Приставка к мультиметру для измерения емкости конденсаторов: Приставка к мультиметру для измерения ёмкости конденсаторов

Приставка к мультиметру для измерения ёмкости конденсаторов

журнале «Радио» опубликованы статьи [1, 2] с описаниями измерителей ёмкости конденсаторов. По мнению автора, наиболее удачный прибор описан в статье [1]. Им можно измерять ёмкость конденсаторов без выпаивания их из платы, что существенно ускоряет и упрощает ремонт и налаживание электронных устройств. На его основе разработано предлагаемое устройство. При разработке была поставлена задача собрать приставку к мультиметру или вольтметру на недорогих и широко доступных компонентах, простую в регулировке и налаживании, способную автономно работать на аккумуляторах пять дней в неделю по восемь часов в день. В отличие от прототипа [1] приставка содержит стабилизированный повышающий преобразователь напряжения, узел контроля разрядки аккумуляторов и автоматического выключения. В приставке применены микропотребляющие операционные усилители. Для налаживания и калибровки прототипа [1] необходимо подбирать соответствующие конденсаторы. Налаживание и калибровка приставки выполняются намного проще и удобнее подстроенными резисторами.

Рис. 1

Рис. 2

Схема предлагаемой приставки показана на рисунке. Питается она от батареи GB1 из трёх Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов. Зарядка батареи осуществляется от внешнего блока питания с выходным напряжением 8…12 В. Полевой транзистор VT1 стабилизирует ток зарядки, значение которого устанавливают подборкой резистора R2. Контроль за разрядкой батареи до напряжения 2,5…2,9 В осуществляет триггер на транзисторах VT4 и VT5. Он отключает приставку, предотвращая переразрядку аккумуляторов. Цепь R6VD5C3 предназначена для открывания транзистора VT4 при включении питания приставки переключателем SA1, который показан в положении «Зарядка».

Повышающий преобразователь напряжения содержит блокинг-генератор на транзисторах VT2 и VT3, трансформаторе Т1, конденсаторе С1, резисторах R1 и R3, а также выпрямители напряжения плюсовой (VD3C4) и минусовой (VD4C5) полярностей. Частота работы преобразователя — около 100 кГц, он работоспособен при входном напряжении 1,8…5 В, а его выходное напряжение стабилизировано на уровне ±(7±0,5) В.

 

Основные технические характеристики

Пределы измерения ёмкости, мкФ

минимальный…………0,001

максимальный ……….10000

Погрешность измерения в процентах от предела, не более

для ёмкости не больше

10 мкФ………………….5

для ёмкости больше

10 мкФ…………………10

Напряжение питания, В

минимальное……………2,5

максимальное…………….5

Потребляемый ток, мА, не

более ……………………13

Габаритные размеры, мм . . . .65x75x35

Масса с батареей питания, г……200

Принцип работы предлагаемой приставки тот же, что и у прототипа. Генератор импульсов треугольной формы собран на ОУ DА 1.1, DA2.2, DA2.4. ОУ DA1.1 работает как компаратор, с его выхода сигнал прямоугольной формы поступает на вход интегратора на ОУ DA2. 2, который преобразует прямоугольные импульсы напряжения в треугольные. Частота генератора определяется RC-цепями (R23C8 — 1 кГц, R24C9 — 100 Гц, R25C10 — 10 Гц, R26C11 — 1 Гц), которые переключаются мультиплексором DD1. Резисторы этих цепей подстроенные, ими устанавливают требуемую частоту генерации. В цепи обратной связи генератора стоит инвертор на ОУ DA2.4, обеспечивающий автоколебательный режим. На ОУ DA2.3 собран повторитель напряжения. С его выхода напряжение треугольной формы амплитудой 50 мВ подаётся на проверяемый конденсатор С*. Диоды VD21 и VD22 — защитные. На ОУ DA3 собран дифференциатор. Резистор R42 ограничивает ток, если проверяемый конденсатор пробит.

С помощью переключателя SA2 через диоды VD6-VD17 управляют мультиплексорами DD1 и DD2. В положениях с 1 -го по 5-е переключателя SA2 переключаются каналы с Х1 по Х5 мультиплексора DD2, обеспечивая измерение в пределах от 1 нф до 10 мкФ, а у мультиплексора DD1 открыт канал Х1, тем самым обеспечивая работу генератора на частоте 1 кГц. В положениях с 6-го по 8-е SA2 переключаются каналы с Х2 по Х4 мультиплексора DD1, это даёт измерение значений ёмкости от 100 до 10000 мкФ на частотах 100, 10 и 1 Гц, а у мультиплексора DD2 остаётся открытым канал Х5.

С выхода операционного усилителя DA3 импульсы, амплитуда которых пропорциональна измеряемой ёмкости Сх, подаются на синхронный детектор, собранный на полевом транзисторе VT6 с узлом управления на ОУ DA1.2. С кон-денсатора-С7 через развязывающий повторитель напряжения на ОУ DA2.1 напряжение, также пропорциональное С*, подаётся на вольтметр или мультиметр, который должен находиться в режиме измерения напряжения не менее 1 В. Ёмкость конденсатора 07 должна быть не меньше 100 мкФ, иначе на пределе измерения 10000 мкФ и частоте генератора 1 Гц показания вольтметра будут нестабильными.

На пределах 1 нф и 0,01 мкФ проверяемый конденсатор целесообразно отключать от шунтирующих цепей.

Выводы об их влиянии на точность измерения ёмкости, сформулированные в [1] для прототипа, справедливы и для приставки.

Учитывая, что в приставке операционные усилители обрабатывают сигнал частотой не более 1 кГц, применена микросхема 1401УДЗ, содержащая четыре микропотребляющих ОУ. Её допустимо заменить на 1463УД4 или четыре одиночные 140УД12. Следует обратить внимание на то, чтобы амплитуда колебаний на выходе генератора была одинаковой на всех частотах (1, 10, 100 и 1000 Гц). В противном случае уменьшают сопротивление резисторов R11 и R18, контролируя ток через них так, чтобы он не превышал 0,2 мА.

В приставке использованы подстро-ечные резисторы СПЗ-19 с допустимым отклонением ±10 %. Постоянные резисторы — С2-33, с допустимым отклонением ±5 %. Оксидные конденсаторы — К53-18. Конденсаторы С9-С11 — К73-17 или другие металлоплёночные, конденсатор С8 — КМ5а или КМ56, с ТКЕ не хуже МПО или ПЗЗ. Возможно применение элементов поверхностного монтажа — резисторов Р1-12, Р1-16, конденсаторов К53-68, К10-50 или их импортных аналогов.

Трансформатор Т1 намотан на маг-нитопроводе типоразмера Ш4х4 из феррита 2000НМ проводом ПЭВ-2 диаметром 0,15мм. Обмотка I содержит 15 витков, обмотки II и III — по 35 витков.

ОУ DA3 выбран из серии 140УД14 из-за малого потребляемого тока и большого входного сопротивления. На пределе измерения 1 нф влияние его входного сопротивления скорректировано увеличением сопротивления резистора R43 с 10 (как в прототипе) до 12 МОм. Компенсацию влияния паразитной ёмкости приставки и щупов (установку нулевого выходного напряжения приставки на этом пределе измерения) осуществляют резистором R35. Применена нестандартная частотная коррекция ОУ DA3 конденсатором С18, которая устраняет паразитные колебания, так как дифференциатор склонен к самовозбуждению.

Налаживание приставки начинают с установки частоты генерации на каждом пределе подстроечными резисторами R23-R26. Затем подключают образцовый конденсатор ёмкостью 10 мкФ или немного меньше. Подстроечным резистором R16 устанавливают выходное напряжение в вольтах, равное одной десятой части ёмкости образцового конденсатора в микрофарадах. Далее приставку аналогично калибруют подстроечными резисторами R37-R40 на меньших пределах измерения по друим образцовым конденсаторам. Источник образцового напряжения — свето-диод АЛ102ВМ (HL1) можно заменить на АЛ307ВМ или на цепь из нескольких последовательно соединённых кремниевых диодов из серии КД522. При необходимости образцовое напряжение регулируют подборкой сопротивления резистора R8 в пределах ±30 %. Если этого недостаточно, изменяют число диодов в цепи. Напряжение отключения устанавливают в пределах 2,5…2,9 В.

Зарядный ток аккумуляторов подбирают резистором R2. В экземпляре автора установлен ток 26 мА. При необходимости заменяют полевой транзистор КП302В (VT1) более мощным КП903В.
 

Литература

1.    Васильев В. Измеритель ёмкости конденсаторов. — Радио, 1998, № 4, с. 36, 37; 2000, № 7, с. 50.

2.    Кучин С. Прибор для измерения ёмкости. — Радио, 1993, № 6, с. 21-23.

 

 

Автор: А. Сучинский, г. Балашиха Московской обл.

Приставка к мультиметру для измерения ESR конденсаторов

Не секрет, что наибольшее число отказов современной аппаратуры происходит по вине оксидных конденсаторов. Это не только обрыв, потеря емкости, короткое замыкание, но и дефект, выражающийся в увеличении активной составляющей конденсатора. Идеальный конденсатор, работая на переменном токе должен обладать только реактивным (емкостным) сопротивлением.

Активная составляющая должна быть близка к нулю. Реальный, хороший электролитический конденсатор должен обладать активным сопротивлением (ESR) не более 0,5-5 Ом (зависит от емкости и номинального напряжения).

Очень часто в аппаратуре, проработавшей несколько лет,можно встретить, казалось бы исправный конденсатор емкостью 10 мкФ с ESR до 100 Ом и более.

Такой конденсатор, несмотря на наличие емкости, негоден, и возможно является причиной неисправности или некачественной работы схемы, в которой он работает.

Принципиальная схема

На рисунке 1 показана схема приставки к мультиметру для измерения ESR оксидных конденсаторов. Чтобы измерить активную составляющую сопротивления конденсатора необходимо выбрать такой режим измерения, при котором реактивная составляющая будет очень мала. Как известно, реактивное сопротивление емкости снижается с увеличением частоты.

Например, на частоте 100 кГц при емкости 10 мкФ реактивная составляющая будет менее 0,2 Ом. То есть, измеряя сопротивление оксидного конденсатора емкостью более 10 мкФ по падению на нем переменного напряжения частотой 100 кГц и более, можно утверждать, что, при заданной погрешности 10-20% результат измерения можно будет принять практически только как величину активного сопротивления.

Рис. 1. Принципиальная схема приставки к мультиметру для измерения ESR конденсаторов.

Схема, показанная на рисунке 1, представляет собой генератор импульсов частотой около 120 кГц, выполненный микросхеме D1, делитель напряжения, состоящий из сопротивлений R2, R3 и тестируемого конденсатора СХ, а так же измерителя переменного напряжения на СХ, состоящего из детектора VD1-VD2 и мультиметра, включенного на измерение малых постоянных напряжений.

Частота установлена цепью R1-C1. Собственно генератор импульсов сделан на элементе D1. 1, а на остальных пяти элементах микросхемы сделан его выходной буферный каскад повышенной мощности.

Повышение мощности достигается путем параллельного включения пяти логических элементов. Таким образом, мощность возрастает в пять раз по сравнению с одиночным элементом.

Импульсы с выходов соединенных параллельно элементов D1.2-D1.6 поступают через делитель на резисторах R2 и R3 на конденсатор СХ, ESR которого требуется определить. Подстройкой сопротивления R2 выполняют юстировку прибора.

Так как в популярном мультиметре М838 нет режима измерения малых переменных напряжений (а именно с этим прибором у автора работает приставка), в схеме пробника имеется детектор на германиевых диодах VD1-VD2.

Мультиметр измеряет постоянное напряжение на С4, и уже по величине этого напряжения можно судить о величине ESR конденсатора, при этом зависимость прямо пропорциональная.

Детали и конструкция

Источником питания служит «Крона». Это такая же батарея, как та, которой питается мультиметр, но приставка должна питаться от отдельной батареи. Конструктивно приставка выполнена в одном корпусе с источником питания.

Для подключения к мультиметру используются собственные щупы мультиметра. Корпусом служит обычная мыльница. От точек Х1 и Х2 сделаны коротенькие щупы.

Один из них жесткий, в виде шила, а второй гибкий длиной не более 10 см, оконечный таким же заостренным щупом. Эти щупы можно подключать к конденсаторам, как к немонтированным, так к расположенным на плате (выпаивать их не требуется), что значительно упрощает поиск дефектного конденсатора при ремонте. Желательно подобрать к этим щупам «крокодильчики» для удобства проверки не монтированных (или демонтированных) конденсаторов.

Микросхему CD40106 можно заменить любым КМОП аналогом, содержащим шесть инвертирующих элементов со свойствами триггера Шмитта.

Диоды Д9Б — любые германиевые, например, любые Д9, Д18, ГД507. Можно попробовать применить и кремниевые. Налаживание приставки. После проверки монтажа и работоспособности подключите мультиметр.

Желательно частотомером или осциллографом проверить частоту на Х1-Х2. Если она лежит в пределах 120-180 кГц, — нормально. Если нет, — подберите сопротивление R1. Для налаживания потребуется набор достаточно точных постоянных резисторов.

Подготовьте набор постоянных резисторов сопротивлением 1 Ом, 5 Ом, 10 Ом, 15 Ом, 25 Ом, 30 Ом, 40 Ом, 60 Ом, 70 Ом и 80 Ом (или около того). Подготовьте лист бумаги.

Подключите вместо испытуемого конденсатора резистор сопротивлением 1 Ом. Затем подстраивайте подстроечный резистор R2 так, чтобы мультиметр показывал напряжение 1 mV. На бумаге запишите «1 Ом = ІтV».

Далее, подключайте другие резисторы, и, не меняя сопротивления резистора R2, делайте аналогичные записи (например, «60 Ом = 17тV»).

В результате получится таблица для расшифровки показаний мультиметра, ведь численно показания мультиметра не будут совпадать с величиной ESR. Эту таблицу нужно аккуратно оформить (вручную или на компьютере) и наклеить на корпус приставки, так чтобы таблицей было удобно пользоваться.

Если таблица бумажная, — наклейте на её поверхность скотч-ленты, чтобы защитить бумагу от истирания. Теперь, проверяя конденсаторы, вы считываете показания мультиметра в милливольтах, затем по таблице примерно определяете ESR конденсатора и принимаете решение о его пригодности.

Хочу заметить, что эту приставку можно приспособить и для измерения емкости оксидных конденсаторов. Для этого нужно существенно понизить частоту мультивибратора, подключив параллельно С1 конденсатор емкостью 0,01 мкФ или более.

Для удобства можно сделать для этого переключатель «С / ESR». Для измерения емкости так же потребуется сделать еще одну таблицу, — со значениями емкостей. Соответственно, потребуется набор хороших конденсаторов с точно известными емкостями.

Желательно, для соединения с мультиметром использовать экранированный кабель, чтобы исключить влияние наводок на показания мультиметра.

Аппарат, на плате которого вы ищите неисправный конденсатор, должен быть выключен, как минимум за полчаса до начала поисков (чтобы конденсаторы, имеющиеся в его схеме, разрядились).

Приставку можно использовать не только с мультиметром, но и с любым прибором, способным измерять милливольты постоянного или переменного напряжения.

Если ваш прибор способен измерять малое переменное напряжение (милливольтметр переменного тока или более «профессиональный» мультиметр) можно детектор на диодах VD1 и VD2 не делать, а измерять переменное напряжение прямо на испытуемом конденсаторе.

Естественно, табличку нужно делать под конкретный прибор, с которым вы планируете работать в дальнейшем. А в случае использования прибора со стрелочным индикатором можно на его шкалу нанести дополнительную шкалу для измерения ESR.

РК-03-2019. Степанов В.

Литература: 1. С. Рычихин. Пробник оксидных конденсаторов. Р-10-2008, с. 14-15.

Как измерить емкость с помощью цифрового мультиметра

Содержание

Цифровой мультиметр является универсальным инструментом для измерения различных электрических свойств. Помимо сопротивления, напряжения и тока, он также может измерять емкость. На самом деле, измерение емкости является одним из наиболее важных тестов, которые должен выполнять любой цифровой мультиметр. Но прежде чем мы перейдем к тому, как проверить емкость.

Что такое емкость?

Емкость электрического компонента или цепи — это его способность накапливать энергию. Конденсаторные машины собирают и хранят электроэнергию для последующего использования. На мультиметре вы увидите символ емкости, обозначаемый –| (–.

Итак, проверка емкости будет проверкой способности конденсатора накапливать электрический заряд на каждую единицу напряжения на его пластинах. Но как проверить емкость мультиметром?

Проверка емкости с помощью цифрового мультиметра

Вы можете проверить емкость с помощью цифрового мультиметра, выполнив следующие простые шаги. Если ваш мультиметр имеет только одну шкалу для проверки емкости, это означает, что он будет автоматически изменять диапазон. Если нет, то вам придется установить диапазон самостоятельно.

Шаг 2. Включите режим Rel

Чтобы уменьшить влияние емкости измерительных проводов, включите режим REL. Однако это есть не во всех мультиметрах. Нажмите кнопку, удерживая тестовые провода по отдельности. Это поможет предотвратить влияние емкости измерительных щупов на окончательное значение емкости.

Шаг 3. Подсоедините измерительные провода

Теперь подключите измерительные провода к клеммам цепи или компонентов. Убедитесь, что вы идентифицировали положительные и отрицательные клеммы, прежде чем вставлять щупы. Знак (+) обозначает положительный вывод, а знак (-) обозначает отрицательный вывод.

Если какой-либо из тестовых проводов длиннее другого, то более короткий является отрицательным. В большинстве случаев они будут иметь цветовую кодировку, то есть красный цвет для положительного и черный для отрицательного.

Шаг 4. Проверка напряжения

Считайте результат напряжения конденсатора на дисплее мультиметра, затем используйте его для расчета емкости. Формула для расчета емкости по напряжению Q/V. Q представляет собой заряд, а V обозначает напряжение.

На дисплее мультиметра отобразится значение емкости, если оно попадает в установленный вами диапазон измерений. Если это значение больше диапазона измерения или конденсатор неисправен, появится OL.

Таким образом, вы успешно протестировали емкость. Это было не слишком сложно, не так ли?

Что такое конденсаторы и для чего они нужны?

Конденсатор — это компонент, который может накапливать электрическую энергию или заряд. Эта способность хранить электрическую энергию является причиной того, что он называется конденсатором. Он действует почти так же, как аккумуляторная батарея. Конденсаторы могут быть как маленькими, так и огромными, как те, которые используются в крупных отраслях промышленности. Однако, большие они или малые, все они выполняют одну и ту же работу, то есть сохраняют заряд. Конденсатор состоит из двух или более металлических пластин с параллельной проводимостью. Они расположены близко, но не подключены, так как должны быть электрически разделены. Воздух или другие сильные изоляторы, такие как керамика, слюда или вощеная бумага, являются хорошим вариантом для этого. Резина и немного жидкого геля, как и в случае с электролитическими конденсаторами, также могут это сделать. Диэлектрик – это изолирующий слой между пластинами конденсатора. Он отвечает за предотвращение протекания постоянного тока через конденсатор. Это позволяет напряжению всегда быть на двух пластинах конденсатора.

Что еще можно проверить с помощью мультиметра?

Мультиметры — это очень универсальные устройства, которые, как правило, проверяют и другие электрические свойства помимо емкости. Такими тестами являются три основных: сопротивление, напряжение и ток. Кроме того, он также может проверять непрерывность, частоту и даже температуру. Тем не менее, температура является прерогативой избранных мультиметров. Однако большинство мультиметров Fluke измеряют температуру. Чем больше тестов может сделать мультиметр, тем выше его цена. Как эксперт по электрике, вы должны беспокоиться о том, какой мультиметр HVAC вы можете использовать в своих гаджетах.

На что обращать внимание в мультиметре

Помимо возможности измерять емкость и различные другие электрические свойства, в мультиметре есть и другие параметры, которые вам необходимо учитывать. Универсальность — это всего лишь одна вещь, на которую стоит обратить внимание, поскольку вы не хотите иметь мультиметр, который может измерять только емкость. Вы должны искать точность, прочную конструкцию и упрощенное устройство, которое легко использовать. Прочная конструкция гарантирует, что вы будете владеть мультиметром долгое время. В то же время точность означает, что вам не придется сомневаться в достоверности результатов. В то время как большинство мультиметров относительно доступны, те, у кого есть функции премиум-класса, будут продаваться по привлекательной цене, даже для мультиметра. Вот почему при покупке мультиметра необходимо учитывать вышеперечисленных действующих лиц.

конденсатор — Как цифровые мультиметры измеряют емкость?

спросил 3 года 9 месяцев назад

Изменено 3 года, 9 месяцев назад

Просмотрено 9к раз

\$\начало группы\$

Как цифровые мультиметры (DMM) измеряют емкость через их типичное входное/выходное сопротивление 10 МОм?

При логическом уровне 3,3 В попытка измерения 1F будет означать постоянную времени 10 миллионов секунд (R x C), поэтому повышение напряжения на конденсаторе будет неизмеримым (в минимальном уровне шума). Они также делают это в течение секунда или около того с точностью 3%. Как это достигается?

• конденсатор
• измерение
• мультиметр

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Существует множество способов измерения емкости. Если у вас есть генератор сигналов, вы можете использовать прямоугольный сигнал и измерить время нарастания. Или синусоида и измерить ток и напряжение. Если вы знаете ток и напряжение, вы знаете, какая у вас нагрузка. Если нагрузкой является конденсатор, вам также потребуется информация о фазе. Ссылки ниже более подробно рассказывают о том, как это делается. Вместо генератора сигналов цифровые мультиметры обычно имеют более простую схему (обычно генерирующую только одну или несколько частот). Вместо схемы осциллографа, измеряющей фазу и амплитуду, делать расчеты.

Самое интересное, что если у вас есть осциллограф и генератор сигналов, вы также можете измерить емкость, иногда лучше, чем цифровой мультиметр. Это также работает для индуктивности.

Источник: https://meettechniek.info/passive/capacitance.html

Источник: https://meettechniek.info/passive/capacitance.html

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Измерение значения 1 Фарад за 1 секунду с разрешением цифрового мультиметра 1% 0,1 мВ и измеренным значением 10 мВ требует тока батареи при использовании методов измерения импульсов.

Несмотря на то, что счетчики RLC используют более точную синусоиду постоянного тока на выбранных частотах для измерения амплитуды напряжения и фазового сдвига для вычисления всех значений, они все равно не доходят до 1 Фарад.

Ic=CdV/dt= 1F * 10 мВ/1 с = 10 мА, что больше тока, чем обычно потребляет цифровой мультиметр, и сокращает срок службы батареи.

Таким образом, Fluke 115 измеряет только до 9999 мкФ.

Портативные измерители Keysight измеряют только до 199,99 мФ

Однако, если вы будете следовать процедуре испытаний Maxwell с использованием ультракап, вам не понадобится RLC-метр стоимостью более 1000 долларов США для монтажа в стойку, который предлагает показания 1F.

Но это занимает больше 1 секунды.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Редактировать: высокий импеданс только для настройки измерения напряжения. Импеданс намного ниже при измерении емкости.

По данным Fluke:

Мультиметр определяет емкость, заряжая конденсатор известным током, измеряя полученное напряжение и затем вычисляя емкость.

Они не ждут постоянной времени RC. Он подает известный ток в течение определенного времени и смотрит на ΔV. Они также могут делать то же самое, разряжая колпачок в цикле.