Meten: RCL101D, passieve componenten meter

(gepubliceerd op 10-06-2022)

De RCL101D is de zoveelste Chinese LCR-meter die werkt volgens het principe van de met wisselspanning gevoede Kelvin-brug. Hij heeft echter een paar bijzondere eigenschappen, zoals een stevige behuizing, batterijvoeding en een speciale probe.

Kennismaking met de RCL101D van SUND

Fabrikant, leveranciers, prijzen
Volgens de tekst op het frontpaneel wordt de RCL101D gefabriceerd door het ons volledig onbekende merk SUND. Zoeken op internet levert niets op. Het apparaat zélf is echter zeer bekend en wordt door vrijwel alle bekende Chinese postorderbedrijven en Amazon aangeboden. U betaalt er tussen € 95,58 en € 171,47 voor. Wij kochten ons exemplaar bij Banggood voor € 97,00 inclusief transport verzekering.

De levering van de RCL101D
De meter wordt uitstekend verpakt geleverd in een grote kartonnen doos. De bescherming met dikke lagen schuimrubber rond de meter is uitstekend en garandeert een ongeschonden levering. Ook op de kartonnen doos is echter geen enkele verwijzing aan te treffen naar afkomst of leverancier. Vreemd!
In de doos treft u aan:
       - De meter RCL101D
       - Een speciale Kelvin-probe
       - Een netstekkervoeding/acculader met Europese stekker
Er wordt echter geen handleiding meegeleverd. Wat hebben Chinese leveranciers toch tegen handleidingen? Volgens de EU regelgeving is het zelfs verboden om een apparaat zonder meegeleverde handleiding in de EU te verkopen!

De verpakking van de RCL101D. (© 2022 Jos Verstraten)

Wij hebben de handleiding gevonden
Gelukkig kunt u de handleiding wel vinden op internet. Wij hebben deze drie pagina's korte Engelstalige handleiding op onze account op Google Drive voor u klaar gezet:
Aanklikbare link ➡ RCL101D_Manual.pdf

Het apparaat RCL101D zélf
De meter is ondergebracht in een zeer stevige metalen behuizing van 16,5 cm bij 8,0 cm bij 15,5 cm en weegt niet minder dan 866 gram. Het kastje staat op vier stevige kunststof pootjes waarvan de twee voorste opklapbaar zijn. Het in de behuizing verzonken frontplaatje is voorzien van een zeer sterk glanzende en licht golvende folie, waardoor het geheel helaas een niet professioneel uiterlijk krijgt. Zo zou een zelfbouw apparaat er uit kunnen zien, toepassen van een matte strakke folie had een wereld van verschil gemaakt!
Op de achterzijde ziet u een standaard voedingsaansluiting voor de meegeleverde netstekkervoeding/acculader en een klepje waarachter de ingebouwde 9 V accu schuil gaat. Deze heeft een capaciteit van 800 mAh en bevat voldoende energie om de meter gedurende ongeveer vier uur ononderbroken aan de praat te houden. Behalve de naam 'SUND' op de frontplaat bevat ook het apparaat zélf geen enkele verwijzing naar de fabrikant, geen typeplaatje op de achterzijde, helemaal niets!

De voor- en de achterzijde van de RCL101D. (© 2022 Jos Verstraten)

Het frontplaatje
Het frontplaatje bevat een monochroom groen-blauw oplichtend OLED-display van 55 mm bij 30 mm. Op dit display ziet u twee kadertjes. In het linker wordt de primaire grootheid van het component getoond, dus de waarde én de modus waarin wordt gemeten (serieel of parallel). In het rechter kader worden de secundaire grootheden weergegeven. Onder de twee kader ziet u het symbooltje voor de accu-conditie, het soort onderdeel dat wordt gemeten en de frequentie van het meetsignaal. Naast dit display staan vier drukknopjes die niet erg gevoelig zijn en die u dus met flink wat kracht moet indrukken om iets te veroorzaken. Het grootste onderdeel op het frontplaatje is een vijfpolige mannelijke connector, waarop u de speciale Kelvin-probe moet aansluiten.

Het frontplaatje van de RCL101D. (© 2022 Jos Verstraten)

De functie van de vier knoppen:

• PWR/Fn:
  Kort drukken schakelt het apparaat in, lang drukken schakelt het apparaat uit.
• R/C/L:
  Omschakelen tussen meten van weerstanden, condensatoren en spoelen. De RCL101D kan dat namelijk niet zélf bepalen.
• FREQ:
  Omschakelen van de meetfrequentie tussen 100 Hz, 1 kHz en 10 kHz. Voor het meten van weerstanden staat alleen 100 Hz ter beschikking.
• CLR~P/S:
  Kort drukken schakelt de kalibratie-modus in, lang drukken schakelt om tussen seriële en parallelle modus.

Wat kunt u meten met de RCL101D?
Ieder passief onderdeel heeft, behalve de eigenlijke waarde (ohm, farad, henry) als primaire grootheid, ook een aantal secundaire grootheden, zoals serieweerstanden, parallelle capaciteiten en seriële zelfinducties. Met de RCL101D kunt u niet alleen de primaire grootheid meten, maar ook een heleboel van die parasitaire grootheden:
       - Q: Kwaliteit factor
       - D: Verlies factor
       - θ: Fase hoek 
       - Rp: Equivalente parallelle weerstand
       - Rs: Equivalente serie weerstand (ESR)
       - Z: Impedantie bij de meetfrequentie
Of de meter de Rp of Rs meet hangt uiteraard af van de modus die u hebt gekozen met de betreffende drukknop. Meet u een condensator in de seriële modus, dan kunt u als secundaire grootheid de Rs meten, maar niet de Rp. Wilt u deze secundaire grootheid meten, dan moet u de condensator meten in de parallelle modus.


De specificaties van de RCL101D
De door de fabrikant gegeven specificaties van deze meter zijn:
       - Primaire grootheden: L, C, R
       - Secundaire grootheden: Q, D, θ, Rp, Rs, Z
       - Meetmethode: serieel ~ parallel
       - Resolutie primaire grootheid: 9999
       - Resolutie secundaire grootheden: 9999
       - Meetbereik weerstanden: 0,001 Ω ~ 99,99 MΩ
       - Meetbereik condensatoren: 0,001 pF ~ 999,9 mF
       - Meetbereik spoelen: 0,001 μH ~ 9999 H
       - Nauwkeurigheid: ±0,25 %
       - Bereikenomschakeling: uitsluitend automatisch
       - Meetsignaal: sinus 2,5 Veffectief max.
       - Meetfrequentie: 100 Hz ~ 1 kHz ~ 10 kHz
       - Metingen: twee keer per seconde
       - Uitgangsimpedantie: 100 Ω max.

       - Kalibratiefunctie: noodzakelijk na iedere inschakeling en functie-omschakeling
       - Voedingsspanning: 9 Vdc uit 800 mAh lithium accu
       - Vermogenverbruik: minder dan 1,2 W
       - Acculader: 9 Vdc ~ 0,65 A
       - Afmetingen: 16,5 cm x 8,0 x 15,5 cm
       - Gewicht: 866 g

De speciale Kelvin-probe
Alle meetapparatuur die werkt volgens het principe van de wisselspanning gevoede Kelvin-brug heeft vier BNC-uitgangen waarop u de vier afgeschermde kabels van de Kelvin-probe aansluit. Deze probes zijn overal te koop. De RCL101D doet dat, vanwege zijn kleine afmetingen, niet en gebruikt een geheel eigen systeem met een vijfpolige mannelijke connector op het apparaat. Met een dito vrouwelijke connector sluit u de onderstaande speciale Kelvin-probe aan op de meter. De lengte van de kabel bedraagt ongeveer 65 cm.
Wij hebben deze probe nergens los te koop gezien. Als er dus iets mis zou gaan met de meegeleverde probe zit u met een probleem. Bovendien wordt in diverse advertenties gesteld dat u een tweede speciale Kelvin-probe met SMD-pincet voor deze meter kunt aanschaffen. Ook deze probe hebben wij nergens los te koop aangetroffen.

De speciale Kelvin-probe voor de RCL101D. (© 2022 Jos Verstraten)

De acculader/netstekkervoeding
De meegeleverde netstekkervoeding heeft gelukkig een Europese stekker, levert volgens de spec's 9 Vdc bij een maximale stroom van 650 mA. Het dunne snoertje is ongeveer 140 cm lang. Het bij onze meter geleverde model komt van JNORTY Technologies en is slechts 5,0 cm x 3,5 cm x 2,5 cm groot. Zelfs zonder belasting levert deze voeding echter slechts 8,61 Vdc met daarop smalle spikes van wel 60 mV.

De netstekkervoeding van JNORTY. (© 2022 Jos Verstraten)

De elektronica in de RCL101D

Het werkingsprincipe
De meeste moderne passieve componenten meters werken met een aangepaste vorm van de brug van Kelvin, ook wel de brug van Thomson genoemd. William Thomson werd later bevorderd tot Lord Kelvin, dus beide namen wijzen op dezelfde persoon. Met deze brug, gevoed met wisselspanning, kunt u meten zonder dat de parasitaire eigenschappen van de meetkabels en probe de meting verstoren. De meetspanning en het te meten signaal worden namelijk op precies dezelfde plaats, zo dicht mogelijk bij het onderdeel, aangevoerd en afgenomen.
In de onderstaande figuur is het basisprincipe van deze meetmethode getekend. In het meetapparaat wordt een zeer kleine sinusvormige spanning gegenereerd. Deze wordt, als dan niet gesuperponeerd op een gelijkspanning (BIAS), aangeboden aan het te meten passieve onderdeel via een van de vier afgeschermde kabels. Via een tweede afgeschermde kabel wordt deze spanning zo dicht mogelijk bij het onderdeel gemeten. De twee andere afgeschermde kabels en zijn aangesloten aan de andere aansluiting van het onderdeel. Dit punt ligt virtueel aan de massa, de stroom die door het onderdeel vloeit loopt ook door de weerstand Rref van het meetapparaat. M1 en M2 zijn geen gewone voltmeters, maar schakelingen die niet alleen de grootte, maar ook de fase van de aangeboden spanning meten. De processor in de meter kan uit deze twee metingen een heleboel eigenschappen van het gemeten onderdeel afleiden, zoals waarde, de impedantie X, de ESR, de faseverschuiving θ en de kwaliteitsfactor Q.

Het principe van de Kelvin- of Thomson-brug, gevoed met wisselspanning.
(© 2022 Jos Verstraten)

De elektronica in de RCL101D
Het openen van de behuizing van de RCL101D gaat niet erg gemakkelijk. De front- en rugplaat zijn geklemd in frames van kunststof, die op hun beurt weer rond de metalen behuizing klemmen. Deze frames zijn alleen met toepassing van wat geweld van de behuizing te verwijderen. Nadien worden de vier kleine boutjes zichtbaar, die de twee delen van de metalen behuizing met de zijprofielen verbinden. Na het verwijderen van de bovenplaat wordt het inwendige van de RCL101D toegankelijk, zie de onderstaande foto. De elektronica zit op één grote print die glijdt tussen de zijprofielen van de behuizing en door middel van twee boutjes aan de achterplaat is gevestigd. Van deze print gaan twee flat-cables naar de drukknoppen-print en de display-print die tegen de frontplaat zijn bevestigd. De enige gesoldeerde bedrading bestaat uit vier draadjes die de voedingsconnector en de accu met de printplaat verbinden en vier stukjes afgeschermde kabel die naar de vijfpolige connector op de frontplaat gaan. Deze laatste zijn trouwens, in onze meter, niet echt heel netjes en professioneel gesoldeerd. De gemiddelde elektronica hobbyist zou het beter kunnen!

Het interne van de RCL101D. (© 2022 Jos Verstraten)

De achterzijde van de frontplaat. (© 2022 Jos Verstraten)

De hoofdprint van de RCL101D
In de onderstaande foto stellen wij het nuttige deel van de hoofdprint voor. Links boven ziet u een van de twee beugeltjes waarmee de print aan de achterzijde van de behuizing wordt bevestigd. Daarnaast staat de printconnector CN3 voor de flat cable die naar de display-print gaat. Nog verder naar rechts ziet u de piëzoceramische zoemer die in geen enkel Chinees apparaat schijnt te mogen ontbreken. Onder de connector zit de microcontroller U7. Dat is een ARM STM32F103. Het letterwoord 'ARM' staat voor 'Acorn RISC Machine', waarbij 'RISC' weer het letterwoord is van 'Reduced Instruction Set Computer'. Op de print zit een aantal chip's waarvan wij de codering niet kunnen ontcijferen. Wél duidelijk aanwezig zijn een JFET op-amp TL082 (U9) en drie multiplexers U4, U5 en U6 van de typen 74HC4051 (1x) en 74HC405 (2x). In de rechter benedenhoek ziet u de connector CN1 voor de flat cable naar het druknoppen-printje. De vier afgeschermde kabeltjes naar de connector op de frontplaat zijn, zo is duidelijk te zien, niet al te professioneel op de print gesoldeerd.
Wat verder opvalt is dat er nogal wat onderdelen, waar op de print plaats voor is gereserveerd, niet zijn aangebracht. Wij tellen zelfs zeventien lege plekken op de print! Zo zijn wij zeer benieuwd waarvoor de drie LED'jes LED1, LED2 en LED3, samen met hun voorschakelweerstanden R23, R49 en R81 voor dienen. Omdat wij echter dit apparaatje niet zélf nodig hebben en het dus weer via onze koopjespagina in de originele staat willen verkopen aan een van onze bezoekers/sters hebben wij maar niet op de print zitten solderen...

De hoofdprint in detail. (© 2022 Jos Verstraten)

Het werken met de RCL101D

In- en uitschakelen
U maakt de meter actief door heel even op de knop 'PWR/Fn' te drukken. Het onderstaand bericht, waarop de versies van hard- en software worden vermeld, verschijnt even in beeld. De meter gaat nadien automatisch naar de functie 'Meten van weerstanden in seriële modus'. U schakelt de meter uit door op de genoemde toets te drukken tot de tekst 'Good Bye' in beeld verschijnt.

Het opstartscherm van de RCL101D. (© 2022 Jos Verstraten)

De automatische shutdown
Heel irritant is het feit dat de ontwerpers in de software een niet uit te schakelen automatische shutdown functie hebben ingebouwd. Na ongeveer twintig minuten inactiviteit wordt het zoemertje even aangestuurd. Doet u niets, dan schakelt de RCL101D zichzelf na ongeveer één minuut uit. U moet dan dus weer even op het knopje 'PWR/Fn' drukken. Waarom is dat zo irritant? De RCL101D vergeet de door u ingevoerde kalibratie gegevens als hij uitschakelt. Als u dus de meter opnieuw moet inschakelen omdat u het piepje niet hebt gehoord, moet u de meter opnieuw kalibreren. Dat is een procedure die wij nog nooit ergens hebben aangetroffen. Bij alle soortgelijke meetinstrumenten die wij hebben getest worden de kalibratie gegevens opgeslagen in het geheugen van de meter en worden deze automatisch actief als de meter weer wordt ingeschakeld.

Het kalibreren van de meter
De connector, de kabels en de Kelvin-probe hebben bepaalde parasitaire eigenschappen zoals een bepaalde weerstand, capaciteit en inductie. Bij het meten van onderdelen met lage waarden kunnen deze parasitaire probe-eigenschappen de nauwkeurigheid van de meting beïnvloeden. Gelukkig kunt u deze compenseren. Na het inschakelen van de meter of omschakelen van modus of frequentie moet u echter deze procedure steeds opnieuw uitvoeren! Zoals reeds geschreven worden deze gegevens immers niet in een niet-vluchtig geheugen opgeslagen. Dit is een niet goed te praten tekortkoming van deze meter, die het werken ermee nogal frustreert.
Voordat u hiermee start moet u de meter in de gewenste meetmodus zetten en de probe aansluiten. Leg de probe los op de tafel met een afstand van ongeveer twee centimeter tussen de bekken. Druk dan even op de knop 'CLR~P/S'. Het onderstaand beeld verschijnt op het display. Wacht een vijftal seconden tot de uitlezing stabiel is geworden. Druk dan weer even kort op de knop. U ziet hoe de uitlezing binnen een paar seconden naar de juiste waarde gaat. Voor weerstanden is dat '-----Ω' de probe is immers open en de weerstand moet naar oneindig gaan. Voor condensatoren en spoelen is dat '00000pF' respectievelijk '-----H'.
Iedere keer dat u de meetmodus of de meetfrequentie verandert moet u deze procedure weer uitvoeren. U kunt dus gelukkig wél na één kalibratie een groot aantal soortgelijke componenten een na een meten.

Het kalibreren van de meter. (© 2022 Jos Verstraten)

Het werken met de RCL101D in de praktijk
De RCL101D is niet in staat zélf te detecteren wat voor soort onderdeel u hebt aangesloten. U moet dus met de knop 'R/C/L' eerst het soort component selecteren. Kalibreer dan de meter voor 100 Hz en laat de overige frequenties even voor wat zij zijn. Bij de meeste componenten kan de meter immers snel en nauwkeurig meten bij deze frequentie. Het meten van een onderdeel gaat nadien snel, ook bij grote elco's duurt het maar een paar metingen alvorens het display een stabiele waarde weergeeft.
De meter werkt uitsluitend met een automatische bereikenomschakeling. Dat werkt in de praktijk uitstekend, wij hebben geen onderdeel gemeten waarbij een handmatige instelling van het bereik beter zou zijn geweest.

Een test van de RCL101D

Het meetsignaal
In het onderstaand oscillogram ziet u dat het meetsignaal van 100 Hz bij meting van een weerstand van 1 kΩ. Dat ziet er mooi uit en bevat geen zichtbare storingen van de voeding of de digitale elektronica. Wij meten een effectieve waarde van 389,7 mV en er is géén gelijkspanning op het signaal gesuperponeerd.

Het meetsignaal bij 100 Hz. (© 2022 Jos Verstraten)

Testen van de nauwkeurigheid
Wij hebben de nauwkeurigheid van ons exemplaar van de RCL101D vergeleken met de onderstaande meters:
       - Weerstanden: Fluke 8842A
       - Condensatoren, ESR en spoelen: East Tester ET4401
De ET4401 heeft een gespecificeerde nauwkeurigheid van ±0,2 % en is dus niet veel nauwkeuriger dan de gespecificeerde ±0,25 % van de RCL101D. De metingen van condensatoren, ESR en spoelen moet u dus hooguit beschouwen als een vergelijking en niet als een absolute test. Alle metingen zijn uitgevoerd bij een frequentie van 100 Hz.



De nauwkeurigheid bij het meten van weerstanden
Wij hebben onze zes 0,1 % referentieweerstanden met beide meters gemeten met de onderstaande resultaten. Om ook de grenzen van het meetbereik te controleren hebben wij nadien standaard weerstanden van 1 Ω en 10 MΩ gemeten.
Om deze resultaten even in een perspectief te zetten zijn wij er, voor de grap, van uitgegaan dat onze Fluke 8842A absoluut nauwkeurig meet (100 %) en hebben wij de procentuele afwijking van de RCL101D ten opzichte van deze 'referentie' berekend in de laatste kolom van de tabel. U ziet dat de meter niet voldoet aan zijn specificaties van ±0,25 %. De gemiddelde afwijking ten opzichte van de meetresultaten van de Fluke bedraagt 0,62 %.

Het meten van weerstanden. (© 2022 Jos Verstraten)

De nauwkeurigheid bij het meten van condensatoren
Eerst een waarschuwing: zoals bij alle componentenmeters moet u ook bij de RCL101D condensatoren eerst volledig ontladen door de twee draadjes met elkaar kort te sluiten. Voor deze metingen worden onze 1 % referentie condensatoren ingeschakeld plus nog een paar standaard elco's om ook de werking bij het meten van condensatoren met een lekstroom te kunnen controleren. De resultaten zijn samengevat in de onderstaande tabel.

Het meten van condensatoren. (© 2022 Jos Verstraten)

De nauwkeurigheid bij het meten van de ESR van elco's
De equivalente serie weerstand is, vooral bij elco's, een belangrijke factor bij de beoordeling van de lange termijn betrouwbaarheid van het onderdeel. Hoe hoger deze weerstand, hoe warmer de condensator wordt als er stroom doorheen vloeit. Bij elco's in de afvlakking van voedingen loopt er een flinke pulsstroom door zo'n onderdeel. Dergelijke condensatoren moeten dus een extreem lage ESR hebben. Wij hebben deze parameter weer met beide meters gemeten bij een aantal elco's.

Het meten van de ESR van elco's. (© 2022 Jos Verstraten)

De nauwkeurigheid bij het meten van spoelen
Wij meten spoeltjes van het type 07HCP van het merk Fastron met een gespecificeerde tolerantie van ±10 %. De spoelen met de laagste waarden moeten bij een testfrequentie van 1 kHz worden gemeten, bij 100 Hz was er geen resultaat te zien.

Het meten van de waarde van spoeltjes. (© 2022 Jos Verstraten)

Onze mening over de RCL101D van SUND

Toen wij bij het surfen de RCL101D toevallig voor het eerst op foto tegenkwamen waren wij nogal enthousiast over dit apparaatje. Het zag er professioneel uit en dat was dan ook de reden om er eentje te kopen. Na onze test zijn wij heel wat minder tevreden over deze meter. Pluspunten zijn de degelijke en stevige constructie, de enkelvoudige kabelaansluiting en de accuvoeding. Minpunten zijn de niet uit te schakelen automatische shutdown na twintig minuten, zelfs bij netvoeding, en de omslachtige kalibratie die u steeds opnieuw moet uitvoeren als u prijs stelt op nauwkeurige meetresultaten. Dat had toch in de software op een heel andere manier opgelost kunnen worden. Zoals uit onze metingen van onze 0,1 % weerstanden blijkt voldoet in ieder geval óns exemplaar niet aan de door de fabrikant geclaimde nauwkeurigheid van ±0,25 %.
Conclusie: er zijn betere LCR-meters te koop voor minder geld, zoals bijvoorbeeld de ook door ons geteste XJW01.

(Banggood sponsor advertentie)
RCL101D passieve componenten meter