Miernik indukcyjności cewek to niezastąpione narzędzie w warsztacie każdego konstruktora robotów, elektronika czy pasjonata układów radiowych.
Pozwala precyzyjnie określić wartość indukcyjności (L) nieznanych cewek, co jest kluczowe przy projektowaniu filtrów LC, transformatorów impulsowych, nadajników FM czy sterowników silników w robotach. W tym poradniku krok po kroku zbudujesz prosty DIY miernik indukcyjności i nauczysz się go kalibrować oraz porównywać z gotowymi przyrządami, takimi jak UT602/603.
Dlaczego miernik indukcyjności jest niezbędny w robotyce i elektronice?
W projektach robotycznych cewki pojawiają się wszędzie: w przetwornicach step-up/down do zasilania silników, w nadajnikach FM do komunikacji, czy w filtrach LC stabilizujących sygnały w układach sterowania. Indukcyjność cewki nie jest stała – zależy od prądu, częstotliwości pracy i rodzaju rdzenia, a straty reprezentowane przez ESR potrafią rozstroić cały układ.
Gotowe multimetry, takie jak UT602/603, mierzą L w zakresach od 2 mH do 200 H, ale kosztują i nie zawsze są precyzyjne przy niskich wartościach (np. µH). DIY to świetna alternatywa – od groszowej przystawki po układ z komparatorem oraz pomiarem częstotliwości.
Metody pomiaru indukcyjności – od teorii do praktyki
Pomiar L opiera się na rezonansie LC, oscylacjach relaksacyjnych lub porównaniu ze wzorcami. Oto główne podejścia:
- Rezonans generatora LC – dodaj cewkę do obwodu ze znaną pojemnością C i zmierz częstotliwość rezonansu
f = 1 / (2π·√(L·C)); - Oscylacje z komparatorem – układ z tranzystorami i szybkim komparatorem wyznacza okres zależny od L, skalibrowany na wzorcowej cewce;
- Przystawka do multimetru – prosty generator, w którym L wpływa na częstotliwość; multimetr mierzy wynik w trybie Hz;
- Gotowe mierniki – przełączane zakresy LX, szybka kalibracja przez zwarcie klipsów.
Typowe DIY pokrywają zakres 2–500 µH (małe cewki w robotach), a mierniki profesjonalne sięgają do 200 H.
Budowa prostego miernika indukcyjności – krok po kroku
Zacznijmy od najtańszej przystawki do multimetru (koszt ~5–10 zł), a następnie przejdźmy do zaawansowanego układu z komparatorem.
1. Groszowa przystawka do multimetru (zakres 5–500 µH, modyfikacja do 2 µH)
Schemat i komponenty:
- generator na NE555 – astabilny układ generujący impulsy;
- komparator LM393 – detekcja i formowanie sygnału do pomiaru częstotliwości;
- rezystory – 1 kΩ, 10 kΩ oraz potencjometry do kalibracji;
- kondensatory – 100 nF, 1 µF i kondensatory pomiarowe rzędu pF–nF;
- gniazda bananowe – do podłączenia multimetru w trybie częstotliwości (Hz).
Montaż:
- Zbuduj generator: włącz NE555 w pętlę z mierzoną cewką L i stałym kondensatorem C (np. 100 pF).
- Wyjście generatora podłącz do multimetru w trybie Hz.
- Kalibracja: zmierz wzorcową cewkę (np. 100 µH) i dostosuj potencjometr, aby częstotliwość odpowiadała przekształconej zależności
L = 1 / ((2π·f)^2 · C).
Modyfikacja na niskie L: zmniejsz C (np. do 10 pF) i dodaj bufor tranzystorowy, aby poprawić kształt sygnału przy wysokich częstotliwościach.
2. Zaawansowany miernik na komparatorze i tranzystorach
Komponenty:
- komparator szybki (LM311) – precyzyjne wyznaczanie progów i resetu;
- tranzystory – 2× BC547 (NPN), 1× BC557 (PNP) jako przełączniki prądowe;
- rezystory – 1 kΩ–100 kΩ do kształtowania prądów i histerezy;
- kondensatory – 100 nF do filtracji i stabilizacji;
- diody 1N4148 – szybkie zabezpieczenia i kształtowanie impulsów;
- potencjometry – elementy kalibracyjne;
- oscyloskop – opcjonalnie, do strojenia i weryfikacji przebiegów.
Schemat działania: układ generuje oscylacje, w których okres zależy od L; komparator resetuje impuls po naładowaniu cewki. Na oscyloskopie widać przebieg zbliżony do trójkątnego – mierz czas i przelicz L.
Kroki budowy:
- Płytka prototypowa – umieść komparator centralnie, tranzystory jako przełączniki prądowe.
- Podłączenie – włącz badaną cewkę między kolektor tranzystora a wejście komparatora.
- Zasilanie – 5–12 V z laboratoryjnego zasilacza.
- Wyświetlacz/pomiar – odczyt na multimetrze (okres/µs) lub przez Arduino z LCD.
Czas budowy: 1–2 godziny.
3. Mikroprocesorowy miernik dla zwrotnic i elektroniki precyzyjnej
Dla audio i robotyki możesz użyć Arduino Nano z generatorem DDS i precyzyjnym ADC (zakres 1 µH–100 mH). Kluczowe moduły to:
- arduino Nano,
- ADS1115 (precyzyjny ADC),
- Si5351 (generator DDS).
Kalibracja i sprawdzanie miernika – uniknij błędów
Kalibracja jest kluczowa – bez niej błąd pomiaru może sięgnąć nawet 20%.
Procedura ogólna:
- Zwarcie klipsów – na najniższym zakresie odczytaj „zero” (indukcyjność pasożytnicza ~0,1 µH) i odejmij je od pomiarów.
- Wzorcowe cewki – użyj znanych L (np. 10 µH) lub oblicz z geometrii:
L = μ0·N^2·A / l, gdzie N – liczba zwojów. - Sprawdzenie zakresów – zacznij od najwyższego (np. 200 H), schodź w dół do stabilnego odczytu bez „1” (przepełnienie).
- Oscyloskop – oceniaj przebieg; dla niskich L (<10 µH) pomoże prosty filtr dolnoprzepustowy.
Tabela kalibracji przystawki (przykład):
| Zakres L | Wzorzec do kalibracji | Oczekiwana częstotliwość (Hz) | Potencjometr |
|---|---|---|---|
| 5–50 µH | 10 µH | ~15 000 | P1 (10 kΩ) |
| 50–500 µH | 100 µH | ~1 500 | P2 (100 kΩ) |
| 2–5 µH (mod) | 2 µH | ~75 000 | Zmiana C |
Testy praktyczne: dla cewek z rdzeniem sprawdź spadek L przy zwiększaniu prądu (oznaka nasycenia); porównaj wyniki z TC1/LC100-A – w zakresie µH proste „chińskie” testery bywają mniej powtarzalne niż dobrze skalibrowane DIY.
Porównanie metod pomiaru
Poniższa tabela zestawia kluczowe parametry wybranych metod pomiaru indukcyjności:
| Metoda | Zakres L | Dokładność | Koszt | Trudność | Zastosowanie w robotyce |
|---|---|---|---|---|---|
| Przystawka | 2–500 µH | ±10% | <10 zł | Niska | Małe cewki silników |
| Komparator DIY | 1 µH–10 mH | ±5% | 20–50 zł | Średnia | Przetwornice, filtry |
| UT602/603 | 2 mH–200 H | ±1–5% | 100+ zł | Brak | Duże transformatory |
| Generator LC | dla LC/UKF | ±2% | ~50 zł | Wysoka | W.cz., nadajniki |
Dokładność UT602: ±(2% + 5 cyfr) dla zakresu 20 mH.
Zastosowania w projektach robotycznych i elektronice
Najczęstsze scenariusze użycia w praktycznych projektach:
- roboty – weryfikacja cewek w MPPT dla paneli słonecznych oraz w układach PWM silników;
- audio – strojenie zwrotnic głośnikowych; dobierz L przed montażem elementów;
- w.cz. – dobór cewek KF/UKF (np. w zestawach AVT) do generatorów i filtrów;
- diagnostyka – dla rdzeni mierz także ESR osobno; prąd powyżej Imax powoduje spadek L i może przegrzać cewkę.
Uwagi bezpieczeństwa: pracuj na niskim napięciu (<12 V), unikaj długotrwałego pobudzania ferrytów w pobliżu nasycenia i stosuj diody zabezpieczające przeciwprzepięciowo.