RMEE01 – E24系列に基づく抵抗計

概要

抵抗値の計測器です。最大の特徴は「E24系列でいうところの何Ωか」がすぐわかること。デジタルマルチメータ(テスタ)でももちろん抵抗は測れます。値がすぐに分かるのですが、今ひとつピンときません。どういうことかというと、デジタルテスタでは例えば452.8Ωと測定値が表示されますが、それよりも「470Ω」と表示してくれた方が実用的ではないでしょうか?

そこで、よく使用されると思われるE24系列に基づいた値を表示する装置を作りました。本機では測定値と共に、E24系列でいうところのどれに該当し、かつ、誤差はどれだけかも合せて表示します。例えば、この例では、測定値が9.97kΩ、E24系列では10kΩに該当し、誤差は-0.029Ω、百分率では-0.29%であることを表しています。

特徴

  • 測定値がE24系列でいうところのどれに該当するかが直読でき、実用性が高い。
  • 誤差0.1%の高精度の基準抵抗を採用しており、測定結果の精度が高い。
  • チップ抵抗にも対応している。
  • バックライト付き液晶で読み取りやすい。
  • 一般的なテスタ棒(テスタリード)なども使用できる(バナナジャック)。
  • 電源電圧の対応範囲が広い(5~15V。5Vでも動作しますが、5.5V以上を推奨。測定値に影響はありません。詳細は記事を参照)。

使い方

電源投入

電源を接続すればすぐに動作します。電源スイッチはありません。電源のジャックは一般的な5.5mm(内径2.1mm)、センタプラスです。5~15Vの範囲で使用できますので、お手持ちのACアダプタなどを接続してください。PCのUSBポートも使用できます(電源ケーブルは用意して下さい)。

電源を接続すると、一旦バックライトが消え、その後、バージョン情報などを表示します。続いて、以下のような表示になります。

これは内部の電源電圧(Vcc)と、抵抗値測定の基準電圧(V18)を表しています。

少々補足的な説明になりますが、採用しているADコンバータは内部に正確な基準電圧を持っています。そのため、抵抗値測定基準電圧は正確に測定できます。また、この電圧を作り出しているレギュレータは比較的高精度なものを採用しているため、概ね1.8Vと表示されるはずです(1.76~1.84V)。一方、電源電圧を直接測ることはできません。そこで、V18の測定結果を元に、逆算して電源電圧を求めています。こちらのレギュレータはあまり精度が高くないので5Vから少々外れた値になりがちです(4.75~5.25V)。これは、精度よりも広範囲な電圧に対応できることに重点を置いて部品を選定したためです。

また、供給電圧が5Vの場合は、レギュレータによる電圧降下により、Vccは4.5V程度になります。

これでも問題なく動作します(液晶パネルのコントラストが若干悪くなりますが)。回路のほとんどは3.3Vでも動作するのですが、残念ながら液晶パネルは4V強程度ないと動作しません。

測定

測定パッドに抵抗を接続すればすぐに結果を表示します。パッドには数種類のサイズの穴を開けております。抵抗の足の太さに合せて適宜使用してください。ただし、差し込んでも挟むような機構には残念ながらなっておりませんので、差し込んだ抵抗を絶縁物(割り箸など)で少し押してパッドにしっかり接触させてください。

抵抗値が10kΩまではLow側を、100Ω以上ならHighを使用します(100Ω~10kΩはどちらを使ってもよい)。なお、その範囲を超えたら測定できないわけではなく、精度が悪くなるとお考え下さい。

チップ抵抗の場合もパッドに乗せて測れます。

上の写真、おわかりになるでしょうか?Com.とHighのパッドの間に「5101」と表示されたチップ抵抗を乗せています(5.1kΩ、1%)。乗せただけではしっかりとは接触しないので、これも楊枝などでパッドに押して付けて測ります。

また、バナナジャックを使ってテストリードなどを接続して使用することもできます。

これはYahoo!ショッピングで購入したものです。

金メッキ 精密テストリード 針 プローブ テスター用 交換用 極細ピン 棒

こちらも同じものかもしれません。

テスターリード線 極細ピン 1000V 10A

このようなピンセット状のものを用意するとチップ部品も測りやすいです。これはAliExpressで購入したものです。似たようなものはYahoo!ショッピングにもありました。

ピンセット テストリード 各種SMDチップ部品の計測に最適 テスター棒

ただし、テストリードを使う場合は、バナナジャックの接触抵抗とテストリードのリード線の抵抗値も含まれてしまいます。そのため、本体上の測定パッドに比べて、0.1~0.3Ω程度高めに出てしまいます。

バナナプラグにはカバーの付いたものもありますが、それは使用できません。カバーは切り取ってください(上のものはどちらもカッタナイフで切り取りました)。本当ならカバー付きのプラグも使えるようにしたかったのですが、それに対応するジャックは奥行きが長いものしかなく、ケースに入らないため残念ながら断念しました。

テストリード補正

上に書いたように、テストリードを使うと測定値が僅かに大きくなってしまいます。これをキャンセルするには、テストリードをLow側に接続してショートさせた状態で電源を入れてください(電源を入れたあと、バージョン情報が表示されている間にショートさせてれば大丈夫です)。電圧情報に続いて、次のように補正値を表示します(約1秒間)。

この後は、常にこの値が測定値から差し引かれます。アナログテスタの0Ω調整みたいなものです。

この補正をやめる場合は、電源を入れ直します。

詳細はこちらの記事をご覧ください。

測定原理

抵抗値検出

本装置の測定原理は非常に単純です。基準となる正確な抵抗との電圧の分圧を測定しているだけです。

上の図で、右のRrefが基準抵抗、それに測定端子経由で被測定抵抗のRdutを直列につなぎ、ADC(ADコンバータ、左の四角)で電圧を測定します。分圧前の電圧(全体の電圧)と分圧ポイントの電圧を測定し、電圧の比からRdutの抵抗値を計算しています。つまり、Arduinoの入門記事でよくある「サーミスタを使って温度を測る」のと原理は同じです。

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測定用の電圧には1.8Vを使っていますが、これはADCの上限が2.048Vのため。分圧比が分かればよいだけですので、この電圧には正確性は要求されません。

測定精度はRrefとADCの精度によって決まります。本装置で用いているRrefの精度は0.1%。また、ADCは内部に基準電圧(Vref)を持っており、その精度は0.05%です。

基準抵抗との比で測定するため、測定できる範囲はある程度限られます。そのため、本装置では、二種類の基準抵抗を用意し、レンジを切り替えて使います。実際にはレンジ切り替えスイッチではなく、それぞれの測定端子を設けています。上の測定編でも説明したように、Low側では1Ω~10kΩ、High側では100Ω~1MΩを測定範囲の目安としています。

精度

本装置で実際に測定した値と、高精度のLCRメータ 「DE-5000」で測定したものと比較したものを下の表にまとめます。

DE-5000 RMEE01 Low RMEE01 High
4.978 5.055
9.912 10.01
74.61 74.67 74.64
99.39 99.5 99.3
0.6729k 673.2 672.9
0.8018k 801.9 801.7
1.0051k 1.005k 1.004k
1.9581k 1.957k 1.955k
7.502k 7.501k 7.503k
9.959k 9.95k 9.95k
24.00k 23.99k 23.99k
64.34k 64.45k 64.27k
91.06k 91.16k
99.31k 99.1k
184.01k 183.0k
0.2172M 217.6k
0.6805M 678.2k
0.9925M 0.988M
1.9805M 1.975M

まずまずの精度だと言えると思います。

上の表では、DE-5000での結果に「0.6729k」というものがありますが、これは表示されているものをそのまま記載しています。DE-5000に限らず、デジタルマルチメータではこのようにkやMの区切れ目が直感と合わないことがよくあります。本機ではより直感的に使えるように680Ωと表示します(また、例えば、1kΩのものが990Ωだった場合は、0.99kΩと表示します)。

より詳しくはこちらの記事をご覧ください。

製作編

ここでは、本機を組み立てる際に注意すべき点について記します。

いきなり作り始めず、まずは、全体の流れを掴んでください。手順のイメージが掴めてから始めた方がスムーズに進むと思います。

回路図と部品表

回路図と部品表はPDFで用意しております。

下の図は回路図の雰囲気を掴んでいただくための参考です。

チップ部品

本機にはチップ部品が含まれます。とは言え、最も小さいものでも手ハンダが比較的し易い2012サイズ(2.0×1.2mm)で、ランドも大きめのサイズにしていますので難しくはありません。ICも1.27mmピッチと広めです。しかし、拡大鏡は必須だとお考え下さい。

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部品チェックと仕分け

まず最初に、部品をチェックして下さい。ちょっと見分けづらい部品について補足しておきます。

チップコンデンサ、フェライトビーズ

チップコンデンサは1μFと10μFの二種類がありますが、形状・サイズは同じです。しかし、個数が明らかに違いますので、判別は容易だと思います。

フェライトビーズもチップコンデンサと外見はよく似ているので見分けがつかないと思います。これも個数で判断して下さい。

テスタの抵抗レンジで測定すれば、コンデンサは導通がありませんし、フェライトビーズはほぼ0Ωです(チップコンデンサとフェライトビーズは袋を分けていますが、もし混ざってしまった場合の判断方法として)。

なお、チップコンデンサ、フェライトビーズは必要数よりも多めに入れてあります。

ダイオード

黒のモールドが1N4007、ガラス管が1N4148です。

三端子レギュレータ

こちらがTA48M05F。足は二本(真ん中はカットされています)。

こっちがLM1117です。足が三本です。

ATmega328P

プログラムを書き込み済みです。そのままお使いいただけます。

基板の分割

組立ての最初の作業は基板の分割です。

上の二枚はそのまま使用しますが、下の二枚は分割します。手で曲げればわりと簡単に折れますが、細い枠状の部品を割らないように気をつけて下さい(そうそう簡単に割れはしませんが、念のため。また、たとえ割れたとしても、内部で使うスペーサなので外見に影響はありません)。

右下の基板、ユニバーサル基板のように見えるものは、本当にユニバーサル基板です。「土地」が余ったのでオマケで付けておきました。自由に使って下さい。

折った個所は、ヤスリを掛けてなめらかにしてください。その際、粉塵を吸い込まないよう、注意してください。

側面パネル(右下の基板)には嵌め込みのための突起があります。間違ってヤスリがけしないよう注意してください。

ヤスリがけ後は水洗いするのが簡単です。水気はすぐに拭き取れば大丈夫です。

ケース仮組み

基板を分割し、ヤスリがけが終ったら、ケースを仮に組んでみます。

サイドカバーと底パネルは、ツヤがある方が外側です。サイドパネルの左右の区別はありません(同じものです)。

製造上の都合ににより、突起の根本が角が90度になっていないため隙間が生じることがあります。その場合は、突起の根本をヤスリがけして調整して下さい。

基板組立

実装しない部品

上の図でを付けた部品は実装しません(キット内にも含まれません)。

  • Y1, C9, C11 … ATmega328Pの内蔵クロックを使用するため。
  • J2 … オンボードプログラミング用(ATmega328Pには予めプログラムを書き込んであります)。
  • R4, R5 … LCDボードに搭載されているため。

部品はんだ付け

定石通り、背の低い部品からのハンダ付けをおすすめします。つまり、チップ部品です。チップコンデンサは基板の裏にもあります(二つ、C1(U1の裏)、C15(U4の裏))。

参考になりそうなハンダ付け情報のまとめ。 チップ部品 言うまでもなく、ピンセットは必須。ステンレスなど...

J5の向き

4pinのコネクタJ5は写真の向きに取り付けます。

当初はピンヘッダを立ててQIコネクタ(Dupontコネクタ)を挿すつもりでいたのですが、高さの問題で収まらないことが分かったため変更しました。そのため、基板上の印刷とは形状が異なっていますので、注意してください。こちらのコネクタの方が挿す向きを間違えることがないので良いかとも思います。

部品の足の長さ

この基板は2mmのスペーサを挟んで固定します。したがって、部品の足は2mm以下でカットしてください。DCジャックと二つのコネクタの足も長いので、これらもカットしてください。カットしたら、もう一度ハンダゴテを当ててハンダを溶かす(ハンダ付けし直す)ことをおすすめします(コネクタなどの足は太く、カットの際の力で将来のはんだクラックにつながる可能性が考えられるので)。

基板単体で動作確認

基板に部品をすべて搭載し終えたら、お茶でも飲んで一息入れてから付け間違いやハンダ不良などがないか良く確認して下さい。各電源とGNDがショートしていないこともテスタなどでチェックしてください。

問題なければこの状態で電源をつなぎます。右下のLEDが点灯し、数秒後に点滅を始めればOKです(約1秒間隔で点滅を繰り返します)。

LCDの取付け

ケーブル取付け

液晶パネルにケーブルをハンダ付けします。

ピンヘッダが付いているのでコネクタを使いたいところですが、ケースに収まらないのでピンに直接ハンダ付けします。信号名を確認しながら、上の写真も参考に取り付けてください(上の写真は、黒と赤のリード線のはんだ付けが終り、白のリード線を巻きつけたところです。一応、念のため)。

ケーブルは長すぎると思いまので、適当な長さにカットしてください。取付けの際は被覆を1cm程度むいて先端だけ予備ハンダしておくと、ピンに巻きつける際にバラけなくて作業しやすいと思います(ヒゲが一本出ていてショートしたなどという事故も避けられます)。

ケーブルを取り付け終えたらコネクタを基板に挿して電源を入れれば動作が確認できるはずです。液晶のコントラストはLCD基板裏の半固定VRで調節できます。

バックライト明るさ調整

おそらく、バックライトが明るすぎると思います。明るさを落とすには、ショートピンを外して代りに抵抗を取り付けます。

200~300Ω程度が良いかと思いますが、お好みで(キットにはこの抵抗は含まれません)。ピンに抵抗をハンダ付けする代りに、LCD本体基板上のR8のチップ抵抗を交換してもOKです。上の写真の101(100Ω)が搭載されているところです。

ネジ止め

LCDを本体基板に固定します。

12mmのスペーサと6mmのビスを使います。

裏のビスは頭をヤスリで削って2mmのスペーサよりも頭が高くならないようにしてください。

予め削ってからネジ止めするのもよいかと思います。いずれにしても、スペーサよりも高くならないことがポイントです。

むき出しの足(ピン)がDCジャックに近いので、短く切っておくと安心かもしれません(接触することはないと思いますし、接触してもDCジャックのあの端子はどこにもつながっていません)。

コントラスト調整

念のため、この段階でもう一度通電して、液晶のコントラストをチェック/調整しておきます。

上面パネルの組立て

上面パネルにバナナジャックを取り付け、端子(ラグ板)を曲げて基板に接触させてハンダ付けします。そこに、ケーブルをハンダ付けします。バナナジャックの色の並びはお好みで。

続いて、測定パッドの裏カバーを取り付けます。

上の写真のように、スペーサを入れて蓋をかぶせ、それをM2.5のビスで固定します。

本体基板と上面パネルにコネクタを使用しているため、その接触抵抗が測定値に含まれます(0.1Ω程度)。ご承知おきください。

全体組立

まず、底板にビスを挿し、それに2mmのスペーサを取り付けます。

本体基板を乗せ、18mmのスタンドオフを使って固定します。

サイドパネルを取り付けます。

上面パネルからのケーブルをコネクタに挿します。

上面パネルをかぶせ、ビスで固定します。

このあと、底にゴム足を貼り付ければ完成です。

オマケ(温度計機能)

ATmega328Pのプログラム領域が余っているので、サーミスタを使った温度計機能を付けてみました。

Nowが現在の温度、LとHは最低と最高温度です。測定間隔は1秒弱程度です。

【使い方】

  • 電源投入時にHigh側にサーミスタがつながっていれば温度計モードで動作します。
    • 実際にはオープン状態か否かを見ているので、何らかの抵抗がつながっていると温度計モードになります。
  • LowとCommonをショートすると、LとHがクリアされます。
    • ショートは1秒くらいホールドしてください(割込みを使っているわけではなく、測定のタイミングでチェックしているためです)。

実用的にはバナナプラグを使ってサーミスタを取り付けるのが良いだろうと思います。

サーミスタは、秋月電子で扱っているNXFT15XH103FA2B050を想定しています。

抵抗型が完成したあとで思いつきで付けたものですので無理矢理感はありますけど、ちょっと面白く、また、それなりに使えると思います。

頒布

頒布品はキット(部品セット)です。完成品ではありません。
ACアダプタ(電源ケーブル)は付属しません。別途用意して下さい(5~15Vで使用できます。詳しくは本文参照)。また、テストリードも付属しません。
  • 部品の調達の都合上、上の写真とは異なる場合があります。ネジ類も同様です。
  • コストダウンのため、ほとんどの部品は海外通販で調達しています。主要半導体等は国内調達品です(電解コンデンサは国産品)。
  • 基板に若干の色ムラがあることがあります。格安基板製造サービスを利用しているため、ある程度は仕方ないようです(ひどい場合は作り直してもらっていますが、ゼロにはならないみたいです)。より高品質な製造サービスならきれいに仕上がるかもしれませんが、コストが大幅に上ってしまいます。ご了承下さい。
  • 本機のマニュアルは当ページがすべてです。紙媒体はありません。また、本機は電子工作の経験がある程度ある方を対象としております。抵抗のカラーコードやコンデンサの値の読み方など、基本的なところの説明はしていません。電子工作の基本については、こちらのページに参考になりそうなサイトなどをまとめてあります。
  • 資源の有効活用のため、梱包材は再利用することがあります。ご了承ください。
  • 仕様や頒布価格は予告なく変更することがあります。
  • 本機の組立てや使用による怪我・事故等には責任を負いません。

【価格】

  • 頒布価格: 4,800円
    • 2012サイズのチップ部品(コンデンサ、フェライトビーズ)は、念のため予備を入れてあります。
  • 送料: 350円
  • 支払い方法: 銀行振込(楽天銀行、ゆうちょ銀行、PayPay銀行)、PayPay

なお、今回はオマケとしてCDケーブル、抵抗(LCDバックライト調整用、200~330Ω程度)、サーミスタ)を入れておきます。

【申込みフォーム】

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終了しました。