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Misuratore di ESR

Progettazione collaborativa: dall'idea alla formazione del gruppo di lavoro per la realizzazione di un prodotto finito.

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[351] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto Utentestefanopc » 8 lug 2021, 15:04

Ho fatto una la prima prova di insieme con i nuovi componenti ora rimane solo l'Adc che è 11bit invece di 15.
Ho provato a misurare la capacità e mi sembra che per avere un ordine di grandezza potrebbe andare bene.
La misura volutamente ha un errore di +/-10% da 0.2 uf a 1000uf circa.
In fase di ricerca guasto dovrebbe bastare.
Si vede la frequenza di misura dell'ESR decisa in automatico dal sw per avere una lettura corretta.
La resistenza in dc.
E l'Esr.
Il sw è ancora molto abbozzato ma funzionale.
C'è bisogno ancora di parecchio lavoro per arrivare ad un qualcosa di completamente testato e funzionale.
Manca per ora la scala inferiore per arrivare a testare fino a 10nF.
20210708_150234.jpg

Ciao
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[352] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto Utenteelektronik » 8 lug 2021, 17:01

ciao Foto Utentestefanopc, continuo a seguire tutti e augurandovi buon lavoro, aspetto la fine dell'avventura, un caro saluto a tutti, Antonio
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[353] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteDarwinNE » 8 lug 2021, 21:22

Molto bello!
Foto Utentestefanopc puoi ricordarmi quale tecnica usi per misurare la capacità? Io sto facendo delle prove in questo momento, ma scrivere il firmware prende molto tempo per via della difficoltà dell'assembly dei PIC (ma mi diverto, è quello che conta).

Facendo riferimento alle notazioni che ho presentato qui viewtopic.php?f=48&t=83176&start=50#p877303

Calcolando A/B si ottiene qualcosa di direttamente legato alla capacità. Cambiando la frequenza si dovrebbe riuscire a coprire un intervallo sufficiente di capacità.
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[354] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto Utentestefanopc » 8 lug 2021, 23:30

@Foto Utenteelektronik Ciao Antonio, l'avventura continua. :mrgreen:

@Foto UtenteDarwinNE
In parole povere il sistema ricerca la frequenza di taglio del filtro formato da R7(10 Ohm) e Cx (trascurando Rx) .
Io ho fatto un approccio di questo tipo: la misura avviene su due cicli successivi.
Nel primo ciclo oltre alle altre misure(Rdc Esr a 10kHz) viene misurata la Va alle frequenze "multiple" di
11 Hz (11 22 44 88 176 352 ... 90122 180224)
e il valore viene memorizzato in un Array di n celle .
Al secondo ciclo si misura e confronta la Vb per le stesse freqenze col valore misurato in precedenza.
-> if (Vb < Va * 0.7)
Se si identifica che per un valore, ad esempio 352 Hz, la condizione tra parentesi è vera parte un ulteriore subroutine che misura tra 176 e 352 Hz su dieci intervalli intermedi pari a (176/10) Hz per valori di Va interpolati linearmente tra i due estremi misurati in precedenza ( contenuti nell'array) .

A questo punto ricavo il valore della capacita dalla frequenza ottenuta applicando sempre lo stesso confronto.
Non è molto preciso ma mi sembra un compromesso accettabile tra velocita e precisione ricercata.
Se il componente è montato nel circuito non è fondamentale la precisione basta un valore orientativo.
La misura è comunque piu o meno falsata da tutti i componenti collegati a Cx.
Oltre i 1000 uF non è semplice fare misure la frequenza diventa molto bassa.
Come primo approccio mi è venuto questo. #-o
Si potrebbe provare ad aumentare il numero di misure da 10 a 20 per esempio.
Se hai idee per migliorarlo :ok:
Altrimenti avevo pensato a un 555 cmos che fa oscillare Cx ma le cose si potrebbere complicare decisamente per far rimanere il tutto sotto il limite di 150mVpp si potrebbe utilizzare U1c che amplifica 22 volte .
Probabilmente non ne vale la pena.
P. S. In base al valore di frequenza trovato viene adeguata in automatico la frequenza a cui si misura Esr in modo che l'operatore non abbia alcuna incombenza durante le fasi di ricerca guasto.
Ciao
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[355] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteDarwinNE » 11 lug 2021, 12:41

Molto interessante, mi sembra un approccio ragionevole.
Io sto provando a fare misure di capacità, ma ho qualche difficoltà.
In pratica, si riesce a misurare la capacità ponendosi ad una frequenza a cui il modulo dell'impedenza è dalle parti di 10 o 20 ohm (un po' come fai tu). Il vantaggio è che se il modulo dell'impedenza è elevato, la ESR e gli altri effetti parassiti hanno un'influenza che può essere trascurata.
Se la frequenza è troppo elevata, il modulo dell'impedenza scende e la misura della capacità diventa impossibile, però a frequenza relativamente alta si può misurare la ESR, ma la frequenza a cui la misura è opportuna dipende dal condensatore.

Riassumo brevemente come ho provato a misurare la capacità. Il circuito di misura è più o meno questo:



R è la resistenza da 10 ohm montata nello strumento, Rs è la ESR da misurare insieme a C, la capacità.
Se non ho fatto errori, si ottiene:

I=\frac{B-C}{A-C}=\mathrm{Re}\left(\frac{V_B}{V_A}\right)=\frac{1+\omega^2 C^2 R_s R}{1+\omega^2 C^2(R_s+R)^2}

A, B e C sono le misure fatte con il lock-in descritto nel mio messaggio [57]. Se Rs è trascurabile rispetto a R, si può semplificare:
I\approx \frac{1}{1+\omega^2 C^2 R^2}
e calcolare C:
C=\frac{\sqrt{1/I-1}}{\omega R}

L'espressione non è mal condizionata se 1/I non è troppo vicino a 1.
Volendo si potrebbe calcolare la capacità tenendo conto di Rs (oltre che R), ma ho fatto qualche prova e non ho ottenuto miglioramenti significativi. Probabilmente, ci si scontra con i limiti del modello Rs e C, dato che la realtà è molto più complicata:

https://article.murata.com/en-eu/articl ... capacitors

Sarebbe anche meglio avere accesso alla parte immaginaria di \left(\frac{V_B}{V_A}\right), ma ciò richiederebbe di sfasare di 90° il segnale all'uscita del comparatore, cosa che non sono riuscito a fare in maniera semplice progettando il circuito.

Dovendo fornire un solo valore di capacità e di ESR (che non possono essere misurate contemporaneamente), procederei in questa maniera:

1 - Determinare la capacità, per esempio cambiando la frequenza partendo da 100 Hz e cercando A/B dalle parti di 0,5, meglio se maggiore ma non troppo vicino a 1 per non avere problemi di cancellazione numerica. L'intervallo di valori che si riesce più o meno a misurare è tra 47 nF e 330 µF, ma con problemi perché farebbe comodo fare misure a frequenze più basse per le capacità maggiori.
2 - A seconda della capacità, scegliere la frequenza per misurare la ESR. Per esempio:

  • se C > 80 µF, ESR misurata a f = 10 kHz
  • se 2µF < C <= 80 µF, ESR misurata a f=20 kHz
  • se 500 nF < C <= 2 µF, ESR misurata a f=100 kHz
  • se 80 nF < C<= 500 nF, ESR misurata a f=200 kHz
  • se C< 80 nF, ESR non misurata

Comunque sono abbastanza soddisfatto della misura della ESR, molto meno della misura di capacità che alle volte sottostima anche di un buon 20% il valore del condensatore. Si vede che il circuito è stato pensato per la ESR e non tanto per la misura della capacità.
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[356] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteEtemenanki » 11 lug 2021, 13:27

Considera anche il fatto che, tranne che per condensatori di precisione, la loro tolleranza tipica va dal 10 al 20%, come valore di capacita', ed inoltre per i multistrato ceramici c'e' pure la deriva termica (anni fa per scherzo realizzai un termometro che come sensore usava un ceramico multistrato da 470nF, e funziono' pure piuttosto bene) il tuo errore potrebbe derivare anche da quello ?

Oppure intendi anche con condensatori di precisione ?
"Sopravvivere" e' attualmente l'unico lusso che la maggior parte dei Cittadini italiani,
sia pure a costo di enormi sacrifici, riesce ancora a permettersi.
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[357] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteDarwinNE » 11 lug 2021, 13:40

Ci pensavo, mi baso su misure fatte con uno strumentino LCR-T4 che possiedo (non mi fido per la ESR che dà sotto 1 ohm). Dovrò fare misure più precise con un ponte o con un LCR meter migliore. Oppure trovare condensatori di precisione, come intendi tu.
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[358] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteDarwinNE » 11 lug 2021, 15:16

Forse per i grossi condensatori elettrolitici si potrebbe fare misure di capacità nel dominio del tempo.
Si applica dapprima una tensione DC nulla per scaricare il condensatore. Dopodiché si applica un gradino a 50 mV e si guarda dopo quanto tempo si arriva a 32,5 mV = 50 mV * (1-1/e) poi si divide per 10 ohm.
Si dovrebbe riuscire a farlo anche nel mio circuito con i condensatori prima degli ingressi dei commutatori. Basterebbe attivarli per brevissimo tempo, solo per lo stretto necessario per fare una conversione ADC (basta qualche microsecondo sul PIC).

Però nel mio prototipo l'oscillatore non è quarzato, la misura non può essere precisissima.
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[359] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto Utenteedgar » 11 lug 2021, 18:01

DarwinNE ha scritto:Oppure trovare condensatori di precisione

Se serve ho in giro qualcosa. Uno a caso:
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[360] Re: Misuratore di ESR

Messaggioda Foto UtenteDarwinNE » 11 lug 2021, 18:40

Grazie, Foto Utenteedgar, molto gentile.
Al lavoro abbiamo un ponte LCR abbastanza preciso, quando mi servirà farò delle misure comparative.
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