Емкость конденсатора измеряется в: как найти, отчего зависит напряжение на этом элементе

как найти, отчего зависит напряжение на этом элементе

Конденсатор — это электротехнический элемент, позволяющий накапливать заряд. Самая простая его форма представляет две пластины, разделенные слоем диэлектрика. Если на пластины подать напряжение, то оно сохранится какое-то время после его снятия. Важно знать, в чем измеряется емкость конденсатора, для правильного построения схем с этими элементами.

• Применение в технике
• Формулы для расчета конденсаторов
  • Определение емкости
  • Вычисление энергии
  • Ток утечки через диэлектрик
• Соединение элементов

Применение в технике

Конденсаторы применяются в различной электро- и радиоаппаратуре. Эти элементы способны накапливать заряд и поддерживать напряжение (например, сетевое) на должном уровне во время незначительных перебоев с питанием. Конденсаторы большой емкости сами используются как питающие элементы для малогабаритной мобильной аппаратуры. Они еще называются ионисторы. Их недостатком является необходимость частого подзаряда.

Большое значение имеют эти элементы и в фильтрующих устройствах, приборах, задача которых не пропустить помехи в полезный сигнал, или уловить нужный сигнал в постоянном напряжении повышенного уровня.

Без конденсаторов не обходится ни один генератор переменного сигнала. Их назначение — задать частоту генерации, период и другие временные параметры. Здесь используются очень точные элементы, с допуском по номиналу не более 1%.

Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. Элементы переменной емкости используются в аппаратуре, требующей настройки на разные частоты. Например, это широко используется в настройке радиочастот в FM -приемниках.

Формулы для расчета конденсаторов

Для решения задач техники и прикладных теоретических расчетов нужно знать законы, по которым электрические величины взаимодействуют друг с другом. Эти законы выражаются формулами. Например, напряжение на конденсаторе зависит от его емкости и заряда, накопленного им.

Определение емкости

Это значение зависит от нескольких параметров. Чтобы его рассчитать, нужно знать, в чем измеряется емкость конденсатора. Эта величина эквивалентна тому, сколько кулон заряда накапливается элементом при напряжении в 1 вольт, приложенном к нему. Измеряется она в фарадах. Емкость этих элементов зависит также и от их формы.

• Плоские конденсаторы — самая простая разновидность накопителей заряда. Как найти емкость конденсатора, имеющего плоскую форму, можно узнать, если определить все параметры, влияющие на это. На его емкость влияет расстояние между его обкладками (токопроводящие пластины) d, площадь самих обкладок S, диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками ε и электрическая постоянная ε0, которая равна 8,85 ⋅ 10^-12 фарад на метр. Формула конденсатора такова:

С = ε ⋅ ε0 ⋅ S/d

• Цилиндрический конденсатор также состоит из двух заряженных обкладок, обе они имеют форму цилиндров, расположенных один внутри другого. Внутренний цилиндр цельный, внешний — полый. Расстояние между обкладками равно разности радиусов этих цилиндров. Формулу емкости конденсатора можно представить такой же, как в предыдущем случае, с той разницей, что площадь обкладок рассчитывается исходя из их высоты и радиуса:

С = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R вн /(R нар — R вн) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

где h — высота обкладки,

Rвн — внутренний радиус, R нар — наружный радиус,

π = 3,14.

• Зарядом может обладать не только тело с двумя обкладками, но и проводящий шарообразный объект. Если подать на него напряжение, а потом измерить потенциал между ним и землей, то потенциал будет ненулевым. Формула для расчета шарообразного накопителя заряда:

С = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

где R — радиус шара.

Если в формулу подставить радиус Земли и диэлектрическую проницаемость воздуха, можно получить значение емкости Земли в фарадах.

После расчетов:

С (Земли) = 700 микрофарад

Такую емкость могут иметь современные электролитические конденсаторы.

Если разместить один шар внутри другого и подать между ними напряжение, то полученная конструкция тоже будет накапливать заряд между поверхностями шаров. Определение емкости такой конструкции можно провести по формуле:

С = ε ⋅ ε0 ⋅4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 — R1)

где R2 и R1 — радиусы соответствующих шарообразных поверхностей.

Емкость конденсатора зависит также и от типа используемого диэлектрика. Наиболее распространены керамические, электролитические, бумажные, воздушные и слюдяные наполнители.

Вычисление энергии

Накопители заряда обладают и другими параметрами. Один из них — это энергия. При зарядке конденсатора на его обкладках накапливается потенциальная энергия.

Она создаёт силу, притягивающую разноименно заряженные пластины, а также ток, который питает электроприборы, если использовать ионистор как источник питания. Энергию можно выразить как зависимость от напряжения обкладок и емкости:

W = C ⋅ U ² /2

Ток утечки через диэлектрик

Ток утечки появляется в элементе, если есть пути протекания электрического тока с одной обкладки на другую. Чем менее изолирующими свойствами обладает диэлектрик, тем больше будет ток утечки. Особенно это применимо к конденсаторам с диэлектриком в виде промасленной бумаги. Этот параметр зависит и от конструкции элемента, и от загрязненности его корпуса. Если элемент негерметичен, ток утечки может увеличиваться при проникании влаги внутрь корпуса. Этот ток можно рассчитать по закону Ома:

I ут = U/R d

где I ут — ток утечки,

U — напряжение на обкладках,

R d — сопротивление изоляции диэлектрика.

Соединение элементов

При создании схем применяется различное соединение элементов. Элементы схемы могут быть соединены:

• Параллельно;
• Последовательно;
• Параллельно — последовательно (смешанно).

Как найти ёмкость параллельно соединенных элементов? Нужно понять, что является общим при таком типе соединения. Так как напряжение прикладывается одновременно ко всем обкладкам, то оно является общим. Заряд же будет для каждого своим. По формуле:

q = C ⋅ U, здесь q — суммарный заряд, то есть

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

С общее будет равняться сумме всех С.

При последовательном соединении элементов общим для всех них будет заряд. В то же время напряжение будет для каждого из них разным, и общее будет складываться из всех по отдельности.

U = q / C, здесь U — сумма напряжений на всех элементах

U общее = q ⋅ Σ (1/ C i)

1/С общее = 1/С 1 +1/С 2 +… +1/C i

При таком соединении значение общей емкости будет меньше самого маленького значения этой величины в группе.

В случае использования смешанного соединения необходимо вычислить отдельно общую емкость для параллельного и отдельно для последовательного соединения.

После этого по формуле последовательного соединения найти общее для двух получившихся величин значение.

значение формулы заряда, принцип работы

 

 

Конденсаторы часто встречающийся элемент в электрических схемах.
Они нужны для накопления заряда, сглаживания пульсаций электрического тока, фильтрация отдельных видов частот,
создание фазовых сдвигов обеспечивающих работу электрических двигателей и для других технических решений.

Содержание

1. Что такое конденсатор
2. От чего зависит емкость и заряд конденсатора
3. Как устроен конденсатор
4. Виды конденсаторов
5. Плоский
6. Сферический
7. Цилиндрический
8. Полярные
9. Танталовые
10. Ионисторы
11. Электролитические
12. Неполярные
13. Керамические
14. Пленочные
15. Smd
16. Переменные
17. Максимальное рабочее напряжение на конденсаторе
18. Величина и значение потери у конденсатора
19. Конденсатор в цепи электрического тока
20. Постоянного
21. Переменного
22. Сопротивления конденсатора в зависимости от
23. Частоты и сдвига фаз
24. Номинала конденсатора
25. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов
26. Формулы для вычисления
27. Посредством математических выражений
28. Как зависит емкость от среды диэлектрика
29. Как измерить емкость
30. Мультиметром
31. Осциллографом
32. Тестером не имеющим прямой функции
33. Мостовыми измерителями
34. Единицы расчета
35. Математическое выражение фарада
36. Диэлектрическая проницаемость
37. Маркировка конденсаторов
38. Способы обозначения конденсатора
39. Код конденсаторов импортных
40. Кодовая для конденсаторов поверхностного монтажа

Что такое конденсатор

Конденсаторы — это компоненты в электронике, которые могут накапливать электрические заряды.

Эти детали используются в любом электронном устройстве.

Свойство конденсатора – это накопление заряда и последующая его отдача.

От чего зависит емкость и заряд конденсатора

Емкость конденсатора это физическая величина по которой производится оценка его возможностей выполнять свои функциональные задачи.

Практическое значение емкости выражается в способности электрического устройства к накоплению заряда.

Величина напряжения на пластинах в прямой пропорции влияет на количественные характеристики заряда на обкладках.
Формула определения емкости выглядит как

C = q/U,

где С — емкость конденсатора,

q — означает количество заряда на одной из пластин,

U — разница потенциалов на обкладках.
Приведенная формула расчета имеет в большей степени теоретический характер.

Существует иное определение емкости, которое полезнее в практическом смысле.

В формуле C = єS/d обозначена ее связь с площадью S обкладок, расстоянием между пластинами d и свойствами диэлектрика є.

Из формулы следует, что чем больше площадь обкладок, тем больший заряд может на них разместиться и чем больше расстояние между пластинами,
тем слабее заряженные частицы будут притягиваться друг к другу, увеличивая их шансы покинуть обкладку.

Максимальная диэлектрическая проницаемость материала, расположенного между пластинами, увеличивает емкость конденсатора без изменения габаритных характеристик.

Как устроен конденсатор

Конденсатор состоит из двух или нескольких металлических пластин, между которыми располагается диэлектрический материал.
Электроны начинают двигаться, но не в состоянии преодолеть диэлектрик, из-за этого между пластинами накапливается электрический заряд.

Хорошими диэлектрическими свойствами обладают бумага покрытая оксидом алюминия, слюда, электролит, керамика и подобные материалы.

Заряды на разных обкладках одинаковые по величине, но противоположные по знаку.

Виды конденсаторов

Конденсаторы различаются по целому ряду параметров: по конфигурации, по типу диэлектрика,
по материалу обкладок, по виду изменения емкости (постоянные, переменные, подстрочные),
по рабочему напряжению.
Ниже на рисунке рассмотрим основные виды электрических устройств различной конфигурации.

Плоский

Плоский вид устройства, – это две пластины, которые располагаются параллельно друг против друга.
Они отличаются компактностью, сохраняя при этом большую емкость.

Емкость плоского конденсатора возрастает по мере увеличения площади пластин и при уменьшении расстояния между ними.

Для расчета емкости плоского конденсатора следует пользоваться формулой C = ε₀ εS / d

Сферический

Сферический конденсатор это две концентрично расположенные сферы с находящимся между ними тонким диэлектриком.
Наружную поверхность внешней обкладки заземляют для создания электрического поля непосредственно между обкладками.
С учетом геометрии обкладок расчет емкости сферического конденсатора производится по формуле

C = 4πεε₀ Rr/ R — r, где R — радиус наружной обкладки, r — радиус внутренней.

Цилиндрический

Цилиндрический конденсатор выполнен из двух полых цилиндров с разными радиусами образующих их окружностей с общей осью.
Между наружной поверхностью малого цилиндра и внутренней поверхностью большого находится диэлектрик.
Для расчета емкости цилиндрического конденсатора можно воспользоваться формулой
C = 2πєє0L/ ln (R2/R1),

где L — длина цилиндрических обкладок,

R2 — радиус наружного цилиндра,

R1 — радиус внутреннего цилиндра,

ln — обозначение логарифмического действия.

Полярные

Полярные конденсаторы – это приборы, имеющие полярность, а именно плюс и минус.
Важно чтобы плюсовой контакт был соединен с «плюсом» источника питания, а минусовой с его «минусом».
Нарушение полярности может привести даже к взрыву конденсатора.
К полярным принадлежат танталовые, ионисторы, конденсаторы с электролитическим диэлектриком.

Танталовые

В танталовых конденсаторах, относящихся к электролитическому типу, в качестве диэлектрика используется спеченный танталовый порошок оксид тантала, отсюда происходит их название.
Такой диэлектрик сводит практически к нулю ток утечки.

Недостаток заключается в невозможности работать в электрических цепях с высоким напряжением.

Танталовый конденсатор включает в себя 4 элемента – анод, диэлектрик, электролит и катод.

В отличие от электролитических танталовые имеют меньшую собственную индуктивность, благодаря чему их можно применять на высоких частотах.

Компактность танталовых устройств позволяет их использовать в качестве составляющих монтажных схем.

Ионисторы

Ионисторы принадлежат к разряду электрохимических конденсаторов.
Особенность конструкции заключается в сочетании свойств обычного конденсатора и аккумуляторной батареи.
Пространство между электродами заполняется твердым электролитом на основе рубидия и аналогичных материалов.
Такая конструкция исключает самопроизвольный разряд ионистора.

Быстрая разрядка и зарядка делают возможным его использование в некоторых видах электрических схем вместо аккумулятора.

Аккумулятор, в отличие от ионистора, потребует значительное время для своей зарядки.
Емкость ионистора отличается повышенным значением среди всех электролитических устройств.

Работает ионистор только с источником постоянного напряжения.

Электролитические

Большое распространение получили электролитические конденсаторы, у которых одна из обкладок выполнена в виде алюминиевой фольги.
Другой обкладкой служит твердый или жидкий электролит обеспечивающий движение заряженных частиц для сохранения оксидной пленки.

Емкость электролитического конденсатора на сегодняшний день является наибольшей при соотношении емкости и объема элемента.

Электролитические элементы устанавливаются в фильтрах, но важно соблюдение полярности.

По сравнению с танталовыми конденсаторами в электролитических  идут значительный ток утечки.

Процессы переноса заряженных частиц происходят медленно, что увеличивает количество выделяемого тепла.
Отсюда перегрев и низкий срок службы.

Неполярные

Неполярные конденсаторы корректно работают при любых вариантах подключения их в электрическую схему.

Это связано с похожей структурой материалов образующих границу между обкладкой и диэлектриком.
Стороны одинаковы. Все это приводит к тому, что во время установки конденсатора нет необходимости соблюдать полярность.
В качестве неполярных электрических устройств в основном используются сухие, реже электролитические, изготовленные по измененной технологии.

Керамические

Керамические конденсаторы имеют высокие электрические показатели, маленькие габариты и приемлемую стоимость.

Устанавливаются элементы в контурах радиоаппаратуры.
Керамические конденсаторы подразделяются на

• с постоянной емкостью
• подстроечные.

Элементы с постоянной емкостью – устанавливают в контурах генераторов и гетеродинов.
Подстроечные – используются для подгонки параметров колебательных контуров.
Широкое распространение получили благодаря разнообразию емкостей, широкому диапазону рабочих напряжений,
стандартными типоразмерами аналогичными керамическим устройствам разных производителей.

Пленочные

Особенностью таких устройств будет диэлектрик в виде пленки.
Пленка изготавливается из фторопласта, металлизированной бумаги, полипропилена, поликарбоната и подобных материалов.
Металлическая пленка или фольга напыляются или напрессовываются на диэлектрик.

Благодаря большому количества слоев – получается увеличение площади, соответственно, существенно увеличивается емкость.

Из достоинств пленочного конденсатора следует отметить сравнительно высокую надежность, стабильность теплового состояния при действии нагрузок вызванных переменным током.

К недостаткам можно отнести невысокое значение диэлектрической проходимости.

Пленочные конденсаторы используются в цепях постоянного тока, всевозможных фильтрах и резонансных схемах.

Smd

В цепях управления некоторых видов плат используются небольшие по размерам Smd конденсаторы, имеющие форму маленьких кирпичиков.
На плату радиоэлемент устанавливается посредством правила поверхностного монтажа.
Smd устройства бывают следующих видов:

• электролитические
• керамические;
• танталовые.

Керамические SMD конденсаторы, имеющие диэлектрик с высокой проницаемостью, маркируются тремя буквами.
Первыми двумя буквами обозначается нижняя и верхняя предельно допустимая граница рабочего диапазона температур,
третья буква используется при обозначении отклонений изменения емкости для измеряемых диапазонов.

Маленькие размеры Smd конденсаторов не всегда позволяют нанести маркировку на корпус или она будет очень мелкая.

В таких случаях без специального измерительного прибора, например, мультиметра не обойтись.

Переменные

Конденсаторы переменной емкости (КПЕ) состоят из части секций металлических пластин.
Одна из них двигается плавно по отношению ко второй.
Во время передвижения получается, что подвижные пластины (ротора), попадают в зазоры неподвижной пластины (статора).
Благодаря процессу площадь перекрытия одних пластин другими изменяется, в результате чего изменяется у конденсатора емкость.
Слоем диэлектрика в этом случае является воздух.

В конденсаторах, установленных в небольших устройствах, используется твердый диэлектрик, например, фторопласт или полиэтилен.

В старых радиоприемниках устройство применялось для настройки на определенную частоту колебательного контура работающей радиостанции.

Максимальное рабочее напряжение на конденсаторе

Напряжение, подаваемое на конденсатор, не должно превышать максимальное, так как может произойти пробой диэлектрика и выход элемента из строя.

Для анализа работы конденсатора в цепи переменного тока, критерием для сравнения следует брать максимальную амплитудную величину напряжения.

Это значит, что если на нем обозначено какое то максимальное напряжение DC WV , то в действительности при включении в сеть оно должно быть на 1,4 меньше.

Величина и значение потери у конденсатора

Ток утечки конденсатора – критический фактор для использования, особенно если его применяют для силовой электроники.
Потеря напрямую завязана со свойствами диэлектрика.

Никакой диэлектрик не способен гарантировать на 100% изоляцию металлических обкладок.

Через изолятор всегда будет проходить ток, меньший или больший в зависимости от свойств диэлектрика и теряться энергия.
Кроме изолирующих способностей диэлектрика на ток утечки влияют факторы:

• температура окружающего пространства;
• срок годности конденсатора без напряжения, температура;
• величина тока утечки прямо пропорциональна приложенному к обкладкам напряжению.

Восстановить работоспособность конденсатора после длительного хранения можно, приложив к нему рабочее напряжение с выдержкой в течение нескольких минут.

При этом этапе окислительный слой заново накапливается и восстанавливает работоспособность конденсатора.

Конденсатор в цепи электрического тока

Принцип работы конденсатора простой – подается напряжение и накапливается заряд.
Накопитель по-разному ведет себя в двух вариантах электрической цепи.

Постоянного

Если в цепь с присоединенным к ней конденсатором подать ток, то стрелка на амперметре придет в движение и быстро вернется в предыдущее положение.
Это связано с тем, что прибор быстро заряжается и ток исчез.
Через обкладки разделенные диэлектриком постоянный ток проходить не может.
Практическое применение конденсатора в такой цепи вызывает много вопросов.
В условиях постоянного тока конденсатор функционирует, но непродолжительное время.
Переходные процессы в виде зарядки и разрядки снимают все сомнения.
В электронных схемах на постоянном токе конденсаторы один из самых распространенных компонентов.

Переменного

При подключении переменного напряжения полюса конденсатора меняют плюс на минус с частотой подачи напряжения.
В данном случае электроны передвигаются сначала в одну, а потом в другую.
На обкладках при такой смене остаются излишки заряда, которые собственно и создают ток во внешней цепи.

Конденсатор в цепи переменного тога выступает в качестве резистора.

Сопротивления конденсатора в зависимости от

Сопротивление конденсатора зависит от частоты подаваемого на него напряжения и показателя емкости.

Частоты и сдвига фаз

Устройство накопления зарядов одинаковой емкости на разных частотах оказывает различный уровень сопротивления.
Оно растет или уменьшается.

При повышении частоты входного напряжения сопротивление, называемое емкостным уменьшается.

На низких частотах имеется сдвиг по фазе входного напряжения и напряжения на нагрузке.

С увеличением частоты сдвиг по фазе уменьшается.

При достижении частоты определенного уровня фазовый сдвиг стремиться к нулю.

Хс = 1/ωС,

где ω — круговая частота, равная произведению 2πf,

С—емкость цепи в фарадах.

Номинала конденсатора

Емкость конденсатора влияет на процесс зарядки и разрядки при прохождении через него переменного тока.

Устройство с меньшей емкостью будет быстрее отдавать заряд и вновь заряжаться.

Сопротивление переменному току будет выше, чем при медленной зарядке и разрядке.

Отсюда вывод: емкостное сопротивление находится в обратной зависимости от номинала конденсатора.

Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Наиболее популярным типом соединения конденсаторов является параллельное.
При этом подключении электроемкость повышается, а напряжение остается исходным.

К одной точке может подключаться несколько конденсаторов.

Так как электрическая емкость конденсаторов равна площади обкладок, общая емкость при таком виде соединения пропорциональна сумме емкостей всех конденсаторов в цепи.

Собщ.= C1+C2.

При последовательном соединении конденсаторов общая емкость снижается, а напряжение работы конденсатора возрастает.

Конденсаторы подключены так, что только первый и последний имеют доступ к источнику ЭДС/тока одной из своих пластин.
Заряд одинаковый на всех пластинах, но наружные получают заряд от источника, а внутренние образуются благодаря разделению зарядов ранее нейтрализовавших друг друга.
Емкость последовательного соединения двух конденсаторов мы можем вычислить по формуле

Собщ.= С1*С2/ C1+C2.

Формулы для вычисления

Измерения емкости осуществляется по специально выведенной формуле.
Электрическая емкость (С) — это отношение сообщенного заряда (Q) к образующему в результате этого потенциалу (U).
Формулу, которую используют, чтобы измерить емкость, выглядит следующим образом:
C=Q/V .
Единицей измерения служит фарада, которая обозначается буквой Ф.
Емкость величиной 1 фарада будет хранить заряд q = 1 кулон при напряжении на обкладках U =1 Вольт.
Так как конденсаторы имеют разные виды, формулы также используются разные.

Посредством математических выражений

Математическое выражение для определения емкости конденсатора С = q*U в единицах измерения в системе СИ каждой из входящих в формулу
физических величин определяет значение 1 фарады.

Как зависит емкость от среды диэлектрика

Влияние изолятора на емкость конденсатора зависит от проводящих свойств вещества внутри этой прокладки.
Способность межпластинного проводника на изоляцию называют диэлектрической проницаемостью.
С учетом характеристик диэлектрика формула емкости плоского устройства станет:
С = є0є S/d,
где под буквой є стоит значение диэлектрической проницаемости изолятора,
а є0 — постоянная величина равная диэлектрической проницаемости вакуума (воздуха).

На практике применяется коэффициент, обозначающий во сколько раз применяемый диэлектрик уменьшает электрическое поле по сравнению с воздухом.

Таблица:

Как измерить емкость

Существует некоторое количество способов измерения емкости конденсатора с помощью приборов и различных методик.
В статье описывается использование мультиметра, осциллографа, тестера и мостовых измерителей.

Мультиметром

В начале, прежде чем начать измерение емкости конденсатора, его необходимо разрядить до полного исчезновения тока.

Как пример: сделать это с путем замыкания выводов отверткой.

Если пренебречь этим нюансом, то мультиметр может поломаться.

Измерить емкость с помощью мультиметра можно следующим образом:
активируйте режим «Сх» и установите предел замера 2000 пФ, если он есть.
На стандартном устройстве он равный 20 мкФ;
Установите конденсатор в соответствующие гнезда в мультиметре или используйте щупы для подключения конденсатора.
На экране прибора будет отображено значение емкости.

Осциллографом

Для измерения понадобиться кроме осциллографа собрать схему из тестируемого конденсатора, резистора и генератора синусоидальных колебаний.

Точки подключения осциллографа к схеме находятся до резистора и после конденсатора.

Частота колебаний генератора изменяется до получения на экране осциллографа одинаковых по амплитуде синусоидальных кривых.
Это делается для точности измерений.
Представьте как рассчитать емкость конденсатора с помощью амплитудных значений напряжений?
Для этого  требуется воспользоваться формулой UR/UC*2πfR подставив в нее измеренные значения.
С его помощью также рассчитывается ток утечки конденсатора косвенным способом – через снижение напряжения на предварительно известном сопротивлении.
Осциллограф способен вычислить емкость конденсаторов от 20 pF до 200 mkF.

Тестером не имеющим прямой функции

Для нахождения варианта определения емкости с помощью тестера, но без функции замера емкости,
обратите внимание на формулу мгновенного значения тока во время его зарядки или разрядки i = С dU/dt.

Здесь дело в том, что кроме тестера, секундомера следует собрать схему с источником питания,

конденсатором и резистором с большим сопротивлением для увеличения времени процесса зарядки или разрядки.
После снятия всех показаний с тестера и секундомера можно, достаточно приближенно вычислить и узнать емкость.
Зная, как определить емкость конденсатора современными приборами, будет несложно разобраться и с устройством со времен СССР.
На экране происходит вывод не цифр, а отклонения стрелки, за которой важно внимательно следить.
Измерение емкости осуществляется только на разряженном конденсаторе.
Щупы выведите к контактам конденсатора, если он рабочий, то стрелка изначально отклонится и по мере заряда займет исходную позицию.
Скорость передвижения стрелки зависит от объема емкости.
Если стрелка тестера не сдвинулась с места, либо эта величина минимальная или отклонилась и зависла в одном положении – это показатель неисправности конденсатора.

Мостовыми измерителями

Емкость конденсатора измеряется методом сравнения с эталонной емкостью.
Для чего выполняется мостовая схема, где одно плечо работает с образцовым электрическим устройством, другое с тестируемым.
Показания моста могут быть реализованы на цифровых носителях.

Единицы расчета

Математическое выражение фарада

C=Q/V, где С – электрическая емкость, Q – сообщенный заряд, V – приложенное напряжение.

Диэлектрическая проницаемость

D = εF, где D – электрическая индукция в среде, ε — диэлектрическая проницаемость среды, F — сила взаимодействия между зарядами в вакууме.

Маркировка конденсаторов

На корпусе каждого конденсатора имеется специальная маркировка – буква и цифра.
По сравнению с резисторами, маркировка конденсатора, обозначающая емкость и код отклонения емкости, довольно-таки сложная и разнообразная.
Иногда обозначения наносятся прописными буквами – MF (микрофарады), fd – фарады.
Также на корпусе указаны положительные и отрицательные символы, помогающие определить полярность конденсатора.

Способы обозначения конденсатора

Единицей измерения емкости конденсатора является фарад, поэтому на корпусе элемента обязательно присутствует буква Ф или F:

• 1 миллифарад = 10-3 фарад = 1мФ;
• 1 микрофарад = 10-6 фарад = 1 мкФ;
• 1 нанофарад = 10-9 фарад = 1 нФ;
• 1 пикофарад = 10-12 фарад = 1 пФ.

Если на элементе не обозначен номинал, то целое значение свидетельствует о том, что емкость указана в пикофарадах.
На корпусе емкость указывается с отклонением, если указана буква J – то диапазон отклонения менее 5%, буква М – 20%.

Код конденсаторов импортных

Устройства зарубежного производства, так же как и российские, имеют маркировку согласно международных стандартов.
Данный нормативный документ предполагает нанесение кода из трех цифр. Первые две цифры обозначают емкость в пикофарадах.
Третья цифра говорит о количестве нулей, например, если емкость будет меньше 1 пикофарады, цифра будет выглядеть как «0».

Кодовая для конденсаторов поверхностного монтажа

Маркировка электролитических SMD конденсаторов состоит из емкости и рабочего напряжения.
Например,108V, где закодирована электроемкость 10 пф и рабочее напряжение 8 Вольт.
Знак плюс находится рядом с полоской.
Есть три основных способа кодировки:
код из двух или трех знаков (буквы или цифры), которые указывают на рабочее напряжение и номинальную емкость.
Показатели указываются буквой, а цифра является множителем;
четыре знака, обозначающие напряжение и номинальную емкость.
Первая буква – это рабочее напряжение, следующие символы – емкость в пикофарадах, последняя цифра – количество нулей;

если площадь корпуса большая, кода располагают на две строки.
Верхняя строка – номинал емкости, нижняя – рабочее напряжение.

 

Как измерить емкость с помощью цифрового мультиметра?

Для точного измерения емкости конденсатора вам потребуются дорогие инструменты, такие как измеритель LCR, который может точно измерять индуктивность (L), емкость (C) и сопротивление (R), при этом учитывая различные параметры, такие как частота. Цифровой мультиметр (DMM) также может измерять емкость с некоторой точностью, но их диапазон очень мал.

Содержание

Емкость

Емкость — это способность конденсатора накапливать энергию в виде электрического заряда. Он хранит его между двумя проводящими пластинами, разделенными диэлектрической пленкой.

Измеряется в фарадах. Емкость в один фарад равна одному кулону заряда, накопленного в конденсаторе при приложении разности потенциалов в один вольт. Один фарад — очень большая единица. Поэтому емкость обычно измеряют в микрофарадах (мкФ) и миллифарадах (мФ).

Связанная статья: Как проверить конденсатор с помощью цифрового и аналогового мультиметра — 6 методов

Принцип работы

Мультиметр измеряет емкость, заряжая конденсатор известным током. В основном он измеряет скорость нарастания напряжения на конденсаторе. Скорость напряжения обратно пропорциональна емкости.

I _C = C dV/dt

Где

• I _C = Ток конденсатора (известный ток, подаваемый счетчиком)
• С = Емкость
• dV/dt = Скорость изменения напряжения

Если напряжение растет медленно, емкость велика, и наоборот. Цифровые мультиметры не поддерживают более широкий диапазон измерений емкости.

Осторожно

Конденсаторы сохраняют заряд даже после отключения источника питания. Важно разрядить конденсатор, прежде чем прикасаться к нему или подключать его к измерителю. Прежде всего, снимите блок питания, подключенный к схеме. Чтобы безопасно разрядить конденсатор, подключите резистор к его клеммам. У приличного конденсатора достаточно заряда, чтобы ударить человека током, и он может повредить счетчик, разрядившись через его внутреннюю цепь.

Похожие сообщения:

• Как измерить ток с помощью цифрового и аналогового мультиметра?
• Как измерить напряжение с помощью цифрового и аналогового мультиметра?

Измерение емкости

Емкость можно измерить с помощью недорогих цифровых мультиметров с измерением емкости «-|(-» или «F». Он может дать приблизительные показания, которые не очень точны. Для точных измерений используется измеритель LCR. что очень дорого, и они могут даже измерить емкость, когда конденсатор находится на плате, используя ESR (эквивалентное последовательное сопротивление)

Как вы знаете, используя цифровой или аналоговый мультиметр, мы можем измерять несколько электрических величин, таких как напряжение, ток, сопротивление, емкость, частота, температура, непрерывность и т. д., а также тестировать электрические и электронные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы. а также кабели и провода и т. д. В следующем руководстве по мультиметру мы покажем, как измерить точное значение емкости конденсатора с помощью цифрового мультиметра.

Метод 1:

Вот пошаговое руководство по измерению емкости с помощью цифрового мультиметра

• Прежде всего, отключите питание, подаваемое на цепь. Убедитесь, что питание отключено, измерив напряжение на нем. Он должен показывать 0 вольт.
• Выполните визуальный осмотр конденсатора. Неисправный конденсатор может иметь утечку, вздутие и трещину. Замените, если он неисправен, или выполните следующий шаг.
• Безопасно разрядите конденсатор, подключив резистор к его клемме. Используйте соответствующий резистор (резистор 5 Вт) для безопасного разряда.

• Если конденсатор находится в цепи, осторожно удалите его любым способом. Это дает неточные показания в цепи из-за других параллельных компонентов.

• Поверните циферблат на символ емкости «-|(-» или «F». Нажмите кнопку «shift», чтобы активировать дополнительную функцию, если она находится на том же месте, что и другая функция.

• Выберите приблизительные настройки диапазона с помощью циферблата. Некоторые цифровые мультиметры имеют функцию автоматического выбора диапазона.
• Вставьте черный щуп в порт «COM», а красный щуп в правильный красный порт, отмеченный «-|(-».

Примечание. Некоторые цифровые мультиметры имеют специальные порты для размещения конденсатора, как показано на рисунке ниже.

• Нажмите кнопку «REL» (если она есть на вашем глюкометре). Это вычтет емкость измерительных проводов. Это помогает в доказательстве точного и точного чтения для небольшой емкости.

• Подсоедините черный провод к отрицательному (-), а красный к положительному (+) выводу конденсатора.

Неполярный конденсатор не имеет полярности. Полярный конденсатор имеет некоторую идентификацию отрицательного и положительного выводов, например, «a — отмеченная полоса рядом с отрицательным выводом» или «более длинная ножка — положительный вывод».

• Счетчик начнет заряжать конденсатор. Поэтому подождите, пока показания на дисплее не станут стабильными. Если он показывает «OL», увеличьте диапазон измерителя.
• Если он по-прежнему показывает «OL», емкость выходит за пределы допустимого диапазона прибора или конденсатор неисправен.
• По завершении измерения снимите сначала красные щупы, а затем черные щупы.
• Выключите мультиметр или поверните ручку на измерение напряжения.

Похожие сообщения:

• Как измерить сопротивление с помощью цифрового и аналогового мультиметра?
• Как измерить частоту с помощью мультиметра?

Способ 2:

Для этого вам понадобится батарея (напряжение ниже номинального напряжения нужного конденсатора), известный номинал резистора (например, 10 кОм), секундомер и мультиметр. Как правило, номинальное напряжение указано на паспортной табличке конденсатора. Мы зарядим конденсатор примерно на 63,2% от напряжения питания и зафиксируем показание.

Для этого выполните следующие действия

• Отсоедините и полностью разрядите конденсатор
• Подключите 10 кОм последовательно с положительными клеммами аккумулятора и конденсатора.
• Подключите батарею 9 В и мультиметр к конденсатору для зарядки и включите секундомер.
• Когда мультиметр показывает 5,7 В, остановите часы и запишите показания в секундах.
• Теперь следуйте следующему примеру, чтобы узнать значение емкости.

Например, у нас есть конденсатор на 16 В, номинал 470 мкФ. если напряжение питания составляет 9 В , то 63,2% напряжения питания составляет около 5,7 В . Начнем заряжать конденсатор и заодно запустим секундомер. Когда мультиметр покажет 5,7 В, мы остановим секундомер и отметим время в секундах. Допустим, время составило 4,7 секунды.

Теперь примените формулу постоянной времени для расчета значения емкости.

τ = RC

C = τ / R

Где: C — емкость, R — сопротивление в омах, τ — время в секундах.

Ввод значений

• C = τ / R
  
• C = 4,7 с/10000 Ом
  
• C = 4,7 с/10000 Ом
• С = 0,00047
• С = 47 мФ
• Кл = 470 мкФ

Важные моменты

• Не прикасайтесь к кончикам измерительных проводов при измерении емкости. Это может привести к ошибкам в чтении.
• Некоторые мультиметры не используют измерительные провода для измерения емкости. Для этого есть специальные порты.
• Не закорачивайте клеммы для разрядки конденсатора. Это может повредить конденсатор. Используйте резистор.
• Не забывайте о полярности поляризованных конденсаторов.
• Не измеряйте емкость, если конденсатор подключен к цепи. Хотя измеритель LCR можно использовать для измерения емкости в цепи.
• Аналоговый мультиметр не имеет источника питания для подачи постоянного тока. Следовательно, он не может измерить емкость. Тем не менее, его можно использовать для проверка конденсатора .
• Если на нем есть трещины, вздутия или протечки. Не заряжайте его, он может взорваться, так как он неисправен.
• Цифровой мультиметр не может обеспечить точное измерение, но дает приблизительные показания.
• Используйте режим «REL» для очень малой емкости, чтобы получить более точные показания.
• Измеритель LCR используется для точного и точного измерения емкости.

Похожие сообщения:

• Как выполнить проверку непрерывности с помощью мультиметра?
• Как проверить реле? Проверка реле SSR и катушки?

Важность измерения емкости

Конденсаторы имеют ограниченный срок службы, и их емкость уменьшается при непрерывном использовании. Это может повлиять на работу компонентов системы и в крайнем случае может привести к ее взрыву.

• Измерение емкости говорит нам о фактическом состоянии конденсатора.
• Сообщает, неисправен ли конденсатор. Неисправный конденсатор может быть коротким, открытым или иметь меньшую емкость, чем ожидалось.
• На конденсаторах указан номинал. Их следует проверять, если значение попадает в его диапазон. Если нет, то они неисправны.
• Неисправный конденсатор может вызвать сбой в системе.
• Короткое замыкание конденсатора может привести к взрыву других компонентов, если они не защищены предохранителем.
• Разомкнутый конденсатор может прервать подачу питания на другие компоненты.
• Двигатель с конденсаторным пуском не может запуститься из-за неисправного конденсатора.
• Однофазный двигатель может работать медленнее и шумнее из-за неисправного конденсатора.
• Блок коррекции мощности не может работать должным образом, если ухудшается емкость одного из конденсаторов.
• Физически изношенный конденсатор может взорваться.

Примечание. Этот пост был опубликован на сайте www.electricaltechnology.org

Связанные учебные пособия

• Код конденсатора: как определить стоимость керамических конденсаторов?
• Как проверить аккумулятор с помощью тест-метра?
• Как проверить и исправить дефекты печатной платы (PCB)?
• Как проверить диод с помощью цифрового и аналогового мультиметра
• Как проверить транзистор мультиметром (DMM+AVO)
• Как тестировать электрические и электронные компоненты и устройства с помощью мультиметра
• Основные инструменты для электротехники и электроники
• Как найти подходящий размер кабеля и провода для установки электропроводки?
• Как подобрать розетки, розетку и выключатель подходящего размера?
• Как подобрать автоматические выключатели нужного размера?
• Как рассчитать номинал резистора для светодиода?
• Как рассчитать время зарядки аккумулятора и ток зарядки? Пример
• Как найти правильный размер заземляющего проводника, заземляющего провода и заземляющих электродов?
• Калькулятор цветового кода резистора – расчет 3-, 4-, 5- и 6-полосных резисторов
• Как найти номинал сгоревшего резистора? (4 метода)

URL скопирован

Показать полную статью

Похожие статьи

Кнопка «Вернуться к началу»

Измерения емкости.

Испытания и измерения

Испытания и измерения

Измерения емкости обычно выполняются мостовым или мостовым способом. измеритель емкости реактивного типа. Помимо емкости, тестируемый конденсатор всегда имеет некоторые потери. Конденсаторы несут потери в результате таких факторов, как сопротивление в проводниках (пластинах) или выводах, утечки тока и диэлектрических поглощения, все из которых влияют на коэффициент мощности конденсатора. Теоретически коэффициент мощности идеального конденсатора должен быть равен нулю; однако, перечисленные выше потери вызывают коэффициенты мощности практических конденсаторов в диапазоне от почти 0 до возможных 100%. Потери могут иметь характеристики либо шунта, либо последовательного сопротивления, либо это может быть сочетание того и другого. Эти сопротивления следует учитывать при измерении емкость.

Конденсаторы могут сохранять заряд долгое время после отключения напряжения. Электрический заряд, удерживаемый конденсаторами в обесточенных электронных цепей во многих случаях достаточно, чтобы вызвать смертельный шок. Будьте уверены, что вы и те, кто работает с вами, учитывают эту опасность, прежде чем выполнять какие-либо действия. техническое обслуживание любой электрической или электронной цепи и перед выполнением подключения к, казалось бы, мертвой цепи. Будьте предельно осторожны перед работой в обесточенных цепях, в которых используются большие конденсаторы.

Измерения мостового типа

Вы можете измерять емкость, индуктивность и сопротивление с высокой точностью с помощью мостов переменного тока. Эти мосты состоят из конденсаторов, катушек индуктивности, и резисторы в самых разных комбинациях. Мосты переменного тока работают по принципу моста Уитстона; то есть неизвестное сопротивление уравновешивается известными сопротивлениями и после моста уравновешено, неизвестное сопротивление рассчитывается через известное сопротивление.

Независимо от их истинной природы потери конденсатора можно представить как простое последовательное сопротивление. Следовательно, емкость можно измерить с точки зрения двухэлементной эквивалентной схемы, состоящей из последовательно включенного конденсатора с резистором, который показан на рисунке ниже как Р _х .

Емкостный мост.

На рисунке выше представлена ​​схема емкостного моста. Как видите, а емкостной мост по конструкции очень похож на мост сопротивления за исключением штатного конденсатора ( С ₃ ) и неизвестный конденсатор ( C _x ).

Общее условие баланса моста переменного тока (см. здесь)

Мы можем написать импедансы для нашего случая

После подстановки этих импедансов в общее состояние ( Z ₁ Z ₄ = Z ₂ Z ₃ )

Равенство двух комплексных чисел требует, чтобы действительные части были равны на две части уравнения, а также j членов. Поэтому

Таким образом, как неизвестное сопротивление, так и емкость, R _x и C _x , можно оценить по известному сопротивлению R ₁ , R ₂ , R ₃ , и известные емкость С ₃ . Условия баланса требуют, чтобы две величины были переменными в этом мост как, например, R ₁ (или R ₂ ) и Р ₃ .

Реактивные измерения

В оборудовании для измерения емкости реактивного типа используется следующему принципу: если переменное напряжение фиксированной частоты приложено к конденсатор и резистор, соединенные последовательно, падение напряжения на реактивное сопротивление конденсатора за счет результирующего протекания тока обратно пропорционально пропорциональна емкости. Падение напряжения используется для срабатывания счетчика. который откалиброван в значениях емкости. Точность реактивного типа меньше для конденсаторов с высоким коэффициентом мощности. В конденсаторы с высоким коэффициентом мощности, возникающие потери эффективно помещают определенное сопротивление последовательно с емкостным реактивным сопротивлением. Влияние этого сопротивления при измерении конденсатора должно вызывать большее падение напряжения на конденсаторе.