Закрыть

Измерение емкости конденсатора: Измерение емкости | Fluke

Содержание

Измерение емкости | Fluke

Чтобы провести измерение емкости, мультиметр выполняет зарядку конденсатора от известного источника тока, измеряет результирующее напряжение, а затем вычисляет емкость.

Предупреждение! Исправный конденсатор сохраняет электрический заряд и может оставаться под напряжением после отключения питания. Прежде чем коснуться его, а также перед выполнением измерений: а) отключите питание, б) с помощью мультиметра убедитесь, что питание отключено, в) осторожно разрядите конденсатор, подключив резистор к выводам (как указано в следующем абзаце). Обязательно используйте соответствующие средства индивидуальной защиты.

Для безопасной разрядки конденсатора: После отключения питания подключите резистор на 20 000 Ом, 5 Вт к клеммам конденсатора на пять секунд. С помощью мультиметра убедитесь, что конденсатор полностью разряжен.

  1. С помощью цифрового мультиметра (DMM) убедитесь, что в контуры не поступает питание. Если конденсатор встроен в цепь переменного тока, настройте мультиметр на измерение напряжения переменного тока. Если конденсатор встроен в цепь постоянного тока, настройте цифровой мультиметр на измерение напряжения постоянного тока.
  2. Осмотрите конденсатор. При наличии утечек, трещин, вздутий или других признаков износа замените конденсатор.
  3. Переведите поворотный переключатель в положение измерения емкости ( ). Этот символ на переключателе часто совмещен с символом другой функции. Для начала измерения обычно требуется не только перевести переключатель в нужное положение, но и нажать функциональную кнопку. Инструкции см. в руководстве пользователя мультиметра.
  4. Для правильного измерения необходимо отсоединить конденсатор от цепи. Разрядите конденсатор, как описано выше в предупреждении.

    Примечание. У некоторых мультиметров предусмотрен режим относительных измерений (REL). При измерении малых значений емкости можно использовать режим относительных измерений для устранения емкости измерительных проводов. Чтобы перевести мультиметр в режим относительных измерений, оставьте измерительные провода разомкнутыми и нажмите кнопку REL. Таким образом вы устраните остаточную емкость измерительных проводов.

  5. Подсоедините измерительные провода к клеммам конденсатора. Удерживайте измерительные провода подключенными в течение нескольких секунд, чтобы мультиметр автоматически выбрал подходящий диапазон.
  6. Прочитайте отображаемые значения. Если значение емкости находится в пределах диапазона измерения, мультиметр показывает значение емкости конденсатора. Символ OL отображается на экране в следующих случаях: a) значение емкости выше диапазона измерения или б) конденсатор неисправен.

Общая информация об измерении емкости

Поиск и устранение неисправностей в однофазных электродвигателях является одним из наиболее распространенных способов использования функции измерения емкости.

Невозможность запуска однофазного электродвигателя с конденсатором является признаком неисправности конденсатора. Такие электродвигатели продолжают работать после включения, что усложняет поиск и устранение неисправностей. Хорошим примером такой проблемы является неисправность конденсатора для жесткого запуска на компрессорах системы ОВКВ. Двигатель компрессора может запуститься, но вскоре он перегревается, что приводит к срабатыванию выключателя.

Для проверки состояния конденсатора на однофазных электродвигателях с такими проблемами и шумами требуется мультиметр. Почти на всех конденсаторах электродвигателей указано значение емкости в микрофарадах.

Трехфазные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно защищены предохранителями. В случае отказа одного или нескольких конденсаторов эффективность системы снижается, что с большой долей вероятности приводит к увеличению расходов на коммунальные услуги и произвольному отключению оборудования. В случае перегорания предохранителя необходимо измерить емкость в микрофарадах на предположительно неисправном конденсаторе и убедиться, что полученное значение находится в пределах диапазона, указанного на конденсаторе.

Полезно знать некоторые дополнительные обстоятельства, связанные с емкостью.

  • Конденсаторы имеют ограниченный срок службы и часто являются причиной неисправности.
  • Неисправность конденсатора может быть связана с коротким замыканием, разрывом цепи или физическим ухудшением состояния до точки отказа.
  • Короткое замыкание конденсатора может вызвать перегорание предохранителя или повреждение других компонентов.
  • В случае разрыва цепи или ухудшения состояния конденсатора возможен отказ цепи или ее компонентов.
  • Износ также может изменить значение емкости конденсатора и стать причиной неисправности.

Ссылка: Digital Multimeter Principles by Glen A. Mazur, American Technical Publishers.

Подберите подходящий мультиметр

Измерение емкости электролитических конденсаторов

Измерение емкости электролитических конденсаторов
В. ЧЕРНИКОВ, «Радио» #12, стр.54.

В повседневной практике радиолюбители нередко сталкиваются с необходимостью измерения емкости конденсаторов, особенно электролитических, так как из-за высыхания электролита она со временем снижается. Кроме того, электролитические конденсаторы имеют большие допуски по емкости.

Описываемый здесь прибор позволяет измерять емкость полярных и неполярных электролитических и неэлектролитических конденсаторов до 3000 мкФ. Отсчет идет непосредственно по шкале стрелочного измерительного прибора.

Работа прибора основана на измерении протекающего через конденсатор переменного тока при подведении к нему пульсирующего напряжения от однополупериодного выпрямителя.

Принцип действия прибора поясняет схема, приведенная на рис. 1. Во время положительной полуволны переменного напряжения на верхнем (по схеме) выводе вторичной обмотки трансформатора Т1 конденсатор Сх заряжается через выходное сопротивление выпрямителя, а во время отрицательной — разряжается через резистор R1. Эффективное значение тока /с через конденсатор пропорционально его емкости. Нижняя граница емкости измеряемых конденсаторов ограничивается чувствительностью измерителя тока, верхняя — постоянной времени цепи разрядки CхR1. При этом надо иметь в виду, что значительное уменьшение сопротивления резистора R1 для уменьшение постоянной времени нецелесообразно из-за резкого увеличения рассеиваемой резистором мощности.

Принципиальная схема прибора показана на рис. 2. Диапазон измерения емкости — от 3000 пФ до 300 мкФ. Измерительный прибор PAJ — на переменное напряжение 30 мВ. Он может быть как промышленным, так и любительским с входным сопротивлением не менее 100 кОм. Может подойти, в частности, прибор, описание которого приведено в статье Б. Степанова и В. Фролова «Милливольтметр переменного тока» («Радио», 1977, № 2, с. 53-55).

Перед измерениями переключателем S3 параллельно зажимам Сх подключают образцовый конденсатор Со и подстроенным резистором R7 устанавливают стрелку милливольтметра на отметку шкалы, соответствующую емкости измеряемого конденсатора. При точном подборе резисторов повторной калибровки при переключении диапазонов измерения не требуется.

При измерении емкости электролитического конденсатора необходимо строго соблюдать его полярность подключения к прибору. Предварительно он должен быть проверен на отсутствие утечки и замыкания между обкладками.

Трансформатор Т1 может быть от блока питания промышленного приемника, вторичная обмотка которого рассчитана на напряжение 6,3 В и ток не менее 1 А. Предохранитель F2 защищает прибор при случайном замыкании на выходе и в случае, пробоя проверяемого конденсатора.
Переключатели и выключатели любой конструкции. Резистор R1 на мощность рассеяния не менее 5 Вт. Образцовый конденсатор С0 с отклонением бт номинала ±5%. Целесообразно в качестве калибровочного конденсатора использовать такой, емкость которого близка к верхнему пределу измерений на соответствующем поддиапазоне.

Как расширить диапазон измерения ёмкости конденсаторов мультиметра

Имеем мультиметр Mastech MS8222H, который умеет измерять ёмкость конденсаторов (и индуктивность катушек; т. е. является LC-метром):

Фото 1. Мультиметр Mastech MS8222H с LC-метром на борту

Здесь переключатель режимов установлен в положение измерения ёмкости конденсаторов, диапазон до 20 мкФ. И это первая проблема — в электронной технике дохнут как правило электролитические конденсаторы больших ёмкостей, порядка 4700 мкФ, а тут только до 20…

Вторая проблема — это две щёлки возле меток диапазонов ёмкостей; это гнездо для всовывания туда выводов конденсатора, причём контакты там находятся глубоко; т.

е. не только чип-конденсаторы так не измерить, но и короткие выводы конденсатора — проблема; а также ещё хотелось бы иметь здесь щупы, чтобы производить измерение конденсаторов на плате без отпаивания их.

Ну, так вот, пацан задумал — пацан сделал… приспособление:

Фото 2. Самодельное приспособление для удобства измерения ёмкости конденсаторов

С обратной стороны:

Фото 3. Обратите внимание на необходимую длину контактов!

Что здесь? Снизу — длинные (16 мм) лепестки контактов из бронзовых пластин (контакты от какого-то большого прибора), чтобы достать до контактов в глубине гнезда. Контактные площадки 1 и 2 предназначены для измерения конденсаторов, ёмкость которых менее 20 мкФ. Длинная контактная площадка 2 позволяет измерять конденсаторы с короткими и широко расставленными выводами:

Фото 4. Измерение конденсатора с широко расставленными выводами

Два конденсатора [спаяны параллельно, суммарная ёмкость 19. 1 мкФ] между контактом 1 и 3 соединяются последовательно с измеряемым конденсатором, который прикладывается к контактам 2 и 3, и далее по показанию мультиметра (D) и таблице снизу (значения рассчитаны на калькуляторе по формуле 1/D= 1/X+1/19.1) находим значение X ёмкости испытуемого. Например, если дисплей кажет 18.35, значит ёмкость испытуемого 470 мкФ.

Расстояние между площадками 1 и 2 (да и 2 и 3 на всякий случай) всего 1 мм для измерения ёмкости чип-конденсаторов:

Фото 5. Измеряем ёмкость чип-конденсатора

Как такое сделать: выпилить кусочек платы текстолита с медью -> просверлить отверстия под 3 пина -> вытравить лишнюю медь хлорным железом -> залудить -> припаять выводы и конденсаторы.

Торчащие из выводов 1, 2, и 3 игольчатые пины нужны для подсоединения щупов следующим образом:

Фото 6. Подключение щупов к пинам приспособления

Теперь можно измерять ёмкость любых кондеров прямо на плате исследуемого/ремонтируемого устройства, не выпаивая их.

Как показала практика и опыт использования сей самоделки — страшно полезная штука оказалась. Прям жуть как удобно и необходимо по жизни. Это просто кошмар какой-то было жить без неё. Только покупка транзистор-тестера GM328A остановила весь этот ужас.


Прибор для измерения емкости конденсаторов. Измерение параметров конденсаторов

О перегрузке, переключите прибор на более грубый предел. Осуществляйте такое переключение до тех пор, пока не появятся показания. Прочитайте их.

Если используется мостовая приставка для измерения емкости, используйте мультиметр в качестве устройства для определения баланса моста. К соответствующим выводам моста подключите его через детектор с фильтрующим конденсатором , а на самом мультиметре выберите режим микроамперметра постоянного тока. Подключите конденсатор к мосту, сбалансируйте последний по минимуму показаний, затем по шкале моста прочитайте показания.

Если мультиметр функцией измерения емкости не обладает, а мостовой приставки нет, воспользуйтесь следующим способом. Возьмите генератор стандартных сигналов. Установите на нем известную амплитуду сигнала, равную нескольким вольтам. Включите последовательно мультиметр, работающий в режиме микроамперметра или миллиамперметра переменного тока (в зависимости от условий измерения), генератор и испытуемый конденсатор. Установите такую частоту, чтобы мультиметр показал ток, не превышающий в первом случае 200 мкА, а во втором — 2 мА (если частота слишком мала, он не покажет ничего). Затем поделите амплитудное значение напряжения, выраженного в вольтах, на квадратный корень из двух, чтобы получить действующее его значение. Ток переведите в амперы, после чего поделите напряжение на ток, и вы получите емкостное сопротивление конденсатора, выраженное в омах. Затем, зная частоту и емкостное сопротивление, вычислите емкость по формуле:

C=1/(2πfR), где C — емкость в фарадах, π — математическая константа «пи», f — частота в герцах, R — емкостное сопротивление в омах.

Переведите рассчитанную таким образом емкость в более удобные единицы: пикофарады, нанофарады или микрофарады.

Чаще всего необходимость замера емкости возникает у владельцев автотранспорта при проверке работоспособности аккумуляторов. Есть несколько простых шагов, чтобы верно измерить их емкость .

Инструкция

Аккумулятор представляет собой химический источник тока, в котором электрический ток вырабатывается за счет химических реакций, протекающих в аккумуляторе.

Таким образом, принцип действия аккумулятора мало чем отличается от обычной батарейки. Емкость аккумулятора – это количество электричества, которое может выдать новый или полностью заряженный аккумулятор.

Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах или миллиампер-часах. Так, если емкость аккумулятора составляет 2000ма-час (миллиампер-часов), это означает, что аккумулятор сможет выдавать ток 2 тысячи миллиампер в течение 1 часа или 200 миллиампер в течение 10 часов.

Для определения емкости, аккумулятор необходимо сначала полностью зарядить, затем разрядить заданным током и проследить время полной разрядки аккумулятора. Затем нужно высчитать произведение тока на время, за которое разрядился аккумулятор, полученная величина и будет

емкость ю аккумулятора.

Аналогичным образом измеряется емкость батарейки. Смысл измерения емкости аккумулятора или батарейки состоит в том, что можно узнать время, за которое аккумулятор или батарейка полностью разрядятся. После этого аккумулятор потребует перезарядки, а батарейка придет в полную непригодность.

Источники:

  • в чем измеряется емкость аккумулятора

Автомобильный генератор служит для питания всех электрических устройств автомобиля после запуска двигателя. Он всегда должен находится в исправном состоянии, так как от его работы зависит правильная зарядка аккумуляторной батареи. Кроме того, генератор дает возможность подключать к бортовой сети дополнительно множество различных приборов и устройств. Следует регулярно следить за его технической исправностью. Проверить генератор можно мультиметром или на специальном стенде.

Вам понадобится

Инструкция

Проверьте реле-регулятор. Оно служит для поддержания оптимального значения напряжения в бортовой сети автомобиля . Реле-регулятор не дает ему возрасти до критических уровней. Заведите автомобиль . Поставьте переключатель мультиметра в режим «измерения напряжения». Замерьте электропитание бортовой сети. Это можно сделать на выходах генератора или на клеммах АКБ. Оно должно быть в районе 14-14,2 В. Нажмите на акселератор. Еще раз проверьте показание. Если напряжение изменилось больше чем 0,5 В, то это является признаком неправильной работы реле регулятора.

Проверьте диодный мост. Он состоит из шести диодов. Три из них являются положительными, а три отрицательными. Переведите переключатель мультиметра в режим «звука». Теперь при замыкании контактов тестера будет слышен писк. Проведите проверку как в прямом, так и в обратном направлении. Ели в обоих случаях слышен писк, то диод пробит и его следует заменить .

Проверьте статор генератора . Он представляет собой металлический цилиндр, внутри которого особым образом уложена обмотка. Для проверки отсоедините вывода статора от диодного моста. Осмотрите состояние обмотки на предмет механических повреждений и подгорания. Переведите мультиметр в режим «измерения сопротивления». Проверьте обмотку на пробой . Для этого один контакт тестера прижмите к корпусу статора, а второй к одному из выводов обмотки. Если сопротивление стремиться к бесконечности, то она исправна. Показания менее 50 КОм предупреждают о скорой поломке генератора.

Проверьте ротор генератора. Он представляет собой металлический стержень, на который намотана обмотка возбуждения. На одном его конце находятся контактные кольца, по которым скользят щетки. После извлечения ротора, осмотрите состояние подшипников и

Измеритель емкости конденсаторов своими руками

Представляю вашему вниманию, как просто сделат ь измеритель ЭПС конденсаторов , который собирается буквально за пару часов буквально «На коленке». Сразу предупреждаю, что не являюсь автором этой идеи, данную схему уже сотню раз повторили разные люди. В схеме всего десять деталей, и любой цифровой мультиметр, с ним ничего колдовать не нужно, просто подпаиваемся к точкам и все.

Схема устройства измеритель эпс :

О деталях измерителя :

Трансформатор с соотношением витков 11\1. Первичную обмотку нужно мотать виток к витку на кольце М2000 К10х6х3, на всей окружности кольца (изолированого), вторичку желательно распределить равномерно, с небольшим натягом.

Диод D1 может быть любой, на частоту более 100 КГц и напряжение более 40В, но лучше Шоттки.

Диод D2 — супресор на 26В-36В. Транзистор — типа КТ3107, КТ361 и аналогичные.

Измерения ЭПС проводить на измерительном пределе 20В. При подключении разъёма измерительной выносной «головки» прибор «автоматически» переходит в режим измерения ЭПС, об этом свидетельствует показание примерно 36В прибора на пределе 200В и 1000В (зависит от применённого супресора), а на пределе 20В — показание «выход за предел измерения».

При отключении разъёма измерительной выносной «головки» прибор автоматически переходит штатный режим мультиметра.

Итого : включаем адаптер — автоматом включается измеритель, выключили — штатный мультиметр. Теперь калибровка , ничего заумного, обычный резистор (не проволочный) подгоняем шкалу. Вот примерно как это выглядело:

Если закоротить щупы , на индикаторе 0.00-0.01, вот одна сотая и есть погрешность в интервале измерения до 1 Ом, значения ЭПС конденсаторов сравнивал с заводским измерителем.

Самодельные измерительные приборы

В. ВАСИЛЬЕВ, г. Набережные Челны
Радио, 1998 год, №4

Тот, кто занимается ремонтом бытовой или промышленной радиоаппаратуры, знает, что исправность конденсаторов удобно проверять без их демонтажа. Однако многие измерители емкости конденсаторов такой возможности не предоставляют. Правда, одна подобная конструкция была описана в . Она имеет небольшой диапазон измерения, нелинейную шкалу с обратным отсчетом, что снижает точность. При проектировании же нового измерителя решалась задача создания прибора с широким диапазоном, линейной шкалой и прямым отсчетом, чтобы можно было пользоваться им, как лабораторным. Помимо этого, прибор должен быть диагностическим, т. е. способным проверять и конденсаторы, зашунтированные р-n переходами полупроводниковых приборов и сопротивлениями резисторов.

Схема прибора

Принцип работы прибора таков. На вход дифференциатора, в котором проверяемый конденсатор используется в качестве дифференцирующего, подается напряжение треугольной формы. При этом на его выходе получается меандр с амплитудой, пропорциональной емкости этого конденсатора. Далее детектор выделяет амплитудное значение меандра и выдает постоянное напряжение на измерительную головку.

Амплитуда измерительного напряжения на щупах прибора примерно 50 мВ, что недостаточно для открывания р-n переходов полупроводниковых приборов, поэтому они не оказывают своего шунтирующего действия.

Прибор имеет два переключателя. Переключатель пределов «Шкала» с пятью положениями: 10 мкФ, 1 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1000 пФ. Переключателем «Множитель» (Х1000, х10О, х10, Х1) меняется частота измерения. Таким образом, прибор имеет восемь поддиапазонов измерения емкости от 10 000 мкФ до 1000 пФ, что практически достаточно в большинстве случаев.

Генератор треугольных колебаний собран на ОУ микросхемы DA1.1, DA1.2, DA1.4 (рис. 1). Один из них, DA1.1, работает в режиме компаратора и формирует сигнал прямоугольной формы, который поступает на вход интегратора DA1.2. Интегратор преобразует прямоугольные колебания в треугольные. Частота генератора определяется элементами R4, С1 — С4. В цепи обратной связи генератора стоит инвертор на ОУ DA1.4, который обеспечивает автоколебательный режим. Переключателем SA1 можно устанавливать одну из частот измерения (множитель): 1 Гц (Х1000), 10Гц(х10О), 10ОГц(х10), 1 кГц(Х1).

ОУ DA2.1 — повторитель напряжения, на его выходе сигнал треугольной формы амплитудой около 50 мВ, который и используется для создания измерительного тока через проверяемый конденсатор Сх.

Так как емкость конденсатора измеряется в плате, на нем может находиться остаточное напряжение, поэтому для исключения повреждения измерителя параллельно его щупам подключены два встречно-параллельных диода моста VD1.

ОУ DA2.2 работает как дифференциатор и выполняет роль преобразователя ток — напряжение. Его выходное напряжение:

Uвых=(Rl2…R16)·IBX=(Rl2…Rl6)Cx-dU/dt.

Например, при измерении емкости 100 мкФ на частоте 100 Гц получается: Iвх=Cx·dU/dt=100-100MB/5MC = 2MA, Uвых= R16 ·lBX= 1 кОм · мА= 2 В.

Элементы R11, С5 — С9 необходимы для устойчивой работы дифференциатора. Конденсаторы устраняют колебательные процессы на фронтах меандра, которые делают невозможным точное измерение его амплитуды. В результате на выходе DA2.2 получается меандр с плавными фронтами и амплитудой, пропорциональной измеряемой емкости. Резистор R11 также ограничивает входной ток при замкнутых щупах или при пробитом конденсаторе. Для входной цепи измерителя должно выполняться неравенство:

(3. ..5)CxR1

Если это неравенство не выполнено, то за половину периода ток IBX не достигает установившегося значения, а меандр — соответствующей амплитуды, и возникает погрешность в измерении. Например, в измерителе, описанном в , при измерении емкости 1000 мкФ на частоте 1 Гц постоянная времени определяется как

Сх·R25 = 10ОО мкФ — 910 Ом = 0,91 с.

Половина же периода колебаний Т/2 составляет лишь 0,5 с, поэтому на данной шкале измерения окажутся заметно нелинейными.

Синхронный детектор состоит из ключа на полевом транзисторе VT1, узла управления ключом на ОУ DA1.3 и накопительного конденсатора С10. ОУ DA1.2 выдает управляющий сигнал на ключ VT1 во время положительной полуволны меандра, когда его амплитуда установлена. Конденсатор С10 запоминает постоянное напряжение, выделенное детектором.

С конденсатора С10 напряжение, несущее информацию о величине емкости Сх, через повторитель DA2.3 подается на микроамперметр РА1. Конденсаторы С11, С12 — сглаживающие. С движка переменного резистора калибровки R22 снимается напряжение на цифровой вольтметр с пределом измерения 2 В.

Источник питания (рис. 2) выдает двухполярные напряжения ±9 В. Опорные напряжения образуют термостабильные стабилитроны VD5, VD6. Резисторами R25, R26 устанавливают необходимую величину выходного напряжения. Конструктивно источник питания объединен с измерительной частью прибора на общей монтажной плате.


В приборе использованы переменные резисторы типа СПЗ-22 (R21, R22, R25, R26). Постоянные резисторы R12 — R16 — типа С2-36 или С2-14 с допустимым отклонением ±1%. Сопротивление R16 получено соединением последовательно нескольких подобранных резисторов. Сопротивления резисторов R12 — R16 можно использовать и других типов, но их надо подобрать с помощью цифрового омметра (мультиметра). Остальные постоянные резисторы — любые с мощностью рассеяния 0,125 Вт. Конденсатор С10 — К53- 1А, конденсаторы С11 — С16 — К50-16. Конденсаторы С1, С2 — К73-17 или другие метал-лопленочные, СЗ, С4 — КМ-5, КМ-6 или другие керамические с ТКЕ не хуже М750, их необходимо также подобрать с погрешностью не более 1%. Остальные конденсаторы — любые.

Переключатели SA1, SA2 — П2Г-3 5П2Н. В конструкции допустимо применить транзистор КПЗОЗ (VT1) с буквенными индексами А, Б, В, Ж, И. Транзисторы VT2, VT3 стабилизаторов напряжения могут быть заменены другими маломощными кремниевыми транзисторами соответствующей структуры. Вместо ОУ К1401УД4 можно использовать К1401УД2А, но тогда на пределе «1000 пФ» возможно появление ошибки из-за смещения входа дифференциатора, создаваемого входным током DA2.2 на R16.

Трансформатор питания Т1 имеет габаритную мощность 1 Вт. Допустимо использовать трансформатор с двумя вторичными обмотками по 12 В, но тогда необходимо два выпрямительных моста.

Для настройки и отладки прибора потребуется осциллограф. Неплохо иметь частотомер для проверки частот генератора треугольных колебаний. Нужны будут и образцовые конденсаторы.

Прибор начинают настраивать с установки напряжений +9 В и -9 В с помощью резисторов R25, R26. После этого проверяют работу генератора треугольных колебаний (осциллограммы 1, 2, 3, 4 на рис. 3). При наличии частотомера измеряют частоту генератора при разных положениях переключателя SA1. Допустимо, если частоты отличаются от значений 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, но между собой они должны отличаться точно в 10 раз, так как от этого зависит правильность показаний прибора на разных шкалах. Если частоты генератора не кратны десяти, то необходимой точности (с погрешностью 1%) добиваются подбором конденсаторов, подключаемых параллельно конденсаторам С1 — С4. Если емкости конденсаторов С1 — С4 подобраны с необходимой точностью, можно обойтись без измерения частот.

Далее проверяют работу ОУ DA1.3 (осциллограммы 5, 6). После этого устанавливают предел измерения «10 мкФ», множитель — в положение «х1» и подключают образцовый конденсатор емкостью 10 мкф. На выходе дифференциатора должны быть прямоугольные, но с затянутыми, сглаженными фронтами колебания амплитудой около 2 В (осциллограмма 7). Резистором R21 выставляют показания прибора — отклонение стрелки на полную шкалу. Цифровой вольтметр (на пределе 2 В) подключают к гнездам XS3, XS4 и резистором R22 выставляют показание 1000 мВ. Если конденсаторы С1 — С4 и резисторы R12 — R16 точно подобраны, то показания прибора будут кратными и на других шкалах, что можно проверить с помощью образцовых конденсаторов.

Измерение емкости конденсатора, впаянного в плату с другими элементами, обычно получается достаточно точным на пределах 0,1 — 10 000 мкф, за исключением случаев, когда конденсатор зашунтирован низкоомной резистивной цепью. Так как его эквивалентное сопротивление зависит от частоты Хс = 1/ωС, то для уменьшения шунтирующего действия других элементов устройства необходимо увеличивать частоту измерения с уменьшением емкости измеряемых конденсаторов. Если при измерении конденсаторов емкостью 10 000 мкф, 1000 мкФ, 100 мкф, 10 мкф использовать соответственно частоты 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, то шунтирующее действие резисторов скажется на показании прибора при параллельно включенном резисторе сопротивлением 300 Ом (ошибка около 4%) и меньше. При измерении конденсаторов емкостью 0,1 и 1 мкф на частоте 1 кГц ошибка в 4% будет из-за влияния параллельно включенного резистора уже сопротивлением 30 и 3 кОм соответственно.

На пределах 0,01 мкф и 1000 пФ конденсаторы целесообразно проверять все-таки с отключением шунтирующих цепей, так как измерительный ток мал (2 мкА, 200 нА). Стоит, однако, напомнить, что надежность конденсаторов небольшой емкости заметно выше благодаря конструкции и более высокому допустимому напряжению.

Иногда, например, при измерении некоторых конденсаторов с оксидным диэлектриком (К50-6 и т. п.) емкостью от 1 мкф до 10 мкф на частоте 1 кГц появляется погрешность, связанная, по всей видимости, с собственной индуктивностью конденсатора и потерями в его диэлектрике; показания прибора оказываются меньшими. Поэтому бывает целесообразно производить измерения на более низкой частоте (например, в нашем случае на частоте 100 Гц), хотя при этом шунтирующие свойства параллельных резисторов будут сказываться уже при большем их сопротивлении.

ЛИТЕРАТУРА
1. Кучин С. Прибор для измерения емкости. — Радио. 1993, ╧ 6, с 21 — 23.
2. Болгов А. Испытатель оксидных конденсаторов. — Радио, 1989, ╧ 6, с. 44.



При ремонте радиоаппаратуры, часто приходится сталкиваться с высохшей емкостью и тогда на помощь приходить схема измерителя С

Тот, кто занимается ремонтом бытовой или промышленной радиоаппаратуры, знает, что исправность конденсаторов удобно проверять без их демонтажа. Однако многие измерители емкости конденсаторов такой возможности не предоставляют. При проектировании же нового измерителя решалась задача создания прибора с широким диапазоном, линейной шкалой и прямым отсчетом, чтобы можно было пользоваться им, как лабораторным.

Помимо этого, прибор должен быть диагностическим, т. е. способным проверять и конденсаторы, зашунтированные р-n переходами полупроводниковых приборов и сопротивлениями резисторов.

Принцип работы прибора таков. На вход дифференциатора, в котором проверяемый конденсатор используется в качестве дифференцирующего, подается напряжение треугольной формы. При этом на его выходе получается меандр с амплитудой, пропорциональной емкости этого конденсатора. Далее детектор выделяет амплитудное значение меандра и выдает постоянное напряжение на измерительную головку.

Амплитуда измерительного напряжения на щупах прибора примерно 50 мВ, что недостаточно для открывания р-n переходов полупроводниковых приборов, поэтому они не оказывают своего шунтирующего действия.

Прибор имеет два переключателя. Переключатель пределов «Шкала» с пятью положениями: 10 мкФ, 1 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1000 пФ. Переключателем «Множитель» (Х1000, Х100, Х10, Х1) меняется частота измерения. Таким образом, прибор имеет восемь поддиапазонов измерения емкости от 10000 мкФ до 1000 пФ, что практически достаточно в большинстве случаев.

Генератор треугольных колебаний собран на ОУ микросхемы DA1.1, DA1.2, DA1.4 (рис. 1). Один из них, DA1.1, работает в режиме компаратора и формирует сигнал прямоугольной формы, который поступает на вход интегратора DA1.2. Интегратор преобразует прямоугольные колебания в треугольные. Частота генератора определяется элементами R4, С1-С4. В цепи обратной связи генератора стоит инвертор на ОУ DA1.4, который обеспечивает автоколебательный режим. Переключателем SA1 можно устанавливать одну из частот измерения (множитель): 1 Гц (Х1000), 10 Гц(х100), 100 Гц(х10), 1 кГц(х1).

Скачать схему

Рис. 1

ОУ DA2.1 — повторитель напряжения, на его выходе сигнал треугольной формы амплитудой около 50 мВ, который и используется для создания измерительного тока через проверяемый конденсатор Сх.

Так как емкость конденсатора измеряется в плате, на нем может находиться остаточное напряжение, поэтому для исключения повреждения измерителя параллельно его щупам подключены два встречно-параллельных диода моста VD1.

ОУ DA2.2 работает как дифференциатор и выполняет роль преобразователя ток — напряжение. Его выходное напряжение: Uвых=(R12…R16) Iвх=(R12…R16)Cх dU/dt. Например, при измерении емкости 100 мкФ на частоте 100 Гц получается: Iвх=Сх dU/dt=100 100 мВ/5 мс=2мА, Uвых= R16 Iвх=1 кОм мА=2 В.

Элементы R11, С5-С9 необходимы для устойчивой работы дифференциатора. Конденсаторы устраняют колебательные процессы на фронтах меандра, которые делают невозможным точное измерение его амплитуды. В результате на выходе DA2.2 получается меандр с плавными фронтами и амплитудой, пропорциональной измеряемой емкости. Резистор R11 также ограничивает входной ток при замкнутых щупах или при пробитом конденсаторе. Для входной цепи измерителя должно выполняться неравенство: (3…5)СхR11

Если это неравенство не выполнено, то за половину периода ток Iвх не достигает установившегося значения, а меандр — соответствующей амплитуды, и возникает погрешность в измерении. Например, в измерителе, описанном в , при измерении емкости 1000 мкФ на частоте 1 Гц постоянная времени определяется как Cх R25=1000 мкФ 910 Ом=0,91 с. Половина же периода колебаний Т/2 составляет лишь 0,5 с, поэтому на данной шкале измерения окажутся заметно нелинейными.

Синхронный детектор состоит из ключа на полевом транзисторе VT1, узла управления ключом на ОУ DA1.3 и накопительного конденсатора С10. ОУ DA1.2 выдает управляющий сигнал на ключ VT1 во время положительной полуволны меандра, когда его амплитуда установлена. Конденсатор С10 запоминает постоянное напряжение, выделенное детектором.

С конденсатора С10 напряжение, несущее информацию о величине емкости Сх, через повторитель DA2.3 подается на микроамперметр РА1. Конденсаторы С11, С12 — сглаживающие. С движка переменного резистора калибровки R22 снимается напряжение на цифровой вольтметр с пределом измерения 2 В.

Источник питания (рис. 2) выдает двухполярные напряжения ±9 В. Опорные напряжения образуют термостабильные стабилитроны VD5, VD6. Резисторами R25, R26 устанавливают необходимую величину выходного напряжения. Конструктивно источник питания объединен с измерительной частью прибора на общей монтажной плате.


Рис. 2

В приборе использованы переменные резисторы типа СПЗ-22 (R21, R22, R25, R26). Постоянные резисторы R12-R16 — типа С2-36 или С2-14 с допустимым отклонением ±1 %. Сопротивление R16 получено соединением последовательно нескольких подобранных резисторов. Сопротивления резисторов R12-R16 можно использовать и других типов, но их надо подобрать с помощью цифрового омметра (мультиметра). Остальные постоянные резисторы — любые с мощностью рассеяния 0,125 Вт. Конденсатор С10 — К53-1 А, конденсаторы С11-С16 — К50-16. Конденсаторы С1, С2 — К73-17 или другие металлопленочные, СЗ, С4 — КМ-5, КМ-6 или другие керамические с ТКЕ не хуже М750, их необходимо также подобрать с погрешностью не более 1 %. Остальные конденсаторы — любые.

Переключатели SA1, SA2 — П2Г-3 5П2Н. В конструкции допустимо применить транзистор КП303 (VT1) с буквенными индексами А, Б, В, Ж, И. Транзисторы VT2, VT3 стабилизаторов напряжения могут быть заменены другими маломощными кремниевыми транзисторами соответствующей структуры. Вместо ОУ К1401УД4 можно использовать К1401УД2А, но тогда на пределе «1000 пФ» возможно появление ошибки из-за смещения входа дифференциатора, создаваемого входным током DA2.2 на R16.

Трансформатор питания Т1 имеет габаритную мощность 1 Вт. Допустимо использовать трансформатор с двумя вторичными обмотками по 12 В, но тогда необходимо два выпрямительных моста.

Для настройки и отладки прибора потребуется осциллограф. Неплохо иметь частотомер для проверки частот генератора треугольных колебаний. Нужны будут и образцовые конденсаторы.

Прибор начинают настраивать с установки напряжений +9 В и -9 В с помощью резисторов R25, R26. После этого проверяют работу генератора треугольных колебаний (осциллограммы 1, 2, 3, 4 на рис. 3). При наличии частотомера измеряют частоту генератора при разных положениях переключателя SA1. Допустимо, если частоты отличаются от значений 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, но между собой они должны отличаться точно в 10 раз, так как от этого зависит правильность показаний прибора на разных шкалах. Если частоты генератора не кратны десяти, то необходимой точности (с погрешностью 1 %) добиваются подбором конденсаторов, подключаемых параллельно конденсаторам С1-С4. Если емкости конденсаторов С1-С4 подобраны с необходимой точностью, можно обойтись без измерения частот.

Далее проверяют работу ОУ DA1.3 (осциллограммы 5, 6). После этого устанавливают предел измерения «10 мкФ», множитель — в положение «Х1» и подключают образцовый конденсатор емкостью 10 мкФ. На выходе дифференциатора должны быть прямоугольные, но с затянутыми, сглаженными фронтами колебания амплитудой около 2 В (осциллограмма 7). Резистором R21 выставляют показания прибора — отклонение стрелки на полную шкалу. Цифровой вольтметр (на пределе 2 В) подключают к гнездам XS3, XS4 и резистором R22 выставляют показание 1000 мВ. Если конденсаторы С1 — С4 и резисторы R12 — R16 точно подобраны, то показания прибора будут кратными и на других шкалах, что можно проверить с помощью образцовых конденсаторов.

Измерение емкости конденсатора, впаянного в плату с другими элементами, обычно получается достаточно точным на пределах 0,1 — 10 000 мкФ, за исключением случаев, когда конденсатор зашунтирован низкоомной резистивной цепью. Так как его эквивалентное сопротивление зависит от частоты Хс=1/wС, то для уменьшения шунтирующего действия других элементов устройства необходимо увеличивать частоту измерения с уменьшением емкости измеряемых конденсаторов. Если при измерении конденсаторов емкостью 10 000 мкФ, 1000 мкФ, 100 мкФ, 10 мкФ использовать соответственно частоты 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, то шунтирующее действие резисторов скажется на показании прибора при параллельно включенном резисторе сопротивлением 300 Ом (ошибка около 4 %) и меньше. При измерении конденсаторов емкостью 0,1 и 1 мкФ на частоте 1 кГц ошибка в 4 % будет из-за влияния параллельно включенного резистора уже сопротивлением 30 и 3 кОм соответственно.

На пределах 0,01 мкФ и 1000 пФ конденсаторы целесообразно проверять все-таки с отключением шунтирующих цепей, так как измерительный ток мал (2 мкА, 200 нА). Стоит, однако, напомнить, что надежность конденсаторов небольшой емкости заметно выше благодаря конструкции и более высокому допустимому напряжению.

Иногда, например, при измерении некоторых конденсаторов с оксидным диэлектриком (К50-6 и т. п.) емкостью от 1 мкФ до 10 мкФ на частоте 1 кГц появляется погрешность, связанная, по всей видимости, с собственной индуктивностью конденсатора и потерями в его диэлектрике; показания прибора оказываются меньшими. Поэтому бывает целесообразно производить измерения на более низкой частоте (например, в нашем случае на частоте 100 Гц), хотя при этом шунтирующие свойства параллельных резисторов будут сказываться уже при большем их сопротивлении.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кучин С. Прибор для измерения емкости. — Радио, 1993, № 6, с. 21 — 23.
2. Болгов А. Испытатель оксидных конденсаторов. — Радио, 1989, № 6, с. 44.

Простые измерители емкости

Многие современные и некоторые не очень современные мультиметры имеют функцию измерения емкости. Если же такого мультиметра нет, а есть только прибор, которым можно измерять сопротивление и ток, то несложные приспособления к нему позволят проверить работоспособность и узнать емкость неполярных и даже полярных конденсаторов емкостью от единиц или десятков пикофарад до сотен и тысяч микрофарад. О таких приставках и рвссказывает автор публикуемой статьи.

Вначале упомяну так называемый метод баллистического гальванометра, или, как его называют в просторечии, метод отскока стрелки. Под отскоком понимают кратковременное отклонение стрелки. Этот метод вовсе не требует дополнительных приспособлений и позволяет грубо оценить параметры конденсатора, сравнивая его с заведомо исправным. Для этого мультиметр включают на предел измерения сопротивления и щупами дотрагиваются до выводов предварительно разряженного конденсатора (рис. 1). Ток зарядки вызовет кратковременное отклонение стрелки, тем большее, чем больше емкость конденсатора. Пробитый конденсатор имеет сопротивление, близкое к нулевому, а конденсатор с оборванным выводом не вызовет никакого отклонения стрелки омметра.

На пределе «Омы» удается проверять конденсаторы емкостью в тысячи микрофарад. При проверке оксидных конденсаторов надо соблюдать полярность, предварительно определив, на каком из выводов мультиметра присутствует плюсовое напряжение (полярность выводов мультиметра в режиме измерения сопротивлений может и не совпадать с полярностью в режиме измерения токов или напряжений). На пределе «кОм х 1» можно проверять конденсаторы емкостью в сотни микрофарад, на пределе «кОм х 10» — в десятки микрофарад, на пределе «кОм х 100» — в единицы микрофарад и, наконец, на пределе «кОм х 1000» или «МОм» — в доли микрофарады. Но конденсаторы емкостью в сотые доли микрофарады и менее дают слишком малое отклонение стрелки, поэтому судить об их параметpax становится трудно.

На рис. 2 приведена схема измерения емкости с помощью понижающего трансформатора и диодного моста. Так удается измерять емкости от тысячи пикофарад до единиц микрофарад. Отклонение стрелки прибора здесь стабильное, поэтому считывать показания легче. Ток в цепи миллиамперметра РА1 пропорционален напряжению вторичной обмотки трансформатора, частоте тока и емкости конденсатора. При частоте сети 50 Гц, а это наш бытовой стандарт, и вторичном напряжении трансформатора 16 В, ток через конденсатор емкостью 1000 пФ будет около 5 мкА, через 0,01 мкФ — 50 мкА, через 0,1 мкФ — 0,5 мА и через 1 мкФ — 5 мА. Калибровать или проверять показания также можно с помощью заведомо исправных конденсаторов известной емкости.

Резистор R1 служит для ограничения тока до значения 0,1 А в случае короткого замыкания измерительной цепи. Большой погрешности в показания на указанных пределах измерений этот резистор не вносит. Трансформатор понижающий, лучше малогабаритный, подобный тем, что используют в маломощных блоках питания (сетевых адаптерах). На вторичной обмотке он должен обеспечивать переменное напряжение 12…20 В.

Работает устройство следующим образом. Когда частота колебательного контура L1C2 в цепи коллектора транзистора VT1 оказывается близкой к частоте основного резонанса кварцевого резонатора ZQ1, возбудившийся генератор потребляет минимальный ток. Омметр, который питает устройство энергией, уменьшение тока будет воспринимать как увеличение измеряемого сопротивления. Таким образом, с помощью омметра удается контролировать процесс настройки контура в резонанс конденсатором переменной емкости (КПЕ) С2. Частота генератора определяется резонансной частотой кварцевого резонатора, а емкость и индуктивность колебательного контура при резонансе взаимосвязаны в соответствии с формулой Томсона : f = 1/2WLC. Изменяя индуктивность катушки контура, необходимо добиться, чтобы резонанс наблюдался при емкости КПЕ, близкой к максимальной. Контролируемые конденсаторы подключают параллельно КПЕ, при этом резонанс будет наблюдаться при другом положении ротора КПЕ. Его емкость уменьшится на величину искомой.

Функциональную схему омметра и особенности его подключения можно посмотреть в статье . Желательно выбрать предел, на котором омметр развивает ток короткого замыкания порядка 1 …2 мА, и определить полярность выходного напряжения. При неправильной полярности подключения омметра устройство не заработает, хотя и не выйдет из строя. Измерить напряжение холостого хода, ток короткого замыкания омметра и определить его полярность на различных пределах измерения сопротивления можно с помощью другого прибора. С помощью описанной приставки можно измерять индуктивность катушек в пределах приблизительно 17…500 мкГн. Это при использовании кварцевого резонатора на частоту 1 МГц и КПЕ емкостью 50…1500пФ. Катушку для этого устройства делают сменной и калибруют прибор, используя эталонные индуктивности. Можно также использовать приставку как кварцевый калибратор.

Вместо устройства по схеме рис. 3 можно предложить менее громоздкое, в том отношении, что не потребуются КПЕ, кварц и катушка. Его схема показана на рис. 4. Назову эту приставку «Преобразователь емкости в активное сопротивление с питанием от омметра». Она представляет собой двухкаскадный УПТ на транзисторах VT1 и VT2 разной структуры и непосредственной связью между каскадами. Измеряемый конденсатор Сх включают в цепь положительной обратной связи с выхода на вход УПТ. При этом возникает релаксационная генерация и транзисторы часть времени остаются закрытыми. Этот промежуток времени пропорционален емкости конденсатора.

Пульсации выходного тока фильтрует блокировочный конденсатор С1. Усредненный ток, потребляемый устройством, при увеличении емкости конденсатора Сх становится меньше, и омметр воспринимает это как увеличение сопротивления. Устройство уже начинает реагировать на конденсатор емкостью 10 пФ, а при емкости 0,01 мкФ его сопротивление становится большим (сотни килоом). Если сопротивление резистора R2 уменьшить до 100 кОм, то интервал измеряемых емкостей составит 100 пФ…0,1 мкФ. Начальное сопротивление устройства — около 0,8 кОм. Здесь следует отметить, что оно нелинейное и зависит от протекающего тока. Поэтому на разных пределах измерения и с разными приборами показания будут различаться, и для проведения измерений необходимо сравнивать искомые показания с показаниями, даваемыми образцовыми конденсаторами.

С. Коваленко, г. Кстово Нижегородской обл. Радио 07-05.
Литература:
1. Пилтакян А. Простейшие измерители L и С:
Сб.: «В помощь радиолюбителю», вып. 58, с.61—65. — М.: ДОСААФ, 1977.
2. Поляков В. Теория: Понемногу — обо всем.
Расчет колебательных контуров. — Радио, 2000, № 7, с. 55, 56.
3. Поляков В. Радиоприемник с питанием от… мультиметра. — Радио, 2004, № 8, с. 58.

Самодельный прибор для измерения емкости конденсаторов. Вы здесь: Схема измерителя емкости конденсаторов



При ремонте радиоаппаратуры, часто приходится сталкиваться с высохшей емкостью и тогда на помощь приходить схема измерителя С

Тот, кто занимается ремонтом бытовой или промышленной радиоаппаратуры, знает, что исправность конденсаторов удобно проверять без их демонтажа. Однако многие измерители емкости конденсаторов такой возможности не предоставляют. При проектировании же нового измерителя решалась задача создания прибора с широким диапазоном, линейной шкалой и прямым отсчетом, чтобы можно было пользоваться им, как лабораторным.

Помимо этого, прибор должен быть диагностическим, т. е. способным проверять и конденсаторы, зашунтированные р-n переходами полупроводниковых приборов и сопротивлениями резисторов.

Принцип работы прибора таков. На вход дифференциатора, в котором проверяемый конденсатор используется в качестве дифференцирующего, подается напряжение треугольной формы. При этом на его выходе получается меандр с амплитудой, пропорциональной емкости этого конденсатора. Далее детектор выделяет амплитудное значение меандра и выдает постоянное напряжение на измерительную головку.

Амплитуда измерительного напряжения на щупах прибора примерно 50 мВ, что недостаточно для открывания р-n переходов полупроводниковых приборов, поэтому они не оказывают своего шунтирующего действия.

Прибор имеет два переключателя. Переключатель пределов «Шкала» с пятью положениями: 10 мкФ, 1 мкФ, 0,1 мкФ, 0,01 мкФ, 1000 пФ. Переключателем «Множитель» (Х1000, Х100, Х10, Х1) меняется частота измерения. Таким образом, прибор имеет восемь поддиапазонов измерения емкости от 10000 мкФ до 1000 пФ, что практически достаточно в большинстве случаев.

Генератор треугольных колебаний собран на ОУ микросхемы DA1.1, DA1.2, DA1.4 (рис. 1). Один из них, DA1.1, работает в режиме компаратора и формирует сигнал прямоугольной формы, который поступает на вход интегратора DA1.2. Интегратор преобразует прямоугольные колебания в треугольные. Частота генератора определяется элементами R4, С1-С4. В цепи обратной связи генератора стоит инвертор на ОУ DA1.4, который обеспечивает автоколебательный режим. Переключателем SA1 можно устанавливать одну из частот измерения (множитель): 1 Гц (Х1000), 10 Гц(х100), 100 Гц(х10), 1 кГц(х1).

Скачать схему

Рис. 1

ОУ DA2.1 — повторитель напряжения, на его выходе сигнал треугольной формы амплитудой около 50 мВ, который и используется для создания измерительного тока через проверяемый конденсатор Сх.

Так как емкость конденсатора измеряется в плате, на нем может находиться остаточное напряжение, поэтому для исключения повреждения измерителя параллельно его щупам подключены два встречно-параллельных диода моста VD1.

ОУ DA2.2 работает как дифференциатор и выполняет роль преобразователя ток — напряжение. Его выходное напряжение: Uвых=(R12…R16) Iвх=(R12…R16)Cх dU/dt. Например, при измерении емкости 100 мкФ на частоте 100 Гц получается: Iвх=Сх dU/dt=100 100 мВ/5 мс=2мА, Uвых= R16 Iвх=1 кОм мА=2 В.

Элементы R11, С5-С9 необходимы для устойчивой работы дифференциатора. Конденсаторы устраняют колебательные процессы на фронтах меандра, которые делают невозможным точное измерение его амплитуды. В результате на выходе DA2.2 получается меандр с плавными фронтами и амплитудой, пропорциональной измеряемой емкости. Резистор R11 также ограничивает входной ток при замкнутых щупах или при пробитом конденсаторе. Для входной цепи измерителя должно выполняться неравенство: (3…5)СхR11

Если это неравенство не выполнено, то за половину периода ток Iвх не достигает установившегося значения, а меандр — соответствующей амплитуды, и возникает погрешность в измерении. Например, в измерителе, описанном в , при измерении емкости 1000 мкФ на частоте 1 Гц постоянная времени определяется как Cх R25=1000 мкФ 910 Ом=0,91 с. Половина же периода колебаний Т/2 составляет лишь 0,5 с, поэтому на данной шкале измерения окажутся заметно нелинейными.

Синхронный детектор состоит из ключа на полевом транзисторе VT1, узла управления ключом на ОУ DA1.3 и накопительного конденсатора С10. ОУ DA1.2 выдает управляющий сигнал на ключ VT1 во время положительной полуволны меандра, когда его амплитуда установлена. Конденсатор С10 запоминает постоянное напряжение, выделенное детектором.

С конденсатора С10 напряжение, несущее информацию о величине емкости Сх, через повторитель DA2.3 подается на микроамперметр РА1. Конденсаторы С11, С12 — сглаживающие. С движка переменного резистора калибровки R22 снимается напряжение на цифровой вольтметр с пределом измерения 2 В.

Источник питания (рис. 2) выдает двухполярные напряжения ±9 В. Опорные напряжения образуют термостабильные стабилитроны VD5, VD6. Резисторами R25, R26 устанавливают необходимую величину выходного напряжения. Конструктивно источник питания объединен с измерительной частью прибора на общей монтажной плате.


Рис. 2

В приборе использованы переменные резисторы типа СПЗ-22 (R21, R22, R25, R26). Постоянные резисторы R12-R16 — типа С2-36 или С2-14 с допустимым отклонением ±1 %. Сопротивление R16 получено соединением последовательно нескольких подобранных резисторов. Сопротивления резисторов R12-R16 можно использовать и других типов, но их надо подобрать с помощью цифрового омметра (мультиметра). Остальные постоянные резисторы — любые с мощностью рассеяния 0,125 Вт. Конденсатор С10 — К53-1 А, конденсаторы С11-С16 — К50-16. Конденсаторы С1, С2 — К73-17 или другие металлопленочные, СЗ, С4 — КМ-5, КМ-6 или другие керамические с ТКЕ не хуже М750, их необходимо также подобрать с погрешностью не более 1 %. Остальные конденсаторы — любые.

Переключатели SA1, SA2 — П2Г-3 5П2Н. В конструкции допустимо применить транзистор КП303 (VT1) с буквенными индексами А, Б, В, Ж, И. Транзисторы VT2, VT3 стабилизаторов напряжения могут быть заменены другими маломощными кремниевыми транзисторами соответствующей структуры. Вместо ОУ К1401УД4 можно использовать К1401УД2А, но тогда на пределе «1000 пФ» возможно появление ошибки из-за смещения входа дифференциатора, создаваемого входным током DA2.2 на R16.

Трансформатор питания Т1 имеет габаритную мощность 1 Вт. Допустимо использовать трансформатор с двумя вторичными обмотками по 12 В, но тогда необходимо два выпрямительных моста.

Для настройки и отладки прибора потребуется осциллограф. Неплохо иметь частотомер для проверки частот генератора треугольных колебаний. Нужны будут и образцовые конденсаторы.

Прибор начинают настраивать с установки напряжений +9 В и -9 В с помощью резисторов R25, R26. После этого проверяют работу генератора треугольных колебаний (осциллограммы 1, 2, 3, 4 на рис. 3). При наличии частотомера измеряют частоту генератора при разных положениях переключателя SA1. Допустимо, если частоты отличаются от значений 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, но между собой они должны отличаться точно в 10 раз, так как от этого зависит правильность показаний прибора на разных шкалах. Если частоты генератора не кратны десяти, то необходимой точности (с погрешностью 1 %) добиваются подбором конденсаторов, подключаемых параллельно конденсаторам С1-С4. Если емкости конденсаторов С1-С4 подобраны с необходимой точностью, можно обойтись без измерения частот.

Далее проверяют работу ОУ DA1.3 (осциллограммы 5, 6). После этого устанавливают предел измерения «10 мкФ», множитель — в положение «Х1» и подключают образцовый конденсатор емкостью 10 мкФ. На выходе дифференциатора должны быть прямоугольные, но с затянутыми, сглаженными фронтами колебания амплитудой около 2 В (осциллограмма 7). Резистором R21 выставляют показания прибора — отклонение стрелки на полную шкалу. Цифровой вольтметр (на пределе 2 В) подключают к гнездам XS3, XS4 и резистором R22 выставляют показание 1000 мВ. Если конденсаторы С1 — С4 и резисторы R12 — R16 точно подобраны, то показания прибора будут кратными и на других шкалах, что можно проверить с помощью образцовых конденсаторов.

Измерение емкости конденсатора, впаянного в плату с другими элементами, обычно получается достаточно точным на пределах 0,1 — 10 000 мкФ, за исключением случаев, когда конденсатор зашунтирован низкоомной резистивной цепью. Так как его эквивалентное сопротивление зависит от частоты Хс=1/wС, то для уменьшения шунтирующего действия других элементов устройства необходимо увеличивать частоту измерения с уменьшением емкости измеряемых конденсаторов. Если при измерении конденсаторов емкостью 10 000 мкФ, 1000 мкФ, 100 мкФ, 10 мкФ использовать соответственно частоты 1 Гц, 10 Гц, 100 Гц, 1 кГц, то шунтирующее действие резисторов скажется на показании прибора при параллельно включенном резисторе сопротивлением 300 Ом (ошибка около 4 %) и меньше. При измерении конденсаторов емкостью 0,1 и 1 мкФ на частоте 1 кГц ошибка в 4 % будет из-за влияния параллельно включенного резистора уже сопротивлением 30 и 3 кОм соответственно.

На пределах 0,01 мкФ и 1000 пФ конденсаторы целесообразно проверять все-таки с отключением шунтирующих цепей, так как измерительный ток мал (2 мкА, 200 нА). Стоит, однако, напомнить, что надежность конденсаторов небольшой емкости заметно выше благодаря конструкции и более высокому допустимому напряжению.

Иногда, например, при измерении некоторых конденсаторов с оксидным диэлектриком (К50-6 и т. п.) емкостью от 1 мкФ до 10 мкФ на частоте 1 кГц появляется погрешность, связанная, по всей видимости, с собственной индуктивностью конденсатора и потерями в его диэлектрике; показания прибора оказываются меньшими. Поэтому бывает целесообразно производить измерения на более низкой частоте (например, в нашем случае на частоте 100 Гц), хотя при этом шунтирующие свойства параллельных резисторов будут сказываться уже при большем их сопротивлении.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кучин С. Прибор для измерения емкости. — Радио, 1993, № 6, с. 21 — 23.
2. Болгов А. Испытатель оксидных конденсаторов. — Радио, 1989, № 6, с. 44.

О перегрузке, переключите прибор на более грубый предел. Осуществляйте такое переключение до тех пор, пока не появятся показания. Прочитайте их.

Если используется мостовая приставка для измерения емкости, используйте мультиметр в качестве устройства для определения баланса моста. К соответствующим выводам моста подключите его через детектор с фильтрующим конденсатором , а на самом мультиметре выберите режим микроамперметра постоянного тока. Подключите конденсатор к мосту, сбалансируйте последний по минимуму показаний, затем по шкале моста прочитайте показания.

Если мультиметр функцией измерения емкости не обладает, а мостовой приставки нет, воспользуйтесь следующим способом. Возьмите генератор стандартных сигналов. Установите на нем известную амплитуду сигнала, равную нескольким вольтам. Включите последовательно мультиметр, работающий в режиме микроамперметра или миллиамперметра переменного тока (в зависимости от условий измерения), генератор и испытуемый конденсатор. Установите такую частоту, чтобы мультиметр показал ток, не превышающий в первом случае 200 мкА, а во втором — 2 мА (если частота слишком мала, он не покажет ничего). Затем поделите амплитудное значение напряжения, выраженного в вольтах, на квадратный корень из двух, чтобы получить действующее его значение. Ток переведите в амперы, после чего поделите напряжение на ток, и вы получите емкостное сопротивление конденсатора, выраженное в омах. Затем, зная частоту и емкостное сопротивление, вычислите емкость по формуле:

C=1/(2πfR), где C — емкость в фарадах, π — математическая константа «пи», f — частота в герцах, R — емкостное сопротивление в омах.

Переведите рассчитанную таким образом емкость в более удобные единицы: пикофарады, нанофарады или микрофарады.

Чаще всего необходимость замера емкости возникает у владельцев автотранспорта при проверке работоспособности аккумуляторов. Есть несколько простых шагов, чтобы верно измерить их емкость .

Инструкция

Аккумулятор представляет собой химический источник тока, в котором электрический ток вырабатывается за счет химических реакций, протекающих в аккумуляторе.

Таким образом, принцип действия аккумулятора мало чем отличается от обычной батарейки. Емкость аккумулятора – это количество электричества, которое может выдать новый или полностью заряженный аккумулятор.

Емкость аккумулятора измеряется в ампер-часах или миллиампер-часах. Так, если емкость аккумулятора составляет 2000ма-час (миллиампер-часов), это означает, что аккумулятор сможет выдавать ток 2 тысячи миллиампер в течение 1 часа или 200 миллиампер в течение 10 часов.

Для определения емкости, аккумулятор необходимо сначала полностью зарядить, затем разрядить заданным током и проследить время полной разрядки аккумулятора. Затем нужно высчитать произведение тока на время, за которое разрядился аккумулятор, полученная величина и будет емкость ю аккумулятора.

Аналогичным образом измеряется емкость батарейки. Смысл измерения емкости аккумулятора или батарейки состоит в том, что можно узнать время, за которое аккумулятор или батарейка полностью разрядятся. После этого аккумулятор потребует перезарядки, а батарейка придет в полную непригодность.

Источники:

  • в чем измеряется емкость аккумулятора

Автомобильный генератор служит для питания всех электрических устройств автомобиля после запуска двигателя. Он всегда должен находится в исправном состоянии, так как от его работы зависит правильная зарядка аккумуляторной батареи. Кроме того, генератор дает возможность подключать к бортовой сети дополнительно множество различных приборов и устройств. Следует регулярно следить за его технической исправностью. Проверить генератор можно мультиметром или на специальном стенде.

Вам понадобится

Инструкция

Проверьте реле-регулятор. Оно служит для поддержания оптимального значения напряжения в бортовой сети автомобиля . Реле-регулятор не дает ему возрасти до критических уровней. Заведите автомобиль . Поставьте переключатель мультиметра в режим «измерения напряжения». Замерьте электропитание бортовой сети. Это можно сделать на выходах генератора или на клеммах АКБ. Оно должно быть в районе 14-14,2 В. Нажмите на акселератор. Еще раз проверьте показание. Если напряжение изменилось больше чем 0,5 В, то это является признаком неправильной работы реле регулятора.

Проверьте диодный мост. Он состоит из шести диодов. Три из них являются положительными, а три отрицательными. Переведите переключатель мультиметра в режим «звука». Теперь при замыкании контактов тестера будет слышен писк. Проведите проверку как в прямом, так и в обратном направлении. Ели в обоих случаях слышен писк, то диод пробит и его следует заменить .

Проверьте статор генератора . Он представляет собой металлический цилиндр, внутри которого особым образом уложена обмотка. Для проверки отсоедините вывода статора от диодного моста. Осмотрите состояние обмотки на предмет механических повреждений и подгорания. Переведите мультиметр в режим «измерения сопротивления». Проверьте обмотку на пробой . Для этого один контакт тестера прижмите к корпусу статора, а второй к одному из выводов обмотки. Если сопротивление стремиться к бесконечности, то она исправна. Показания менее 50 КОм предупреждают о скорой поломке генератора.

Проверьте ротор генератора. Он представляет собой металлический стержень, на который намотана обмотка возбуждения. На одном его конце находятся контактные кольца, по которым скользят щетки. После извлечения ротора, осмотрите состояние подшипников и

В электрических цепях применяются конденсаторы разного типа. В первую очередь они отличаются по емкости. Для того чтобы определить этот параметр, используются специальные измерители. Указанные устройства могут производиться с различными контактами. Современные модификации выделяются высокой точностью замеров. Для того чтобы сделать простой измеритель емкости конденсаторов своими руками, необходимо ознакомиться с основными составляющими прибора.

Как устроен измеритель?

Стандартная модификация включает в себя модуль с расширителем. Данные о выводятся на дисплей. Некоторые модификации функционируют на базе релейного транзистора. Он способен работать на разных частотах. Однако стоит отметить, что такая модификация не подходит для многих типов конденсаторов.


Устройства низкой точности

Сделать низкой точности измеритель ЭПС емкости конденсаторов своими руками можно при помощи переходного модуля. Однако в первую очередь используется расширитель. Контакты для него целесообразнее подбирать с двумя полупроводниками. При выходном напряжении 5 В ток должен составлять не более 2 А. Для защиты измерителя от сбоев применяются фильтры. Настройку осуществлять следует при частоте 50 Гц. Тестер в данном случае должен показывать сопротивление не выше 50 Ом. У некоторых возникают проблемы с проводимостью катода. В данном случае следует заменить модуль.

Описание моделей высокой точности

Делая измеритель емкости конденсаторов своими руками, расчет точности следует производить исходя из линейного расширителя. Показатель перегрузки модификации зависит от проводимости модуля. Многие эксперты советуют для модели подбирать дипольный транзистор. В первую очередь он способен работать без тепловых потерь. Также стоит отметить, что представленные элементы редко перегреваются. Контактор для измерителя можно использовать низкой проводимости.

Чтобы сделать простой точный измеритель емкости конденсаторов своими руками, стоит позаботиться о тиристоре. Указанный элемент должен работать при напряжении не менее 5 В. При проводимости 30 мк перегруженность у таких устройств, как правило, не превышает 3 А. Фильтры используются разного типа. Устанавливать их следует за транзистором. Также стоит отметить, что дисплей можно подключать только через проводниковые порты. Для зарядки измерителя подойдут батареи на 3 Вт.


Как сделать модель серии AVR?

Сделать измеритель емкости конденсаторов своими руками AVR можно только на базе переменного транзистора. В первую очередь для модификации подбирается контактор. Для настройки модели стоит сразу замерить выходное напряжение. Отрицательное сопротивление у измерителей не должно превышать 45 Ом. При проводимости 40 мк перегрузка в устройствах составляет 4 А. Чтобы обеспечить максимальную точность измерений, используются компараторы.

Некоторые эксперты рекомендуют подбирать только открытые фильтры. Они не боятся импульсных помех даже при большой загруженности. Полюсные стабилизаторы в последнее время пользуются большим спросом. Для модификации не подходят только сеточные компараторы. Перед включением устройства делается замер сопротивления. У качественных моделей данный параметр составляет примерно 40 Ом. Однако в данном случае многое зависит от частотности модификации.

Настройка и сборка модели на базе PIC16F628A

Сделать измеритель емкости конденсаторов своими руками на PIC16F628A довольно проблематично. В первую очередь для сборки подбирается открытый трансивер. Модуль разрешается использовать регулируемого типа. Некоторые эксперты не советуют устанавливать фильтры высокой проводимости. Перед пайкой модуля проверяется выходное напряжение.

При повышенном сопротивлении рекомендуется заменить транзистор. С целью преодоления импульсных помех применяются компараторы. Также можно использовать проводниковые стабилизаторы. Дисплеи часто применяются текстового типа. Устанавливать их стоит через канальные порты. Настройка модификации происходит при помощи тестера. При завышенных параметрах емкости конденсаторов стоит заменить транзисторы с малой проводимостью.


Модель для электролитических конденсаторов

При необходимости можно сделать измеритель емкости электролитических конденсаторов своими руками. Магазинные модели этого типа выделяются низкой проводимостью. Многие модификации производятся на контакторных модулях и работают при напряжении не более 40 В. Система защиты у них используется класса РК.

Также стоит отметить, что измерители данного типа отличаются пониженной частотностью. Фильтры у них применяются только переходного типа, они способны эффективно справляться с импульсными помехами, а также гармоническими колебаниями. Если говорить про недостатки модификаций, то важно отметить, что у них малая пропускная способность. Они показывают плохие результаты в условиях повышенной влажности. Также эксперты указывают на несовместимость с проводными контакторами. Устройства нельзя применять в цепи переменного тока.

Модификации для полевых конденсаторов

Устройства для полевых конденсаторов выделяются пониженной чувствительностью. Многие модели способны работать от прямолинейных контакторов. Устройства чаще всего используются переходного типа. Для того чтобы сделать модификацию своими руками, надо применять регулируемый транзистор. Фильтры устанавливаются в последовательном порядке. Для проверки измерителя применяются сначала конденсаторы малой емкости. При этом тестером фиксируется отрицательное сопротивление. При отклонении свыше 15 % необходимо проверить работоспособность транзистора. Выходное напряжение на нем не должно превышать 15 В.

Устройства на 2 В

На 2 В измеритель емкости конденсаторов своими руками делается довольно просто. В первую очередь эксперты рекомендуют заготовить открытый транзистор с низкой проводимостью. Также важно подобрать для него хороший модулятор. Компараторы, как правило, используются низкой чувствительности. Система защиты у многих моделей применяется серии КР на фильтрах сеточного типа. Для преодоления импульсных колебаний используются волновые стабилизаторы. Также стоит отметить, что сборка модификации предполагает применение расширителя на три контакта. Для настройки модели следует использовать контактный тестер, а показатель сопротивление не должен быть ниже 50 Ом.

Модификации на 3 В

Складывая измеритель емкости конденсаторов своими руками, можно использовать переходник с расширителем. Транзистор целесообразнее подбирать линейного типа. В среднем проводимость у измерителя должна равняться 4 мк. Также перед установкой фильтров важно зафиксировать контактор. Многие модификации также включают в себя трансиверы. Однако данные элементы не способны работать с полевыми конденсаторами. Предельный параметр емкости у них равняется 4 пФ. Система защиты у моделей применяется класса РК.

Модели на 4 В

Собирать измеритель емкости конденсаторов своими руками разрешается только на линейных транзисторах. Также для модели потребуется качественный расширитель и переходник. Если верить экспертам, то фильтры целесообразнее применять переходного типа. Если рассматривать рыночные модификации, то у них может использоваться два расширителя. Работают модели при частоте не более 45 Гц. При этом чувствительность у них часто меняется.

Если собирать простой измеритель, то контактор можно использовать без триода. У него малая проводимость, однако он способен работать при большой загруженности. Также стоит отметить, что модификация должна включать в себя несколько полюсных фильтров, которые будут уделять внимание гармоническим колебаниям.


Модификации с однопереходным расширителем

Сделать измеритель емкости конденсаторов своими руками на базе однопереходного расширителя довольно просто. В первую очередь рекомендуется подобрать для модификации модуль с низкой проводимостью. Параметр чувствительности при этом должен составлять не более 4 мВ. У некоторых моделей имеется серьезная проблема с проводимостью. Транзисторы применяются, как правило, волнового типа. При использовании сеточных фильтров быстро нагревается тиристор.

Чтобы избежать подобных проблем, рекомендуется устанавливать сразу два фильтра на сеточных переходниках. В конце работы останется только припаять компаратор. Для повышения работоспособности модификации устанавливаются канальные стабилизаторы. Также стоит отметить, что существуют устройства на переменных контакторах. Они способны работать при частоте не более 50 Гц.

Модели на базе двухпереходных расширителей: сборка и настройка

Сложить на двухпереходных расширителях цифровой измеритель емкости конденсаторов своими руками довольно просто. Однако для нормальной работы модификаций подходят только регулируемые транзисторы. Также стоит отметить, что при сборке нужно подбирать импульсные компараторы.

Дисплей для устройства подойдет строчного типа. При этом порт разрешается использовать на три канала. Для решения проблем с искажением в цепи применяются фильтры низкой чувствительности. Также стоит отметить, что модификации нужно собирать на диодных стабилизаторах. Настройка модели осуществляется при отрицательном сопротивлении 55 Ом.

Простые измерители емкости

Многие современные и некоторые не очень современные мультиметры имеют функцию измерения емкости. Если же такого мультиметра нет, а есть только прибор, которым можно измерять сопротивление и ток, то несложные приспособления к нему позволят проверить работоспособность и узнать емкость неполярных и даже полярных конденсаторов емкостью от единиц или десятков пикофарад до сотен и тысяч микрофарад. О таких приставках и рвссказывает автор публикуемой статьи.

Вначале упомяну так называемый метод баллистического гальванометра, или, как его называют в просторечии, метод отскока стрелки. Под отскоком понимают кратковременное отклонение стрелки. Этот метод вовсе не требует дополнительных приспособлений и позволяет грубо оценить параметры конденсатора, сравнивая его с заведомо исправным. Для этого мультиметр включают на предел измерения сопротивления и щупами дотрагиваются до выводов предварительно разряженного конденсатора (рис. 1). Ток зарядки вызовет кратковременное отклонение стрелки, тем большее, чем больше емкость конденсатора. Пробитый конденсатор имеет сопротивление, близкое к нулевому, а конденсатор с оборванным выводом не вызовет никакого отклонения стрелки омметра.

На пределе «Омы» удается проверять конденсаторы емкостью в тысячи микрофарад. При проверке оксидных конденсаторов надо соблюдать полярность, предварительно определив, на каком из выводов мультиметра присутствует плюсовое напряжение (полярность выводов мультиметра в режиме измерения сопротивлений может и не совпадать с полярностью в режиме измерения токов или напряжений). На пределе «кОм х 1» можно проверять конденсаторы емкостью в сотни микрофарад, на пределе «кОм х 10» — в десятки микрофарад, на пределе «кОм х 100» — в единицы микрофарад и, наконец, на пределе «кОм х 1000» или «МОм» — в доли микрофарады. Но конденсаторы емкостью в сотые доли микрофарады и менее дают слишком малое отклонение стрелки, поэтому судить об их параметpax становится трудно.

На рис. 2 приведена схема измерения емкости с помощью понижающего трансформатора и диодного моста. Так удается измерять емкости от тысячи пикофарад до единиц микрофарад. Отклонение стрелки прибора здесь стабильное, поэтому считывать показания легче. Ток в цепи миллиамперметра РА1 пропорционален напряжению вторичной обмотки трансформатора, частоте тока и емкости конденсатора. При частоте сети 50 Гц, а это наш бытовой стандарт, и вторичном напряжении трансформатора 16 В, ток через конденсатор емкостью 1000 пФ будет около 5 мкА, через 0,01 мкФ — 50 мкА, через 0,1 мкФ — 0,5 мА и через 1 мкФ — 5 мА. Калибровать или проверять показания также можно с помощью заведомо исправных конденсаторов известной емкости.

Резистор R1 служит для ограничения тока до значения 0,1 А в случае короткого замыкания измерительной цепи. Большой погрешности в показания на указанных пределах измерений этот резистор не вносит. Трансформатор понижающий, лучше малогабаритный, подобный тем, что используют в маломощных блоках питания (сетевых адаптерах). На вторичной обмотке он должен обеспечивать переменное напряжение 12…20 В.

Работает устройство следующим образом. Когда частота колебательного контура L1C2 в цепи коллектора транзистора VT1 оказывается близкой к частоте основного резонанса кварцевого резонатора ZQ1, возбудившийся генератор потребляет минимальный ток. Омметр, который питает устройство энергией, уменьшение тока будет воспринимать как увеличение измеряемого сопротивления. Таким образом, с помощью омметра удается контролировать процесс настройки контура в резонанс конденсатором переменной емкости (КПЕ) С2. Частота генератора определяется резонансной частотой кварцевого резонатора, а емкость и индуктивность колебательного контура при резонансе взаимосвязаны в соответствии с формулой Томсона : f = 1/2WLC. Изменяя индуктивность катушки контура, необходимо добиться, чтобы резонанс наблюдался при емкости КПЕ, близкой к максимальной. Контролируемые конденсаторы подключают параллельно КПЕ, при этом резонанс будет наблюдаться при другом положении ротора КПЕ. Его емкость уменьшится на величину искомой.

Функциональную схему омметра и особенности его подключения можно посмотреть в статье . Желательно выбрать предел, на котором омметр развивает ток короткого замыкания порядка 1 …2 мА, и определить полярность выходного напряжения. При неправильной полярности подключения омметра устройство не заработает, хотя и не выйдет из строя. Измерить напряжение холостого хода, ток короткого замыкания омметра и определить его полярность на различных пределах измерения сопротивления можно с помощью другого прибора. С помощью описанной приставки можно измерять индуктивность катушек в пределах приблизительно 17…500 мкГн. Это при использовании кварцевого резонатора на частоту 1 МГц и КПЕ емкостью 50…1500пФ. Катушку для этого устройства делают сменной и калибруют прибор, используя эталонные индуктивности. Можно также использовать приставку как кварцевый калибратор.

Вместо устройства по схеме рис. 3 можно предложить менее громоздкое, в том отношении, что не потребуются КПЕ, кварц и катушка. Его схема показана на рис. 4. Назову эту приставку «Преобразователь емкости в активное сопротивление с питанием от омметра». Она представляет собой двухкаскадный УПТ на транзисторах VT1 и VT2 разной структуры и непосредственной связью между каскадами. Измеряемый конденсатор Сх включают в цепь положительной обратной связи с выхода на вход УПТ. При этом возникает релаксационная генерация и транзисторы часть времени остаются закрытыми. Этот промежуток времени пропорционален емкости конденсатора.

Пульсации выходного тока фильтрует блокировочный конденсатор С1. Усредненный ток, потребляемый устройством, при увеличении емкости конденсатора Сх становится меньше, и омметр воспринимает это как увеличение сопротивления. Устройство уже начинает реагировать на конденсатор емкостью 10 пФ, а при емкости 0,01 мкФ его сопротивление становится большим (сотни килоом). Если сопротивление резистора R2 уменьшить до 100 кОм, то интервал измеряемых емкостей составит 100 пФ…0,1 мкФ. Начальное сопротивление устройства — около 0,8 кОм. Здесь следует отметить, что оно нелинейное и зависит от протекающего тока. Поэтому на разных пределах измерения и с разными приборами показания будут различаться, и для проведения измерений необходимо сравнивать искомые показания с показаниями, даваемыми образцовыми конденсаторами.

С. Коваленко, г. Кстово Нижегородской обл. Радио 07-05.
Литература:
1. Пилтакян А. Простейшие измерители L и С:
Сб.: «В помощь радиолюбителю», вып. 58, с.61—65. — М.: ДОСААФ, 1977.
2. Поляков В. Теория: Понемногу — обо всем.
Расчет колебательных контуров. — Радио, 2000, № 7, с. 55, 56.
3. Поляков В. Радиоприемник с питанием от… мультиметра. — Радио, 2004, № 8, с. 58.

В процессе эксплуатации внутри оксидных конденсаторов постоянно происходят электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками. И из-за этого появляется переходное сопротивление, достигающее иногда десятков Ом. Токи Заряда и разряда вызывают нагрев этого места, что еще больше ускоряет процесс разрушения. Еще одной частой причиной выхода из строя электролитических конденсаторов является «высыхание», электролита. Чтоб уметь отбраковывать такие конденсаторы предлагаем радиолюбителям собрать эту несложную схему

Идентификация и проверка стабилитронов оказывается несколько сложнее чем проверка диодов, т.к для этого нужен источник напряжения, превышающий напряжение стабилизации.

С помощью этой самодельной приставки вы сможете одновременно наблюдать на экране однолучевого осциллографа сразу за восемью низкочастотными или импульсными процессами. Максимальная частота входных сигналов не должна превышать 1 МГц. По амплитуде сигналы должны не сильно отличаться, по крайней мере, не должно быть более 3-5-кратного отличия.

Устройство расчитано на проверку почти всех отечественных цифровых интегральных микросхем. Им можно проверить микросхемы серий К155, К158, К131, К133, К531, К533, К555, КР1531, КР1533, К176, К511, К561, К1109 и многие другие

Помимо измерения емкости, эту приставку можно использовать для измерения Uстаб у стабилитронов и проверки полупроводниковых приборов, транзисторов, диодов. Кроме того можно проверять высоковольтные конденсаторы на токи утечки, что весьма помогло мне при налаживание силового инвертора к одному медицинскому прибору

Эта приставка к частотомеру используется для оценки и измерения индуктивности в диапазоне от 0,2 мкГн до 4 Гн. А если из схемы исключить конденсатор С1 то при подключении на вход приставки катушки с конденсатором, на выходе будет резонансная частота. Кроме того, благодаря малому значению напряжения на контуре можно оценивать индуктивность катушки непосредственно в схеме, без демонтажа, я думаю многие ремонтники оценят эту возможность.

В интернете много разных схем цифровых термометров, но мы выбрали те которые отличается своей простотой, малым количеством радиоэлементов и надежностью, а пугаться того, что она собрана на микроконтроллере не стоит, т.к его очень легко запрограммировать.

Одну из схем самодельного индикатора температуры со светодиодным индикатором на датчике LM35 можно использовать для визуальной индикации плюсовых значений температуры внутри холодильника и двигателя автомобиля, а также воды в аквариуме или бассейне и т.п. Индикация выполнена на десяти обычных светодиодах подключенных к специализированной микросхеме LM3914 которая используется для включения индикаторов с линейной шкалой, и все внутренние сопротивления ее делителя обладают одинаковыми номиналами

Если перед вами встанет вопрос как измерить частоту вращения двигателя от стиральной машины. Мы подскажем простой ответ. Конечно можно собрать простой стробоскоп, но существует и более грамотная идея, например использованием датчика Холла

Две очень простые схемы часов на микроконтроллере PIC и AVR. Основа первой схемы микроконтроллер AVR Attiny2313, а второй PIC16F628A

Итак, хочу сегодня рассмотреть очередной проект на микроконтроллерах, но еще и очень полезный в ежедневных трудовых буднях радиолюбителя. Это цифровой вольтметр на микроконтроллере. Схема его была позаимствована из журнала радио за 2010 год и может быть с легкостью переделана под амперметр.

Эта конструкция описывает простой вольтметр, с индикатороми на двенадцати светодиодах. Данное измерительное устройство позволяет отображать измеряемое напряжение в диапазоне значений от 0 до 12 вольт с шагом в 1 вольт, причем погрешность в измерении очень низкая.

Рассмотрена схема измерителя индуктивности катушек и емкости конденсаторов, выполненная всего на пяти транзисторах и, несмотря на свою простоту и доступность, позволяет в большом диапазоне определять с приемлемой точностью емкость и индуктивность катушек. Имеется четыре поддиапазона для конденсаторов и целых пять поддиапазонов катушек.


Думаю большинству понятно, что звучание системы во многом определяется различным уровнем сигнала на ее отдельных участках. Контролируя эти места, мы можем оценить динамику работы различных функциональных узлов системы: получить косвенные данные о коэффициенте усиления, вносимых искажениях и т.п. Кроме того, результирующий сигнал просто не всегда можно прослушать, поэтому и, применяются различного рода индикаторы уровня.

В электронных конструкциях и системах встречаются неисправности, которые возникают достаточно редко и их очень сложно вычислить. Предлагаемое самодельное измерительное устройство используется для поиска возможных контактных проблем, а также дает возможность проверять состояние кабелей и отдельных жил в них.

Основой этой схемы является микроконтроллер AVR ATmega32. ЖК дисплей с разрешением 128 х 64 точек. Схема осциллографа на микроконтроллере предельно проста. Но есть один существенный минус — это достаточно низкая частота измеряемого сигнала, всего лишь 5 кГц.

Эта приставка здорово облегчит жизнь радиолюбителя, в случае если у него появится необходимость в намотке самодельной катушки индуктивности, или для определения неизвестных параметров катушки в какой либо аппаратуре.

Предлагаем вам повторить электронную часть схемы весов на микроконтроллере с тензодатчиком, прошивка и чертеж печатной платы к радиолюбительской разработке прилагаеться.

Самодельный измерительный тестер обладает следующими Функциональными возможностями: измерение частоты в диапазоне от 0.1 до 15000000 Гц с возможностью изменения времени измерения и отображением значение частоты и длительности на цифровом экране. Наличие опции генератора с возможностью регулировки частоты во всем диапазоне от 1-100 Гц и выводом результатов на дисплей. Наличие опции осциллограф с возможностью визуализации формы сигнала и измерения его амплитудного значения. Функция измерения емкости, сопротивления, а также напряжения в режиме осциллографа.

Простым методом измерения тока в электрической цепи является способ измерение падения напряжения на резисторе, соединенным последовательно с нагрузкой. Но при протекании тока через это сопротивление, на нем генерируется ненужная мощность в виде тепла, поэтому его необходимо выбрать минимально возможной величиной, что ощутимо усиливает полезный сигнал. Следует добавить, что рассмотренные ниже схемы позволяют отлично измерять не только постоянный, но и импульсный ток, правда, с некоторым искажением, определяемый полосой пропускания усилительных компонентов.

Устройство используется для измерения температуры и относительной влажности воздуха. В качестве первичного преобразователя взят датчик влажности и температуры DHT-11. Самодельный измерительный прибор можно использовать в складских и жилых помещениях для мониторинга температуры и влажности, при условии, что не требуется высокая точность результатов измерений.

В основном для измерения температуры применяются температурные датчики. Они имеют различные параметры, стоимость и формы исполнения. Но у них имеется один большой минус, ограничивающий практику их использования в некоторых местах с большой температурой среды объекта измерения с температурой выше +125 градусов по Цельсию. В этих случаях намного выгоднее использовать термопары.

Измерение емкости конденсаторов » Паятель.Ру


Измеритель сделан по простой схеме на двух микросхемах SN7413 и SN74121. Прибор предназначен для измерения емкости от 1,5пФ до 15мкФ. Переключателем S1 можно выбрать пределы измерения: 10 пФ, 100 пФ, 1000 пФ, 0,01 мкФ, 0,1 мкФ и 1 мкФ. Но это в том случае, когда S2 и S3 находятся в показанном на схеме положении.


Если S2 переключить в противоположное положение пределы увеличиваются в 3 раза, а если S3 переключить в противоположное показанному на схеме положение, пределы увеличиваются в 10 раз. Таким образом, теоретически можно измерить емкость до 30 мкФ, но практически не более 15 мкФ.
В микросхеме SN7413 есть два четырехвходовых элемента «И-НЕ» с эффектом триггера Шмитта.

Здесь используется только один элемент, на котором сделан мультивибратор, вырабатывающий запускающие импульсы. Частота импульсов зависит от положения S1.1 и сопротивления R1. Эти импульсы поступают на вход одно-вибратора на микросхеме SN74121.

Протяженность импульса зависит от емкости СХ и от сопротивления между выводом 11 D2 и плюсом питания. Изменяя это сопротивление переключателем S4 мы изменяем протяженность формируемого импульса в 10 раз.

Процесс измерения основан на инерционности стрелочного механизма микроамперметра. Эта механическая инерционность выполняет функции интегратора, преобразующего широту импульсов в угол отклонения стрелки прибора.

Точность измерения зависит от точности емкостей С1-С6, желательно использовать конденсаторы с точностью 1% и лучше, либо подобрать их измеряя емкости каким-то другим прибором. Желательно так же, чтобы оксидные конденсаторы обладали минимальным током утечки.

В схеме используется микроамперметр с током отклонения 50 мкА.

Конечно, можно применить и любой другой микроамперметр, с током от 50 до 200 мкА, но это повлечет за собой изменение пределов измерения, даже при условии подбора сопротивлений R4 и R5 соответственно применяемой измерительной головке.

Большинство деталей расположено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита с односторонним расположением печатных дорожек.

Переключатели и измерительная головка, а так же, конденсаторы С1-С6 находятся за пределами печатной платы.

А конденсаторы С1-С6 монтируются непосредственно на выводах переключателя S1.

Питаться прибор должен от стабилизированного источника постоянного тока напряжением 5V.

Как проверить конденсатор самым простым, дешевым мультиметром

Как проверить обычным мультиметром исправность конденсатора?

Итак, у вас есть проблема — нужно проверить исправность конденсатора, но подходящего измерительного прибора с функцией измерения емкости под рукой нет. Что же делать? Бежать в магазин и купить нужный мультиметр? Если вы будете постоянно иметь дело с измерением емкости и проверкой конденсаторов, такой шаг будет более чем оправдан, но для разовой, простой проверки подойдет и обычный, самый простой прибор.

Так что давайте узнаем, как можно проверить работоспособность конденсатора с помощью данного измерительного прибора, который вообще не имеет функции измерения емкости конденсаторов. Единственный недостаток этого способа — измерение емкости конденсатора таким способом просто невозможно.

Так что же нужно делать?

Начнем проверку. Представим, что вы уже разобрали прибор или устройство на котором нужно проверить конденсаторы, или же они и вовсе отпаяны. С последними работать будет даже проще. Но если конденсаторы нужно только проверить, лучше не выпаивать их с устройства. Особенно если сомневаетесь, что получится их выпаять и припаять на место.

  • Итак, включаем мультиметр в режим измерения сопротивления. При этом выставляем самый высокий предел.

  • Неважно, выпаян конденсатор или находится на плате — главное подключить щупы к выводам конденсатора. Но некоторые радиолюбители советуют отпаять хотя бы одну ножку конденсатора, чтобы устранить «паразитные помехи» прочих компонентов сети.

  • Теперь наблюдаем за показаниями. На экране устройства вы увидите, что сопротивление конденсатора постепенно возрастает. Если это так — конденсатор исправен.

 

Как это работает?

Когда конденсатор набирает заряд его сопротивление, соответственно, растет. Если вы наблюдаете рост сопротивления, значит, конденсатор заряжается. При измерении сопротивления мультиметры подают через щупы определенное, фиксированное напряжение. Именно оно и заряжает конденсатор. Если сопротивление остается постоянным — конденсатор пробит и не набирает заряд.

Для такой вот проверки конденсатора годиться любая модель, которая может измерять сопротивление. Это может быть как универсальный цифровой прибор, так и простой, аналоговый измеритель. Но вот снимать данные простым, аналоговым инструментом интереснее.

  • Аналоговый мультиметр должен быть включен в режим измерения сопротивления. Можно выбрать средний диапазон.
  • Как и в случае с цифровым, дотроньтесь щупами к контактам конденсатора.
  • Наблюдайте за стрелкой. Она будет до определенного момента ползти вверх, а потом падать назад. Если это происходит, значит, конденсатор заряжается и разряжается.
Как видите, все достаточно просто!

Стоит заметить, что мультиметры не смогут измерить емкость конденсатора. Хотя в большинстве случаев достаточно просто проверить работоспособность компонента.

Поделиться в соцсетях

Ридли Инжиниринг | — Измерения конденсаторов

В нескольких прошлых статьях мы исследовали некоторые сложные характеристики силового магнетизма импульсного источника питания. В этой статье мы рассмотрим еще один важный пассивный компонент источника питания — конденсатор. Часто это компонент, который рассматривается как простая деталь, не требующая особого внимания.

Конденсаторы блока питания

На рисунке 1 показан простой понижающий преобразователь.Учитывая современные интегрированные контроллеры, задача разработчика, по-видимому, очень проста — все, что нам нужно сделать, это выбрать индуктор и два конденсатора, и работа будет выполнена. Выбор катушек индуктивности может быть очень сложным, и теперь мы увидим, что конденсаторы тоже могут быть проблематичными.


Рис. 1. Понижающий преобразователь с критически важными конденсаторными компонентами. Импеданс выходного конденсатора определяет средне- и высокочастотный отклик преобразователя с использованием режима напряжения, тока или любой другой формы управления, включая цифровой.

Меня часто просят провести анализ наихудшего случая подобных схем импульсных источников питания для компаний. Первый шаг этого процесса обычно заключается в том, что компания присылает мне схемы, списки деталей и спецификации компонентов. Прежде чем продолжить, я всегда должен запрашивать рабочие физические образцы блоков питания для тестирования на стенде. К тревоге людей, не знакомых с источниками питания, большая часть анализа наихудшего случая зависит от измерений, существующих конструкций в сочетании с задокументированными вариантами технических данных, которые изменят конструкцию.

Листы технических данных компонентов редко бывают адекватными для правильной характеристики деталей, а для всестороннего анализа требуется информация, которую производители не могут предоставить. Дополнительные измерения необходимы для магнетизма, а также необходимы дополнительные измерения для конденсаторов.

Измерение низкоомного конденсатора

Простой фиксированный тестер RLC с единственной частотой измерения не подходит для определения характеристик конденсаторов для использования в современном импульсном источнике питания.Конденсаторы необходимо измерять в широком диапазоне частот, чтобы полностью охарактеризовать их поведение.


Рисунок 2: Схема измерения для конденсаторов с низким сопротивлением

На рисунке 2 показано, как проводить измерения конденсаторов с низким сопротивлением с помощью анализатора частотной характеристики [1]. Правильный выбор чувствительного резистора и правильная ВЧ-схема тестовых цепей позволят вам измерять импеданс до 1 мОм с помощью этой испытательной установки. Хотя многие тестеры компонентов будут рассматривать только одну частоту или узкий диапазон частот, рекомендуется прокручивать частоту, чтобы увидеть полное сопротивление тестируемого компонента, от 10 Гц до как минимум 10 МГц.

Измерение электролитического конденсатора

Электролитические конденсаторы по-прежнему являются предпочтительным компонентом большинства коммерческих недорогих источников питания. Они также широко используются в автомобильной промышленности, где могут быть экстремальные температуры.

Электролиты

относительно легко измерить, поскольку они имеют относительно высокое эквивалентное последовательное сопротивление. Но важно изменять температуру конденсатора, чтобы увидеть ее влияние на характеристики.


Рисунок 3: Измерение импеданса электролитического конденсатора 10 мкФ при двух разных температурах

На рис. 3 показано изменение импеданса конденсатора для электролита 10 мкФ.Показаны две кривые: красный график — для конденсатора при 25 градусах, а синий — для -55 градусов по Цельсию. Обратите внимание на большое разделение кривых. Это связано с известным эффектом замерзания электролита в конденсаторе. Выполнив это измерение самостоятельно, вы обнаружите, что СОЭ продолжает расти по мере того, как температура падает все ниже и ниже нуля градусов. Вряд ли вы найдете полный набор данных, который вам нужен именно для вашей части.


Рисунок 4: Емкость электролитического конденсатора 10 мкФ при двух разных температурах

На рис. 4 показана мнимая составляющая импеданса, извлеченная для отображения эквивалентной емкости конденсатора.Видны два изменения емкости: одно — слабая зависимость от частоты, а второе — зависимость от температуры.

или холодный конденсатор на синей кривой, очевидное существенное падение емкости за пределами нескольких кГц не является действительно значительным, поскольку на импеданс устройства преобладает эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) на этих частотах.


Рисунок 5: Эквивалентное последовательное сопротивление электролитического конденсатора 10 мкФ при двух разных температурах

ESR определяется путем измерения действительной части импеданса, показанного на Рисунке 3, изображенном на Рисунке 5.На низких частотах оба сопротивления имеют высокие значения, но это всегда сомнительное измерение — мы пытаемся извлечь очень маленькую реальную составляющую из вектора импеданса, который в основном является реактивным.

Показано, что за пределами нескольких кГц интересующее нас значение ESR зависит как от частоты, так и от температуры. Обратите внимание, что ESR холодного конденсатора составляет около 12 Ом, а теплого конденсатора — около 0,5 Ом. Разница больше, чем 20: 1!

Многие конструкторы, работающие в широком диапазоне температур, будут держаться подальше от электролитов по этой и другим причинам.Однако в некоторых случаях они необходимы с экономической точки зрения, и контур управления должен учитывать изменения, которые будут происходить с температурой. Это может стать серьезной проблемой при проектировании контура управления. Это, безусловно, можно сделать, особенно при использовании управления текущим режимом, но полоса пропускания контура часто сильно снижается.

Электролитические свойства также будут существенно изменяться при старении, особенно при повышенной температуре. Это еще одна важная тема, которая выходит за рамки данной статьи, но вы должны проверить срок службы и температуру работы в источнике питания, чтобы убедиться, что электролитические соединения не выйдут из строя.

Измерение многослойных керамических конденсаторов

Источники питания для точек нагрузки и материнские платы широко используют многослойные керамические конденсаторы в качестве альтернативы электролитическим. Достижения в конструкторских технологиях сделали доступными конденсаторы очень большой емкости с чрезвычайно низким ESR в очень маленьких корпусах. Это важно для преобразователей точки нагрузки, где пространство на плате ограничено.

Я редко вижу, чтобы должная осмотрительность проводилась при рассмотрении характеристик выходных конденсаторов MLC.Несмотря на то, что они не страдают от резких температурных сдвигов ESR электролитов, MLC одинаково сложны по своим характеристикам.
Рисунок 6: Измерение многослойного керамического конденсатора 10 мкФ при разных уровнях тестового сигнала и с переменным смещением постоянного тока

На рис. 6 показано значение емкости небольшого 0805 MLC с номинальным напряжением 6,3 В и номинальным значением 10 мкФ. Красная верхняя кривая показывает, что емкость конденсатора составляет 10,7 мкФ при 100 Гц. Обратите внимание на значительную частотную зависимость от 10 Гц до 10 кГц.

Это изменение с частотой связано с тем, что емкость MLC является функцией приложенного переменного напряжения [2]. В испытательной установке, показанной на Рисунке 2, от анализатора частотной характеристики подается постоянный источник 1 В. На низких частотах все напряжение появляется на конденсаторе, но с увеличением частоты мощность конденсатора уменьшается. MLC показывают увеличение емкости с увеличением уровня возбуждения.

Зеленая кривая показывает, как эта частотная зависимость устраняется с помощью небольшого управляющего сигнала всего 50 мВ.Обратите внимание, что номинальная емкость конденсатора 10 мкФ теперь составляет всего 7,9 мкФ.

MLC

также сильно зависят от приложенного постоянного напряжения. Синяя кривая на рисунке 6 показывает, как значение емкости падает до 3,5 мкФ при смещении 5 В постоянного тока и до 2,5 мкФ при смещении 6,3 В постоянного тока. Если вы подтолкнете конденсатор к номинальному напряжению, у вас не останется много емкости в этом конкретном примере. Мой опыт работы с MLC показывает, что в любом случае подталкивать их близко к их рейтингу нецелесообразно из соображений надежности.

Все различные диэлектрики, используемые для MLC, будут иметь разные характеристики. На веб-сайте AVX есть много полезной информации, и вам предлагается прочитать как можно больше, чтобы глубже понять эту тему. У MLC есть дополнительная зависимость от температуры и срока службы, которую мы здесь не будем рассматривать.

Хотя вы не можете найти много информации, всегда полезно провести измерения самостоятельно на скамейке. Варианты MLC настолько запутаны, что часто бывает трудно быть уверенным в том, как именно будет вести себя ваш компонент, если вы не измеряете его самостоятельно.Кроме того, большинство представленных кривых являются типичными характеристиками, а многие характеристики наихудшего случая настолько экстремальны, что вы не можете учесть их все в практической конструкции.

Сводка

Конденсаторы

часто упускаются из виду как источник изменений в источниках питания, но они не попадают в эту ловушку. У всех типов конденсаторов источника питания есть свои особые наборы проблем, которые вы должны полностью понять, если собираетесь строить рекомендуемые преобразователи.

Всегда проводите измерения силовых конденсаторов на этапе разработки.И, как катушки индуктивности и сердечники для магнетиков, не следует слепо делать замену от одного производителя или диэлектрика к другому без надлежащей характеристики новой детали. Не все поставщики хорошо справляются с представлением полных данных — будьте готовы сделать это самостоятельно.

Простой метод измерения ESR конденсатора

Конденсаторы классифицируются по типу диэлектрика. Электролитические конденсаторы популярны в силовых электронных схемах из-за их высокого объемного КПД и отличного соотношения цена / качество. [1] К сожалению, их характеристики меняются с рабочей частотой, тогда как полное сопротивление идеального конденсатора уменьшается с частотой. Но в реальном мире этого не наблюдается в лаборатории. Увеличение частоты до определенной точки приводит к ожидаемому снижению импеданса, но увеличение частоты вызывает увеличение импеданса, то есть действует как резонансный контур. Чтобы смоделировать поведение реального конденсатора, требуется добавление дополнительных элементов к модели конденсатора.ESR — это фактически сопротивление, которое конденсатор показывает на границе между поведением, подобным конденсатору, и поведением, подобным индуктору, то есть сопротивлением на резонансной частоте.

При моделировании динамического поведения преобразователей мощности значение ESR является важным, поскольку оно позволяет прогнозировать пульсации на выходе преобразователя, а также срок службы конденсатора. [2] Мощность, рассеиваемая в ESR, вызывает повышение температуры конденсатора, а также уменьшение его емкости и срока службы.

Простой и прямой метод измерения ESR предложен в [3] , в котором ESR определяется непосредственно отношением напряжения пульсаций конденсатора к току пульсаций.Но реализация довольно дорогая и хлопотная. Чтобы определить ESR, используя только измерения напряжения, Chen et al. [4] предположил, что при некоторых конкретных условиях ток пульсаций индуктора можно считать постоянным и, следовательно, выходное напряжение пульсаций определяет ESR. Однако предлагаемый метод ограничен, а точность его невысока.

Лабораторный метод, который можно использовать для определения собственного значения ESR электролитических конденсаторов, был предложен в [5] .Однако этот метод дорог в реализации.

Здесь мы представляем простой метод измерения для определения ESR конденсатора.

Предлагаемый метод:

Предположим, что модель, подобная показанной на рис. 1 , для тестируемого конденсатора (CUT):

1. Модель тестируемого конденсатора.

В этой модели не учитывается индуктивность выводов. Предположим, что CUT подключен к генератору синусоидальной волны с частотой Fg и внутренним сопротивлением rg, как показано на Рис.2 :

2. CUT подключен к генератору синусоидальной волны.

Передаточная функция этой схемы:

Уравнение 1 показывает характер пропускания верхних частот этой схемы. Следовательно, мы можем аппроксимировать передаточную функцию как:

Уравнение 2 является основой для измерения ESR конденсатора. Когда входная частота достаточно высока, мы можем упростить соотношение вход-выход как алгебраическое уравнение 2.Для высоких частот схема действует как аттенюатор с коэффициентом ослабления:

.

Измерение коэффициента затухания цепи и внутреннего сопротивления генератора приводит к r c , ESR конденсатора:

Вместо возбуждения синусоидальной волны мы можем использовать прямоугольную волну. Это позволяет нам использовать ряд Фурье для написания уравнения с уровнями + Vm и -Vm и периодом T:

Где:

Прямоугольная волна состоит из нечетных гармоник.Когда основная гармоника достаточно высока, конденсатор действует как короткое замыкание, и выходное напряжение является приблизительно ослабленной версией входного напряжения в установившемся состоянии. Затухание в цепи в установившемся режиме напрямую связано с эквивалентным последовательным сопротивлением конденсатора r c , которое можно получить, измерив коэффициент затухания в цепи и используя уравнение 3.

Результаты моделирования:

Диаграмма

Simulink показана в Рис. 3 :

3.Схема моделирования схемы в Simulink.

В качестве возбуждения используется прямоугольная волна с амплитудой +1 и -1 вольт. Выходное сопротивление генератора сигналов принято равным 50 Ом, конденсатор — 30 мкФ, ESR 0,8 Ом. Форма выходного сигнала в установившемся состоянии показана на рис. . :

.

4. Устойчивый выход цепи.

Расчетный коэффициент затухания цепи:

и СОЭ CUT рассчитывается как:

Результаты лаборатории:

Генератор сигналов с номинальным выходным сопротивлением 50 Ом обеспечивает возбуждение.Выходное сопротивление 47,1 Ом измеряется с помощью простого делителя напряжения. Пиковое напряжение установившегося выходного напряжения измеряется с помощью цифрового осциллографа. На рисунке 5 показан пример выходных данных.

5. Пример формы волны выходного напряжения.

Расчетные значения СОЭ

Этот простой метод измерения обеспечивает точные результаты и позволяет более точную модель преобразователя мощности.

Список литературы

1. Amaral A.M.R., Cardoso A.J.M .: Экспериментальная методика оценки значений ESR и собственных значений реактивного сопротивления алюминиевых электролитических конденсаторов . Proc. Конференция по контрольно-измерительной технике, IMTC 2006, апрель 2006 г., стр. 1820–1825.

2. Шанкаран В.А., Рис Ф.Л., Avant C.S .: Проверка и прогноз срока службы электролитических конденсаторов . Proc. 32-е ежегодное собрание Общества отраслевых приложений IEEE, октябрь 1997 г., т.2. С. 1058–1065

3. Venet P., Perisse F., El-Husseini M.H., Rojat G .: Реализация схемы интеллектуального электролитического конденсатора , IEEE Ind. Appl. Mag., 2002, 8, (1), с. 16–20

4. Чен Ю.-М., Чжоу М.-В., Ву Х.-К .: Прогнозирование выхода из строя электролитического конденсатора LC-фильтра для импульсных преобразователей мощности . Proc. 40-е ежегодное собрание Общества отраслевых приложений IEEE, октябрь 2005 г., т. 2. С. 1464–1469.

5. Amaral A.M.R., Cardoso A.J.M.: Измеритель СОЭ для высоких частот . Proc. Int. Конф. по силовой электронике и приводным системам, PEDS, 2005, стр. 1628–163

6. Д.У. Харт, « Силовая электроника «, Мак Гроу Хилл, 2010 г.

7. N. Mohan, T. М. Унделанд, В. П. Роббинс , « Силовая электроника: преобразователи, применение и дизайн, » John Wiley and Sons, 2002.

8. Р. В. Эриксон, Д. Максимович , « Основы силовой электроники, » Springer, 2001.

9. A.M.R. Амарал, А.Дж.М. Кардосо: « Измеритель СОЭ для высоких частот ». Proc. Int. Конф. по силовой электронике и приводным системам, PEDS, 2005, стр. 1628–1633.

10. Р. Чен, J.D.V. Вик, С. Ван, У.Г. Одендал: Улучшение характеристик интегрированных фильтров электромагнитных помех с помощью встроенных проводящих слоев . IEEE Trans. Power Electron., 2005, стр. 611–619.

11. A.M.R. Амарал, А.Дж.М. Кардосо: Экспериментальная методика оценки собственных значений ESR и реактивного сопротивления алюминиевых электролитических конденсаторов .Proc. Конференция по контрольно-измерительной технике, IMTC 2006, апрель 2006 г., стр. 1820–1825.

Как проверить конденсатор?

В этом руководстве мы увидим, как проверить конденсатор и выяснить, работает ли конденсатор должным образом или он неисправен. Конденсатор — это электронный / электрический компонент, который хранит энергию в виде электрического заряда. Конденсаторы часто используются в печатных платах электроники или небольшом количестве электрических приборов и выполняют множество функций.

Зачем нам тестировать конденсатор?

Когда конденсатор помещается в активную цепь (цепь с протекающим активным током), в конденсаторе (на одной из его пластин) начинает накапливаться заряд, и как только пластина конденсатора больше не может принимать больше заряда, это означает, что конденсатор полностью заряжен.

Теперь, если схема требует этого заряда (например, байпасный конденсатор), конденсатор возвращает заряд обратно в схему, и это продолжается до тех пор, пока заряд не будет полностью снят или цепь не перестанет требовать.Эти действия называются зарядкой и разрядкой конденсатора.

В основном конденсаторы можно разделить на электролитические и неэлектролитические. Как и все электрические и электронные компоненты, конденсатор также чувствителен к скачкам напряжения, и такие колебания напряжения могут необратимо повредить конденсаторы.

Электролитический конденсатор часто выходит из строя из-за разряда большего тока за короткий период времени или не может удерживать заряд из-за высыхания со временем. С другой стороны, неэлектролитические конденсаторы выходят из строя из-за утечек.

Существуют разные методы проверки правильности работы конденсатора. Давайте посмотрим на некоторые методы проверки конденсатора.

ПРИМЕЧАНИЕ: Некоторые из упомянутых здесь методов могут быть не лучшими способами проверки конденсатора. Но мы включили эти методы только для того, чтобы указать возможности. Будь очень осторожен.

Как разрядить конденсатор?

Прежде чем продолжить и рассмотреть различные методы тестирования конденсатора, давайте разберемся, как правильно разрядить конденсатор.Это очень важно, потому что конденсаторы могут удерживать заряд даже при отключении питания. Если конденсатор не разряжен должным образом и если вы случайно коснетесь выводов конденсатора, он разрядится через ваше тело и вызовет поражение электрическим током.

Есть несколько способов разрядить конденсатор. Будет специальное руководство о том, как разрядить конденсатор, но пока давайте очень кратко рассмотрим оба этих метода.

Использование отвертки

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Этот метод не является предпочтительным (особенно если вы новичок), так как при разрядке будут образовываться искры, которые могут вызвать ожоги или другие повреждения.Используйте этот метод в крайнем случае.

Если конденсатор находится в цепи (на печатной плате), правильно распаяйте его и не прикасайтесь к клеммам конденсатора. Теперь возьмите изолированную отвертку (с более длинной ручкой) и возьмите ее в одну руку. Возьмите конденсатор другой рукой и прикоснитесь металлической частью отвертки к обоим выводам конденсатора.

Вы увидите искры и услышите треск, указывающий на электрический разряд. Повторите несколько раз, чтобы убедиться, что конденсатор полностью разряжен.

Использование разрядного резистора (стравливающего резистора)

Теперь мы рассмотрим безопасный способ разрядки конденсатора. Этот метод часто используется в источниках питания и других подобных схемах, где резистор, известный как Bleeder Resistor, размещается параллельно выходному конденсатору, так что при отключении питания оставшийся заряд в конденсаторе разряжается через этот резистор. .

Возьмите резистор большого номинала (обычно несколько килоомов) с высокой номинальной мощностью (например, 5 Вт) и подключите его к клеммам конденсатора.Вместо прямого подключения можно использовать провода с зажимами типа «крокодил» на обоих концах. Конденсатор будет медленно разряжаться, и вы можете контролировать напряжение на выводах конденсатора с помощью мультиметра.

Существует простой в использовании «Калькулятор безопасного разряда конденсатора» от Digi-Key. Используйте этот инструмент как отправную точку.

Например, предположим, что у нас есть конденсатор емкостью 1000 мкФ, рассчитанный на 50 В, и мы хотим разрядить этот конденсатор до 1 В. При использовании резистора 1 кОм для разряда конденсатора потребуется почти 4 секунды.Кроме того, номинальная мощность резистора должна быть не менее 2,5 Вт.

ПРИМЕЧАНИЕ. Резисторы высокой мощности обычно дороги по сравнению с обычными резисторами (1/4 или 1/2 Вт).

Метод 1 Проверка конденсатора с помощью мультиметра с настройкой емкости

Это один из самых простых, быстрых и точных способов проверки конденсатора. Для этого нам понадобится цифровой мультиметр с функцией измерителя емкости. Большинство цифровых мультиметров среднего и высокого класса включают эту функцию.

Измеритель емкости на цифровых мультиметрах часто отображает емкость конденсатора, но несколько метров показывают другие параметры, такие как ESR, утечку и т. Д.

  • Чтобы проверить конденсатор с помощью цифрового мультиметра с измерителем емкости, можно выполнить следующие действия. последовал.
  • Отсоедините конденсатор от печатной платы и полностью разрядите его.
  • Если номинальные параметры конденсатора видны на его корпусе, запишите это. Обычно емкость в фарадах (часто микрофарадах) печатается на корпусе вместе с номинальным напряжением.
  • На цифровом мультиметре установите ручку измерения емкости.
  • Подключите щупы мультиметра к клеммам конденсатора. В случае поляризованного конденсатора подключите красный щуп к положительной клемме конденсатора (как правило, к более длинному проводу), а черный щуп к отрицательной клемме (обычно сбоку будет маркировка). В случае неполяризованного конденсатора, подключите его в любом случае, поскольку они не имеют полярности.
  • Теперь проверьте показания цифрового мультиметра.Если показания мультиметра ближе к реальным значениям (указанным на конденсаторе), то конденсатор можно считать хорошим конденсатором.
  • Если разница между фактическим значением и измеренным значением значительно (или иногда равна нулю), то вам следует заменить конденсатор, так как он мертв.

Используя этот метод, можно измерить емкость конденсаторов от нескольких нанофарад до нескольких сотен микрофарад.

Метод 2 Проверка конденсатора с помощью мультиметра без настройки емкости

Большинство недорогих и дешевых цифровых мультиметров не включают измеритель емкости или настройки емкости.Даже с этими мультиметрами мы можем проверить конденсатор.

  • Снимите конденсатор с схемы или платы и убедитесь, что он полностью разряжен.
  • Настройте мультиметр на измерение сопротивления, т. Е. Установите ручку в положение «Ом» или «Настройки сопротивления». Если существует несколько диапазонов измерения сопротивления (на ручном мультиметре), выберите более высокий диапазон (часто от 20 кОм до 200 кОм).
  • Подключите щупы мультиметра к выводам конденсатора (красный к плюсу и черный к минусу в случае поляризованных конденсаторов).
  • Цифровой мультиметр покажет значение сопротивления на дисплее, и вскоре он отобразит сопротивление разомкнутой цепи (бесконечность). Запишите показания, отображаемые за этот короткий период.
  • Отсоедините конденсатор от мультиметра и повторите проверку несколько раз.
  • Каждая попытка теста должна показывать на дисплее аналогичный результат для исправного конденсатора.
  • Если при дальнейших испытаниях сопротивление не изменилось, конденсатор неисправен.

Этот метод тестирования конденсатора может быть неточным, но позволяет различать хорошие и плохие конденсаторы. Этот метод также не дает данных о емкости конденсатора.

Метод 3 Тестирование конденсатора путем измерения постоянной времени

Этот метод применим, только если известно значение емкости и если мы хотим проверить, исправен ли конденсатор или нет. В этом методе мы измеряем постоянную времени конденсатора и выводим емкость из измеренного времени.Если измеренная емкость и фактическая емкость одинаковы, то конденсатор исправен.

ПРИМЕЧАНИЕ: Осциллограф будет лучшим инструментом для этого метода, чем мультиметр.

Постоянная времени конденсатора — это время, необходимое конденсатору для зарядки до 63,2% приложенного напряжения при зарядке через известный резистор. Если C — емкость, R — известный резистор, то постоянная времени TC (или греческий алфавит Tau — τ) задается как τ = RC.

  • Сначала убедитесь, что конденсатор отсоединен от платы и правильно разряжен.
  • Подключите известный резистор (обычно резистор 10 кОм) последовательно с конденсатором.
  • Завершите цепь, подключив источник питания известного напряжения.
  • Включите источник питания и измерьте время, за которое конденсатор заряжается до 63,2% напряжения питания. Например, если напряжение питания составляет 12 В, то 63,2% от этого значения составляет около 7,6 В.
  • Используя время и сопротивление, измерьте емкость и сравните ее со значением, указанным на конденсаторе.
  • Если они похожи или почти равны, конденсатор работает нормально. Если разница огромна, нам нужно заменить конденсатор.

Также можно рассчитать время разряда. В этом случае можно измерить время, необходимое конденсатору для разряда до 36,8% от пикового напряжения.

Метод 4 Проверка конденсатора с помощью простого вольтметра

Все конденсаторы рассчитаны на максимальное напряжение, с которым они могут работать. Для этого метода проверки конденсатора мы будем использовать номинальное напряжение конденсатора.

  • Снимите конденсатор с платы или схемы и должным образом разрядите его. При желании можно удалить из цепи только один вывод.
  • Посмотрите номинальное напряжение на конденсаторе. Обычно он обозначается как 16 В, 25 В, 50 В и т. Д. Это максимальное напряжение, которое может выдерживать конденсатор.
  • Теперь подключите выводы конденсатора к источнику питания или батарее, но напряжение должно быть меньше максимального номинального значения. Например, на конденсаторе с максимальным номинальным напряжением 16 В вы можете использовать батарею 9 В.
  • Если у вас настольный блок питания, вы можете установить напряжение ниже номинального напряжения конденсатора.
  • Зарядите конденсатор на короткое время, скажем, 4–5 секунд и отключите питание.
  • Установите цифровой мультиметр в режим вольтметра постоянного тока и измерьте напряжение на конденсаторе. Подключите соответствующие клеммы вольтметра и конденсатора.
  • Начальное значение напряжения на мультиметре должно быть близко к подаваемому напряжению в исправном конденсаторе.Если разница большая, значит конденсатор неисправен.

Следует учитывать только начальные показания мультиметра, так как значение будет медленно падать. Это нормально.


Метод 5 Проверка конденсатора с помощью аналогового мультиметра (AVO Meter)

Аналоговые мультиметры, как и цифровые мультиметры, могут измерять различные величины, такие как ток (A), напряжение (V) и сопротивление (O). Чтобы проверить конденсатор с помощью аналогового мультиметра, мы собираемся использовать его функцию омметра.

  • Как обычно, отключите конденсатор и разрядите его. Вы можете разрядить конденсатор, просто закоротив провода (очень опасно — будьте осторожны), но простой способ — использовать нагрузку, такую ​​как резистор высокой мощности или светодиод.
  • Установите аналоговый мультиметр в положение омметра и, если имеется несколько диапазонов, выберите более высокий диапазон.
  • Подсоедините выводы конденсатора к щупам мультиметра и наблюдайте за показаниями мультиметра.
  • У хорошего конденсатора сопротивление вначале будет низким и постепенно будет увеличиваться.
  • Если сопротивление постоянно низкое, конденсатор закорочен, и его необходимо заменить.
  • Если стрелка не движется или сопротивление всегда имеет более высокое значение, конденсатор является открытым конденсатором.

Этот тест может применяться как к сквозным, так и к поверхностным конденсаторам.

Метод 6 Замыкание выводов конденсатора (традиционный метод — только для профессионалов)

Описанный здесь метод является одним из старейших методов проверки конденсатора и проверки того, хороший он или плохой.

Предупреждение: Этот метод очень опасен и предназначен только для профессионалов. Его следует использовать как последний вариант для проверки конденсатора.

Безопасность: Метод описан для источника переменного тока 230 В. Но из соображений безопасности можно использовать источник питания 24 В постоянного тока. Даже при 230 В переменного тока нам необходимо использовать последовательный резистор (высокой номинальной мощности) для ограничения тока.

  • Проверяемый конденсатор должен быть отключен от цепи и должным образом разряжен.
  • Подключите выводы конденсатора к клемме питания. Для 230 В переменного тока необходимо использовать только неполяризованные конденсаторы. Для 24 В постоянного тока можно использовать как поляризованные, так и неполяризованные конденсаторы, но с правильным подключением поляризованных конденсаторов.
  • Включите источник питания на очень короткое время (обычно от 1 до 5 секунд), а затем выключите его. Отсоедините выводы конденсатора от источника питания.
  • Замкните клеммы конденсатора с помощью металлического контакта.Убедитесь, что вы хорошо изолированы.
  • Искра от конденсатора может использоваться для определения состояния конденсатора. Если искра большая и сильная, то конденсатор в хорошем состоянии.
  • Если искра малая и слабая, необходимо заменить конденсатор.

Этот метод можно использовать для конденсаторов с меньшей емкостью. Этот метод может только определить, может ли конденсатор удерживать заряд или нет.

Заключение

Полное руководство для начинающих по различным способам проверки конденсатора.Узнайте, как проверить конденсатор, как правильно разрядить конденсатор перед тестированием, какие методы безопасны для использования новичками.

Как измерить электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы часто используются, потому что они обеспечивают относительно большие значения емкости в физически небольшом корпусе. Компактная упаковка возможна, потому что в них используется тонкий диэлектрический слой в сочетании с процессом травления или спекания, что значительно увеличивает площадь пластин и связанную с ними емкость.

Большинство конденсаторов имеют две токопроводящие пластины, разделенные слоем диэлектрика. (В редких случаях конденсаторы состоят из трех или более пластин, а также существует такое понятие, как собственная емкость.) Емкость является неотъемлемым свойством устройства, электронного оборудования или системы связи или распределения энергии. Емкость обычно не меняется, за исключением варактора, переменного конденсатора или вследствие старения или отказа компонентов. В частности, в отличие от емкостного реактивного сопротивления, которое зависит от частоты, емкость постоянна безотносительно к электрической среде.

Конденсаторы

производятся с соответствующими допусками и имеют маркировку или цветовую кодировку с указанием емкости и рабочего напряжения. Однако поучительно посмотреть на уравнение:

C = ε r ε 0 A / d

где C — емкость в фарадах; A — площадь перекрытия двух пластин в квадратных метрах; ε r — диэлектрическая проницаемость материала между пластинами, безразмерная; ε 0 — электрическая постоянная, фарад / метр; d — расстояние между пластинами в метрах.

Как видите, определяющими показателями являются площадь пластины, расстояние между пластинами и диэлектрическая проницаемость материала, составляющего диэлектрический слой между пластинами. Этот материал — не просто изолятор, предохраняющий пластины от короткого замыкания. Кроме того, он поддерживает близкое расстояние между пластинами, а также является средой, удерживающей электрический заряд, который составляет сущность емкости.

Конструкция алюминиевого электролитического конденсатора с нетвердым электролитом, как описано в Википедии.

Электролитический конденсатор сложнее других типов. Внутренняя пластина и структура диэлектрика ad hoc делают возможной гораздо более высокую емкость в относительно небольшом корпусе. Вместо простого расположения двух параллельных пластин и диэлектрической полосы, обернутой в цилиндр, снабженный осевыми выводами, электролит не имеет диэлектрического слоя до тех пор, пока не будет приложено формирующее напряжение, после чего он создается в электрохимическом процессе. Этот диэлектрический слой намного тоньше, чем это возможно при использовании традиционных технологий производства, что позволяет использовать емкости в диапазоне высоких микрофарад.

Электролитические конденсаторы существуют во множестве разновидностей, в основном электролитические алюминиевые, танталовые и ниобиевые. Каждый из них доступен в твердой или нетвердой конфигурации. Нетвердый тип используется почти исключительно в невоенных приложениях из-за его умеренной стоимости.

В обычных алюминиевых электролитических конденсаторах в качестве анода используется протравленная алюминиевая фольга. Образующийся диэлектрический слой представляет собой оксид алюминия. Целью травления является создание шероховатой поверхности с большей площадью поверхности, что приводит к увеличению площади пластины и, как следствие, более высокой емкости.Как правило, увеличение емкости электролитического конденсатора двоякое: большая площадь пластины, созданная спеканием или травлением, и более тонкий диэлектрический слой.

Отличительным качеством танталовых конденсаторов является их небольшой размер и вес в сочетании с исключительно высокой емкостью. Как и другие электролиты, танталовый конденсатор изготавливается путем приложения формирующего напряжения к аноду. Танталовые конденсаторы с твердым электролитом появились в 1950-х годах, когда транзисторы стали доминировать практически во всем электронном оборудовании.Танталовый конденсатор хорошо подходил для этих применений из-за своего небольшого размера и высокой емкости, но проблема возникла, когда цена на металлический тантал резко возросла в 2000 году. Промышленность ответила разработкой ниобиевого электролитического конденсатора, в котором использовался электролит из диоксида марганца.

Япония в 1980-х годах была ареной важного развития нетвердых электролитических конденсаторов, внедрения электролита на водной основе для алюминиевых электролитических конденсаторов. Это улучшение позволило получить более проводящий электролит.К сожалению, рынок наводнили некачественные пиратские устройства, и было много случаев взрыва конденсаторов блоков питания в компьютерах и других местах.

Большинство электролитических конденсаторов являются поляризованными устройствами, что означает, что они не допускают обратной полярности. Напряжение на аноде должно быть положительным по отношению к катоду. Твердотельные танталовые конденсаторы могут выдерживать обратную поляризацию в течение короткого времени, но только при небольшом проценте от номинального напряжения.

Некоторые электролитические конденсаторы предназначены для биполярной работы.Эти конденсаторы состоят из двух анодных пластин, соединенных с обратной полярностью. В последовательных частях цикла переменного тока один оксид действует как блокирующий диэлектрик. Он предотвращает разрушение противоположного электролита обратным током.

Одним из особых качеств электролитического конденсатора является тот факт, что электролит также служит катодом. Этот электролит точно соответствует шероховатой поверхности анода. Он разделен только очень тонким диэлектрическим слоем, что обеспечивает высокую емкость в относительно небольшом корпусе.

Следует подчеркнуть, что при работе с электронным оборудованием, содержащим один или несколько электролитических конденсаторов, необходимо позаботиться о том, чтобы должным образом разрядить устройство (а), прежде чем прикасаться к какой-либо части схемы. Это связано с тем, что электролитические конденсаторы часто сохраняют потенциально смертельное напряжение еще долгое время после отключения оборудования. Отключение устройства с помощью отвертки не является хорошей практикой по ряду причин, включая тот факт, что внезапный сильноточный разряд может пробить диэлектрический слой, разрушив компонент.

Предпочтительный метод разряда — использование силового резистора с низким сопротивлением, снабженного изолированными зажимами типа «крокодил». При выполнении такого рода работ рекомендуется надевать высоковольтные перчатки для коммунальных служб (их можно приобрести на Amazon.com примерно за 40 долларов) в качестве дополнительной защиты.

Электролитические конденсаторы хорошо работают, когда требуются высокая емкость и рабочее напряжение на уровне электросети. Они часто находят применение в цепях питания, и когда источник питания выходит из строя, обычно виноват электролитический конденсатор.К счастью, электролитические пробки легко диагностировать. Всякий раз, когда электролитический конденсатор протекает или вздувается, неисправность неизбежна, если она еще не произошла.

Электролитические конденсаторы могут выйти из строя по одной из двух основных причин: обрыв или короткое замыкание. В электролите, который вышел из строя, емкость уменьшается до небольшого значения из-за высыхания электролита. Короткое замыкание электролита приведет к перегоранию предохранителя блока питания, если он есть в оборудовании.

Кроме того, электролитические колпачки известны тем, что с течением времени развивают последовательное сопротивление, особенно при длительной работе при высокой температуре.Это сопротивление называется ESR, что означает эффективное последовательное сопротивление. Сложно проверить высокое СОЭ на простом оборудовании. В источнике питания высокое ESR будет проявляться в виде более сильной пульсации, хотя конденсатор будет хорошо тестировать с использованием простого оборудования.

Существует два основных способа проверки конденсаторов: с помощью измерителя LCR или с помощью цифрового вольтметра.

Многие измерители LCR подают выходной сигнал источника сигнала через истоковый резистор на неизвестное устройство Z X и резистор диапазона R r .Усилитель заставляет тот же ток, который течет через неизвестное устройство, течет через R r , приводя соединение неизвестного устройства и R r к 0 В. Напряжения V 1 и V 2 через
неизвестное устройства и через R r R соответственно подключены к селекторному переключателю. Выход переключателя подключен к дифференциальному усилителю. Действительная и мнимая составляющие сигналов напряжения и тока получаются умножением
этих напряжений на прямоугольную волну, когерентную со стимулом (в фазовом детекторе).Это дает выходной сигнал, пропорциональный
синфазной или квадратурной составляющей напряжения. Выходной сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь с двойной частотой, который считывает MCU. Комплексное отношение напряжения к току равно комплексному сопротивлению
. Другие параметры, такие как L и C, вычисляются математически из скорректированного значения импеданса
.

Измеритель LCR применяет к конденсатору возбуждение синусоидальной волной некоторой выбираемой частоты, затем измеряет напряжение на конденсаторе и ток через него.По ним можно рассчитать емкость. Настольные измерители LCR могут иметь специальные настройки, такие как напряжение смещения постоянного тока, ток смещения постоянного тока и возможность изменять частоту, на которой происходят измерения. Электролитические колпачки необходимо проверять с той частотой, которую они увидят в конечном приложении. Это потому, что их емкость несколько зависит от частоты. Общие частоты измерения LCR: 50/60 Гц, 120 Гц, 1 кГц, 100 кГц и 1 МГц. Большинство измерителей LCR сегодня используют тестовый сигнал переменного тока в диапазоне частот от 10 Гц до 2 МГц.

Измерители

LCR также могут быть настроены для подачи различных уровней сигнала на тестируемую крышку. Это полезно, потому что электролитические конденсаторы следует испытывать при том напряжении, которое они увидят при фактическом использовании. Поскольку электролитические вещества часто находят применение в цепях питания, подаваемое напряжение может быть порядка сотен вольт.

Цифровые мультиметры

можно использовать для проверки электролитических крышек, если измеритель LCR недоступен. Некоторые DM имеют настройки для измерения емкости. При настройке измерения емкости цифровой мультиметр использует концепцию постоянной времени RC для измерения емкости.Измеритель подает известный ток через известное сопротивление к конденсатору и измеряет, сколько времени требуется для повышения напряжения на конденсаторе. Затем измеритель находит C из отношения постоянной времени.

Однако следует отметить, что измерение емкости DVM происходит на одной частоте, которая не обязательно является частотой, на которой конденсатор будет работать. А измерение емкости с помощью цифрового вольтметра не будет проводиться при относительно высоких напряжениях, которые обычно наблюдаются на электролитических конденсаторах.

Также можно проверить электролитические колпачки с помощью цифрового вольтметра, в котором отсутствует настройка измерения емкости. В этой процедуре для вычисления емкости используется тот же метод расчета постоянной времени RC , что и в счетчиках, содержащих настройку емкости. Разница в том, что оператор производит измерение и вычисляет вручную.

Одним из преимуществ ручного тестирования крышек таким способом является то, что измерения можно настроить на высокое напряжение, которое конденсатор будет видеть в реальной жизни.Но будьте осторожны: при высоковольтных испытаниях оператор находится в непосредственной близости от источника высокого напряжения и его выходных клемм. Так что осторожность необходима.

Входное сопротивление DVM обычно находится в диапазоне 10 МОм. Для тестирования крышек лучше всего использовать регулируемый блок питания. Если он установлен на 400 В, DVM будет установлен на диапазон 500 В. (Напомним, что сопротивление цифрового вольтметра изменяется в зависимости от настройки переключателя диапазонов. Измеритель всегда должен быть настроен на диапазон выше, чем напряжение источника питания, поэтому, если конденсатор полностью замкнут, счетчик не будет поврежден.)

Тестируемый конденсатор подключается от положительного выхода источника питания к положительному выводу цифрового мультиметра (соблюдайте маркировку полярности на крышке). Отрицательные клеммы источника питания и DVM подключаются напрямую друг к другу. Затем подключите резистор 220 кОм 2 Вт параллельно измерителю, установив измеритель на правильный диапазон, как описано выше. Включите блок питания. Измеритель на короткое время покажет высокое напряжение, но показания быстро упадут до нуля.

Время возврата к нулю составляет около восьми постоянных времени.Одна постоянная времени в секундах равна R в омах, умноженным на C в фарадах. Если вы используете измеритель с входным сопротивлением 10 МОм и проверяете конденсатор 0,1 мкФ, постоянная времени составляет одну секунду. Если конденсатор исправен, счетчик должен показывать ноль через восемь секунд.

Если вы проверяете электролитический конденсатор, рассчитайте постоянную времени, умножив 220 кОм на емкость в фарадах.

Если крышка полностью закорочена, измеритель считывает выходное напряжение источника питания и остается на нем.Более вероятный исход — негерметичная крышка. В этом случае счетчик будет резко подниматься вверх и падать обратно, но не полностью до нуля. Используя измеритель 10 МОм, ток утечки в микроамперах определяется как I = V / 10.

Если измеритель не достигает высоких значений, это означает, что либо конденсатор открыт, либо емкость слишком мала, чтобы вызвать заметный всплеск. Колпачки в диапазоне от 0,01 до 0,0025 мкФ являются самыми маленькими, которые дают всплеск в зависимости от скорости срабатывания измерителя.

Если в этом режиме тестирования конденсатор становится немного теплым, значит он теплый снаружи и горячий внутри.Тепло исходит от тока утечки конденсатора. Если в этих условиях ток утечки достаточен для нагрева конденсатора, вероятно, неисправен конденсатор. Лучше не использовать конденсатор с такой утечкой.

Огромные неполяризованные алюминиевые электролитические конденсаторы с металлической пленкой используются для коррекции коэффициента мощности, когда ток отстает от напряжения из-за увеличения количества нелинейных нагрузок. Поскольку нагрузки обычно включаются и выключаются по мере необходимости, часто коэффициент мощности может изменяться.Это особенно актуально для большого объекта, где присутствует множество мощных несинхронных двигателей, большое количество мощных люминесцентных ламп и интенсивная обработка данных. Это основание для автоматической коррекции коэффициента мощности. Он состоит из батареи конденсаторов, которые могут индивидуально переключаться с помощью контакторов. Регулятор контролирует как коэффициент мощности, так и общую подключенную нагрузку, и подключает конденсаторы по мере необходимости, чтобы поддерживать коэффициент мощности выше заданного уровня.

Другое применение электролитических конденсаторов — сглаживание на входе и выходе, если интересующей формой волны является сильный сигнал постоянного тока со слабой составляющей переменного тока.Но следует подчеркнуть, что некоторые электролитические конденсаторы не подходят в высокочастотных цепях из-за мощности, рассеиваемой на паразитном внутреннем сопротивлении, известном как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR).
Электролитические конденсаторы также широко используются в качестве фильтров в высококачественном аудиооборудовании для уменьшения 60-тактного гула от электросети.

Интересной особенностью электролитических конденсаторов является то, что они могут иметь ограниченный срок хранения, часто всего несколько месяцев.При отключении от цепи оксидный слой разрушается. Хорошая новость заключается в том, что его можно восстановить, подав на конденсатор стабильное, медленно увеличивающееся постоянное напряжение.

Методы измерения емкости, входящего тока, внутреннего сопротивления и ESR

% PDF-1.6 % 287 0 объект > / Метаданные 368 0 R / Страницы 284 0 R / StructTreeRoot 84 0 R / Тип / Каталог / Просмотрщик Настройки >>> эндобдж 321 0 объект > / Шрифт >>> / Поля [] >> эндобдж 368 0 объект > поток Ложь 11.08.522018-11-06T16: 33: 30.078-05: 00 Библиотека Adobe PDF 11.0Eatonfbd8739bef2a157818271cab46c704a8027b31be221544Методы измерения емкости, входящего тока, внутреннего сопротивления и ESR | Техническая нота 5502 | Библиотека EatonAdobe PDF 11.0falseAdobe InDesign CC 2014 (Macintosh) 2018-10-30T09: 28: 33.000-07: 002018-10-30T12: 28: 33.000-04: 002015-06-11T11: 45: 02.000-04: 00application / pdf

  • и
  • 2018-11-13T14: 33: 10.066-05: 00
  • Eaton
  • Методы измерения емкости
  • приток тока
  • внутреннее сопротивление и СОЭ | Техническая нота 5502 | Eaton
  • Методы измерения емкости, входящего тока, внутреннего сопротивления и ESR
  • uuid: bd8487d8-7c34-4075-bb78-38d956775753uuid: e038444a-4348-4c69-ade4-9d2cf756a0b7
  • eaton: resources / Technical-resources / product-specguides
  • eaton: language / en-us
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство телевизоров
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство b-суперконденсаторов
  • eaton: систематика продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство суперконденсаторов hb
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство суперконденсаторов hv
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство суперконденсаторов kr
  • eaton: систематика продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство суперконденсаторов квт
  • eaton: систематика продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство суперконденсаторов m-supercapacitor
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство pb-суперконденсаторов
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство phb-суперконденсаторов
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство суперконденсаторов phv
  • eaton: систематика продуктов / электроника / суперконденсаторы / семейство суперконденсаторов pm
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / xb-суперконденсаторы
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / суперконденсаторы xl60
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / xt-суперконденсаторы
  • eaton: систематизация продуктов / электроника / суперконденсаторы / xv-суперконденсаторы
  • конечный поток эндобдж 284 0 объект > эндобдж 84 0 объект > эндобдж 85 0 объект > / Pa1> / Pa10> / Pa2> / Pa3> / Pa4> / Pa5> / Pa6> / Pa8 >>> эндобдж 86 0 объект > эндобдж 87 0 объект > эндобдж 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект [279 0 R 278 0 R 278 0 R 278 0 R 247 0 R 277 0 R 276 0 R 275 0 R 271 0 R 270 0 R 269 0 R 265 0 R 264 0 R 263 0 R 259 0 R 258 ​​0 R 257 0 R 199 0 R 200 0 R 200 0 R 201 0 R 200 0 R 241 0 R 242 0 R 241 0 R 240 0 R 237 0 R 236 0 R 233 0 R 232 0 R 231 0 R 227 0 R 226 0 R 225 0 R 221 0 R 220 0 R 219 0 R 215 0 R 214 0 R 213 0 R 243 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 244 0 R 245 0 R 246 0 246 руб. 0 246 руб. 0 151 руб. 0 156 руб. 0 280 0 руб. 282 0 руб. 283 0 руб. 282 0 руб.] эндобдж 90 0 объект [null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null null 91 0 R 92 0 R 93 0 R 94 0 R 95 0 R 96 0 R 97 0 R 98 0 R 99 0 R 100 0 R 101 0 R 102 0 R 103 0 R 104 0 105 0 R 106 0 R 107 0 R 108 0 R 109 0 R 110 0 R 111 0 R 110 0 R 112 0 R 113 0 R 114 0 R 115 0 R 115 0 R 115 0 R 116 0 R 117 0 R 118 0 R 119 0 R 120 0 R 121 0 R 121 0 R 122 0 R 123 0 R 124 0 R 125 0 R 126 0 R 127 0 R 127 0 R 127 0 R 128 0 R 129 0 R 128 0 R 130 0 R 131 0 R 130 0 R 132 0 R 133 0 R 134 0 R 133 0 R 135 0 R 133 0 R 136 0 R 137 0 R 136 0 R 138 0 R 136 0 R 139 0 R 140 0 R 141 0 R 142 0 143 0 рэнд] эндобдж 91 0 объект > / K 58 / P 145 0 R / Pg 1 0 R / S / Рисунок >> эндобдж 92 0 объект > эндобдж 93 0 объект

    Planet Analog — Измерение емкости: понимание и использование правильной техники для значительного улучшения результатов

    Конденсатор, измеренный с помощью портативного мультиметра за 100 долларов, может дать существенно другой результат, чем тот же конденсатор, измеренный с помощью измерителя LCR за 10 000 долларов.Тот же самый конденсатор, измеренный двумя разными портативными мультиметрами, также может давать результаты, которые различаются на несколько процентов в зависимости от диэлектрического материала конденсатора и используемого алгоритма измерения. Чтобы знать факторы, которые способствуют этому изменению, и, что еще более важно, знать, когда следует перейти на измеритель LCR за 10 000 долларов, важно понимать принципы, лежащие в основе алгоритмов измерения, используемых для измерения емкости.

    Анализ измерения емкости лучше всего понять, исследуя способ измерения резисторов.Когда цифровой мультиметр измеряет сопротивление, он использует источник постоянного тока некоторого известного значения, чтобы генерировать напряжение на тестируемом резисторе. Это приводит к постоянному напряжению, которое легко преобразуется в значение сопротивления АЦП и встроенным программным обеспечением обработки сигналов. Ошибки, присущие измерению сопротивления, легко понять, и их можно избежать. Термическая ЭДС, сопротивление выводов, токи утечки и самонагрев являются одними из наиболее значительных источников ошибок, и ими можно управлять с помощью надлежащих методов измерения и встроенных функций мультиметра, таких как компенсация смещения.

    Даже в приборах с умеренной ценой измерения сопротивления с точностью выше 30 ppm и могут быть выполнены без особых проблем. Совершенно другое дело — произвести достаточно точное измерение пассивного компонента другого типа, такого как конденсатор. В этой статье описываются различные методы измерения емкости и сравнивается эффективность их точности.

    Высокоточные измерения емкости
    Очевидным распространением измерения сопротивления на конденсаторы является стимуляция тестируемого конденсатора источником переменного тока.В высокопроизводительных измерителях LCR для этого используется один метод — определение емкости конденсатора. Сигнал переменного тока известной частоты подается через внутренний резистор малого номинала и тестируемый конденсатор в последовательной конфигурации. Переменный ток, протекающий в конденсатор, также должен протекать через резистор, создавая переменное напряжение на резисторе.

    Величину и фазу этого напряжения можно измерить и сравнить с исходным сигналом переменного тока, а также вычислить емкость.Такие методы, как это измерение в частотной области, могут быть очень точными и могут дать информацию о дополнительных параметрах, таких как коэффициент рассеяния; однако инструменты, реализующие эти методы, являются специализированными, они измеряют только пассивные сети и стоят более 3500 долларов.

    Инструменты более общего назначения имеют ограничения по стоимости, которые не позволяют им включать в себя источник сигнала переменного тока; однако они по-прежнему реализуют емкостную функцию. Они делают это с помощью того же источника постоянного тока, который используется для измерения сопротивления.

    Недорогие измерения емкости
    Как обсуждалось ранее, цифровые мультиметры содержат точный внутренний источник тока, который используется для создания постоянного напряжения на резисторе. Тот же самый точный источник тока можно использовать для создания напряжения на конденсаторе. Идеальный конденсатор, заряжаемый идеальным источником постоянного тока, будет создавать линейное изменение, характеризуемое уравнением I = C dV / dt .

    Следовательно, значение емкости C можно вычислить во временной области, применив источник постоянного тока и наблюдая за скоростью изменения напряжения на конденсаторе.Многие недорогие настольные и портативные мультиметры проводят измерения емкости в предположении, что источник тока и конденсатор идеальны.

    Однако идеальных конденсаторов не бывает. Конденсаторы демонстрируют неидеальные факторы, такие как диэлектрическое поглощение, утечка, коэффициент рассеяния и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Эти члены могут внести существенную ошибку в методику измерения во временной области, описанную выше. Поэтому большинство недорогих приборов для измерения емкости имеют сноску, в которой говорится, что их «спецификации применимы только для пленочных конденсаторов.”

    Пленочные конденсаторы

    , например, с диэлектриками из полиэфира и полипропилена, имеют достаточно низкие потери, поэтому этот метод измерения во временной области может давать результаты с точностью до 1%. Однако ошибки, вносимые непленочными диэлектриками, не обязательно требуют использования высокопроизводительного измерителя LCR. Есть и другие методы, которые недавно были внедрены в настольные мультиметры, которые могут уменьшить погрешность, вызванную непленочными диэлектриками, без затрат на измеритель LCR.

    Более качественные и недорогие измерения емкости
    Потери конденсатора, заряжаемого источником постоянного тока, лучше всего моделировать как параллельное сопротивление.Эта модель изображена на рис. 1 :

    .

    Рис. 1. Модель измерения емкости во времени.

    Источник постоянного тока, подключенный к параллельной RC-цепи, дает кривую напряжения, которая изменяется со временем и представлена ​​как:



    при условии, что на конденсаторе нет начального напряжения. В этом уравнении постоянная времени равна R , умноженному на C , а I — значение источника постоянного тока.И эта кривая, и идеальная прямолинейная кривая показаны на рис. 2 .


    (Щелкните, чтобы увеличить изображение)
    Рисунок 2: Напряжение конденсатора, с потерями и без них.

    Обратите внимание, что параллельное сопротивление имеет тенденцию изгибать прямую линию вниз экспоненциально. Площадь между прямой линией и кривой обусловлена ​​потерями, которые создают ошибку в измерениях. Поскольку это трансцендентное уравнение, его довольно сложно решить без использования итерационной техники.Производная этого уравнения,



    можно решить в закрытом виде. Если постоянная времени RC-цепочки известна, значение емкости C можно найти, подставив ее в это уравнение способом, аналогичным алгоритму измерения емкости во временной области без исключения потерь. Таким образом, существенное улучшение измерений заключается в нахождении величины постоянной времени RC-цепочки .

    Чтобы найти постоянную времени RC, тестируемый конденсатор сначала разряжается путем параллельного подключения резистора или изменения полярности источника тока.Включается постоянный ток, и высокоскоростные показания снимаются аналого-цифровым преобразователем (АЦП) мультиметра. Для этих показаний выполняется экспоненциальная аппроксимация, и, используя как сами показания, так и наклон линии между соседними показаниями, вычисляется постоянная времени RC. К этому алгоритму предъявляются строгие требования, которые делают его непригодным для любого цифрового мультиметра:

    • Первое и самое важное, АЦП в цифровом мультиметре должен производить выборку достаточно быстро, чтобы захватывать несколько точек на кривой заряда тестируемого конденсатора и не вносить значительных шумов в измерения.
    • Во-вторых, источник постоянного тока мультиметра не должен демонстрировать неидеальное поведение, например, тепловой хвост при включении.
    • В-третьих, внутренняя емкость мультиметра и емкость выводов пробников должны быть откалиброваны, что может быть так же просто, как использование функции «Math Null» для вычитания текущего показания из всех последующих показаний.
    • Наконец, внутренняя емкость мультиметра должна иметь относительно высокий коэффициент качества, чтобы избежать ошибок из-за собственной постоянной времени RC.

    Если все эти требования соблюдены, пользователи могут значительно повысить точность считывания. (Измерение емкости в Agilent 34410A основано на методе, очень похожем на метод, описанный выше.)

    Для описанного выше измерения требуется источник тока только одной полярности, так как внутреннее сопротивление может использоваться для разряда проверяемого конденсатора. С немного большей стоимостью в текущем источнике может быть реализован другой метод отклонения потерь.Если доступен прецизионный источник тока, который может одновременно потреблять и истощать ток, то прямоугольный сигнал переменного тока может быть создан путем изменения его полярности с заданным интервалом. Этот источник переменного тока будет создавать треугольную форму волны напряжения, когда он подключен к конденсатору. Если конденсатор демонстрирует потери, наклон треугольной волны будет содержать экспоненциальные члены, показанные на рисунке 2.

    Эти экспоненциальные члены изменяют величину гармоник в частотном спектре формы волны напряжения.Изучая гармоники, можно удалить член с потерями. Мультиметр National Instruments NI 4072 использует аналогичный метод, в котором быстрое преобразование Фурье (БПФ) используется для определения частотного спектра, а первая и третья гармоники сравниваются для удаления термов.

    Ошибки при измерении емкости по времени
    Любая реализация измерения емкости с временной привязкой имеет несколько существенных проблем. Во-первых, значение емкости может существенно изменяться с частотой.Измерители LCR, такие как Agilent 4263B, могут измерять емкость на нескольких частотах с помощью внутреннего переменного источника переменного тока. Для алюминиевого электролитического конденсатора емкость может варьироваться до нескольких процентов в диапазоне частот от 100 Гц до 1 кГц.

    Менее затратный алгоритм обычно работает на одной частоте и поэтому не дает дополнительной информации о производительности на более высоких частотах. Хотя измерения мультиметров не могут быть неправильными, они будут отличаться от тех, которые делает измеритель LCR, просто из-за разницы в частоте измерения.

    Другая характеристика неидеального поведения конденсаторов, которая может привести к неверной интерпретации результатов при более дешевом измерении, — это эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора или ESR. Предположим на момент, что положительный ток используется для зарядки тестируемого конденсатора во время цикла измерения. Если резистор, подключенный между конденсатором и землей, используется для разряда конденсатора, чтобы подготовить его к следующему циклу измерения, то минимально возможное напряжение на конденсаторе будет 0 В.

    Поскольку постоянный ток создает на конденсаторе нарастание напряжения, среднее напряжение за несколько циклов измерения будет больше 0 В. Этот термин смещения постоянного тока не создает значительных ошибок для пленочных и керамических конденсаторов; однако для алюминиево-электролитических конденсаторов это может иметь большое влияние на результат. Это связано с тем, что ESR изменяется нелинейно при подаче постоянного тока.

    Самый простой способ решить эту проблему — сохранить смещение постоянного тока на конденсаторе как можно меньшим, что достигается за счет использования источника переменного тока, разрядки ниже 0 В или уменьшения амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе. .Любой из этих методов может дать точные результаты. В некоторых случаях значение конденсатора с приложенным смещением постоянного тока может быть желательным, если конденсатор должен использоваться в цепи, которая будет помещать смещение постоянного тока на него при нормальной работе (например, при развязке источника питания). Измерители, которые используют источник переменного тока, такие как измерители LCR, обычно предоставляют опцию смещения постоянного тока для измерения значения в этих условиях.

    Этот анализ показал, что при измерении емкости конденсатора необходимо учитывать множество свойств.Для общего лабораторного поиска неисправностей или для измерения высококачественных пленочных конденсаторов более чем достаточно простой и недорогой методики, основанной на времени, встроенной в универсальные мультиметры. Для измерений, требующих чрезвычайно высокой точности и измерения дополнительных параметров, следует выбрать высокопроизводительный измеритель LCR. Как показано выше, между этими двумя крайностями есть некоторая золотая середина, которая сокращает сроки потерь с использованием относительно недорогих методов. Эти методы не позволят вычислить такие свойства, как коэффициент рассеяния, но улучшат точность измерений на конденсаторах более низкого качества.

    Об авторах
    Билл Коли окончил Технологический институт Джорджии (Технологический институт Джорджии) в 1999 году со степенью BEE и MSEE, специализируясь на проектировании аналоговых схем. Он потратил шесть лет на разработку схем формирования сигналов и аналого-цифровых преобразователей для высокопроизводительных цифровых мультиметров, включая Agilent 34410A и 34411A. Он также был разработчиком алгоритма измерения емкости в этих измерителях. Билл упоминается в нескольких патентах, связанных с его опытом в разработке цифровых мультиметров.( Билл в настоящее время работает в Linear Technology Corp. (www.linear.com) в качестве разработчика аналоговых ИС .)

    Конрад Профт имеет степени BSEE и MSCS. Конрад проработал в Hewlett-Packard / Agilent (www.agilent.com) в течение 27 лет и примерно половину этого времени провел между исследованиями и разработками и маркетингом, специализируясь на контрольно-измерительных приборах общего назначения для стендовых и системных измерений. Карьера Конрада включает в себя обширный опыт работы с множеством успешных проектов, от разработки приложений и написания технических статей по маркетингу до руководителя проекта по исследованиям и разработкам в области генераторов функций и цифровых мультиметров.

    Как измерить ESL и ESR конденсатора промежуточного контура — Блог о пассивных компонентах

    Конденсаторы цепи постоянного тока

    являются важным этапом преобразования энергии для многих приложений, включая инверторы с трехфазной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), фотоэлектрические и ветровые инверторы, промышленные моторные приводы, автомобильные бортовые зарядные устройства и инверторы, а также источники питания для медицинского оборудования.

    Когда и зачем использовать конденсатор промежуточного контура Рис. 1. Конденсатор промежуточного контура — ключевой элемент во многих конструкциях преобразователей мощности.Показан трехфазный инвертор для тягового двигателя электромобиля.

    Где и почему используется конденсатор промежуточного контура? На рисунке 1 показана система привода для электромобиля с автомобильным аккумулятором (BEV). Система включает в себя аккумуляторную батарею для хранения энергии для системы привода, трехфазный инвертор и электродвигатель для обеспечения тяги. Выходное напряжение аккумулятора может достигать 800 В постоянного тока.

    Это приложение, а также приложения, упомянутые ранее, предназначены для преобразования постоянного тока в переменный.Они управляют подачей мощности на нагрузку с помощью силовых транзисторов (IGBT или силовых MOSFET), которые переключают высокие уровни напряжения и тока на килогерцовых частотах. Топологии коммутации по своей сути эффективны, но создают высокий уровень электрических шумов и скачков напряжения во время выключения переключателя. Они также предъявляют высокие требования к переходным токам в системе питания постоянного тока.

    Конденсатор промежуточного контура расположен между источником постоянного тока и коммутационной схемой. Его цель — обеспечить более стабильное напряжение постоянного тока, минимизируя провалы напряжения, поскольку инвертор время от времени потребляет большой ток.

    Важность точного измерения ESL / ESR

    Электрический отклик «идеального» конденсатора чисто емкостный, но реальное устройство также имеет паразитную индуктивность и сопротивление.

    Рисунок 2: Электрическая модель реального конденсатора имеет индуктивные, емкостные и резистивные элементы.

    На рисунке 2 показана электрическая модель физического устройства. Помимо емкости, он включает эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL), показанные как R ESR и L s соответственно.R ESR представляет собой сосредоточенное параметрическое представление резистивных и диэлектрических потерь конденсатора, а Ls представляет собой индуктивность выводов или выводов конденсатора, а также конструкцию самого конденсатора.

    ESL и ESR конденсатора промежуточного контура и его разъемов имеют значительное влияние на общую конструкцию инверторного приложения, как описано выше. Энергия, накопленная в паразитной индуктивности, может вызвать выброс напряжения, когда транзистор привода двигателя (IGBT или MOSFET) выключен.ESR вызывает рассеяние мощности и, как следствие, выделяет тепло, что всегда является проблемой в стесненных высокотемпературных автомобильных средах.

    Есть и другие сложности. Импеданс емкостного элемента уменьшается с увеличением частоты; ESL, с другой стороны, увеличивается с частотой. На определенной частоте — частоте собственного резонанса (SRF) — две величины компенсируются, и конденсатор имеет нулевой эффективный импеданс. На частотах выше частоты собственного резонанса преобладает ESL, и сопротивление конденсатора начинает увеличиваться.

    Усовершенствования в конденсаторной технологии привели к появлению устройств со значениями ESL в несколько нГн и значениями ESR менее 1 мОм. Необходимо выполнить точное измерение ESL и ESR, чтобы подтвердить значения из таблицы данных и убедиться, что деталь будет соответствовать требованиям приложения с достаточным запасом прочности. Поскольку емкость, ESL и ESR изменяются в зависимости от частоты, измерения должны проводиться в широком диапазоне частот, а не только на стандартном наборе фиксированных частот.

    Начало работы с измерением ESL и ESR

    Измеритель LCR и анализатор импеданса — два наиболее распространенных испытательного оборудования для определения характеристик конденсатора промежуточного контура.

    Оба прибора определяют параметры импеданса, такие как емкость, индуктивность и сопротивление, путем измерения фазочувствительного отношения напряжения к току. Это соотношение дает основные значения импеданса: абсолютное сопротивление и фазу, а также действительную и мнимую части импеданса.

    Параметры, такие как емкость, индуктивность и сопротивление, могут быть получены путем применения определенной пользователем модели эквивалентной схемы к значениям основного сопротивления; также могут быть получены дополнительные параметры, включая коэффициент добротности, диссипацию и проводимость.

    Измеритель LCR измеряет параметры на одной или нескольких фиксированных частотах, что требует дополнительного шага интерполяции для получения параметров импеданса.

    Анализатор импеданса, такой как Zurich Instruments MFIA Impedance Analyzer, является более мощным решением.Он поддерживает полную функциональность LCR, в то же время имея возможность изменять частоту и графически отображать полученные параметры импеданса. Кроме того, MFIA может измерять во временной области и визуализировать собственный резонанс в частотной области.

    MFIA может выполнять измерения импеданса в диапазоне частот от 1 мГц до 500 кГц или до 5 МГц. Анализатор имеет базовую точность 0,05% и работает в диапазоне измерений от 1 мОм до 1 ТОм, с высокой воспроизводимостью и низким температурным дрейфом.

    MFIA включает программное обеспечение LabOne ® , независимое от платформы Zurich Instruments, для управления приборами. Пользовательский интерфейс на основе браузера поставляется с комплексным набором инструментов для анализа во временной и частотной области.

    Специализированные функции LabOne для MFIA включают вкладку «Анализатор импеданса», которая упрощает основные функции настройки, сохраняет ключевые параметры для быстрого вызова и позволяет проводить быстрые и четко определенные измерения. Он также имеет советник по компенсации, который шаг за шагом направляет пользователя по устранению любых неблагоприятных эффектов, вызванных их испытательным оборудованием или кабелями, для достижения надежных и точных результатов измерения.Другие функции LabOne включают Sweeper, который позволяет пользователю изменять параметры прибора в определенном частотном диапазоне со свободно регулируемым числом шагов сканирования, линейно или логарифмически.

    Рис. 3. Испытательная установка для измерения ESL и ESR конденсатора промежуточного контура. Источник: Zurich Instruments

    Обзор процедуры измерения СОЭ / ESL

    MFIA и LabOne могут легко измерить ESL и ESR конденсатора промежуточного контура.На рисунке 3 показана испытательная установка с конденсатором TDK с номинальной емкостью 120 мкФ, ESR 0,8 мОм и ESL 15 нГн.

    Специальная испытательная арматура с низким ESL между MFIA и конденсатором имеет гибкие разъемы для компенсации вертикального смещения разъемов шины постоянного тока, которые соответствуют модулю IGBT в приложении.

    Процедура измерения следующая:

    Выполнить базовое измерение

    Испытательная установка должна быть способна измерять низкие значения ESL и ESR конденсатора промежуточного контура с высокой точностью и повторяемостью.Для точных измерений импеданса необходимо сначала запустить процедуру компенсации, чтобы импедансом прибора можно было пренебречь в фактических измеренных данных.

    Рисунок 4: Снимок экрана LabOne, показывающий два цикла измерения короткого замыкания после выполнения процедуры компенсации приспособления. Частотный диапазон был разделен на две части: от 1 кГц до 100 кГц в верхней развертке (красная кривая, Real (Z)) и от 100 кГц до 5 МГц ниже (зеленая кривая; последовательная индуктивность). Это подтверждает низкую базовую линию как для действительного импеданса Real (Z), так и для последовательной индуктивности для данной измерительной установки.Источник: Zurich Instruments

    LabOne Compensation Advisor выполняет измерение короткой нагрузки в диапазоне от 1 кГц до 5 МГц. Эта процедура компенсации определяет положение плоскости измерения на разъемах испытательного приспособления.

    Следующий тест — это короткое измерение, чтобы получить представление об исходной линии измерения. На рисунке 4 показан снимок экрана интерфейса LabOne; два окна Sweeper открыты для измерения действительной части импеданса от 1 кГц до 100 кГц и последовательной индуктивности от 100 кГц до 5 МГц.Развертки показывают низкую базовую линию 15,7 мкОм и 1,7 pH для действительной части импеданса и индуктивности, соответственно. Эти значения намного ниже, чем ожидаемые для конденсатора, и гарантируют, что последующее измерение ESR или ESL конденсатора будет надежным.

    Обзор

    Следующим шагом является измерение конденсатора промежуточного контура во всем интересующем диапазоне частот, чтобы изучить соответствующие характеристики импеданса.

    Рисунок 5: Снимок экрана LabOne, показывающий изменение частоты конденсатора промежуточного контура от 1 кГц до 5 МГц.Пять графиков: емкость (синий), действительный (Z) (зеленый), абсолютный Z (красный), последовательная индуктивность (голубой) и фаза (фиолетовый). SRF этого конденсатора составляет 90,8 кГц. Источник: Zurich Instruments

    На рис. 5 показаны результаты развертки конденсатора промежуточного контура по нескольким трассам от 1 кГц до 5 МГц. Действительная часть импеданса представляет собой ESR. На самой низкой частоте 1 кГц измеренная емкость составляет 121,999 мкФ, что соответствует номинальному значению компонента 120 мкФ +/- 10%.Развертка показывает, что SRF составляет 90,8 кГц; голубая кривая над SRF показывает ESL. По мере увеличения частоты черные стрелки указывают три пика ESL на 175,9 кГц, 284,2 кГц и 749,7 кГц. В дополнение к ESR и ESL зеленая кривая показывает абсолютный импеданс, а фиолетовая кривая показывает фазу.

    Наконец, берем данные

    Из рисунка 5 ясно, что ESR следует измерять на низкой частоте, тогда как ESL следует измерять на более высокой частоте (выше SRF).Два окна LabOne Sweeper могут быть открыты для охвата двух диапазонов: от 1 кГц до 100 кГц (ESR) и от 100 кГц до 5 МГц (ESL). Поскольку конденсатор имеет три разных набора электродов (обозначенных U (красная кривая), V (зеленая кривая) и W (синяя кривая)), каждый набор электродов измеряется последовательно, и измерение повторяется пять раз, чтобы продемонстрировать повторяемость измерений. .

    На рис. 6 показан снимок экрана измерения с двумя окнами Sweeper, охватывающими два соответствующих частотных диапазона.Амплитуда тестового сигнала 900 мВ; при стандартных настройках измерения каждое сканирование 200 точек выполняется за 12 секунд.

    Рисунок 6: Снимок экрана LabOne, показывающий два окна Sweeper, в каждом из которых отображается 15 кривых, соответствующих пяти измерениям каждого набора из трех электродов. В верхнем окне Sweeper отображается ESR в диапазоне частот от 1 до 100 кГц, в нижнем окне Sweeper отображается ESL от 100 до 5 МГц. Кривые имеют цветовую кодировку для группирования трех комплектов электродов (U (красный), V (зеленый) и W (синий)).Источник: Zurich Instruments

    Верхнее окно показывает развертку действительной части импеданса Real (Z), соответствующей ESR. На Sweeper имеется 15 следов, имеющих цветовую маркировку, соответствующую набору электродов. Кривые показывают высокую степень перекрытия благодаря отличной повторяемости измерений даже после отключения и повторного подключения. СОЭ, измеренное с помощью электродов W (синие кривые), можно прочитать по черной стрелке, показывающей 718 мкОм при 11,35 кГц. Это измерение подтверждает заявленное значение СОЭ равное 0.8 мОм. Желтая кривая на Sweeper соответствует короткому измерению.

    Нижнее окно Sweeper на рисунке 6 показывает ESL от 100 кГц до 5 МГц. Опять же, дорожки имеют цветовую кодировку, чтобы соответствовать трем наборам электродов; перекрытие трасс снова показывает высокую степень повторяемости. Электроды U и W показывают аналогичное поведение, показывая три пика примерно на 176 кГц, 283 кГц и 742 кГц. Это ожидается, поскольку электроды механически симметричны. Напротив, центральный набор электродов V показывает только два пика.Светло-зеленая кривая соответствует короткому измерению.

    Значение ESL на синих графиках составляет 9,49 нГн на частоте 742 кГц, что еще раз подтверждает значение таблицы данных менее 15 нГн.

    Заключение Конденсаторы звена постоянного тока

    составляют важную ступень преобразования мощности для многих приложений, но точное измерение реальных параметров, таких как ESR и ESL, имеет решающее значение для оптимальной конструкции.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.