют около 0.1Ома резистивного, то есть на этой частоте у меня еще будет адекватно большая (около 8) добротность контура и LDC1614 или Plainовская схема с этим справится.

 

Вопрос по LDC1614, скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что надо наснимать на ворохе частот от сотен кГц до 10МГц и, только на основе этих результатов получить индуктивность, ведь микросхема не подстраивается сама под резонанс?

 

Спасибо!!!

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
7 hours ago, iiv said:

Огромное спасибо всем помогавшим!!!

 

Может несколько "off-top", но поделюсь своим опытом: для оценки частотных свойств подобных нагрузок я пользуюсь "Bode 100" - (относительно) недорогой "vector network analyzer" (не знаю подходящего русского термина) с диапазоном до 50 MHz. Если сможете добыть хотя-бы на время - за час (вместе с настройкой) получите всю интересующую имформацию

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
9 hours ago, iiv said:

Вопрос по LDC1614, скажите, пожалуйста, правильно ли я понимаю, что надо наснимать на ворохе частот от сотен кГц до 10МГц и, только на основе этих результатов получить индуктивность, ведь микросхема не подстраивается сама под резонанс?

Подстраивается, собственно именно резонансную частоту параллельного LC контура она и измеряет и для получения индуктивности из частоты надо ещё знать ёмкость. Тут наоборот, чтобы получить индуктивность на разных частотах разные ёмкости подключать придётся. Но если нужна зависимость от частоты то ищите векторный анализатор.

 

https://store.ti.com/LDC1614EVM-LDC1614-Evaluation-Module-P43623.aspx

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
14 часов назад, iiv сказал:

другую - как советовал Plain

Повторю, я сугубо принципы показывал. В измерителе индуктивности компаратор не нужен — просто подавать на R5 логические уровни и замерять напряжения на L1 и R10 в двух точках интервалов отсчётов системной частоты, а также не забывать, что выходы ОУ относительно долго выходят из насыщения.

 

К измерителю частоты, наоборот, надо добавить такие компоненты измерителя ёмкости входа:

 

bad-234.thumb.gif.bc2fc03553bfd391590b5b5f0c920760.gif

 

R6 задаёт ток заряда порядка 90 мкА, а Q4 и Q5 по сигналу IMS переключают его между эталоном сопротивления R7 и суммарной ёмкостью входа схемы. После разряда этой ёмкости посредством Q1, напряжение на ней линейно нарастает и проходит интервал двух точек оконного компаратора VB0 и VB1 на U1...U4, который посредством U6 подключает к интегратору U7 ток R11 на время этого интервала — с таким C1 он порядка 890 нс и получаемая на OUT разность напряжений порядка 1,5 В.

 

После блокировки компаратора по IMS=0 и сброса интегратора посредством CAL и RST, но также оставляя OUT на линейном участке, на CAL подаётся эталонный интервал, до и после которого измеряется OUT, после чего можно вычислить результат. Таким образом, при отключённом L1, суммарно вся ёмкость всех паразитов на входе схемы измеряется относительно двух эталонов и без каких-либо манипуляций с её входом.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти
Авторизация