Закрыть

Замер емкости конденсатора: Как проверить конденсатор?

Содержание

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.


Как измерить ёмкость и индуктивность с помощью генератора и осциллографа + online-калькулятор

Для многих любителей электроники актуальной является задача измерения емкостей конденсаторов и индуктивностей дросселей, поскольку, в отличие от резисторов, эти компоненты нередко бывают не промаркированы (особенно SMD). Между тем, имея генератор синусоидальных колебаний и осциллограф (приборы, которые должны быть в любой радиолюбительской лаборатории), эта задача довольно просто решается. Всё, что для этого нужно — это вспомнить начальный курс электротехники.

Рассмотрим простейшую схему — последовательно соединённые резистор и конденсатор. Пусть эта схема подключена к источнику синусоидальных колебаний. Запишем уравнения для напряжений на элементах нашей схемы в операторной форме: UR = I * R, UC = -j * I / ωC. Из этих уравнений очевидно, что амплитудные значения напряжений будут относится следующим образом: UR / UC = R * ωC (конечно, напряжения будут сдвинуты по фазе, но нас это в данном случае не волнует, нас волнуют
только амплитуды).

Думаю, что многие уже догадались к чему я клоню. Да-да, из последнего уравнения довольно просто вычисляется ёмкость:

C = UR/UC * 1/ωR или, с учетом того, что ω= 2πf, получим C = UR/UC * 1/2πfR ; (1)

Итак, алгоритм простой: подключаем последовательно с измеряемой ёмкостью резистор, подключаем к этой схеме генератор синусоидальных колебаний и осциллографом измеряем амплитуды напряжений на нашем конденсаторе и резисторе. Изменяя частоту, добиваемся, чтобы амплитуда напряжений на обоих элементах была примерно одинаковой (так измерение получится точнее). Далее, подставляя измеренные значения амплитуд в формулу (1), находим искомую ёмкость конденсатора.

Аналогично можно вывести формулу для подсчета индуктивности:

L = UL/UR * R/ω или, с учётом того, что ω= 2πf, получим L = UL/UR * R/2πf ; (2)

Таким образом, имея генератор синусоидальных колебаний и осциллограф, с помощью формул (1) и (2) оказывается довольно просто вычислить неизвестную ёмкость или индуктивность (благо резисторы практически всегда имеют маркировку).

Алгоритм действий следующий:

1) Собираем схему из последовательно соединённых резистора известного номинала и исследуемой ёмкости (индуктивности).

2) Подключаем эту схему к генератору синусоидальных колебаний и изменением частоты добиваемся того, чтобы амплитуды напряжений на обоих элементах схемы были примерно одинаковы.

3) По формуле (1) или (2) вычисляем номинал исследуемой ёмкости или индуктивности.

Несмотря на то, что наши элементы не идеальные, есть допуск на номинал резистора и всегда есть некоторые погрешности измерений, результат получается довольно точным (по крайней мере можно без труда идентифицировать ёмкость в стандартном ряду). Пусть у меня при измерении ёмкости получилась величина 1,036 нФ. Очевидно, что на исследуемом конденсаторе должна была быть нанесена маркировка 1 нФ.

Для того, чтобы вам легче было сориентироваться с номиналами резисторов, приведу некоторые примеры:

— для ёмкости 15 пФ в схеме с резистором 200 кОм амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 53 кГц;

— для ёмкости 1 нФ в схеме с резистором 10 кОм амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 15,9 кГц;

— для ёмкости 0,1 мкФ в схеме с резистором 680 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 2,34 кГц;

— для индуктивности 3 мкГн в схеме с резистором 120 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 6,3 МГц;

— для индуктивности 100 мкГн в схеме с резистором 120 Ом амплитуды напряжений будут примерно равны на частоте 190 кГц.

Таким образом, диапазон измеряемых емкостей и индуктивностей зависит только от диапазона частот, с которыми могут работать ваши генератор и осциллограф.

На основе этого метода можно изготовить прибор для автоматического измерения емкостей и индуктивностей.

Online-калькулятор для расчёта емкостей и индуктивностей:

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Расчёт емкостей:

2) Расчёт индуктивностей:

Измерение емкости конденсатора, расчет эмкости переменного конденсатора

При настройке радиоприемников, генераторов и других устройств часто требуется подобрать и замерить емкость конденсатора. Для измерения конденсаторов небольших емкостей можно приспособить любой имеющийся радиоприемник. Для этого необходимо имеющуюся в радиоприемнике шкалу отградуировать в пикофарадах, в зависимости от угла поворота подвижных пластин переменного конденсатора. В начале градуировки следует обратить внимание на форму подвижных пластин конденсатора. Переменные конденсаторы отличаются формой подвижных пластин, которая определяет закон изменения емкости, в зависимости от угла поворота подвижных пластин относительно неподвижных. На рис. 8.7 приведены широкораспространенные формы пластин, где на рис. 8.7.а — прямоемкостная, на рис. 8.7.5 — прямоволновая, на рис. 8.7.в — прямочастотная. В прямоемкостном конденсаторе емкость изменяется пропорционально углу вращения ф:

где ф — угол поворота в градусах, Смин — минимальная емкость, Смакс — максимальная емкость. Прямоволновой конденсатор во время вращения пластин дает равномерное изменение длины волны контура, в котором он находится,

 

Рис. 8.7. Форма пластин конденсаторов переменной емкости:

а) прямоемкостная; б) прямоволновая; в) прямочастотная

Иногда этот конденсатор называют квадратичным. Прямочастотный конденсатор позволяет изменять частоту контура пропорционально углу поворота, то есть получается шкала с равномерной частотой,

После определения закона изменения емкости конденсатора производится настройка на любую радиостанцию и фиксируется значение емкости переменного конденсатора Си. Неизвестный конденсатор Сх подключают параллельно отградуированному переменному конденсатору радиоприемника. Емкость контура при таком присоединении возрастает на величину емкости неизвестного конденсатора Сх. Теперь чтобы услышать ту радиостанцию, что принималась ранее, необходимо уменьшить емкость отградуированного конденсатора настройки до получения емкости Сн, при которой будет прежняя слышимость. Тогда емкость неизвестного конденсатора будет равна разности емкостей отградуированного конденсатора настройки до подключения и после подключения конденсатора Сх,

Этим способом можно измерять конденсаторы, емкость которых меньше максимальной емкости конденсатора настройки радиоприемника. При измерении емкостей от нескольких пикофарад до нескольких микрофарад предпочтительнее использовать мостовые схемы. Мостовые схемы измерения емкостей дают возможность проводить измерения с большей точностью, нежели с помощью резонансных. На рис. 8.8 приведена схема измерительного моста емкости конденсатора, состоящего из четырех конденсаторов. Значения величин емкостей трех конденсаторов считаются известными, они задаются. Четвертый конденсатор является неизвестным, измеряемым. К гнездам разъема ХР1 подключается источник переменного тока низкой частоты (например, звуковой генератор или трансляционная сеть). Если теперь мост сбалансировать с помощью переменного конденсатора С1, то в наушниках слышимость звукового сигнала упадет либо до минимума, либо вообще исчезнет.

Рис. 8.8. Подключение измерительного моста емкости койденсатора к звуковому генератору на микросхеме (частота генератора 1000 Гц)

Важно, чтобы сохранялось условие

 

где Хс1, Хс2, Хсз, ХСх — емкостные сопротивления. Из приведенной формулы следует

Отградуировать измерительный мост можно с помощью конденсаторов, имеющих наименьший процент допуска емкости. Эталонное конденсаторы подключаются к гнездам разъема XS2 и отмечают их значения на шкале переменного конденсатора С1. Если не имеется достаточного количества эталонных конденсаторов для градуировки, то в последней формуле принимают С2 = C3 и зная минимальную и максимальную емкости переменного конденсатора, после определения закона изменения его емкости исходя из формы пластин производят градуировку вышеописанным методом. Рассмотренным мостом можно измерять конденсаторы, емкости которых лежат в пределах минимальной и максимальной емкости используемого переменного конденсатора. Конструктивно измерительный мост емкостей выполнен в небольшой пластмассовой коробочке (крышка мыльницы) с использованием промышленных деталей (конденсатор переменной емкости С1 взят от карманного радиоприемника «Селга 404», наушники BF1 типа ТОН-1’ или ТОН-2). В данном измерительном мосте диапазон измерений конденсаторов находится от 5 пФ до 270 пФ, то есть соответствует границам емкости одной секции переменного конденсатора. Нижнюю или верхнюю границы измерения конденсаторов мостом можно уменьшить или поднять, если сделать переключатель, соединяющий секции сдвоенного переменного конденсатора, последовательно или параллельно. В первом случае диапазон измерений будет от 2,5 пФ до 135 пФ, а во втором — от 10 пФ до 540 пФ.

Измерение индуктивности катушки

Известно несколько методов измерения индуктивности катушек. Среди них выделим наиболее доступные для радиолюбителей. Метод фильтр-пробки. Берется радиоприемник, работающий на внешнюю антенну, настраивается точно на частоту какой-либо радиостанции. После этого внешняя антенна отключается и между ее концом и гнездом подключения антенны включается отградуированный конденсатор переменной емкости Сэ, параллельно которому подключается измеряемая катушка Lx. Полученное соединение конденсатора и катушки представляет заграждающий «фильтр-пробку». Далее вращая конденсатор Сэ добиваются резкого пропадания слышимости радиостанции. Это признак того, что образованный колебательный контур настроен в резонанс с частотой колебаний принимаемой станции. В этом случае индуктивность катушки найдем по формуле

где Лямбда — длина волны в метрах, Ск — емкость контура в пикофарадах.

Измерение индуктивности катушки связано с частотой протекающего тока, в связи с чем измерение индуктивности высокочастотных катушек необходимо производить на частотах, близких к тем, на которые предназначена катушка. Наилучшие результаты измерения получаются при использовании резонансных методсз. При помощи резонансных измерителей индуктивности от долей микрогенри до сотен миллигенри с точностью 1...2%. Для измерения индуктивности катушек, используемых в низкочастотных цепях радиоприемников (дросселе, трансформаторов), можно использовать мостовые измерители или метод вольтметра и амперметра. Нужно при этом помнить, что индуктивность катушки со стальным сердечником сильно зависит от постоянной составляющей тока подмагничивания, протекающего в катушке. Поэтому при измерении необходимо пропускать через катушку постоянную составляющую тока такой величины, какой она будет в реальной схеме радиоприемника.

Литература: В.М. Пестриков. Энциклопедия радиолюбителя.

Работаем с цифровым мультиметром. Часть 3

Добрый день, друзья!
Не так давно мы с вами учились работать с  цифровым мультиметром и ознакомились с тем, как измерять ток и напряжение. Это две величины, с которыми чаще всего имеют дело. Но есть и другие параметры, которые могут измеряться цифровыми приборами.

Хорошо бы научиться измерять и их. Вы же хотите стать экспертом в измерениях, правда? Тогда давайте с вами посмотрим

Как измерить емкость конденсатора

Конденсаторы широко применяются в качестве накопителей энергии в источниках питания.

В компьютерном блоке питания их может быть более десятка.

И на материнской плате компьютера их натыкано видимо-невидимо.

За измерение емкости отвечает отдельная группа позиций (внизу слева, левее группы измерения тока). На корпусе вблизи этой области нанесена буква F (Farade, фарада, единица измерения емкости). Емкость измеряют в 5 поддиапазонах: 0 — 2 nF (нанофарад, нФ), 0 — 20 nF, 0 — 200 nF, 0 — 2 мкФ (микрофарад) , 0 — 20 мкФ.

Напомним, что 1 нФ = 1000 пФ (пикофарад), 1 мкФ = 1000 нФ. Отметим, что емкость в 1 Фарад очень велика. Электролитические конденсаторы в блоках питания и на материнской плате имеет емкость в сотни и тысячи микрофарад. Керамические блокировочные конденсаторы имеют емкость в десятки и сотни нанофарад.

Конденсатор при измерении емкости присоединяют не к щупам, а вставляют выводами в специальное гнездо. Это не всегда удобно, так как конденсатор (особенно выпаянный), часто имеет короткие выводы.

Если вставить в гнезда короткие металлические пластинки, удобство пользования тестером возрастает.

Теперь при измерении емкости достаточно коснуться выводами конденсатора металлических пластинок.

Отметим, что хорошо было бы в таких мультиметрах расширить пределы измерения в верхнюю сторону. Большинство электролитических конденсаторов, устанавливаемых в компьютерные блоки питания или на материнские платы, имеет гораздо большую емкость.

Существуют специальные измерители не только емкости, но и ESR (Equivalent Series Resistance, эквивалентное последовательное сопротивление) конденсаторов. Они позволяют оценить емкость в десятки и сотни тысяч микрофарад.

Измерения сопротивления

Следующая группа позиций — для измерения сопротивления (на 7 поддиаазонах): 0 — 200 Ом, 0 — 2 кОм, 0 — 20 кОм, 0 — 200 кОм, 0 — 2 МОм, 0 — 20 МОм, 0 — 200 МОм . Вблизи этой группы нанесен специальный значок (греческая буква Омега).

Деление на поддиапазоны обусловлено стремлением точнее измерить величину сопротивления.

Например, сопротивление в несколько Ом лучше  измерять на поддиапазоне 0 – 200 Ом, а не на верхних.

На верхних диапазонах будет либо пониженная точность, либо вообще «0» кОм (Мом). Если измерять большие значения сопротивления на нижних диапазонах, то прибор покажет превышение значения (минус и единицу в самом левом разряде).

На младшем поддиапазоне есть возможность «прозвонки» цепей, если их сопротивление не превышает некоей величины (для данного прибора — около 50 Ом).

При этом прибор издает звуковой сигнал. Это очень удобно, в частности, при поиске жил в кабельных соединениях. При этом можно не смотреть на табло прибора, что экономит время.

При измерении сопротивления на самом нижнем поддиапазоне надо учитывать, что щупы прибора также имеют некоторое сопротивление.

Если их замкнуть между собой, прибор покажет не «0» Ом, а некоторую небольшую величину (в диапазоне примерно 0,5 – 1 Ом). Эту величину надо вычесть из измеренного значения.

Отметим, что проводники из металлов имеют небольшое сопротивление. Лучшими проводниками являются медь и серебро. Поэтому, например, обмотки трансформаторов выполняют из медных проводов, а сильноточные контакты покрывают слоем серебра. Чем меньше сопротивление проводника, тем меньше он греется.

Сплавы металлов имеют повышенное сопротивление, соответственно, они сильнее греются, поэтому из них изготавливают различные нагреватели. Кстати сказать, в паяльниках, которые используют при пайке часто используется нихром (сплав НИкеля и ХРОМа).

Изоляторы, наоборот, имеют очень большое сопротивление, поэтому при прикладывании к ним напряжения ток через них практически не протекает. Пример изолятора – стеклотекстолит, из которого изготовлена материнская плата компьютера.

Заканчивая тему измерения сопротивления, отметим, что сопротивление тела человека лежит в пределах от нескольких килоом до нескольких десятков или сотен килоом и зависит от состояния его здоровья и кожных покровов.

Теперь вы знаете, как выполнять измерения и можете оценить сопротивление своего тела. И похвастаться этой величиной и своим умением перед товарищами :yes:

В заключение расскажем, как выполнить

Измерение температуры

Мультиметр может измерять и температуру.

При этом переключатель ставится напротив зеленой метки «Temp».

В гнездо выше переключателя ставится термопара типа К. Термопара — это два проводника из разных сплавов, спаянные в одной точке. При этом на противоположных концах возникает термоЭДС (электродвижущая сила).

Чем сильнее нагрето место спая, тем больше термоЭДС. Прибор измеряет это значение и выводит сразу температуру в привычных нам градусах Цельсия. Отметим, что термопара обладает некоторой инерционностью, особенно при измерении больших температур.

Термопарой можно измерить температуру жала паяльника. При этом важно обеспечить надежный тепловой контакт между нею (шариком спая) и жалом. Отметим, что паяльник в паяльных станциях имеет встроенный датчик, при этом температура жала показывается на специальном табло.

У нас осталась не рассмотренной важная тема – как проверять с помощью цифрового мультиметра полупроводниковые приборы. Этим мы займемся в следующих постах.

Всего наилучшего!

С вами бы Виктор Геронда. До встречи на блоге!


Лабораторная работа № 2 Измерение заряда и определение емкости конденсатора

Цель работы: Произвести градуировку интегратора. Определить ёмкость неизвестного конденсатора.

Краткое теоретическое введение

Если уединенному проводнику (проводнику находящемуся вдали от заряженных тел и других проводников) сообщить заряд , то проводник будет иметь некоторый потенциал . Причем, если изменять заряд проводника, потенциал будет изменяться пропорционально заряду проводника.

, (1)

здесь - коэффициент, зависящий от геометрической формы и размеров проводника и от свойств среды, окружающей проводник. Этот коэффициент называется электрической емкостью.

Электрическая емкость проводника ­- это физическая величина, численно равная величине заряда, который необходимо сообщить проводнику для увеличения его потенциала на единицу.

Единицей измерения емкости в системе СИ является фарад (Ф).

Е сли к заряженному проводнику приблизить другие незаряженные проводники, то на поверхности этих проводников произойдет перераспределение заряда таким образом, что ближайшими к проводнику с зарядом окажутся заряды с противоположным знаком (рис. 1). Это приведет к тому, что потенциал проводника уменьшится, а емкость увеличится. Следовательно, можно создать систему проводников, емкость которой будет гораздо больше, чем емкость уединенного проводника с зарядом . Такая система называется конденсатором. Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных диэлектриком. Эти проводники называются обкладками конденсатора. На емкость конденсатора не должны оказывать влияние окружающие тела, поэтому обкладкам придают такую форму, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора.

Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда , накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его обкладками:

(2)

Для получения необходимой емкости конденсаторы соединяют в батареи. Различают два вида соединений: параллельное и последовательное.

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 2 а):

. (3)

При последовательном соединении конденсаторов (рис. 2 б):

. (4)

Описание экспериментальной установки

Существуют различные методы определения емкости конденсатора: баллистический, мостовой, резонансный и др.

Используемый в работе метод состоит в том, что определяется заряд, накопленный на обкладках конденсатора и разность потенциалов между ними, а затем по формуле (8) рассчитывается емкость конденсатора.

Для определения величины заряда на обкладках конденсатора в работе применяется специальное устройство ­­- «интегратор».

Принципиальная схема экспериментальной установки изображена на рис. 3.

При переключении ключа на миниблоке “переключатель” конденсатор начинает заряжаться, либо разряжаться. В любом из этих случаев через входную цепь «интегратора» протекает ток, и напряжение на его выходе изменяется на величину, пропорциональную протекшему заряду

,

, (5)

здесь ­- емкость конденсатора, установленного внутри миниблока «интегратор».

Напряжение на конденсаторе , когда он заряжен, равно напряжению генератора . Поэтому из выражения (2)

.

Подставив сюда (5), получим

. (6)

Мультиметр перестал измерять емкость конденсаторов

Иногда, когда на конденсаторе отсутствует маркировка или нет доверия к указанным на его корпусе параметрам, требуется как-то узнать реальную емкость. Но как это сделать, не имея специального оборудования?

Безусловно, если под рукой есть мультиметр с возможностью измерения емкости или C-метр с подходящим диапазоном измерения емкостей, то проблема перестает быть таковой. Но что же делать, если в наличии только простой бытовой мультиметр и какой-нибудь блок питания, а измерить емкость конденсатора необходимо здесь и сейчас? На помощь в этом случае придут известные законы физики, которые позволят с достаточной степенью точности измерить емкость.

Рассмотрим сначала простой способ измерения емкости электролитического конденсатора подручными средствами. Как известно, при заряде конденсатора от источника постоянного напряжения через резистор, имеет место закономерность, по которой напряжение на конденсаторе станет экспоненциально приближаться к напряжению источника, и в пределе когда-нибудь, наконец, его достигнет.

Но чтобы долго не ждать, можно задачу себе упростить. Известно, что за время, равное 3*RC, напряжение на конденсаторе в процессе зарядки достигнет 95% напряжения, приложенного к RC-цепочке. Значит, зная напряжение блока питания, номинал резистора, и вооружившись секундомером, можно легко измерить постоянную времени, а точнее – троекратную постоянную времени для большей точности, и вычислить затем емкость конденсатора по известной формуле.

Для примера рассмотрим далее эксперимент. Допустим, есть у нас электролитический конденсатор, на котором присутствует какая-то маркировка, но мы ей не особо доверяем, так как конденсатор давно валялся в закромах, и мало ли высох, в общем нужно измерить его емкость. Например, на конденсаторе написано 6800мкф 50в, но нужно узнать точно.

Шаг №1. Берем резистор номиналом 10кОм, измеряем его сопротивление мультиметром, поскольку своему мультиметру в этом эксперименте мы будем изначально доверять. Например, получилось сопротивление 9840 Ом.

Шаг №2. Включаем блок питания. Поскольку мультиметру мы доверяем больше, чем калибровке шкалы (если таковая имеется) блока питания, переводим мультиметр в режим измерения постоянного напряжения, и подключаем его к выводам блока питания. Выставляем напряжение блока питания на 12 вольт, чтобы мультиметр точно показал 12,00 В. Если напряжение блока питания не регулируется, то просто замеряем его и записываем.

Шаг №3. Собираем RC-цепочку из резистора и конденсатора, емкость которого нужно измерить. Конденсатор закорачиваем на время так, чтобы его легко можно было раскоротить.

Шаг №4. Подключаем RC-цепочку к блоку питания. Конденсатор все еще закорочен. Измеряем мультиметром еще раз напряжение, подаваемое на RC-цепочку, и фиксируем это значение для верности на бумаге. К примеру, оно так и осталось 12,00 В, или таким же, каким было в начале.

Шаг №5. Вычисляем 95% от этого напряжения, например если 12 вольт, то 95% – это 11,4 вольта. Теперь мы знаем, что за время, равное 3*RC, конденсатор зарядится до 11,4 В.

Шаг №6. Берем в руки секундомер, и раскорачиваем конденсатор, начинаем одновременно отсчет времени. Фиксируем время, за которое напряжение на конденсаторе достигло 11,4 В, это и будет 3*RC.

Шаг №7. Производим вычисления. Получившееся время в секундах делим на сопротивление резистора в омах, и на 3. Получаем значение емкости конденсатора в фарадах.

Например: время получилось 220 секунд (3 минуты и 40 секунд). Делим 220 на 3 и на 9840, получаем емкость в фарадах. В нашем примере получилось 0,007452 Ф, то есть 7452 мкф, а на конденсаторе написано 6800 мкф. Таким образом, в допустимые 20% отклонение емкости уложилось, поскольку составило примерно 9,6%.

Но как быть с неполярными конденсаторами малых емкостей? Если конденсатор керамический или полипропиленовый, то здесь поможет переменный ток и знание о емкостном сопротивлении.

К примеру, есть конденсатор, емкость его предположительно несколько нанофарад, и известно, что в цепи переменного тока работать он может. Для выполнения измерений потребуется сетевой трансформатор со вторичной обмоткой, скажем, на 12 вольт, мультиметр, и все тот же резистор на 10 кОм.

Шаг №1. Собираем RC-цепь, и подключаем ее ко вторичной обмотке трансформатора. Затем включаем трансформатор в сеть.

Шаг №2. Измеряем мультиметром переменное напряжение на конденсаторе, затем — на резисторе.

Шаг №3. Производим вычисления. Сначала вычисляем ток через резистор, – делим напряжение на нем на значение его сопротивление. Поскольку цепь последовательная, то переменный ток через конденсатор точно такой же величины. Делим напряжение на конденсаторе на ток через резистор (ток через конденсатор такой же), получаем значение емкостного сопротивления Хс. Зная емкостное сопротивление и частоту тока (50 Гц), вычисляем емкость нашего конденсатора.

Например: на резисторе 7 вольт, а на конденсаторе 5 вольт. Мы посчитали, что ток через резистор в этом случае 700 мкА, следовательно и через конденсатор — такой же. Значит емкостное сопротивление конденсатора на частоте 50 Гц составляет 5/0,0007 = 7142,8 Ом. Емкостное сопротивление Xc = 1/6,28fC, следовательно C = 445 нф, то есть номинал 470 нф.

Описанные здесь способы являются весьма грубыми, поэтому применять их можно только тогда, когда других вариантов просто нет. В иных случаях лучше пользоваться специальными измерительными приборами.

Одной из наиболее распространенных причин неисправности радиоэлектронной техники является поломка одного или нескольких конденсаторов, которые составляют неотъемлемую часть ее платы. И чтобы выяснить, какой же именно конденсатор оказался слабым звеном, необходимо проверить их работоспособность. В этой статье описывается, как прозванивают конденсатор. Независимо от того, занимаетесь ли вы электронной аппаратурой профессионально или вы просто любитель, вам это вполне под силу. Для этого вам понадобится мультиметр. Ниже мы рассмотрим, как проверить конденсатор мультиметром самостоятельно.

Виды конденсаторов и их проверка

Прежде чем разобраться, как мультиметром прозвонить конденсатор, давайте выясним, какие виды конденсаторов существуют. Все конденсаторы делятся на полярные и неполярные. Разница между ними заключается в том, что полярные, как можно догадаться из названия, имеют полярность. Проверять их нужно строго соответствующим образом: "плюс" к "плюсу", "минус" к "минусу", так как в противном случае они придут в негодность и могут взорваться. Все полярные конденсаторы являются электролитическими. Если конденсатор еще советского производства, то при взрыве электролит может попасть вам на кожу. В современных конденсаторах для таких случаев предусмотрено специальное сечение на поверхности, которое разрывается в определенном направлении и не дает проводящему веществу разбрызгаться в разные стороны.

Пробой конденсатора

Наиболее распространенной проблемой конденсаторов является пробой диэлектрика. Диэлектрик – это слой материала между двумя проводниками внутри конденсатора, который имеет большое сопротивление, чтобы не допустить протекания тока между проводниками.

В исправном конденсаторе допускается небольшое пропускание тока через этот изолятор, это называется "ток утечки", и он ничтожно мал. При пробое диэлектрика его сопротивление резко падает, и, по сути, он превращается в обыкновенный проводник. Причиной такого пробоя, как правило, является резкий перепад напряжения в сети, к которой подключено оборудование. К характерным признакам пробоя относятся вздутие корпуса конденсатора, его потемнение и появление черных пятен. Перед тем как проверить конденсатор на исправность, осмотрите его визуально на предмет внешних дефектов.

Проверка неполярного конденсатора в режиме омметра

Проверка мультиметром сопротивления диэлектрика в конденсаторе осуществляется в режиме омметра. В неполярных конденсаторах диэлектрик может быть выполнен из стекла, керамики, бумаги или даже в виде воздушной прослойки. Таким образом обеспечивается крайне высокое сопротивление, и в исправном конденсаторе цифровой мультиметр покажет фактически бесконечную величину. Если же электрический пробой имеет место, то уровень сопротивления будет в пределах нескольких Ом, максимум нескольких десятков.

Помните о технике безопасности и не держитесь одновременно и за щупы прибора и за выводы конденсатора, так как из-за меньшего сопротивления электрический ток пойдет через ваше тело.

Проверка полярного конденсатора в режиме омметра

По сравнению с неполярными конденсаторами в полярных сопротивление диэлектрика на порядок меньше, поэтому максимум сопротивления на мультиметре нужно выставлять соответствующее. Большинство таких конденсаторов имеют не менее 100 кОм сопротивления, особо мощные и до 1 мОма. Перед тем как мультиметром прозвонить конденсатор, замкните выводы накопителя, чтобы разрядить его полностью.

Как мультиметром прозвонить конденсатор (аналоговый измеритель)

Как мультиметром прозвонить конденсатор: инструкция по проверке емкости накопителя

Прежде чем проверять таким образом электролитический конденсатор, его обязательно необходимо полностью разрядить. Заряженный конденсатор может попросту испортить ваш мультиметр. Особенно это касается полярных накопителей с высоким рабочим напряжением и большой емкостью. Как правило, такие конденсаторы используются в импульсных блоках в качестве фильтрующих накопителей.

Разрядка конденсатора

Обрыв конденсатора

Обрыв – довольно редкая для конденсаторов неисправность. Как правило, он возникает при механических повреждениях накопителя. В результате обрыва конденсатор полностью теряет свою накопительную функцию и имеет нулевую емкость. Фактически он превращается в два изолированных друг от друга проводника. Обнаружить обрыв при помощи омметра практически невозможно. Своеобразным симптомом обрыва в полярных электролитических конденсаторах при измерении сопротивления является отсутствие какого-либо изменения в показаниях прибора. Так как исправный неполярный конденсатор малой емкости имеет высокое сопротивление, проверить его на обрыв, таким образом, не представляется возможным. Единственный выход – измерение емкости.

Потеря емкости конденсатора

Для того чтобы определить, потерял ли конденсатор свою емкость, как ни странно, нужно замерить эту самую емкость. Выставьте на мультиметре соответствующий предел измеряемой емкости, разрядите проверяемый конденсатор, подключите щупы измерителя к соответствующим гнездам на нем, соблюдая правильную полярность, и наконец, прикоснитесь щупами к выводам конденсатора. Очевидно, что разобраться, как мультиметром проверить конденсатор кондиционера или любого другого бытового прибора на предмет потери емкости, не столь сложно.

Измерение напряжения конденсатора

Учтите, что при проверке накопитель теряет свой заряд и напряжение, соответственно, будет быстро падать, поэтому важно увидеть цифру, которая появилась в самом начале.
Есть и более простой способ проверки, но он действенен только для конденсаторов с достаточно большой емкостью. Зарядив накопитель полностью, возьмите обыкновенную отвертку с изолированной рукояткой, поднесите ее металлическую часть к его выводам и замкните их. Если в результате проскочила яркая искра, значит, элемент рабочий. Если же искра очень слабая или вовсе отсутствует, значит, конденсатор не держит заряд.

Заключение

В данной статье мы попытались разобрать все наиболее часто встречающиеся поломки конденсаторов, а также способы их проверки. Важный момент: многие начинающие мастера думают, как прозвонить конденсатор мультиметром, не выпаивая его из платы, однако в таком случае в процессе измерений будет иметь место очень большая погрешность. Единственный способ в таком случае – это визуальный осмотр на предмет наличия внешних признаков, таких как взбухание, потемнение или изменение цвета поверхности.

Чаще всего конденсаторы «летят» в таких видах бытовой техники, как стиральные машины, телевизоры, микроволновые печи и др. Поэтому если перед вами стала проблема, как прозвонить конденсатор кондиционера мультиметром, можете смело использовать нашу инструкцию.

Мультиметр – это электроизмерительное устройство с различными функциями. С его помощью можно проверять напряжение, силу тока, а также производные от этих величин – сопротивление и емкость. С помощью мультиметра можно проверить и работоспособность различных электронных компонентов. В этой статье мы с вами узнаем, как проверить мультиметром конденсатор и его емкость.

Конденсатор и емкость

Конденсаторы используются практически во всех микросхемах и являются частой причиной ее неработоспособности. Так что в случае неисправности устройства следует проверять в первую очередь именно этот элемент.

Виды конденсаторов по типу диэлектрика:

  • вакуумные;
  • с газообразным диэлектриком;
  • с неорганическим диэлектриком;
  • с органическим диэлектриком;
  • электролитические;
  • твердотельные.

Обычно используются электролитические конденсаторы

Основные неисправности конденсаторов:

  • Электрический пробой. Обычно вызван превышением допустимого напряжения.
  • Обрыв. Связан с механическими повреждениями, встрясками, вибрациями. Причиной может служить некачественная конструкция и нарушение эксплуатационных условий.
  • Повышенные утечки. Сопротивление между обкладками изменяется, и это приводит к низкой емкости конденсатора, которая не способна сохранять заряд.

Все эти причины приводят к тому, кто конденсатор становится непригодным для дальнейшего использования.

В данном случае присутствует протечка электролита

Перед проверкой конденсатора

Т.к. конденсаторы накапливают электрический заряд, перед проверкой их следует разряжать. Это можно сделать отверткой – жалом нужно прикоснуться к выводам, чтобы образовалась искра. Затем можно прозванивать компонент. Проверку конденсатора можно сделать как мультитестером, так и при помощи лампочек и проводов. Первый способ является более надежным и дает более точные сведения об электронном элементе.

До начала проверки следует осмотреть конденсатор. Если он имеет трещины, нарушение изоляции, подтеки или вздутие, поврежден внутренний электролит и прибор сломан. Его нужно поменять на работающее устройство. При отсутствии внешних повреждений придется использовать мультиметр.

Перед проведением измерений нужно определить вид конденсатора – полярный или неполярный. У первого обязательно должна соблюдаться полярность, иначе прибор выйдет из строя. Во втором случае определение плюсового и минусового выходов не требуется, но измерения будут проводиться по другой технологии.

Определить полярность можно по метке на корпусе. На детали должна быть черная полоса с обозначением нуля. Со стороны этой ножки расположен отрицательный контакт, а с противоположной – положительный.

Измерение емкости в режиме сопротивления

Переключатель мультиметра следует установить в режим сопротивления (омметра). В этом режиме можно посмотреть, есть ли внутри конденсатора обрыв или короткое замыкание. Для проверки неполярного конденсатора выставляется диапазон измерений 2 МОм. Для полярного изделия ставится сопротивление 200 Ом, так как при 2 МОм зарядка будет производиться быстро.

Сам конденсатор нужно отпаять от схемы и поместить его на стол. Щупами мультиметра нужно коснуться выводов конденсатора, соблюдая полярность. В неполярной детали соблюдать плюс и минус не обязательно.

Измерение в режиме сопротивления

Когда щупы прикоснутся к ножкам, на дисплее появится значение, которое будет возрастать. Это вызвано тем, что мультитестер будет заряжать компонент. Через некоторое время значение на экране достигнет единицы – это значит, что прибор исправен. Если при проверке сразу же загорается 1, внутри устройства произошел обрыв и его следует заменить. Нулевое значение на дисплее говорит о том, что внутри конденсатора произошло короткое замыкание.

Если проверяется неполярный конденсатор, значение должно быть выше 2. В ином случае прибор является не рабочим.

Аналоговое устройство

Вышеописанный алгоритм подходит для цифрового тестера. При использовании аналогового устройства проверка производится еще проще – нужно наблюдать лишь за ходом стрелки. Щупы подключаются так же, режим – проверка сопротивления. Плавное перемещение стрелки свидетельствует о том, что конденсатор исправен. Минимальное и максимальное значение при подключении говорят о поломке электронной детали.

Важно отметить, что проверка в режиме омметра производится для деталей с емкостью выше 0Ю25 мкФ. Для меньших номиналов используются специальные LC-метры или тестеры с высоким разрешением.

Измерение емкости конденсатора

Емкость является основной характеристикой конденсатора. Она указывается на внешней оболочке прибора, и при наличии тестера можно замерить реальное значение и сравнить его с номиналом.

Переключатель мультиметра переводится в диапазон измерений. Значение ставится равное или близкое к номиналу, указанному на компоненте. Сам конденсатор устанавливается в специальные отверстия –CX+ (если они есть на мультиметре) или с помощью щупов. Подключаются щупы так же, как и при измерении в режиме сопротивления.

При подключении щупов на мониторе должно появиться значение сопротивления. Если оно близко к номинальной характеристике, конденсатор исправен. Когда расхождение полученного и номинального значений отличаются более чем на 20% , устройство пробито, и его нужно поменять.

Измерение емкости через напряжение

Проверка работоспособности детали может производиться и при помощи вольтметра. Значение на мониторе сравнивается с номиналом, и из этого делается вывод об исправности устройства. Для проверки нужен источник питания с меньшим напряжением, чем у конденсатора.

Соблюдая полярность, нужно подключить щупы к выводам на несколько секунд для зарядки. Затем мультиметр переводится в режим вольтметра и проверяется работоспособность. На дисплее тестера должно появиться значение, схожее с номинальным. В ином случае прибор сломан.

Другие способы проверки

Можно проверить конденсатор, не выпаивая его из микросхемы. Для этого нужно параллельно подключить заведомо исправный конденсатор с такой же емкостью. Если устройство будет работать, то проблема в первом элементе, и его следует поменять. Такой способ применим только в схемах с небольшим напряжением!

Иногда проверяют конденсатор на искру. Его нужно зарядить и металлическим инструментом с заизолированной рукояткой замкнуть выводы. Должна появиться яркая искра с характерным звуком. При малом разряде можно сделать вывод, что деталь пора менять. Проводить данное измерение нужно в резиновых перчатках. К этому методу прибегают для проверки мощных конденсаторов, в том числе пусковых, которые рассчитаны на напряжение более 200 Вольт.

Использовать способы проверки без специальных приборов нежелательно. Они небезопасны – при малейшей неосторожности можно получить электрический удар. Также будет нарушена объективность картины – точные значения не будут получены.

Сложности проверки

Основной сложностью при определении работоспособности конденсатора мультиметром является его выпаивание из схемы. Если оставить компонент на плате, на измерение будут влиять другие элементы цепи. Они будут искажать показания.

В продаже существуют специальные тестеры с пониженным напряжением на щупах, которые позволяют проверять конденсатор прямо на плате. Малое напряжение сводит к минимуму риск повреждения других элементов в цепи.

Как проверить емкость – видео ролики в Youtube

Отличное видео с описанием процесса проверки конденсаторов и поиска неисправностей от популярных ютуб-блогеров.

Измерение

- тестирование конденсаторов - разные результаты при каждом тестировании?

У меня перебитый ЖК-телевизор - я уже заказал замену, но мне интересно использовать сломанный телевизор, чтобы узнать немного больше о том, как они собираются, и, если мне повезет, починить его, чтобы иметь запасной. Большая часть информации, которую я нашел для симптомов телевизора (индикатор режима ожидания горит, но не включается), указывает на конденсаторы, так что это то, на чем я сосредоточился.

Я просмотрел все сразу видимые конденсаторы, и ни один из них не показывает вздутие / утечку электролита, поэтому я вытащил плату питания и теперь удалил два конденсатора для проверки.

Оказалось, что в моем старом старинном автомобильном мультиметре не было настройки емкости, поэтому я пошел в местный магазин электрики и купил относительно дешевый мультиметр с автоматическим выбором диапазона, который они рекомендовали как довольно популярный. Я не привык к автоматическому переключению диапазонов, поэтому к этой новой игрушке мне все равно нужно немного времени, чтобы привыкнуть.

При тестировании снятых мною конденсаторов я получил ряд различных значений. Мультиметр довольно медленно реагирует (я полагаю, это из-за того, что измеритель заряжает конденсатор перед считыванием показаний?) И переключает свой диапазон, что меня несколько раз смущало.

Мой метод тестирования - установить измеритель емкости. Обычно он показывает значение 0,04 нФ, когда провода ничего не касаются. Прикоснув щупы к конденсатору (соблюдая полярность), я получаю результаты через 2-3 секунды.

Я тестирую конденсаторы: 35 В 1000 мкФ и 35 В 450 мкФ. Показания, которые я получаю, будут около ~ 1,4 нФ, один или два раза около ~ 30 нФ и в несколько раз больше OL.

Я не знаю, как это интерпретировать.

Я не уверен, что это: 1) указывает на плохие конденсаторы 2) Причина, по которой я неправильно измерял 3) Новый мультиметр лимон

Я планирую завтра пойти и купить новый конденсатор или два и проверить их с помощью измерителя, чтобы увидеть, каковы результаты, чтобы попытаться исключить несколько вариантов, но я хотел бы услышать ваши мысли.

Как измерить очень большую емкость, например. Супер / Ультра Конденсаторы

Я недавно приобрел у брата парочку загадочных супер / суперконденсаторов.Очевидно, он не помнит ни спецификаций, ни даже бренда ... Что еще больше усложняет ситуацию, на них нет значимой идентификационной информации, проштампованной или напечатанной на них. (Есть этикетка со штрих-кодом с буквенно-цифровым кодом, но быстрый поиск в Google ничего не нашел.)

Похоже, пора запустить «Таинственный автобус Скуби-Ду», потому что собирались отправиться в путешествие, ребята.

Сначала я решил попробовать измерить емкость. Поскольку мой измеритель LCR не предназначен для таких огромных конденсаторов, мне пришлось проявить творческий подход к моему испытательному оборудованию.

Принимая во внимание основы физики, мы имеем, что емкость пропорциональна накопленному заряду на вольт на конденсаторе:

$$ C = \ frac {q} {V} $$

, где накопленный заряд в конденсаторе является интегралом тока через конденсатор:

$$ \ int i (t) dt = q $$

Используя источник тока для зарядки конденсатора, мы можем упростить вычисления, используя только дельта-измерения заряда и напряжения на конденсаторе.

$$ C = \ frac {\ Delta q} {\ Delta V} = \ frac {i \ Delta t} {\ Delta V} $$

С моим источником тока Advantest R6144 я могу затем зарядить конденсатор заданным током и просто измерить напряжение на конденсаторе с помощью моего Tektronix DMM4050 в режиме графика трендов.

Изображения испытательной установки

Однако именно здесь я начинаю видеть довольно большие числа. Возможно, емкость конденсатора действительно составляет ~ 2200 фарад, но это кажется немного завышенным. Правда, конденсатор довольно большой на ~ 5.5 дюймов в длину на ~ 1 дюйм радиуса.

А теперь несколько вопросов к прекрасным ребятам из электротехнической компании Stack Exchange: является ли этот метод жизнеспособным средством измерения суперконденсаторов? Или есть более подходящий метод, который я могу применить для их измерения? Кроме того, существенно ли изменяется емкость супер / ультра конденсаторов в зависимости от напряжения конденсатора? Например, являются ли эти результаты прогнозирующими / показательными для более высоких зарядных напряжений. Я бы подумал, что емкость должна немного колебаться, но я сомневаюсь, что это так.Вероятно, в худшем случае это несколько сотен фарад, но я не эксперт в этом вопросе.

Кроме того, что несколько более важно, как мне найти максимальное напряжение заряда, не повредив конденсатор? Будет ли заряд постоянным током, скажем, 100 мкА в течение нескольких недель, пока напряжение не достигнет своего рода равновесия с работой саморазряда. Затем уменьшите пару сотен милливольт и назовите это максимальное напряжение заряда. Или он просто достигнет точки срабатывания и самоуничтожится, распыляя электролит по всей моей лаборатории?

Наконец, как определить полярность конденсаторов? Они никак не обозначены, и оба терминала идентичны.Я сделал ставку на остаточное напряжение, хранящееся в конденсаторе. Я предполагаю, что эффект диэлектрической абсорбции / памяти от предыдущей зарядки знает правильное направление ...

В любом случае, попробовать определить характеристики этих конденсаторов - это своего рода развлечение. Но все же неприятно, что на них нет полезной маркировки, вроде ориентации полярности, производителя и т. Д.

Как измерить емкость по сравнению с смещением Volta

Аннотация: в примечаниях к применению объясняется, как всегда проверять техническое описание конденсатора, чтобы увидеть, как емкость изменяется в зависимости от напряжения смещения.Используя представленную схему, двойной источник питания и вольтметр, довольно просто измерить характеристику смещения постоянного тока MLCC большой емкости.

Введение

Многослойные керамические конденсаторы большой емкости (MLCC) имеют свойство, которое часто не понимают разработчики электроники: емкость этих устройств зависит от приложенного постоянного напряжения. Это явление присутствует во всех конденсаторах с высокой диэлектрической проницаемостью или конденсаторах класса II (характеристика B / X5R R / X7R и F / Y5V). Однако степень вариации может значительно различаться для разных типов MLCC.Хорошая заметка по применению на эту тему была написана Марком Фортунато. [1]

Вывод из этого примечания по применению заключается в том, что вы всегда должны сверяться с таблицей данных конденсатора, чтобы увидеть, как емкость изменяется в зависимости от напряжения смещения. Но что, если в техническом паспорте нет этой информации? Как определить, сколько емкости теряется в условиях вашего приложения?

Теория характеристики емкости в зависимости от напряжения смещения

Схема измерения характеристики смещения постоянного тока показана на рис. , рис. 1 .

Рис. 1. Схема для характеристики зависимости емкости от напряжения смещения.

Эта схема построена на ОУ U1 (MAX4130). Операционный усилитель действует как компаратор с резисторами обратной связи R2 и R3, добавляющими гистерезис. D1 устанавливает порог выше GND, поэтому отрицательное напряжение питания не требуется. C1 и R1 образуют цепь обратной связи с отрицательным входом, благодаря чему схема работает как RC-генератор. Конденсатор C1, тестируемое устройство (DUT), служит в качестве C в этом RC-генераторе; потенциометр R1 - R.

Осциллограммы напряжения на выходном контакте операционного усилителя, V y , и соединение между R и C, V x , показаны на Рис. 2 . Когда на выходе операционного усилителя 5 В, конденсатор C1 заряжается от R1 до тех пор, пока не достигнет верхнего порога; таким образом, принудительно устанавливает выход на 0 В. Теперь конденсатор разряжается до тех пор, пока V x не достигнет нижнего порогового значения, возвращая выходное напряжение к 5 В. Этот процесс повторяется, что приводит к устойчивым колебаниям.

Рисунок 2.Колебательные напряжения V x и V y .

Период колебаний зависит от значений R, C, а также верхнего и нижнего пороговых значений V UP и V LO :

Поскольку 5V, V UP и V LO постоянны, то T 1 и T 2 пропорциональны RC. Это часто называют постоянной времени RC.

Порог компаратора зависит от V y , R2, R3 и прямого напряжения D1 (V DIODE ):

, где V UP - пороговое значение для V y = 5 В, а V LO - пороговое значение для V y = 0 В.При данных значениях эти пороги составляют примерно 0,55 В для V LO и 1,00 В для V UP .

Цепь вокруг Q1 и Q2 преобразует время цикла в пропорциональное напряжение. Это работает следующим образом. MOSFET Q1 управляется выходом U1. Во время T 1 Q1 включен, фиксируя напряжение на C3 до GND. Во время T 2 Q1 выключен, позволяя источнику постоянного тока (Q2, R5, R6 и R7) линейно заряжать C3. 1 По мере увеличения T 2 напряжение на C3 становится выше. Рисунок 3 показывает напряжение на C3 за три цикла.

Рис. 3. C3 закреплен на GND во время T 1 и линейно заряжен во время T 2 .

Среднее напряжение на C3 (V C3 ) равно:

Поскольку I, C3, α и β постоянны, среднее напряжение на C3 пропорционально T 2 и, следовательно, также C1.

Фильтр нижних частот R8 / C4 фильтрует сигнал, в то время как ОУ с малым смещением U2 (MAX9620) буферизует выходной сигнал, чтобы его можно было измерить любым вольтметром.

Прежде чем можно будет проводить измерения, эта схема требует простой калибровки. Сначала в цепи устанавливается тестируемое устройство, и значение V BIAS устанавливается равным 0,78 В (среднее значение для V LO и V UP ), поэтому фактическое среднее (постоянное) напряжение на тестируемом устройстве равно 0 В. Выходное напряжение будет изменяться при изменении потенциометра R1. Отрегулируйте R1, пока выходное напряжение не станет равным 1,00 В. В этих условиях пиковое напряжение на C3 составляет около 2,35 В. 2 Напряжение смещения можно изменить, и выходное напряжение покажет результирующее процентное изменение емкости.Например, если выходное напряжение равно 0,80 В, емкость при этом конкретном напряжении смещения составляет 80% емкости при смещении 0 В.

Лабораторные тесты подтверждают теорию

Схема, показанная на Рисунке 1, была построена на небольшой печатной плате. Первое измерение было выполнено с использованием случайного конденсатора емкостью 10 мкФ. Рисунок 4 и Рисунок 5 показывают сигналы при смещении 0 В и 5 В соответственно.

Рисунок 4. Измерение при V BIAS = 0 В; Ch2 = V x ; Ch3 = V y ; Ch4 = V C3 .R1 был настроен так, чтобы вольтметр показывал 1.000V.

Чтобы предотвратить насыщение Q2, пик напряжения на коллекторе (= V C3 ) должен оставаться ниже напряжения эмиттера за вычетом напряжения насыщения эмиттер-коллектор, которое составляет примерно 4 В.

Рисунок 5. Измерение при V BIAS = 5V. Период колебаний явно уменьшился из-за уменьшенной емкости. Ch2 = V x ; Ch3 = V y ; Ch4 = V C3 . Вольтметр показывает 0.671V.

При смещении 0 В потенциометр R1 был настроен так, чтобы вольтметр показал 1. 000 В. При смещении 5 В вольтметр показал 0,671 В, что означает, что осталось 67,1% емкости. С помощью точного счетчика также был измерен общий период T. T составила 4933 мкс при смещении 0 В и 3278 мкс при 5 В, что указывает на то, что осталось 66,5% (= 3278 мкс / 4933 мкс) емкости. Эти значения очень хорошо совпадают, демонстрируя, что конструкция схемы может точно измерить падение емкости как функцию напряжения смещения.

Было выполнено второе измерение, теперь с использованием известного конденсатора 2,2 мкФ / 16 В, взятого из набора образцов, поставляемого Murata (номер детали = GRM188R61C225KE15). В этом измерении значения были записаны во всем рабочем диапазоне от 0 до 16 В. Относительная емкость определялась путем измерения как выходного напряжения цепи, так и фактического периода колебаний. Кроме того, данные были собраны с помощью инструмента Simsurfing Murata ® , который может предоставить характеристику смещения постоянного тока для этой конкретной детали на основе измерений, выполненных Murata. Рисунок 6 показывает все результаты. Оба графика с данными наших измерений показывают почти идентичные результаты, что доказывает, что цепь времени до напряжения хорошо работает в более широком динамическом диапазоне. Есть некоторая разница между данными, полученными с помощью инструмента Simsurfing, и нашими измерениями, но формы кривых похожи.

Рис. 6. Относительная емкость как функция напряжения смещения для MLCC 2,2 мкФ / 16 В. Значения нормированы на емкость при смещении 0 В. Синяя кривая основана на измерении выходного напряжения цепи; красная кривая основана на измерении периода колебаний; зеленая кривая основана на данных характеристик, предоставленных инструментом Murata Simsurfing.

Заключение

Используя представленную схему, двойной источник питания и вольтметр, довольно просто измерить характеристику смещения постоянного тока MLCC большой емкости. Быстрый стендовый тест покажет, насколько уменьшается емкость в результате приложенного напряжения смещения.

Номер ссылки
  1. Фортунато, Марк, «Изменение температуры и напряжения керамических конденсаторов», EDN, 4 декабря 2012 г., http://www.techonline.com/electrical-engineers/education-training/tech-papers/4410874/Temperature-and -Керамические конденсаторы с изменением напряжения.Также можно найти в примечании по применению Maxim Integrated 5527, «Изменение температуры и напряжения керамических конденсаторов, или почему ваш конденсатор 4,7 мкФ становится конденсатором 0,33 мкФ», автор Марк Фортунато.
Сноски
  1. Это будет линейным только при использовании конденсатора с постоянной емкостью до напряжения смещения до 5 В (MKS, MKT и т. Д.).
  2. Чтобы предотвратить насыщение Q2, пик напряжения на коллекторе (= V C3 ) должен оставаться ниже напряжения эмиттера за вычетом напряжения насыщения эмиттер-коллектор, которое составляет примерно 4 В.
Измеритель емкости

(с изображениями) - Instructables

Код довольно прост и достаточно мал, чтобы поместиться на ATTINY 44 или 84. Если вы хотите внести некоторые изменения, обязательно помните о размере, так как ATTINY 44 может хранить только 4 КБ.

Цикл выполняет 3 функции:

  • Обнаруживает, когда выходной контакт таймера 555 переходит в ВЫСОКИЙ уровень, записывает время и значение резистора
  • Обнаруживает, когда выходной контакт становится низким, записывает время
  • Если импульс закончился вычисляет C и отображает его

Чтобы отобразить число, оно сначала разбивается на цифры, а затем отображается одна за другой.Это достигается путем отправки правильного кода в регистр сдвига и активации соответствующего транзистора, чтобы позволить току течь через желаемую цифру дисплея.

Байты для чисел, определенных в начале кода, могут быть определены путем рисования цифры. Причина, по которой я выбрал эту схему нумерации, которая может показаться довольно странной, заключается в том, что это был самый простой способ соединить все провода. Я просто поставил сдвиговый регистр рядом с дисплеем и подключил соседние провода.Если у вашего дисплея другая распиновка, может быть удобно изменить схему нумерации и байты.

Для определения номинала резистора используется 2-полюсный переключатель. Один полюс переключает резистор с 10k на 1M, а другой полюс переключает с 0V на 5V соответственно. Этот логический уровень может использоваться Arduino.
Мы также зажжем светодиод во время измерения.

Триггер для таймера 555 генерируется кнопкой. Вывод удерживается в ВЫСОКОМ состоянии с помощью подтягивающего резистора, подтягивается к НИЗКОМУ при нажатии кнопки, затем снова переходит в ВЫСОКИЙ уровень.Это триггер для таймера 555, чтобы начать измерение.

Сначала попробуйте схему на макете и убедитесь, что она работает. Возможно, вам придется изменить внутренние часы, чтобы получить правильное значение. При использовании неправильной настройки МГц ваши результаты будут совершенно неверными.

Пришло время припаять все на перфокарт. Просто замените конденсатор, обозначенный знаком «???» некоторыми контактами женского разъема, поэтому легко вставлять конденсаторы. Сделать собственную печатную плату тоже вполне возможно, файл со схемой я включил в Fritzing.После этого остается только замерить конденсаторы!

Мои результаты были довольно точными, и он отлично работает. Для еще большей точности вы можете использовать внешний кристалл вместо встроенных часов микросхемы ATTINY или ATMEGA. Еще одна вещь - использование прерываний для обнаружения нарастающего и спадающего фронта, но я не мог заставить это работать на ATTINY. Если знаете, как это делается, не стесняйтесь оставлять это в комментариях!

Чтобы начать измерение, вставьте конденсатор в контакты разъема (не забудьте соблюдать полярность при измерении электролитических конденсаторов), установите диапазон измерения (с помощью 2-полюсного переключателя) и нажмите кнопку.
Наслаждайтесь самодельным измерителем емкости!

Принцип работы и его характеристики

Устройство, такое как измеритель емкости, используется для измерения емкости. Этот измеритель изобретен Эвальдом Георгом фон Клейстом (10 июня 1700 г.) и Питером Ван Мусшенбруком (16 марта 1692 г.) в 1975 году. Компоненты, используемые для расчета емкости, называются конденсаторами, которые могут использоваться почти во всех электронных устройствах для хранения электрического заряда. Конденсатор с большой емкостью будет накапливать больше заряда.Существуют различные типы измерителей емкости, которые позволяют измерять емкость непосредственно в диапазоне от 0,1 пикофарад до 20 мкФ. Единица измерения емкости - фарад, обозначаемая буквой «F». Существует несколько методов измерения емкости, но наиболее точным является мостовой метод. В этой статье обсуждается обзор измерителя емкости.

Что такое измеритель емкости?

Определение: Конденсаторы очень часто используются в основных компонентах любого электронного устройства, это пассивный двухконтактный электронный компонент, который может накапливать энергию в электрическом поле, а емкость конденсатора является емкостью.Измеритель емкости - это один из типов электронных измерительных приборов, используемых для измерения емкости конденсатора в фарадах. Существует несколько методов измерения емкости, но наиболее точным является мостовой метод.


Принцип работы измерителя емкости

При измеренной емкости для измерения прикладывается эталонное напряжение возбуждения. На рисунке ниже неизвестная емкость усиливается усилителем. Блок-схема измерителя емкости показана на рисунке ниже.

Блок-схема измерителя емкости

Блок-схема измерителя емкости (CM) состоит из усилителя, неизвестной емкости, генератора опорного напряжения, тактового сигнала, мультиплексора, усилителя заряда и генераторов, интегратора и компаратора. Усилитель заряда, генератор заряда X16 и генератор заряда X1 суммируются и передаются интегратору.

Выход интегратора подается на вход компаратора, то, что делает компаратор, означает, что он контролирует интегратор и управляет генераторами заряда X1 и X16, чтобы поддерживать выход интегратора на уровне 0 В.И генератор возбуждения, и генератор заряда X1 используют опорное напряжение.

Схема линейного измерителя емкости с использованием 555IC

Таймер IC 555 используется для генерации прямоугольных сигналов с желаемой частотой и желаемым рабочим циклом, а также используется для других целей. Два операционных усилителя, транзистор (который действует как переключатель) и делитель потенциала (три резистора, соединенные последовательно, образуют делитель потенциала). Один конец делителя потенциала обеспечивает напряжение питания, а другой конец заземлен, три сопротивления в делителе потенциала равны.

Напряжение VC подключено к конденсатору, который может периодически заряжаться или разряжаться. Один вывод конденсатора подключен к земле, а другой вывод может заряжаться или разряжаться. Внутренняя схема цепи измерителя линейной емкости таймера IC555 показана ниже.

Схема измерителя линейной емкости

Два операционных усилителя в таймере IC555 имеют две входные клеммы, выход первого операционного усилителя равен 1 (логический), когда VC больше 2/3 В, а выход второго операционного усилителя равен 1, когда VC. меньше V / 3.Два операционных усилителя подключены к триггеру SR. В триггере Q будет «1», когда VC поднимется выше 2v / 3, аналогично Q будет «0», когда VC опустится ниже v / 3.

Если VC находится между 2v / 3 и v / 3 (2v / 3> VC> v / 3), тогда значение Q не изменится, потому что выходы операционных усилителей равны нулю, когда VC находится между этими двумя значениями. . Большинство вещей, операционные усилители, делитель потенциала, транзистор, триггер SR находятся внутри таймера IC555. Графики VC и Q показаны на рисунке ниже.

графиков зарядки и разрядки

Время включения и выключения на графиках

Время зарядки: VC = V / 3 + 2V / 3 (1-e - t1 / (RA + RB) C)

Где VC - напряжение на конденсаторе

В / 3 - начальная точка

2 В / 3 - целевое приращение

Постоянная времени (τ) = (RA + RB) * C

По окончании зарядки e - t1 / (RA + RB) C = 1/2

e t1 / (RA + RB) C = 2

t1 * (RA + RB) * C = ln2

t1 * (RA + РБ) * С = 0.693

t1 = 0,693 * (RA + RB) C

Время разряда: VC = 2V / 3 e-t2 / RB * C

В момент времени t2, 2V / 3 * e-t2 / RB * C = V / 3

Тогда e-t2 / RB * C = 1/2

et2 / RB * C = 2

t2 / RB * C = ln2 = 0,693

t2 = RB * C (0,693)

Так работает таймер IC555. Основная схема измерителя емкости показана ниже. Возьмите конденсатор, зарядите его до фиксированного напряжения «V» и подключите другой конец к земле.

Базовый измеритель емкости

Когда K находится на P1, C заряжается Q = CV

Когда K находится на P2, C разряжается с Q = CV

Заряд, который проходит через измеритель каждую секунду = f * Q

Средний ток через измеритель = f * Q = f * C * V

Показание измерителя = f * C * V, когда f и V постоянны, показания измерителя линейно пропорциональны емкости конденсатора .

Мы знаем, что заряд (Q) = CV, если мы применяем фиксированное напряжение, а затем количество заряда, которое будет удерживать конденсатор, который зависит от значения емкости конденсатора.Если емкость больше, то и заряд будет больше.

Техническое обслуживание измерителя емкости

Техническое обслуживание этого измерителя:

  • Измеритель следует беречь от воды и пыли
  • Не используйте измерители при высоких температурах
  • Не используйте измерители в местах с сильным магнитным полем
  • Не используйте жидкости или моющие средства для протирания счетчиков.

Характеристики

Характеристики цифрового измерителя емкости:

  • Легкость считывания измеренных значений
  • Высокая точность
  • В условиях сильного магнитного поля также измерения возможны
  • Высоконадежный
  • Высокопрочный
  • Легкий

Цифровой измеритель емкости Технические характеристики

Технические характеристики цифрового измерителя емкости:

Дисплей: ЖК-дисплей

Диапазон: Диапазон цифрового измерителя от 0.От 1 PF до 20 мФ

Батарея: 9 вольт, время работы щелочной батареи составляет около 200 часов, а срок службы угольно-цинковой батареи составляет прибл. 100 часов

Рабочая температура: Рабочая температура цифрового CM составляет от 00C до 400C

Рабочая влажность: Рабочая влажность цифрового CM составляет 80% MAX.RH

Преимущества

Преимущества измерителя емкости

  • Аппаратные требования меньше в измерителях емкости на базе Arduino
  • Простая конструкция
  • Маленький размер
  • Меньший вес

Часто задаваемые вопросы

1).Как измеряется емкость?

Большинство электронных устройств содержат конденсатор для хранения электрической энергии. Накопительная способность конденсатора известна как емкость, которая измеряется в Фарадах (Ф).

2). Какой лучший тестер конденсаторов?

Одним из лучших тестеров конденсаторов является Honeytek A6013L, его диапазон составляет от 200 пикофарад до 20 мкФ.

3). Какой прибор измеряет емкость?

Измеритель LCR - это один из типов электронных измерительных приборов, используемых для измерения емкости электронных компонентов.

4). Чему равна емкость?

Емкость равна отношению заряда и напряжения. Это выражается как C = Q / V.

  • Где C - емкость
  • Q - накопленный заряд, измеренный в кулонах (C)
  • V - напряжение на конденсаторе, измеренное в вольтах (В)

5). Что такое емкость Q?

Отношение реактивного сопротивления конденсатора (XC) к эффективному сопротивлению (R) определяется как емкость добротности или емкость Q.Выражается как Q = XC / R.

В этой статье обсуждается обзор измерителя емкости, измерителя линейной емкости с использованием таймера IC555, особенности, преимущества, характеристики и обслуживание этого измерителя. Вот вам вопрос, в чем разница между конденсатором и емкостью?

Как измерить и сообщить о емкости двойных электрохимических слоев, суперконденсаторов и их электродных материалов

  • 1.

    Zhi M, Xiang C, Li J, Li M, Wu N (2013) Наноструктурированные композитные электроды на основе оксида углерода и металла для суперконденсаторы: обзор.Наноразмер 5 (1): 72–88

    CAS Google Scholar

  • 2.

    Липпманн G (1875) Отношения между электрическими феноменами и капиллярами. Энн Чим Физ 5: 494–549

    Google Scholar

  • 3.

    см. Также: Bockris JO’M, Reddy AKN, Gamboa-Aldeco M (2000) Modern electrochemistry, vol. 2А. Kluwer-Plenum, New York, p 858, 875

  • 4.

    Perrin JB (1903) Traité de chimie Physique.Принципы

  • 5.

    Штерн О. (1924) Теория двойного электролитического слоя. Z Elektrochem 30: 508–516

    CAS Google Scholar

  • 6.

    Gouy G (1909) Создание электрического заряда на поверхности электролита. CR Acad Sci 149: 654–657

    CAS Google Scholar

  • 7.

    Gouy G (1906) Sur la fonction électrocapillaire III. Энн Чим Физ 9: 75–139

    Google Scholar

  • 8.

    Gouy G (1910) О строении электрического заряда на поверхности электролита (О строении электрического заряда на поверхности электролита). J Phys 9: 457–468

    CAS Google Scholar

  • 9.

    Чепмен Д.Л. (1913) Вклад теории капиллярности. Philos Mag 25: 475–481

    Google Scholar

  • 10.

    de Levie R (2000) Что в имени? J Chem Educ 77 (5): 610–612

    Google Scholar

  • 11.

    Helmholtz HLF (1879) Studien über electrische Grenzschichten (Исследования электрических пограничных слоев). Wied Ann 7: 337–382

    Google Scholar

  • 12.

    Grahame DC (1947) Двойной электрический слой и теория электрокапиллярности. Chem Rev 41 (3): 441–501

    CAS PubMed Google Scholar

  • 13.

    Электрохимический двойной слой, Proceedings volume 97-17 (1997) (C.Корзеневский, Б. Conway Eds.) The Electrochemical Society, Inc., Pennington

  • 14.

    Schmickler W (2020) Теория двойного слоя. J Solid State Electrochem. https://doi.org/10.1007/s10008-020-04597-z

  • 15.

    Базант М.З., Торнтон К., Аждари А. (2004) Динамика диффузного заряда в электрохимических системах. Phys Rev B 70 (2): 021506

    . Google Scholar

  • 16.

    Ян Х, Бо Зи, Шуай Х, Ян Дж, Цен К. (2019) Влияние смачиваемости на динамику заряда электрических двухслойных конденсаторов.Acta Phys -Chim Sin 35 (2): 200–207

    CAS Google Scholar

  • 17.

    Xie X, Holze R Кинетические данные электрода: геометрическая и реальная площадь поверхности, представлено

  • 18.

    Leiva E, Schmickler W (1986) Новые теории двойного электрического слоя в растворе металл / электролит интерфейс. Proc Indian Acad Sci Chem Sci 97: 267–296

    CAS Google Scholar

  • 19.

    Парсонс Р. (1990) Двойной электрический слой: последние экспериментальные и теоретические разработки. Chem Rev 90 (5): 813–826

    CAS Google Scholar

  • 20.

    Конвей Б.Е., Бирсс В., Войтович Дж. (1997) Роль и использование псевдоемкости для хранения энергии суперконденсаторами. Источники питания J 66 (1-2): 1–14

    CAS Google Scholar

  • 21.

    Мойнихан Дж. Д. (1982) Теория, конструкция и применение электролитических конденсаторов

  • 22.

    Thiesbürger KH (1991) Der Elektrolyt-Kondensator, 4-е изд. Roederstein, Ландсхут

    Google Scholar

  • 23.

    Becker HI, патент США US2800616, 23.07.1957

  • 24.

    Rightmire RA, патент США US3288641, 29.11.1966

  • 25.

    Currie JC DiFranco LF, Bennett PD (1988) Патент US4730239, 08.03.1988

  • 26.

    Wang W, Guo S, Lee I, Ahmed K, Zhong J, Favors Z, Zaera F, Ozkan M, Ozkan CS (2014) Наночастицы водного оксида рутения, прикрепленные к графену и углероду Гибридная пена нанотрубок для суперконденсаторов.Научный доклад 4: 4452

    PubMed PubMed Central Google Scholar

  • 27.

    Holze R (2017) От пиков тока до волн и емкостных токов - об источниках поведения конденсаторных электродов. J Solid State Electrochem 21 (9): 2601–2607

    CAS Google Scholar

  • 28.

    Рагойша Г.А., Анискевич Ю.М. (н.о.) Ложная емкость суперконденсаторов. arXiv1604.08154v1

  • 29.

    Бард А.Дж., Фолкнер Л.Р. (2001) Электрохимические методы, 2-е изд. Уайли, Нью-Йорк

    Google Scholar

  • 30.

    Пламбек Дж. А. (1982) Электроаналитическая химия. Уайли, Нью-Йорк

    Google Scholar

  • 31.

    Ван Дж. (2006) Аналитическая электрохимия. WILEY-VCH, Хобокен

    Google Scholar

  • 32.

    Аноним (2011) Autolab Application Note SC01, 01.07.2011

  • 33.

    Ardizzone S, Fregonara G, Trasatti S (1990) «Внутренняя» и «внешняя» активная поверхность электродов RuO 2 . Electrochim Acta 35 (1): 263–269

    CAS Google Scholar

  • 34.

    Vogt H (1994) Примечание о методе взаимосвязи внутренних и внешних электродных поверхностей. Electrochim Acta 39 (13): 1981–1983

    CAS Google Scholar

  • 35.

    Baronetto D, Krstajic N, Trasatti S (1994) Ответ на «Замечание о методе взаимосвязи внутренних и внешних областей электродов» Х.Vogt. Electrochim Acta 39 (16): 2359–2362

    CAS Google Scholar

  • 36.

    Аноним (2017) Техническая записка PS-5502 Eaton, Cleveland

  • 37.

    Кундерт К. (2007) Моделирование диэлектрической абсорбции в конденсаторах. www.designers-guide.org, дата обращения 25.04.2020

  • 38.

    Pease RA (1982) Понимание выдержки конденсатора для оптимизации аналоговых систем. EDN 13.10.1982: 125-129; также на www.national.com/rap. По состоянию на 25 апреля 2020 г.

  • 39.

    Кришнан С.Г., Харилал М., Пал Б., Миснон II, Каруппиа С., Янг С.К., Хосе Р. (2017) J Electroanal Chem 805: 126–132

    CAS Google Scholar

  • 40.

    Гогоци Ю., Саймон П. (2001) Метрики истинной производительности в электрохимическом накоплении энергии. Наука 334: 917–918

    Google Scholar

  • 41.

    Jorne J (2018) Рейтинг аккумуляторов C: вводящая в заблуждение концепция Поток C, а не коэффициент C.Интерфейс 27 (2): 42–43

    CAS Google Scholar

  • 42.

    Ge Y, Liu Z, Wu Y, Holze R (2020) Об использовании материалов электродов суперконденсаторов. Представлено Electrochim Acta

  • 43.

    Stoller MD, Ruoff RS (2010) Лучшие практические методы определения характеристик материала электродов для ультраконденсаторов. Energy Environ Sci 3 (9): 1294–1301

    CAS Google Scholar

  • 44.

    Lämmel C, Schneider M, Weiser M, Michaelis A (2013) Исследования материалов электрохимических конденсаторов с двойным слоем (EDLC) - сравнение методов испытаний. Mater Werkst 44 (7): 641–649

    Google Scholar

  • 45.

    Zhang S, Pan N (2015) Оценка характеристик суперконденсаторов. Adv Energy Mater 5 (6): 1401401

    Google Scholar

  • 46.

    Balducci A, Belanger D, Brousse T, Long JW, Sugimoto W. (2017) Руководство по составлению отчетов о показателях производительности электрохимических конденсаторов: от электродных материалов до полноценных устройств.J Electrochem Soc 164 (7): A1487 – A1488

    CAS Google Scholar

  • 47.

    Рата С., Самантара А.К. (2018) Суперконденсатор: КИП, методы измерения и оценки рабочих характеристик. Springer, Singapore

  • 48.

    Kampouris DK, Ji X, Randviir EP, Banks CE (2015) Новый подход к улучшенной интерпретации измерений емкости материалов, используемых в накоплении энергии. RSC Adv 5 (17): 12782–12791

    CAS Google Scholar

  • 49.

    Vielstich W, Schmickler W (1976) Elektrochemie II: Kinetik elektrochemischer Systeme (R. Haase Ed.). Steinkopff, Darmstadt

  • 50.

    Gileadi E, Kirowa-Eisner E, Penciner J (1975) Interfacial Electrochemistry. Addison Wesley, London

  • 51.

    Holze R, Schneider J, Hamann CH (1988) Eine neue Methode zur Untersuchung der Elektrosorption reaktiver Verbindungen. Ber Bunsenges Phys Chem 92 (11): 1319–1325

    CAS Google Scholar

  • 52.

    Doss KSG, Kalyanasundaram A (1952) Влияние поверхностно-активных веществ на емкость двойного электрического слоя. Proc Indian Acad Sci 35A: 27–33

    CAS Google Scholar

  • 53.

    Брейер Б., Хакобиан С. (1952) Тензамметрия: метод исследования поверхностных явлений с помощью измерений переменного тока. Aust J Sci Res Ser A 5: 500–520

    Google Scholar

  • 54.

    Holze R (2007) Landolt-Börnstein: Числовые данные и функциональные взаимосвязи в науке и технике, Новая серия, Группа IV: Физическая химия, Том 9: Электрохимия, Подтом A: Электрохимическая термодинамика и кинетика, Martienssen W, Lechner MD, Eds., Springer, Berlin

  • 55.

    Jehring H (1975) Elektrosorptionsanalyse mit der Wechselstrompolarographie. Akademie-Verlag, Берлин

    Google Scholar

  • 56.

    Burke LD, Murphy OJ (1979) Циклическая вольтамперометрия как метод определения площади поверхности электродов RuO 2 . J Electroanal Chem 96 (1): 19–27

    CAS Google Scholar

  • 57.

    Hu CC, Chang KH, Lin MC, Wu YT (2006) Разработка и адаптация нанотрубчатой ​​массивной архитектуры водного RuO 2 для суперконденсаторов следующего поколения. Nano Lett 6 (12): 2690–2695

    CAS PubMed Google Scholar

  • 58.

    Ван Дж., Полле Дж., Лим Дж., Данн Б. (2007) Псевдоемкостные вклады в электрохимическое накопление энергии в наночастицах TiO 2 (анатаз). J Phys Chem C 111 (40): 14925–14931

    CAS Google Scholar

  • 59.

    Сатия М., Пракаш А.С., Рамеша К., Тараскон Дж. М., Шукла А.К. (2011) V 2 O 5 Углеродные нанотрубки с заякорением для улучшенного хранения электрохимической энергии. J Am Chem Soc 133 (40): 16291–16299

    CAS PubMed Google Scholar

  • 60.

    Ghosh A, Ra EJ, Jin M, Jeong HK, Kim TH, Biswas C, Lee YH (2011) Высокая псевдоемкость из ультратонкого V 2 O 5 пленок, электроосажденных на автономном углеродном нановолокне бумага.Adv Funct Mater 21 (13): 2541–2547

    CAS Google Scholar

  • 61.

    Августин В., Ком Дж., Лоу М.А., Ким Дж. В., Таберна П.Л., Толберт С.Х., Абрунья HD, Саймон П., Данн Б. (2013) Высокоскоростное электрохимическое накопление энергии за счет интеркаляционной псевдоемкости Li + . Nat Mater 12: 518–522

    CAS PubMed Google Scholar

  • 62.

    Lindström H, Södergren S, Solbrand A, Rensmo H, Hjelm J, Hagfeldt A, Lindquist SE (1997) Вставка ионов Li + в TiO2 (анатаз).2. Вольтамперометрия на нанопористых пленках. J Phys Chem B 101 (39): 7717–7722

    Google Scholar

  • 63.

    Sun HT, Mei L, Liang JF, Zhao ZP, Lee C, Fei HL, Ding MN, Lau J, Li MF, Wang C, Xu X, Hao GL, Papandrea B, Shakir I, Dunn B , Huang Y, Duan XF (2017) Трехмерные композитные архитектуры дырчатого графена / ниобии для сверхвысокого энергопотребления. Science 356 (6338): 599–604

    CAS PubMed Google Scholar

  • 64.

    Августин В., Саймон П., Данн Б. (2014) Псевдоемкостные оксидные материалы для высокоскоростного электрохимического накопления энергии. Energy Environ Sci 7 (5): 1597–1614

    CAS Google Scholar

  • 65.

    Chen X, Lv LP, Sun W, Hu Y, Tao X, Wang Y (2018) Ультрамалые наночастицы MoC, встроенные в трехмерные каркасы из пористого углерода, легированного азотом, в качестве анодных материалов для эффективного хранения лития с псевдоемкостью. J Mater Chem A 6 (28): 13705–13716

    CAS Google Scholar

  • 66.

    Hou BH, Wang YY, Liu DS, Gu ZY, Feng X, Fan H, Zhang T, Changli L, Wu XL (2018) N-легированный никель с углеродным покрытием 1,8 Co 1,2 Se 4 Инкапсулированные наноагрегаты в углеродных нанобоксах, легированных азотом, в качестве усовершенствованного анода с выдающимися характеристиками при высоких скоростях и низких температурах для натрий-ионных полу / полностью заряженных аккумуляторов. Adv Funct Mater 28: 1805444

    Google Scholar

  • 67.

    Hu X, Peng Q, Zeng T, Shang B, Jiao X, Xi G (2019) Рекламная роль нано-TiO 2 для гранатоподобного SnS 2 сферы @C для увеличения накопления ионов натрия .Chem Eng J 363: 213–223

    CAS Google Scholar

  • 68.

    Fang G, Wu Z, Zhou J, Zhu C, Cao X, Lin T, Chen Y, Wang C, Pan A, Liang S (2018) Наблюдение псевдемкостного эффекта и быстрой диффузии ионов в биметаллических сульфидах как усовершенствованный анод натрий-ионной батареи. Adv Energy Mater 8 (19): 1703155

    Google Scholar

  • 69.

    Lou S, Cheng X, Gao J, Li Q, Wang L, Cao Y, Ma Y, Zuo P, Gao Y, Du C, Huo H, Yin G (2018) Псевдокемкостный Li + интеркаляция в пористом Ti 2 Nb 10 O 29 наносфер обеспечивает сверхбыстрое хранение лития.Материал по хранению энергии 11: 57–66

    Google Scholar

  • 70.

    Opitz M, Yue J, Wallauer J, Smarsly B, Roling B (2015) Механизмы накопления заряда в наночастицах TiO 2 и Li 4 Ti 5 O 12 анодов: новые идеи из зависящей от частоты сканирования циклической вольтамперометрии. Electrochim Acta 168: 125–132

    CAS Google Scholar

  • 71.

    Ван Х., Пилон Л. (2012) Физическая интерпретация циклической вольтамперометрии для измерения емкости двойного электрического слоя.Electrochim Acta 64: 130–139

    CAS Google Scholar

  • 72.

    Brousse T, Belanger D, Long JW (2015) Быть или не быть псевдоемкостным? J Electrochem Soc 162 (5): A5185 – A5189

    CAS Google Scholar

  • 73.

    Саймон П., Гогоци И., Данн Б. (2014) Где заканчиваются батареи и начинаются суперконденсаторы? Наука 343 (6176): 1210–2111

    CAS PubMed Google Scholar

  • 74.

    Dubal DP, Wu Y, Holze R (2016) Суперконденсаторы: от лейденской банки до электрических автобусов. ChemTexts 2:13

    Google Scholar

  • 75.

    Fu L, Qu Q, Holze R, Кондратьев В.В., Wu Y (2019) Композиты оксидов металлов и собственно проводящих полимеров в качестве электродных материалов суперконденсатора: лучшее из обоих миров? J Mater Chem A 7 (25): 14937–14970

    CAS Google Scholar

  • 76.

    Оразем М.Е., Триболлет Б (2017) Спектроскопия электрохимического импеданса, 2-е изд. Уайли, Хобокен

    Google Scholar

  • 77.

    Lasia A (2014) Электрохимическая импедансная спектроскопия и ее приложения. Спрингер, Нью-Йорк

    Google Scholar

  • 78.

    Yuan XZ, Song C, Wang H, Zhang J (2010) Электрохимическая импедансная спектроскопия в топливных элементах PEM. Спрингер, Лондон

    Google Scholar

  • 79.

    Мей Б.А., Мунтешари О., Лау Дж., Данн Б., Пилон Л. (2018) Физическая интерпретация графиков Найквиста для электродов и устройств EDLC. J Phys Chem C 122 (1): 194–206

    CAS Google Scholar

  • 80.

    Holze R (1983) Impedanzmessungen an porösen Elektroden; Кандидатская диссертация; Universität Bonn

  • 81.

    Holze R (1994) Измерение импеданса электродов: универсальный инструмент для электрохимиков. Bull Electrochem 10: 56–67

    CAS Google Scholar

  • 82.

    Fu L, Qu Q, Holze R, Wu Y (2019) Комментарий о необходимости различать импеданс ячейки и электрода. J Solid State Electrochem 23 (3): 717–724

    CAS Google Scholar

  • 83.

    Li Z, Yao Y, Zheng Y, Gao T, Liu Z, Zhou G (2018) Изготовление микросфер Core-Shell Fe3O4 @ C @ MnO2 и их применение в суперконденсаторах. J Electrochem Soc 165 (2): E58 – E63

    CAS Google Scholar

  • 84.

    Ван Х., Пилон Л. (2012) Внутренние ограничения измерений импеданса при определении емкости двойного электрического слоя. Electrochim Acta 63: 55–63

    CAS Google Scholar

  • 85.

    Roling B, Drüschler M (2012) Комментарии на «Внутренние ограничения измерений импеданса при определении емкости двойного электрического слоя» Х. Ванга и Л. Пилона [Electrochim. Acta 63 (2012) 55]. Electrochim Acta 76: 526–528

    CAS Google Scholar

  • 86.

    Ван Х., Пилон Л. (2012) Ответ на комментарии Х. Ванга, Л. Пилона «Внутренние ограничения измерений импеданса при определении емкости двойного электрического слоя» [Electrochimica Acta 63 (2012) 55]. Electrochim Acta 76: 529–531

    CAS Google Scholar

  • 87.

    Седлакова В., Сикула Дж., Мазнер Дж., Седлак П., Купаровц Т., Бюрглер Б., Васина П. (2015) Модель эквивалентной электрической схемы суперконденсатора, основанная на перераспределении зарядов путем диффузии.J Power Sources 286: 58–65

    CAS Google Scholar

  • 88.

    Burke A, Miller M (2010) Тестирование электрохимических конденсаторов: емкость, сопротивление, плотность энергии и мощность. Electrochim Acta 55 (25): 7538–7548

    CAS Google Scholar

  • 89.

    Zhang L, Wang Z, Hu X, Dorrell DG (2015) Экспериментальное исследование характеристик импеданса ультраконденсатора.Энергетическая процедура 75: 1888–1894

    Google Scholar

  • 90.

    DIN EN 62391-1: 2016-09

  • 91.

    Анонимный (2015) Примечание по применению Ред. 2.0 27.04.2015 Gamry Instruments, Inc

  • 92.

    ELV-Journal 13 / 1982 г., https://www.elv.de/controller.aspx?cid=726&rol_id=4&spr_id=1&detail=0&detail2=2&PAGE=12&SORT=&search=&filter_anfangsbuchstabe=d&filter_jahr=&filter_ausgabe.Проверено 02 апреля 2020 г.

  • 93.

    Карден Э, Буллер С., Де Донкер Р. В. (2002) Подход в частотной области к динамическому моделированию электрохимических источников энергии. ElectrochimActa 47 (13-14): 2347–2356

    CAS Google Scholar

  • 94.

    Stoller MD, Stoller SA, Quarles N, Suk JW, Murali S, Zhu Y, Zhu X, Ruoff RS (2011) Использование плоских ячеек для испытания материала электродов ультраконденсатора. J Appl Electrochem 41 (6): 681–686

    CAS Google Scholar

  • 95.

    Hu CC, Tsou TW (2002) Идеальное емкостное поведение водного оксида марганца, полученного анодным осаждением. Electrochem Commun 4 (2): 105–109

    CAS Google Scholar

  • 96.

    Winkler S, Holze R, неопубликованные результаты

  • 97.

    Randles JEB (1947) Кинетика быстрых электродных реакций. Фарадей Обсудить 1: 11–19

    Google Scholar

  • 98.

    Fletcher S, Black VJ, Kirkpatrick I (2014) Универсальная эквивалентная схема для суперконденсаторов на основе углерода.J Solid State Electrochem 18 (5): 1377–1387

    CAS Google Scholar

  • 99.

    Sakthivel M, Sukanya R, Chen SM, Pandi K, Ho KC (2019) Синтез и характеристика биметаллических никель-кобальтовых халькогенидов (NiCoSe 2 , NiCo 2 S 4 и NiCo 2 O 4 ) для неферментативного сенсора перекиси водорода и накопителя энергии: Зависимость электрохимических свойств от состава металл-халькоген.Renew Energy 138: 139–151

    CAS Google Scholar

  • 100.

    Йович В.Д. Определение правильного значения C дл по результатам импеданса, полученным с помощью имеющегося в продаже программного обеспечения. https://www.gamry.com/assets/Application-Notes/Determination-of-Double-Layer-Capacitance-from-a-CPE.pdf; см. также: https://www.gamry.com/application-notes/EIS/correct-value-of-cdl/. По состоянию на 02 апреля 2020 г.

  • 101.

    Holze R, Vielstich W (1984) Измерение емкости двойного слоя как метод определения характеристик пористых электродов топливных элементов. Electrochim Acta 29 (5): 607–610

    CAS Google Scholar

  • 102.

    Мей Б.А., Лау Дж., Лин Т., Толберт С.Х., Данн Б.С., Пилон Л. (2018) Физические интерпретации спектроскопии электрохимического импеданса окислительно-восстановительных активных электродов для накопления электрической энергии. J Phys Chem C 122 (43): 24499–24511

    CAS Google Scholar

  • 103.

    Holze R, Wu YP (2014) Электропроводящие полимеры в электрохимической энергетической технологии: тенденции и прогресс. Electrochim Acta 122: 93–107

    CAS Google Scholar

  • 104.

    Bandeira MCE, Holze R (2006) Измерения импеданса на тонких полианилиновых пленках - влияние морфологии пленки. Microchim Acta 156 (1-2): 125–131

    CAS Google Scholar

  • 105.

    Йович В.Д., Йович Б.М. (2003) Измерения EIS и дифференциальной емкости на гранях монокристалла в различных растворах: Часть I - Ag (111) в 0,01 М NaCl. J Electroanal Chem 541: 1–11

    Google Scholar

  • 106.

    Holze R, Vielstich W (1984) Кинетика восстановления кислорода на пористых электродах топливных элементов с тефлоновой связью. J Electrochem Soc 131 (10): 2298–2303

    CAS Google Scholar

  • Использование аналоговых методов для измерения емкости емкостных датчиков

    Загрузите эту статью в формате.Формат PDF

    Емкостные датчики используются в широком спектре оборудования, от бытовой электроники до промышленного / управления процессами. Сенсорные кнопки все чаще встречаются в лампах и диммерах. Датчики движения могут обнаруживать незначительные изменения отклонения. Гигрометры показывают изменения влажности. Датчики давления и акселерометры переходят на емкостные измерения. А емкостные датчики перемещения можно найти даже в дисковых накопителях.

    Эти датчики выдают выходной сигнал: емкость.Измерение этой емкости по своей сути является аналоговой задачей, которая может быть очень сложной. Часто эти датчики доставляют инженерам больше всего проблем при взаимодействии с микроконтроллерами. В то время как некоторые микроконтроллеры предлагают встроенные простые процедуры для емкостных сенсорных кнопок, их измерения являются относительно грубыми и предназначены для измерения изменения емкости - полезно для обнаружения пальца, помещенного на датчик касания, но не для промышленного измерения и измерения смещения, требующего абсолютной точности.

    Емкостные датчики

    В качестве конкретного примера емкостного датчика рассмотрим емкостной датчик относительной влажности (RH).В этом типе датчика диэлектрический материал предназначен для поглощения водяного пара из внешней среды при воздействии на него. Электрическая емкость увеличивается по мере того, как диэлектрик поглощает воду, так как коэффициент диэлектрической проницаемости увеличивается с увеличением влажности, что является прямым показателем относительной влажности. Чистый диэлектрический коэффициент также чувствителен к колебаниям температуры, поэтому расчет влажности включает в себя как измерение емкости, так и температуры.

    Датчики влажности

    демонстрируют относительно небольшое изменение емкости во всем диапазоне выходных сигналов.Изменение емкости от 40 до 50 пФ при относительной влажности от 0 до 100% при относительной влажности 0% (C0RH) от 100 до 200 пФ не является редкостью. Типичный датчик с абсолютной точностью 3% (с повторяемостью 1%) соответствует требованию разрешения 1,5 пФ.

    Некоторые емкостные датчики измеряют смещение. В своей простейшей форме эти датчики состоят из прецизионных металлических пластин, расположенных в непосредственной близости, и между ними поддерживается электрическое поле. Результирующая выходная емкость (обычно небольшая, в диапазоне 10 пФ) во многом зависит от геометрии этих датчиков.

    Таймер приближается

    Наиболее распространенный подход к измерению емкостных датчиков заключается в простом использовании схемы аналогового таймера для генерации частоты, обратно пропорциональной емкости, а затем использовании микроконтроллера для подсчета импульсов в течение заданного периода для вычисления частоты (Рис. 1) . Таким образом, нет необходимости в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) или компараторе в микроконтроллере. Основное уравнение, связывающее измеренный конденсатор C и частоту F:

    F = 1 / (С * (R1 + 2 * R2) * ln2)

    % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e6f6d5f267ee20c3c7" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 74666 Fig1 Sm "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/11/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_74666_fig1_sm.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" 1.]} значение
    Digit% Емкостной цензор часто включает в себя генерацию частоты, которая обратно пропорциональна емкости, и подсчет импульсов за фиксированный период для определения частоты.

    Нестабильные таймеры, такие как классический 555, работают путем зарядки и разрядки конденсатора.Напряжение конденсатора запускает циклы заряда и разряда, когда оно проходит через нижний и верхний порог. Несмотря на спецификации, рекламирующие работу на частотах выше 1 МГц, типичные КМОП 555 «любят» работать в диапазоне от 5 до 10 кГц для максимальной точности (рис. 2) .

    % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e6f6d5f267ee20c3c9" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 74666 Рис2 "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/11/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_74666_fig2.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" "]}%
    2. ) иллюстрирует пассивный и активный методы компенсации: C X = 4 пФ. Для активного экрана удаленно расположенный конденсатор подключается к таймеру через 12 дюймов экранированного кабеля RG316 (29,4 пФ / фут). На графиках показаны результаты измерений. для условий без компенсации, пассивной компенсации и активного экрана.

    В таблице показаны некоторые основные ограничения для этих схем. Ошибка A, первая, показывает, что на выводах TH и TR имеется несколько пикофарад входной емкости. Поскольку это точка подключения измеряемого конденсатора, эта паразитная емкость (вместе с паразитной емкостью, показанной в строке F таблицы) ошибочно прибавляется к измеренному значению конденсатора. Для измерений емкости выше 100 пФ это можно учесть путем определения характеристик и последующего учета при получении значения емкости.(Для более низких значений емкости см. Обсуждение ниже.)

    % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e6f6d5f267ee20c3cb" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Electronicdesign Com Сайты Электронный дизайн com Файлы 74666 Таблица "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/11/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_74666_table.png&wit=max=format 1440 "data-embed-caption =" "]}%

    Задержки синхронизации компаратора и конечное сопротивление полевого транзистора разряда (B и C, соответственно) устанавливают верхнюю границу частоты для работы.Значительно ниже этих скоростей возникают ошибки из-за изменчивости этих параметров, что затрудняет их калибровку. Например, существует сильная температурная зависимость для открытого сопротивления разрядного полевого транзистора и зависимость V DD для задержки компаратора.

    Измерение значений низкой емкости

    Для измерения меньших значений емкости влияние входной емкости выводов TH и TR можно компенсировать (вычесть электронным способом). Два метода включают пассивную и активную компенсацию.

    Пассивная компенсация включает в себя подключение компенсационных конденсаторов для создания накачки заряда, чтобы нейтрализовать влияние входной емкости вывода. Вывод Q (выходной) качается на более высоком уровне, чем линейное изменение напряжения на конденсаторе, поэтому связывание конденсатора между Q и TH и TR эффективно переносит чистые кулоны в измеряемый конденсатор. Поскольку C и Q обратно пропорциональны, это равно отрицательной емкости, как видно из расчета общего заряда Q, накопленного на измеренном конденсаторе C за данный цикл зарядки:

    • Без компенсации:

    Q = C * 1/3 * V CC

    • С компенсацией:

    Q = (C + Cx) * 1/3 * V CC - C X * V CC

    Q = (C -2 * Cx) * 1/3 * V CC

    Итак, для первого порядка емкость 2 * CX вычитается из C (при условии, что C X

    ) На измерительном конденсаторе будет наблюдаться скачок напряжения в результате переноса заряда.Это не влияет отрицательно на работу таймера. Он просто показывает добавленный и вычитаемый заряд, чтобы компенсировать добавленную паразитную емкость вывода. Поскольку емкость при постоянном токе также влияет на выход, туда также добавляется небольшой конденсатор.

    Выбор C X = 4 пФ был признан эмпирически приемлемым. Второй конденсатор, C Y (не показан), также был добавлен для компенсации входной емкости при постоянном токе.

    Активная компенсация требует наличия операционного усилителя и может дать более точную регулируемую компенсацию.Выход операционного усилителя подключен к компенсационному конденсатору C X , управляя им согласованно с линейным нарастанием напряжения конденсатора. (Обязательно используйте стабильный операционный усилитель, управляющий этой емкостью!) Изменяя коэффициент усиления G операционного усилителя и, следовательно, амплитуду линейного изменения, вы можете изменять величину компенсационной емкости для вычитания в соответствии с:

    C экв = C - C X (G - 1)

    В качестве альтернативы может быть реализован «гибрид» пассивной и активной компенсации, который экономит стоимость операционного усилителя, сохраняя при этом возможность регулировки.Можно использовать компаратор переменной амплитуды с регулировкой амплитуды прямоугольной волны, производимой путем регулировки напряжения линейного регулятора.

    Дистанционное зондирование

    Иногда невозможно совместить датчик и измерительную электронику. Измеряемую емкость можно разместить на некотором расстоянии от измерительной электроники. Но неизвестные емкости относительно земли вдоль проводного пути конденсатора будут складываться и вычитаться из измеренного значения емкости в этом случае, особенно если он подключен по кабелю.

    Импедансы, управляющие конденсатором, обычно высоки (> 500 кОм), а длинные провода могут воспринимать электрические поля и вызывать паразитные напряжения (особенно от сети переменного тока 60 Гц). Экранирование кабеля может помочь, но это, естественно, создает дополнительные емкости, которые варьируются в зависимости от длины кабеля, что увеличивает ошибки измерения емкости.

    Решением является активный экран, управляемый операционным усилителем, чтобы динамически подавать на экран то же напряжение, что и напряжение конденсатора, обнуляя емкость от экрана к напряжению конденсатора.Это решение с удаленным конденсатором по существу требует трех подключений: экрана, напряжения конденсатора и отдельного проводного заземления. Принцип аналогичен активной компенсации емкости вывода, описанной ранее. Экран также может управляться с коэффициентом усиления, немного превышающим 1, чтобы дополнительно компенсировать емкость вывода, хотя выбранный коэффициент усиления обязательно нужно будет изменить с другой длиной кабеля (рис. 3).

    % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e6f6d5f267ee20c3cd" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 74666 Рис3 "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/11/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_74666_fig3.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" "]}%
    Touchstone Semiconductor для таймера TSMICO3. IC - это устройство типа 555, работающее при напряжении до 2 В.

    ИС усовершенствованного таймера Touchstone TS3002 оптимизирована для использования с небольшим конденсатором синхронизации (рис. 4).

    % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e6f6d5f267ee20c3cf" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 74666 Рис4 "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/11/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_74666_fig4.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" "другие подходы, такие как
    схема балансировки заряда (а) и упрощенный емкостной мост (б) позволяют измерять емкость быстрее.

    Скорость и точность измерения

    Скорость измерения этих систем преобразования емкости в частоту определяется временем, которое требуется для подсчета количества тактов, соответствующих значению емкости.Точность до первого порядка определяется количеством подсчитанных циклов. Поскольку емкость обратно пропорциональна частоте при фиксированном времени измерения, схемы, естественно, обеспечивают самое высокое разрешение по битам для самых низких значений емкости в заданном диапазоне. Это не обязательно желаемый результат, поскольку самые низкие значения емкости будут иметь самые высокие аналоговые ошибки.

    В качестве альтернативы, использование быстрых часов микроконтроллера для определения периода таймера обеспечивает более высокое разрешение для более высоких значений емкости.(Системные часы с частотой 24 МГц могут разрешить 14-битное значение для 1 кГц в диапазоне 1 нФ.) В некоторых микроконтроллерах эти высокочастотные тактовые импульсы работают с большей точностью, чем низкочастотные тактовые импульсы.

    Шум при измерении, вероятно, будет определять время измерения и длину усреднения. Частотный шум в таймерах в основном возникает из-за временного дрожания компаратора. Этот джиттер увеличивается в процентах с уменьшением частоты периода, делая измерения емкости малых конденсаторов более шумными.

    Подходит быстрее

    Стоит упомянуть еще несколько подходов, некоторые из которых дают более быстрые результаты (рис. 5).

    % {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e6f6d5f267ee20c3d1" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Www Electronicdesign Com Сайты Electronicdesign com Файлы 74666 Fig5 "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2012/11/www_electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_74666_fig5.png? auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%
    5. В этой схеме измерения конденсатора на основе ОУ операционный усилитель работает нестабильно, вызывая гистерезис компаратор для переключения полярности на двух порогах. Как и схема таймера, эта схема предлагает очень простую взаимосвязь между C и F: F = 34 * R1 * C.

    В схеме балансировки заряда эталонный конденсатор заряжается до известного напряжения, а затем разряжается через измеряемый конденсатор.Помимо проблемы предоставления эталонного конденсатора, у этого метода есть две основные проблемы.

    Во-первых, коммутатор сам вводит заряд в цепь, влияя на результат. Даже самые лучшие аналоговые переключатели демонстрируют инжекцию заряда не менее 1 пКл, что ограничивает схему более высокими измеренными значениями конденсатора. Во-вторых, буферный операционный усилитель должен иметь чрезвычайно низкую утечку. При измерении конденсатора 1 нФ утечка 10 нА снижает напряжение на измерительном конденсаторе на 1 мВ в течение 100 мкс.

    Методы емкостного моста включают в себя введение известной частоты возбуждения в емкостной мост (часто просто сеть R-C) и сравнение полученного отклика с эталонным трактом. Настоящая мостовая схема включает в себя два RC-плеча в мосту со схемой обнуления с использованием регулируемых конденсаторов.

    Опорный тракт здесь представляет собой простой резистивный делитель и служит эталоном для логометрического измерения АЦП, считающегося более практичным методом. Схема требует быстрого АЦП для преобразования амплитуды цепи R-C и вывода измеренного значения конденсатора.АЦП должен быть быстрым, и при измерении может потребоваться некоторая обработка сигнала. Также необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы ограничить нагрузку (емкостную и резистивную) на измеряемом конденсаторе.

    Методы интегратора операционного усилителя

    Схема измерения конденсатора на основе интегратора операционного усилителя пропускает точные токи в конденсатор, определяя емкость путем оценки времени интегрирования. Прецизионный резистор (требуется хороший абсолютный допуск), операционный усилитель и, возможно, компаратор (для превращения интегратора в нестабильный генератор) требуются для генерации измерительного тока для питания конденсатора.Однако некоторые преимущества могут перевесить дополнительные компоненты по сравнению с системами на основе таймера.

    Схема по существу управляет одной стороной конденсатора, сохраняя виртуальное заземление на другой стороне. У виртуальной земли двоякие. Во-первых, емкость входного контакта операционного усилителя больше не влияет на измерения, поскольку этот узел остается на земле. Во-вторых, конденсатор теперь можно измерять дистанционно без активно управляемого экрана (экран может оставаться под потенциалом земли), что устраняет необходимость в операционном усилителе, способном следовать линейному нарастанию таймера и управлять высокой емкостью .

    На рисунке 5 показан пример схемы для этого подхода с использованием операционного усилителя и компаратора. Здесь операционный усилитель работает нестабильно, запуская гистерезисный компаратор для переключения полярности на двух порогах. Как и схема таймера, эта схема предлагает очень простую взаимосвязь между C и F:

    F = 34 * R1 * C

    Здесь используется «наномощный» операционный усилитель / компаратор / эталонная ИС Touchstone TS12011, поскольку он предлагает как компаратор, так и операционный усилитель в одном корпусе.Кроме того, вся схема работает при токе менее 5 мкА (от источника питания 1,8 В) и может работать от напряжения питания всего лишь 1 В.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *