Kondensaattorin mittaaminen oskilloskoopilla

Kondensaattorimittaus kompoenttitesterillä

Kidekoneen komponentteja kerätessä mittasin uutta kerkoa, jonka nimellisarvo pitäisi olla 2nF (Tässä Partcon lajitelmassa kerko jonka numeron on 202, mutta komponenttitesterini antoi sille arvoksi 3.2nF (3200pF), joka on jo liian iso heitto.

Ostamani kerko kondensaattorilajitelman arvot

Niinpä halusin varmistua asiasta ja selasin kondensaattorin mittausmenetelmiä. Törmäsin videoon https://www.youtube.com/watch?v=VylC8JFoiBo (erityisesti videon kohta 18:30 - 26:30), jossa kerrotaan miten kondensaattorin voi mitata käyttäen oskilloskooppia. Video oli mielenkiintoinen ja siinä päästiin melko tarkkoihin tuloksiin. Niinpä testasin saisinko myös mitattua tuon kondensaattorin skoopilla.

Videolla käytetään 1k ohm vastusta loiventamaan signaaligeniksellä tuotu  1kHz ja 1V kanttiaalto. Käytin samaa taajuutta, mutta minun piti nostaa jännitettä 1.12V, jotta skoopissa mitattavan aallon korkeus näyttäisi 1V, josta olisi helpompi laskea tarvittava 63.2%. Joku söi 0.12V matkalla. Samoin 1k ohmin vastuksella reuna oli pystysuora eikä vastuksella tuntunut olevan mitään vaikutusta.

Minulla meni pitkään selvitellä että miksi en saanut samannäköistä käyrää kuin videolla. Kokemukseni skoopeista on vähäinen ja meni aikaa opetellessa myös HP 54502A toimintaa, koska nuo asetukset täytyy säätää käsin, jos haluaa oikeanlaisen tuloksen. Välillä oli otettava hieman analogisempi Hameg HM-303-6 skooppi käyttöön ja testattava sillä, kun en HP:lla tuntunut pääsevän haluttuun lopputulokseen. Hamegilla testatessani vaihdoin lopulta vastuksen 1k ohmin vastuksesta 1M ohmin vastukseen, ihan vain testatakseni mikä vaikutus on erilaisella vastuksella. Ja kas, nythän siinä oli juuri sellainen pyöreä loiva reuna, kuin pitikin. En tiedä miksi minulla vaadittiin meganen vastus kun videolla riitti kilon vastus. Sitten kokeilin samaa HP skooppilla ja säädin ajan ja jaot kohdalleen ja niin minulla oli HP:ssakin oikean näköinen käppyrä näytöllä. Vika olikin siinä ettei 1k ohmin vastus hidastanut konkan latautumista riittävästi, että se olisi näkynyt loivempana nousuna.

Sitten säädin videon lailla horisontaali markerit ensin niin että sain koko korkeudeksi 1V, josta sitten pudotin ylemmän markkerin 630 mV:lttiin eli suurinpiirtein siihen tarvittavaan 63.2%:iin, jolla saadaan laskettua siihen mennessä käyrän nousuun käytetty aika. Ja vertikaalimarkkereilla sain sitten mitattua paljonko kului käyrän juuresta siihen että oltiin noustu 63%. Ja tuo aika oli 32us (mikrosekuntia).

Ensimmäisen harjoitteen käyrä - tulos oli kuitenkin vielä väärä

Sitten jaoin videon mukaan aika / vastuksella (ohmeina)

Kapasitanssai C saadaan kun jaetaan t/R jossa t=aika(sek) ja R=vastus(ohmia)

C(kapasitanssi) = 0.000.032  / 1000 000

Tulos on
0,000 . 000 . 000 . 032 F
   milli micro nano pico

Kun pitäisi olla

0,000 . 000 . 003 . 200 F
   milli micro nano pico

Tulos oli väärä ja pitkään ihmettelin että mitä teen väärin. Kyselin apuja Radiohistoriallisen seuran foorumilla ja siellä annettiin vinkkejä. Pekmatval testasi saman setupin omalla skoopillaan. Varmisti myös että käyttämäni asento probessa 10x oli oikea, sillä 1x sotkee tässä tapauksessa mittauksen. Lisäksi hän laittoi skeman siitä kuinka komponentit tulee olla kytkettyä signaaligeneraattoriin ja oskilloskooppin nähden. Mutta kun ongelma ei ratkennut niin hän pyysi minua soittamaan ja konsultoi minua puhelimitse kun tein tuon mittauksen uudelleen.

Yksinkertaistettiin vähän noita skoopin lukemia, varmistettiin ilman komponentteja ensin nätti kahden ruudun korkuinen kanttiaalto, jolloin voitiin todeta että geniksestä tulee oikeanlaista signaalia ja skooppi on säädetty sopivasti. Sitten lisättiin väliin komponentit tuon ylemmän käsinpiirretyn 'skeman' perusteella (kts. foorumin linkki ylempänä).

Komponentit aseteltuna - pun ja musta hauenleuka ovat genikseltä. Toinen hauenleuka on proben maa.

Ja tämän jälkeen kun skoopissa näkyi 'aallokkoa', alettiin suurentamaan yhtä aaltoa suuremmaksi ja helpommin mitattavaksi, pidettiin ruudut 1ms kokoisina (1ms/div) ja laskettiin nyt missä kohtaa on 63% tuosta käyrän noususta. Kun käytä oli neljä ruutua korkea, oli 63% kohta suunnilleen 2,5 ruudun paikkeilla. Ja kun sitten laskee vasemmalta ruutuja tuolta 63% tasolta niin tämä (leikkaus)piste on jo silmämääräisestikin siinä kahden ja puolen ruudun eli 2,5ms paikkeilla. Eli nyt ollaan jo oikeissa luvuissa ja mittakaavassa, sillä 0,0025 / 1000 000 ohmilla on 2.5nF

Nyt oli helppoa laskea ruudukosta paljonko aikaa menee kun käyrä on 63% kohdalla  

Nyt kun vauhtiin pääsin niin sama vielä analogisella oskilloskoopilla. Opin tänään 'vanhan koulun kikan' eli kun tuon aallon mahduttaa 8 ruutuun pystysuunnassa niin silloin siitä viisi pystyruutua on käytännössä 62.5%, joka on riittävän lähellä. Niinpä sama setti kuin äsken digitaalisen oskilloskoopin kanssa, eli nimellisesti 2nF konkka, 1Mohm vastus. probe 10x, geniksestä 50Hz kanttiaalto 1V. Sitten vain säädellään volt/div ja x- ja y-positiota niin että saadaan tuo aalto nätisti mahdutettua ruutuun. Nyt kun lasketaan alhaalta laskien viidennen ruudun yläreunan korkeudelta montako millisekuntia on mennyt käyrältä nousta siihen pisteeseen (eli 62,5% kohdalla) saadaan 2.4ms, kun tässä esimerkissä ja ao. kuvassa yksi ruutu vastaa 1ms. Ja kun se jaetaan vastuksella joka oli 1Mohm eli 0,0024 / 1000 000, on tuloksena 0,000.000.002.4 F eli 2.4nF, mikä on myös erittäin lähellä tuon konkan 2nF nimellisarvoa. Aika hauskaa, eikä näköjään tarvitse olla markeriviivoja skoopissa tämän laskemiseksi

Analogiskoopissa valittuna 1ms per ruutu

1ms ruuduilla 5 ruutu alhaalta antaa arvoksi n. 2,4mS eli 2,4nF

Sain tästä kuvasta kuitenkin palautetta että käyrästä ei vielä varsinaisesti näe onko se tasaantunut, ennenkuin se putoaa alas. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä että minulla on ollut liian suuri taajuus. Niinpä pudotin taajuutta ja tein mittauksen uudelleen.

Nyt 2ms jaolla saatiin käyrän yläpää tasaantumaan ennen putoamista

Tässä vielä 20Hz, 2ms/div. Tämä ei nyt ole ihan yhtä tarkka enää lukea. Ollaan siinä suunnilleen 2,4nF paikkeilla, joka on vielä kohtuullisen lähellä konkan nimellisarvoa. Aika pitkään piti hieroa että sain tuon käyrän nätisti tuohon niin että yläpään tasoittuminen näkyy, enkä saanut sitä 1ms. Ja yritin välttää noiden punaisten hienosäätöpotikoiden käyttämistä, koska en osaa huomioida niiden vaikutusta mittaustuloksessa (esim jos muokkaan time/div niin valikko näyttää edelleen 2ms vaikka kääntämällä hienosäätöä saan aika paljonkin muutosta aikaa, jolloin todellisuudessa yksi ruutu ei enää olekaan 2ms, vaan vähän yli tai alle). Ei tämä nyt ainakaan minun taidoillani tieteellisen tarkka ole, mutta kyllä tällä sen konkan nyt vähintään suuntaa-antavasti tunnistaa

Tämä meni myös valokuvaamisen harrastamiseksi, sillä taajuuden ollessa noin alhainen, oli vilkkuminen jo melkoista ja piirtonopeus käyrälle liian hidas kuvaamista silmälläpitäen. Eli piti kännykameran valotustakin pudottaa 1/4 sekuntiin että koko käyrä ehti piirtyä

Kidekonetta varten minulla on tälläinen ilmaeristeinen konkka. Pitipä nyt siitäkin mitata oskilloskoopilla ja geniksellä että minkäs kokoinen konkka tässä on kyseessä. Genis 50Hz 1V, 1Mohm vastus, time/div 0.5ms eli 2 ruutua on 1ms. Sain konkan ollessa täysin auki (levyt ulkona) 18pF ja konkan ollessa kiinni (levyt sisällä) 450pF. Eli 18-450pF. Jälleen ollaan lähellä sillä nimellisarvot ovat 21-566pF.

Ilmakondensaattorin kapasiteetin mittaaminen oskilloskoopilla

Mittaustulos konkan ollessa kiinni (levyt sisällä), n. 0,45ms

Tämä oli opettavainen ja mielenkiintoinen mittaus ja opinpahan taas yhden tavan lisää hyödyntää oskilloskooppia :)

Analoginen halpa Kiinalainen MF47B yleismittari

Tietyt mittaukset, joissa mittaustuloksen vaihtelun havaitseminen on tärkeämpää kuin varsinainen lukuarvo, on analoginen monesti ainoa toimiva ratkaisu. Digimittareissa vaihtelu on vain digitaalisten numeroiden vaihtumista nopeasti ja niiden seuraaminen tietyn 'toistumismallin' (pattern) havaitsemiseksi on usein mahdotonta. Analogisessa taas neulan heiluminen on havainnollista ja nähdään yhdellä silmäyksellä mikäli vaihtelua tapahtuu ja millä tavalla ja kuinka nopeasti 'pumppausliike' tapahtuu. Minulla oli vain digimittareita ja aikani erilaisia vaihtoehtoja etsiessäni päädyin Kiinalaiseen MF47B malliin. Autotarvikeliikeiden halvat mittarit unhoitin oitis, sillä niiden ominaisuudet eivät ole parhaat mahdollisuudet - etenkin niiden näytön koko on usein turhan pieni. 

Mittari tuli muutamien viikkojen päästä, jämähti tulliin koska oli ollut 40centtiä liian kallis ja meni näin ollen tullausrajan yli. Mutta eipä siinä mitään - nykyään tullaaminen webin kautta on helppoa eikä tarvitse mennä tullitoimistoon katsomaan kun joku yrittää löytää puhelinluettelon paksuisesta opuksesta jotain soveltuvaa koodia. Nykyään Tulli ja posti toimii hienosti yhteen ja homma käy varsin helposti kun sen on kerran harjoitellut. Mittarille jäi kokonaishinnaksi n. 30e, eli tullia tuli noin 5e verran, joka on ominaisuuksiin ja kokoon nähden varsin kohtuullinen hinta. Mittarin koko on 16cm korkea, 11 cm leveä ja 4,5cm syvä. Mittarissa on jalka, jolloin sen saa pöydälle pystympään asentoon.

Kiinalainen n. 30e analoginen yleismittari MF47B

Tein lyhyen testin nähdäkseni miten Kiinalainen kolmen kympin analoginen mittari näyttää vs Fluke 177. Analogista mittaria ei sinänsä käytetä varsinaiseen tarkkuusmittaukseen, joten mitään kuuden desimaalin mittauksia sillä ei ole tarkoituskaan tehdä. Mutta halusin nähdä että mitä se näyttää Flukeen nähden ihan lyhyellä testillä. 

Fluke 177 ja Kiinan halpismittari MF47B testissä

Aloitin 30V jännitteen mittauksella. Valitettavasti minulla ei ole kuin yhden desimaalin jännitteen säädöllä oleva labravirtalähde, joten tarkan jännitteen säädin tuijottamalla Fluken näyttöä ja käyttämällä sitten Flukea verrokkina Kiina-ihmeelle. Aivan kahden desimaalin nollatulokseen en päässyt käsin säätämällä jännitettä, mutta tämän kokeen tarpeisiin ihan riittävän lähelle. Analogisen viisarin olin säätänyt jo näytön alla olevasta säätöruuvista aiemmin nollaan. Nyt kun mittasin 30V niin viisari jäi n. 2V alle. Niinpä tein siten että säädin sen 30V kohdalla tasan 30V viivan kohdalle ja lähdin sitten katsomaan miten tarkkuus pysyy alaspäin tullessa

Fluke 177 ja MF47B 20V mittauksessa

Edelleen oltiin aika tarkkaan 20V kohdalla analogisen näytöllä. Tämä tarkkuus riittää mainiosti. Kokeillaanpa sitten 10V.

Fluke 177 ja MF47B 10V mittauksessa

Edelleen ollaan ihan kohdillaan. Sitten labrayleismittarista virrat pois, ja mittajohdota powerista irti. Mittarien pitäisi nyt näyttää nollaa.

Fluke 177 ja MF47B 0V mittauksessa

Nyt ei sitten enää ollakaan nollaviivalla. Eli tässä kohtaa on näköjään valittava että haluaako nuo mittaustulokset tarkemmin vai nollan. Hieman harmillista tälläinen, mutta todellisuudessa tämän mittarin käyttökohteisiin nämä tarkkuudet tulevat riittämään mainiosti. 

Otinpa sitten vastuslaatikosta vastuksen ja mittasin sen ensin Flukella referenssiksi. Fluke antoi arvoksi 199.8 ohmia.

Fluke 177 vastusmittaus

Sitten mittasin saman MF47B mittarilla ja tuosta nyt on kovin tarkkaa mittaustulosta vaikeampi jo lukea. Ohminäytön nollasin (eli vein neulan nollakohtaan) aluksi yhdistämällä mittajohdot toisiinsa. Sen jälkeen mittasin vastuksen ja tulos on jossain 185 ohmin paikkeilla. Suuruusluokka on oikea ja tulos on suuntaa antava, mutta kovin tarkka tuo nyt ei näyttäisi olevan. Mutta kyllä sillä nyt 200 ohmin ja 50 ohmin vastukset toisistaan erottaa :)

Vastuksen mittaustulos on lähellä muttei aivan tarkka

Hintaansa nähden hyvä ostos. Ja ominaisuuksia mittarissa löytyy. Mittarin kyljessä löytyy sulakeluukku, josta päästään vaihtamaan sulake tarvittaessa, ilman että mittaria täytyy alkaa sen kummemmin purkamaan. Mukana on myös varasulake. Mittajohdot on syytä vaihtaa kunnollisiin, sillä mukana tulevat ovat hieman liian ohuen tuntuiset ja kovin lyhyet. Ja muutenkin suhtauduttava varauksella jos pitää isoja jännitteitä mitata. Näissä halpismittareissa kun ei aina ole menty sähköturvallisuus edellä, kuten arvata saattaa.

Sulakkeen vaihtaminen on MF47B:ssä tehty helpoksi ja varasulakekin tulee mukana

Perinneradiotapahtuma PRT29 VRFKA radiolla itsenäisyyspäivänä

VRFKA itsenäisyyspäivän perinneradiopäivänä käytössä

 
Itsenäisyyspäivänä oli taas mahdollisuus kaivaa esiin yli 40v vanhat radiot ja pitää niillä yhteyksiä, tällä kertaa taas hyvin juhlallisissa merkeissä itsenäisyyspäivän kunniaksi. Tälle päivälle oli järjestetty perinneradiotapahtuma PRT29 kunnioittamaan vanhoja veteraaniradioita ja niiden käyttäjiä. Itselläni oli ajatuksena pitää kusoja nyt jo 75-vuotiaalla VRFKA:lla, jonka tuttavallisempi kutsumanimi sieltä sota-ajalta on 'Raili'. Itselläni oleva versio on viimeiseltä sotavuodelta eli 1944 ja järjestysnumerona 193.

ASA Radion valmistama VRFKA  viimeiseltä sotavuodelta

Tähän radioon on edellinen omistaja tehnyt erillisen virtalähteen, joka on ihan kätevä asia, koska muutoin noiden tarvittavien jännitteiden tuominen akkujen avulla olisi hieman haasteellisempi juttu. Tarkkana saa kuitenkin olla että viisi johdinta menevät oikeisiin liittimiin, sillä väärin laitettuna on hyvä mahdollisuus rikkoa kaikki radion putket kerralla :)

Edellinen omistaja oli rakentanut VRFKA:lle erillisen virtalähteen

Edellisenä iltana tein sopivan adapterikaapelin, jolla sain radion banaaniliittimet (antenni ja Vastapaino) kytkettyä koksidipoliin, eli keskikarva antenniliitäntään ja koksin vaippa vastapainoon. Sen verran testasin että sain siihen aikaan illasta kuulumaan itänaapureita 80m bandilta. Halusin hyödyntää olemassa olevia antennejani, jotka olisivat helpompi ja todennäköisesti parempi kuin radion omat antennit. Alkuperäisantennin yksi haaste (hieman kehittyneempi versio VRFK antennista, eli Y-antenni) on se että ne ovat sen verran lyhyet että käytännössä radio pitäisi viedä ulos. Ja joulukuisessa säässä se oli poissuljettua :)

Adapterikaapeli VRFKA anteennin ja koksidipolin väliille

Seuraavana aamuna sitten pääsin testaamaan ja löytyhän sieltä 99, joskin jonkin verran alempaa asteikon mukaan, kuin mitä pitäisi. Tai siis asteikko näyttää alempaa taajuutta kuin mitä todellisuudessa kuunnellaan.

Vastaanoton asteikkonäyttö näyttää vähän sivuun. Tässä 3699 näyttää suunnilleen 3687kHz

Puhelinkuulokkeesta sain äänet ulos, samoin erillisistä Hagenuk Kiel kuulokkeista. Mutta kuulokkeissa ei ole mikrofonia, joten puheelle (AM) minulla oli vain puhelinkuuloke. Näytti vain siltä ettei sen ppt-painike toiminut.

Hagenuk Kiel saksalaiset kuulokkeet - mukavauus ei ollut ensisijaisena asiana :)

VRFKA luuri

Piti oikein avata PTT painike ja ottaa siitä kuva. Ja kuvan laitoin sitten Perinneradiofoorumille kysyen että puuttuuko jotain. Mutta ilmeisesti kaikki tarvittava on mukana ja vikaa on lähdettävä hakemaan liittimistä ja hapettumista.

PTT painike avattuna

Yritin antaa siellä lähempänä 3610kHz CW kutsua ja vähän pelkäsin että jos joku vastaa niin en välttämättä osaa tulkita riittävän nopeasti merkkejä, mutta kun ei mikään mukaan toiminut niin sitäkin oli yritettävä. Mutta enpä saanut sieltäkään vastausta.

VRFKA CW-pumppu

Enkä voinut olla 100-varma että onko lähettävä ja vastaanottava taajuus täsmälleen kohdallaan koska ohjeiden mukainen testi ei myöskään antanut ihan sellaista viritysvinkunaa mitä sen pitäisi antaa.

VRFK paristolaatikko

VRFKA alkuperäinen Y-antenni 

VRFK Paristolaatikon varusteluettelo

VRFKA Paristolaatikon kansi ja varaputkien sisäkotelo kannen taustassa

VRFKA Paristokotelo - löytyy hinat ja antenni, muttei enää paristoa

Minulla siis perinneradiopäivä meni kuunnellessa muutamia /SA radioita ja 99:iä VRFKA:lla, mutta oli siinäkin jo oma fiiliksensä. Ja nyt olen saanut sitten hyviä vinkkejä siitä millä tavalla lähteä hakemaan vikaa tuosta lähetepuolesta. 75v vanha /S radioni ei ehkä ole ihan parhaassa terässä, mutta kyllä sen vielä elvytettyä saa. Nämä VRFK radiot ovat paitsi näyttäviä tuossa pöydällä, niin myös säilytettävä osana Suomen sota-historiaa.