Емкость конденсатора в чем измеряется: Страница не найдена — ELQUANTA.RU

Содержание

Как измерить очень большую емкость, например, супер / ультра конденсаторы

Недавно я приобрел пару таинственных ультра / супер конденсаторов у моего брата. Очевидно, он не помнит никаких спецификаций или даже марки … Чтобы еще больше усложнить ситуацию, у них нет значимой идентификационной информации, проштампованной или напечатанной на них. (Существует этикетка со штрих-кодом с буквенно-цифровым кодом, но быстрый поиск в Google по ней ничего не нашел.)

Похоже, пришло время запустить Mystery Buss Скуби-Ду, потому что собирались на приключения.

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

Принимая во внимание базовую физику, мы получаем, что емкость пропорциональна накопленному заряду на вольт на конденсаторе:

С= qВСзнак равноQВ

где накопленный заряд в конденсаторе является интегралом тока через конденсатор:

∫я ( т ) дt = q∫я(T)dTзнак равноQ

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

С= Δ qΔ V= Я Δ тΔ VСзнак равноΔQΔВзнак равнояΔTΔВ

С моим источником тока Advantest R6144 я могу заряжать конденсатор с заданным током и просто измерять напряжение на конденсаторе, используя мой Tektronix DMM4050 в режиме графика.

Рисунки тестовой настройки

Однако здесь я начинаю видеть довольно большие цифры. Возможно, что конденсатор действительно составляет ~ 2200 фарад, но это кажется немного высоким. По общему признанию, конденсатор довольно большой на ~ 5,5 «в длину на ~ 1» радиус.

А теперь несколько вопросов для знатоков электротехнической биржи: является ли этот метод эффективным средством измерения суперконденсаторов? Или есть более подходящий метод, который я могу применить для их измерения? Кроме того, существенно ли изменяется емкость супер / ультра конденсаторов по сравнению с напряжением конденсатора? Например, являются ли эти результаты измерений прогнозирующими / показательными для более высоких зарядных напряжений. Я считаю, что емкость должна колебаться, но я сильно сомневаюсь в этом. Возможно, в худшем случае это несколько сотен фарадов, но я не специалист по этому вопросу.

Кроме того, и, что более важно, как я могу найти максимальное зарядное напряжение, не разрушая конденсатор? Будет ли заряд постоянного тока, скажем, 100 мкА в течение нескольких недель, пока напряжение не достигнет своего рода равновесия с работой саморазряда. Затем отпустите пару сотен милливольт и назовите это максимальным зарядным напряжением. Или он просто достигнет точки отключения и самоуничтожится, распыляя электролит по всей моей лаборатории?

Наконец, как вы определяете ориентацию полярности конденсаторов? Они никак не обозначены, и оба терминала идентичны. Я сделал ставку с остаточным напряжением, хранящимся в конденсаторе. Я предполагаю, что эффект диэлектрического поглощения / памяти от предыдущей зарядки знает правильное направление …

В любом случае, забавно попытаться определить характеристики этих конденсаторов. Но это все еще немного отягчает, что на них нет полезных отметок, таких как ориентация полярности, производитель, т. Д.

Секрет радиолюбителя. Как мультиметр измеряет емкость конденсатора. | Дневник радиолюбителя

Честно говоря я так и не нашел в интернете как конкретные мультиметры измеряют емкость. Поэтому давайте разберемся как вообще можно измерить емкость конденсатора и что это вообще такое емкость? И еще я вам открою старый способ ее измерения стрелочным прибором.

Итак, что такое конденсатор и его емкость. Обычно мы представляем себе емкость в виде м… сосуда. И емкость этого сосуда всем известна: 0.25, 0.5, 0.75, 1 л и т.д. :). Кстати, первый в мире конденсатор (лейденская банка) действительно, была обыкновенной банкой, обклеенной фольгой и внутрь вставлялся металлический стержень. А диэлектриком был воздух.

Лейденская банка была своеобразным накопителем или аккумулятором электричества для первых опытов по электричеству. Отсюда вероятно и возник термин — емкость.

Итак, конденсатор это два проводника разделенных каким нибудь диэлектриком, например воздухом, бумагой и т.д. Емкость это мера того, насколько конденсатор способен накапливать заряд.

Но как же ее измерить? Если мы попытаемся прозвонить конденсатор обычным тестером то ничего не получится, прибор покажет бесконечное сопротивление. Это и понятно. Между проводниками-обкладками конденсатора диэлектрик а он не проводит ток.

Кстати, оценить емкость электролитического конденсатора можно и на постоянном токе но об этом позже.

А какое сопротивление будет у конденсатора если его подключить не к постоянному току а к переменному? Оказывается вполне измеримое! Конденсатор на постоянном токе имеет активное сопротивление R= U/I и оно бесконечно большое.

А на переменном тока конденсатор имеет реактивное сопротивление и оно зависит и от емкости и от частоты тока : Xc = 1/(2Pi f C). Pi = 3.14…..

Следовательно C = 1/(2Pi f Xc). Итак, измерив реактивное сопротивление Xc мы легко определим емкость конденсатора. Сопротивление (активное и реактивное) часто измеряют мостом Уитсона — в котором 4 сопротивления соединены так, что образуют как бы квадрат:

Уравновешенный мост Уитсона.

Уравновешенный мост Уитсона.

На две противоположных точки соединения подают эталонное напряжение а с противоположных снимают измеряемый сигнал. Если сопротивления резисторов в мосте равны (или суммы в противоположных плечах) то мост уравновешен и ток через измерительный прибор не течет.

Если величину сопротивления любого резистора изменить, то Баланс нарушится и через прибор потечет ток, пропорциональный этому сопротивлению. Этот принцип используют в приборах — омметрах для измерения сопротивления.

Если в мосте Уитсона R1 заменить на эталонный конденсатор а вместо R2 — измеряемый конденсатор то таким же способом можно измерить реактивное сопротивление конденсатора и его емкость. Конечно вместо батарейки нужно применять генератор синусоидального сигнала.

Итак, проверим как это работает на практике. Создаем проект в протеусе и собираем простую схему из четырех резисторов и двух конденсаторов. Запитываем ее от генератора сигналов и ставим AC вольтметр.

Резисторно-конденсаторный мост Уитсона сбалансирован.

Резисторно-конденсаторный мост Уитсона сбалансирован.

Поскольку сопротивления резисторов и емкости конденсаторов равны, мост сбалансирован и вольтметр показывает ноль. Давайте теперь разбалансируем мост — изменим емкость Cx.

Резисторно-конденсаторный мост Уитсона разбалансирован.

Резисторно-конденсаторный мост Уитсона разбалансирован.

И теперь на вольтметре мы видим напряжение! Если мы увеличим или уменьшим Cx, будем наблюдать как изменяется напряжение. Попробуйте собрать эту схему сами и поэкспериментировать!

Итак… обещанный лайфхак! В моей радиолюбительской юности большим богатством был вольтомметр Ц410. Но он не умел измерять емкость конденсаторов. Вот как я выходил из этого положения.

Переключаем прибор на измерение сопротивления. Подключаем к щупам конденсатор и… наблюдаем как стрелка отклоняется вправо! Через прибор течет ток- ток заряда конденсатора. И по углу отклонения можно примерно определить емкость конденсатора. Точность можно повысить сравнив с эталонным конденсатором.

После отклонения вправо стрелка должна возвратиться на ноль — конденсатор разрядился. Но если стрелка не ушла на ноль а прибор показывает какое либо сопротивление, пусть и очень большое, значит конденсатор либо пробит (отклонение стрелки будет меньше эталонного такой же емкости) либо у него есть утечки. Такой конденсатор лучше выкинуть.

Итак в этой статье мы разобрались что такое конденсатор и его емкость и как ее измерить с помощью моста Уитсона. В следующей статье я покажу Вам как измерить емкость конденсаторов другим способом.

Если вам понравилась эта статья ставьте лайк, подписывайтесь на канал и до новых встреч!

Что такое емкость

В чем и почему измеряется емкость аккумуляторов Заряд Q, как количество электричества, измеряется к кулонах (Кл) , электроемкость конденсаторов C — в фарадах, микрофарадах (мкф), а вот емкость аккумуляторов измеряется почему-то не в фарадах, а в ампер-часах (миллиампер-часах).

Что бы это значило? Один ампер — это кулон за одну секунду, мы знаем из курса физики, что если через проводник за 1 секунду проходит электрический заряд равный 1 кулону, то по проводнику течет ток в 1 ампер.

И что тогда такое ампер-час? Ампер-часом (Ач) считается емкость аккумулятора, при которой по приведенному току в 1 ампер, аккумулятор разрядится за 1 час до минимально допустимого напряжения.


1 ампер-час — это 3600 кулон. Пусть, мы хотим получить батарею конденсаторов, эквивалентную по разрядной характеристике, хотя и на коротком участке, аккумуляторной батарее номиналом 12 вольт, емкостью 55 ампер-часов. 55 ампер в течение часа — это 55*3600 кулон.

Примем изменение напряжения от 13 до 11 вольт, тогда поскольку Q = С(U1-U2), то С = 55*3600/2 = 99000 Ф. Почти 100 килофарад эквивалентная электроемкость автомобильного аккумулятора, если бы его разрядная характеристика была такой же, как у конденсатора.

В интернете есть видео, где шестью суперконеднсаторами по 3000 Ф, на 2,7 В каждый, соединенными последовательно заменяют стартерную батарею автомобиля. Получается 500 Ф примерно на 16 В.

Давайте прикинем, какой ток и в течение какого времени сможет дать такая сборка. Пусть рабочий диапазон принят снова от 13 до 11 вольт. В течение какого времени можно рассчитывать на ток в 200 А (с запасом) ? I = С(U1-U2)/t, тогда t = C(U1-U2)/I = 500*2/200 = 5 секунд. Достаточно чтобы завести двигатель.

Когда увеличивается заряд проводника, то прямо пропорционально заряду будет возрастать его потенциал . Это справедливо для проводников любой геометрической формы. Отношение заряда проводника к его потенциалу не зависит от величины заряда, находящегося на проводнике, и определяются свойствами самого проводника, а также среды, в которой он находится. Характеристикой электрических свойств проводника, определяющей возможность накопления зарядов на данном проводнике, является электрическая емкость С .

Так как заряду q проводника пропорционален потенциал j(отсчитываемый от нулевого уровня на бесконечности), то электрическая емкость С уединенного проводника равна отношению заряда проводника к потенциалу и определяется отношением:

Таким образом, чем больше электрическая емкость, тем больший заряд может накопить проводник, имеющий данный потенциал.

Численно электрическая емкость

С равна заряду q , который необходимо сообщить уединенному телу для изменения его потенциала на единицу.

В системе единиц СГСЕ электрическая емкость измеряется в сантиметрах.

1 Ф = 9 . 10 11 см.

Емкость уединенного шара радиусом R , равна:

Поэтому в системе СГСЕ электрическая емкость проводящего шара в вакууме равна его радиусу. Емкостью 1 Ф обладает шар, радиус которого равен 9 . 10 6 км. Если считать Землю уединенным проводником, то ее электрическая емкость составляла бы порядка 0,7мФ.

В общем случае электрическая емкость геометрически подобных проводящих тел пропорциональна их размерам. Емкость зависит от геометрических размеров и формы проводников, взаимного расположения проводников и диэлектрической проницаемости, но не зависит от материала проводника.

Наличие вблизи проводника других тел изменяет его электрическую емкость, так как потенциал проводника зависит и от электрических полей, создаваемых наведенными в окружающих телах зарядами вследствие явления электростатической индукции .

Понятие электрической емкости относится не только к одному проводнику, но и к системе проводников, в частности к системе двух проводников, разделенных тонким слоем диэлектрика — конденсатору электрическому . Конденсаторы используют для получения нужных величин электрической емкости в технике. Емкость конденсатора характеризует не отдельную пластину, а систему двух пластин (проводников) в их взаимном расположении друг к другу. Электрическая емкость всегда характеризует систему из двух тел, между которыми установилась разность потенциалов (так как физический смысл имеет только разность потенциалов между двумя точками (см Потенциал Электростатический). Электроемкость конденсатора (взаимная емкость его обкладок), заряженных соответственно зарядами +q и –q , это физическая величина, равная отношению заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводниками. Электрическая емкость конденсатора практически не зависит от наличия окружающих тел и может достигать очень большой величины при малых геометрических размерах конденсаторов.

Все элементы и устройства, применяемые в электрических цепях различного назначения (трансформаторы, электронные приборы) также обладают электрической емкостью, влияние которой в некоторых режимах может быть существенным.

Часто на школьных уроках физики преподаватель, разъясняя тему электричества, прибегает к сравнению с течением потока воды. Во многих случаях, хотя не всегда, для упрощения понимания происходящих процессов такое сравнение вполне допустимо. Собственно, даже само слово «ток» используется именно в отношении жидкостей. А что такое емкость? Это одна из характеристик предмета, его способность вмещать что-либо. Например, все знают, что емкость банки составляет 3 литра. Очевидно, что количество накопленной воды непосредственно зависит от вместительности сосуда. Так, если взять два ведра, к примеру, 8 и 12 литров, то по высоте они равны, а отличие лишь в диаметре. Понятие «электрическая емкость» в этом плане весьма похоже. Например, один из параметров, влияющий на вместимость — это габариты. Электрическая емкость (Э.Е.)- это способность накапливать и удерживать в себе определенное количество электричества. Любой проводящий материал обладает определенной Э.Е., зависящей от ряда параметров. Процесс накопления заряда возможен в том случае, когда отсутствует возможность его перетекания на другой объект, обладающий большей емкостью.

Электрическая емкость может быть выражена через формулу, учитывающую способность накапливать заряд (потенциал — v) и величиной самого заряда (q). Обозначается буквой «c»:

Электрическая емкость измеряется в фарадах. Однако так как эта величина достаточно велика, в современных электронных схемах чаще применяются микро- и пикофарады. Большие емкости используются только в специфичных устройствах и расчетах. Соответственно, приставки «микро и пико» равны 1*10 в -6 и -12 степенях. Происходящие процессы легко описать через электроемкость уединенного проводника.

Представим себе проводник, находящийся в непроводящей ток среде, в которой отсутствуют внешние поля. Подключаем его к Часть электронов попадает в структуру материала, создавая избыточный потенциал, то есть, эти заряды при определенных условиях (создать контур) могут выполнить работу. Они распределяются по поверхности с определенной плотностью, которая зависит от пространственной конфигурации проводника и его размеров. Вокруг каждого точечного заряда существует электрическое поле, которое оказывает воздействие на все другие участки проводника. Потенциал такого уединенного проводника находится в прямой зависимости от заряда. Отношение данного заряда (q) к потенциалу (Fi) для рассматриваемого проводника неизменно, так как зависит лишь от форма) и коэффициента В примере не зря указан именно уединенный проводник. При наличии рядом с ним других тел, электрическое поле единичных зарядов будет индуцировать в окружающих телах потенциал противоположного знака, влияющий на итоговое значение (оно будет меньше).

Простейший элемент, использующий свойства накапливать электрический ток — это конденсатор. Он представляет собой два проводника, разделенных диэлектрическим материалом. Его особенность в том, что генерируемое электрическое поле оказывается «связанным» между обкладками (противоположные участки проводников) и практически не воздействует на окружающие тела, а, значит, потенциал на внешнюю работу не растрачивается.

Увеличить емкость можно несколькими путями:

  • уменьшить промежуток между обкладками. Бесконечное уменьшение невозможно, так как может возникнуть пробой непроводящей среды, что приведет к потере заряда;
  • подобрать непроводящий материал с большим сопротивлением пробою;
  • увеличить площадь обкладок. В целях сохранения приемлемых габаритов конденсатора часто изменяют пространственное расположение обкладок. Например, два проводника скручивают в кольца, разделенные изолятором.

Сообщение электрического разряда проводнику называется электризацией. Чем больший заряд принял проводник, тем больше его , или, иначе говоря, тем выше его электрический потенциал.

Между количеством электричества и потенциалом данного уединенного проводника существует линейная зависимость: отношение заряда проводника к его потенциалу есть величина постоянная:

Для какого-либо другого проводника отношение заряда к потенциалу есть также величина постоянная, но отличная от этого отношения для первого проводника.

Одной из причин, влияющих на эту разницу, являются размеры самого проводника. Один и тот же заряд, сообщенный различным проводникам, может создать различные потенциалы. Чтобы повысить потенциал какого-либо проводника на одну единицу потенциала, необходим определенный заряд.

Электрическая емкость и ее единица измерения

Свойство проводящих тел накапливать и удерживать электрический заряд, измеряемое отношением заряда уединенного проводника к его потенциалу, называется электрической , или просто емкостью, и обозначается буквой С.

Приведенная формула электрической емкости позволяет установить единицу электрической емкости.

Практически заряд измеряется в кулонах, потенциал в вольтах, а емкость в фарадах:

Емкостью в 1 фараду обладает проводник, которому сообщают заряд в 1 кулон и при этом потенциал проводника увеличивается на 1 вольт.

Единица измерения электрической емкости — (обозначается ф или F ) очень велика. Поэтому чаще пользуются более мелкими единицами — микрофарадой (мкф или μF ), составляющей миллионную часть фарады:

1 мкф = 10 -6 ф ,

и пикофарадой (пф ), составляющей миллионную часть микрофарады:

1 пф = 10 -6 мкф = 10 -12 ф .

Найдем выражение практической единицы — фарады в абсолютных единицах:

Электрический конденсатор

Устройство, предназначенное для накопления электрических зарядов, называется электрическим .


Рисунок 1. Модель простейшего конденсатора

Конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных между собой слоем . Чтобы зарядить конденсатор, нужно его обкладки соединить с полюсами электрической машины. Разноименные заряды, скопившиеся на обкладках конденсатора, связаны между собой электрическим полем. Близко расположенные пластины конденсатора, влияя одна на другую, позволяют получить на обкладках большой электрический заряд при относительно невысокой разности потенциалов между обкладками. Электрическая емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками:

Как показывают измерения, емкость конденсатора увеличится, если увеличить поверхность обкладок или приблизить их одну к другой. На емкость конденсатора оказывает влияние также материал диэлектрика. Чем больше диэлектрика, тем больше емкость конденсатора по сравнению с емкостью того же конденсатора, диэлектриком в котором служит пустота (воздух). Выбирая диэлектрик для конденсатора, нужно стремиться к тому, чтобы диэлектрик обладал большой (хорошими изолирующими качествами). Плохой диэлектрик приводит к пробою его и разряду конденсатора. Несовершенный диэлектрик повлечет за собой утечку тока через него и постепенный разряд конденсатора.

Длинные линии передачи высокого напряжения можно рассматривать как своеобразные обкладки конденсатора. Емкость провода нужно рассматривать не только относительно другого провода, но также относительно земли, стен помещений и окружающих предметов. Значительной емкостью обладают подводные и подземные кабели ввиду близкого расположения токоведущих жил между собой.

Конденсатор постоянной емкости

Конденсаторы, емкость которых изменять нельзя, называются конденсаторами постоянной емкости.

Рисунок 2. Схема устройства конденсатора
постоянной емкости

Наиболее распространенные в настоящее время конденсаторы постоянной емкости состоят из очень тонких металлических (станиолевых) листов с парафинированной бумажной или слюдяной прослойкой между ними.

Для увеличения емкости (увеличения площади пластин конденсатора) чаще всего берут по нескольку станиолевых листов и соединяют их в две группы, входящие одна в другую и разделенные диэлектриком, как схематически показано на рисунке 2. Иногда также берут две длинные станиолевые пластины, прокладывают между ними и снаружи парафинированную бумагу и затем свертывают все в компактный пакет или трубку. Конденсаторы большой емкости во многих случаях помещают в металлическую коробку и заливают парафином.

Рисунок 3. Внешний вид современных конденсаторов постоянной емкости

Определим емкость плоского конденсатора. Возьмем произвольную замкнутую поверхность вокруг одной из пластин конденсатора. Тогда по теореме Гаусса поток вектора напряженности, проходящий через любую замкнутую поверхность, внутри которой находится электрический заряд, равен:

где d — расстояние между пластинами или толщина диэлектрика. Подставив значение E из формулы (2) в формулу (1), получим:

то выражение емкости плоского конденсатора примет вид:

где S — площадь пластин в м²; d — толщина диэлектрика в м; ε — относительная электрическая проницаемость диэлектрика (диэлектрическая проницаемость).

Таким образом, для увеличения емкости плоского конденсатора нужно увеличить площадь его пластин (обкладок) S , уменьшить расстояние между ними d и в качестве диэлектрика поставить материал с большой относительной электрической проницаемостью (ε).

Видео об устройстве конденсатора постоянной емкости:

Конденсатор переменной емкости

Конденсаторы, емкость которых можно менять, называются конденсаторами переменной емкости.

Наиболее простой конденсатор переменной емкости имеет несколько (реже один) или алюминиевых полудисков, соединенных между собой электрически и укрепленных неподвижно. Другой ряд таких же полудисков собран на общей оси. При повороте этой оси каждый из укрепленных на ней полудисков входит меду двумя неподвижными полудисками. Поворачивая ось и меняя таким образом взаимное расположение подвижных и неподвижных полудисков, мы можем менять емкость конденсатора. На рисунке 3 показана схема устройства и на рисунке 4 — общий вид воздушного конденсатора переменной емкости.


Рисунок 3. Схема устройства конденсатора переменной емкости


Рисунок 4. Общий вид конденсатора переменной емкости

Видео об устройстве серийного конденсатора переменной емкости:

Видео о том, как можно сделать самодельный конденсатор переменной емкости своими руками:

Электролитические конденсаторы

В радиотехнике применяются также электролитические конденсаторы. Эти конденсаторы изготовляются двух типов: жидкостные и сухие. В обоих типах конденсаторов употребляется оксидированный . Путем специальной электрохимической обработки на поверхности алюминия получают тонкий (порядка нескольких десятков микрон) слой оксида алюминия Al 2 O 3 , представляющий так называемую оксидную изоляцию алюминия. Оксидная изоляция обладает электроизолирующими свойствами, а также является механически прочной, нагревостойкой, но гигроскопичной.

В жидкостных электролитических конденсаторах алюминиевую оксидированную пластину помещают внутрь металлического корпуса, который служит второй пластиной. В корпус заливают электролит, состоящий из раствора борной кислоты с некоторыми примесями.

Сухие электролитические конденсаторы изготовляют путем сворачивания трех лент. Одна лента представляет собой алюминиевую оксидированную фольгу (тонко раскатанный лист металла). Другой пластиной является лента из алюминиевой фольги. Между двумя металлическими лентами помещается бумажная или марлевая лента, пропитанная вязким электролитом. Плотно свернутые ленты помещаются в алюминиевый корпус и заливаются битумом. Тонкий оксидный изолирующий слой с высокой электрической проницаемостью (ε = 9) позволяет получить дешевые конденсаторы с большой удельной емкостью.

Видео об устройстве электролитического конденсатора:

Рисунок 5. Параллельное
соединение конденсаторов

Когда емкость конденсатора мала, то соединяют несколько конденсаторов параллельно (рисунок 5).

При конденсаторов напряжение на обкладках каждого конденсатора одно и то же. Поэтому можно написать:

U 1 = U 2 = U 3 = U .

Количество электричества (заряд) каждого конденсатора:

q 1 = C 1 × U ; q 2 = C 2 × U ; q 3 = C 3 × U .

Общий заряд батареи конденсаторов:

q = q 1 + q 2 + q 3 ;

q = C 1 × U + C 2 × U + C 3 × U = U (C 1 + C 2 + C 3) .

Обозначая емкость батареи конденсаторов через C , получаем:

q = C × U ,

C × U = U × (C 1 + C 2 + C 3)

или окончательно формула емкости при параллельном соединении конденсаторов примет вид:

C = C 1 + C 2 + C 3 .

Следовательно, при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При параллельном соединении каждый конденсатор окажется включенным на полное напряжение сети.

q 1 = q 2 = q 3 = q .

Напряжение, приложенное ко всей батареи конденсаторов, равно сумме напряжений на обкладках каждого конденсатора:

U = U 1 + U 2 + U 3 .

для всей батареи

теперь можно написать

или, сокращая на q , получим окончательно, что емкость конденсаторов при последовательном соединении равна:

Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов обратная величина общей емкости равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов. Каждый из конденсаторов включен на меньшее напряжение, чем напряжение сети.

Конденсаторы широко применяются в радиотехнике, рентгенотехнике, высокочастотной промышленной электротехнике, для увеличения электроустановок и так далее.

Длина и расстояние Масса Меры объема сыпучих продуктов и продуктов питания Площадь Объем и единицы измерения в кулинарных рецептах Температура Давление, механическое напряжение, модуль Юнга Энергия и работа Мощность Сила Время Линейная скорость Плоский угол Тепловая эффективность и топливная экономичность Числа Единицы измерения количества информации Курсы валют Размеры женской одежды и обуви Размеры мужской одежды и обуви Угловая скорость и частота вращения Ускорение Угловое ускорение Плотность Удельный объем Момент инерции Момент силы Вращающий момент Удельная теплота сгорания (по массе) Плотность энергии и удельная теплота сгорания топлива (по объему) Разность температур Коэффициент теплового расширения Термическое сопротивление Удельная теплопроводность Удельная теплоёмкость Энергетическая экспозиция, мощность теплового излучения Плотность теплового потока Коэффициент теплоотдачи Объёмный расход Массовый расход Молярный расход Плотность потока массы Молярная концентрация Массовая концентрация в растворе Динамическая (абсолютная) вязкость Кинематическая вязкость Поверхностное натяжение Паропроницаемость Паропроницаемость, скорость переноса пара Уровень звука Чувствительность микрофонов Уровень звукового давления (SPL) Яркость Сила света Освещённость Разрешение в компьютерной графике Частота и длина волны Оптическая сила в диоптриях и фокусное расстояние Оптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×) Электрический заряд Линейная плотность заряда Поверхностная плотность заряда Объемная плотность заряда Электрический ток Линейная плотность тока Поверхностная плотность тока Напряжённость электрического поля Электростатический потенциал и напряжение Электрическое сопротивление Удельное электрическое сопротивление Электрическая проводимость Удельная электрическая проводимость Электрическая емкость Индуктивность Американский калибр проводов Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах Магнитодвижущая сила Напряженность магнитного поля Магнитный поток Магнитная индукция Мощность поглощенной дозы ионизирующего излучения Радиоактивность. Радиоактивный распад Радиация. Экспозиционная доза Радиация. Поглощённая доза Десятичные приставки Передача данных Типографика и обработка изображений Единицы измерения объема лесоматериалов Вычисление молярной массы Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Исходная величина

Преобразованная величина

фарад эксафарад петафарад терафарад гигафарад мегафарад килофарад гектофарад декафарад децифарад сантифарад миллифарад микрофарад нанофарад пикофарад фемтофарад аттофарад кулон на вольт абфарад единица емкости СГСМ статфарад единица емкости СГСЭ

Общие сведения

Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:

C = Q/∆φ

Здесь Q — электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.

Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).

Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.

В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.

Использование емкости

Конденсаторы — устройства для накопления заряда в электронном оборудовании

Понятие электрической емкости относится не только к проводнику, но и к конденсатору. Конденсатор — система двух проводников, разделенных диэлектриком или вакуумом. В простейшем варианте конструкция конденсатора состоит из двух электродов в виде пластин (обкладок). Конденсатор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухэлектродный прибор для накопления заряда и энергии электромагнитного поля, в простейшем случае представляет собой два проводника, разделённые каким-либо изолятором. Например, иногда радиолюбители при отсутствии готовых деталей изготавливают подстроечные конденсаторы для своих схем из отрезков проводов разного диаметра, изолированных лаковым покрытием, при этом более тонкий провод наматывается на более толстый. Регулируя число витков, радиолюбители точно настраивают контура аппаратуры на нужную частоту. Примеры изображения конденсаторов на электрических схемах приведены на рисунке.

Историческая справка

Еще 250 лет назад были известны принципы создания конденсаторов. Так, в 1745 г. в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и нидерландский физик Питер ван Мушенбрук создали первый конденсатор — «лейденскую банку» — в ней диэлектриком были стенки стеклянной банки, а обкладками служили вода в сосуде и ладонь экспериментатора, державшая сосуд. Такая «банка» позволяла накапливать заряд порядка микрокулона (мкКл). После того, как ее изобрели, с ней часто проводили эксперименты и публичные представления. Для этого банку сначала заряжали статическим электричеством, натирая ее. После этого один из участников прикасался к банке рукой, и получал небольшой удар током. Известно, что 700 парижских монахов, взявшись за руки, провели лейденский эксперимент. В тот момент, когда первый монах прикоснулся к головке банки, все 700 монахов, сведенные одной судорогой, с ужасом вскрикнули.

В Россию «лейденская банка» пришла благодаря русскому царю Петру I, который познакомился с Мушенбруком во время путешествий по Европе, и подробнее узнал об экспериментах с «лейденской банкой». Петр I учредил в России Академию наук, и заказал Мушенбруку разнообразные приборы для Академии наук.

В дальнейшем конденсаторы усовершенствовались и становились меньше, а их емкость — больше. Конденсаторы широко применяются в электронике. Например, конденсатор и катушка индуктивности образуют колебательный контур, который может быть использован для настройки приемника на нужную частоту.

Существует несколько типов конденсаторов, отличающихся постоянной или переменной емкостью и материалом диэлектрика.

Примеры конденсаторов

Промышленность выпускает большое количество типов конденсаторов различного назначения, но главными их характеристиками являются ёмкость и рабочее напряжение.

Типичные значение ёмкости конденсаторов изменяются от единиц пикофарад до сотен микрофарад, исключение составляют ионисторы, которые имеют несколько иной характер формирования ёмкости – за счёт двойного слоя у электродов – в этом они подобны электрохимическим аккумуляторам. Суперконденсаторы на основе нанотрубок имеют чрезвычайно развитую поверхность электродов. У этих типов конденсаторов типичные значения ёмкости составляют десятки фарад, и в некоторых случаях они способны заменить в качестве источников тока традиционные электрохимические аккумуляторы.

Вторым по важности параметром конденсаторов является его рабочее напряжение . Превышение этого параметра может привести к выходу конденсатора из строя, поэтому при построении реальных схем принято применять конденсаторы с удвоенным значением рабочего напряжения.

Для увеличения значений ёмкости или рабочего напряжения используют приём объединения конденсаторов в батареи. При последовательном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение удваивается, а суммарная ёмкость уменьшается в два раза. При параллельном соединении двух однотипных конденсаторов рабочее напряжение остаётся прежним, а суммарная ёмкость увеличивается в два раза.

Третьим по важности параметром конденсаторов является температурный коэффициент изменения ёмкости (ТКЕ) . Он даёт представление об изменении ёмкости в условиях изменения температур.

В зависимости от назначения использования, конденсаторы подразделяются на конденсаторы общего назначения, требования к параметрам которых некритичны, и на конденсаторы специального назначения (высоковольтные, прецизионные и с различными ТКЕ).

Маркировка конденсаторов

Подобно резисторам, в зависимости от габаритов изделия, может применяться полная маркировка с указанием номинальной ёмкости, класса отклонения от номинала и рабочего напряжения. Для малогабаритных исполнений конденсаторов применяют кодовую маркировку из трёх или четырёх цифр, смешанную цифро-буквенную маркировку и цветовую маркировку.

Соответствующие таблицы пересчёта маркировок по номиналу, рабочему напряжению и ТКЕ можно найти в Интернете, но самым действенным и практичным методом проверки номинала и исправности элемента реальной схемы остаётся непосредственное измерение параметров выпаянного конденсатора с помощью мультиметра.

Предупреждение: поскольку конденсаторы могут накапливать большой заряд при весьма высоком напряжении, во избежание поражения электрическим током необходимо перед измерением параметров конденсатора разряжать его, закоротив его выводы проводом с высоким сопротивлением внешней изоляции. Лучше всего для этого подходят штатные провода измерительного прибора.

Оксидные конденсаторы: данный тип конденсатора обладает большой удельной емкостью, то есть, емкостью на единицу веса конденсатора. Одна обкладка таких конденсаторов представляет собой обычно алюминиевую ленту, покрытую слоем оксида алюминия. Второй обкладкой служит электролит. Так как оксидные конденсаторы имеют полярность, то принципиально важно включать такой конденсатор в схему строго в соответствии с полярностью напряжения.

Твердотельные конденсаторы: в них вместо традиционного электролита в качестве обкладки используется органический полимер, проводящий ток, или полупроводник.

Переменные конденсаторы: емкость может меняться механическим способом, электрическим напряжением или с помощью температуры.

Пленочные конденсаторы: диапазон емкости данного типа конденсаторов составляет примерно от 5 пФ до 100 мкФ.

Имеются и другие типы конденсаторов.

Ионисторы

В наши дни популярность набирают ионисторы. Ионистор (суперконденсатор) — это гибрид конденсатора и химического источника тока, заряд которого накапливается на границе раздела двух сред — электрода и электролита. Начало созданию ионисторов было положено в 1957 году, когда был запатентован конденсатор с двойным электрическим слоем на пористых угольных электродах. Двойной слой, а также пористый материал помогли увеличить емкость такого конденсатора за счет увеличения площади поверхности. В дальнейшем эта технология дополнялась и улучшалась. На рынок ионисторы вышли в начале восьмидесятых годов прошлого века.

С появлением ионисторов появилась возможность использовать их в электрических цепях в качестве источников напряжения. Такие суперконденсаторы имеют долгий срок службы, малый вес, высокие скорости зарядки-разрядки. В перспективе данный вид конденсаторов может заменить обычные аккумуляторы. Основными недостатками ионисторов является меньшая, чем у электрохимических аккумуляторов удельная энергия (энергия на единицу веса), низкое рабочее напряжение и значительный саморазряд.

Ионисторы применяются в автомобилях Формулы-1. В системах рекуперации энергии, при торможении вырабатывается электроэнергия, которая накапливается в маховике, аккумуляторах или ионисторах для дальнейшего использования.

В бытовой электронике ионисторы применяются для стабилизации основного питания и в качестве резервного источника питания таких приборов как плееры, фонари, в автоматических коммунальных счетчиках и в других устройствах с батарейным питанием и изменяющейся нагрузкой, обеспечивая питание при повышенной нагрузке.

В общественном транспорте применение ионисторов особенно перспективно для троллейбусов, так как становится возможна реализация автономного хода и увеличения маневренности; также ионисторы используются в некоторых автобусах и электромобилях.

Электрические автомобили в настоящем времени выпускают многие компании, например: General Motors, Nissan, Tesla Motors, Toronto Electric. Университет Торонто совместно с компанией Toronto Electric разработали полностью канадский электромобиль A2B. В нем используются ионисторы вместе с химическими источниками питания, так называемое гибридное электрическое хранение энергии. Двигатели данного автомобиля питаются от аккумуляторов весом 380 килограмм. Также для подзарядки используются солнечные батареи, установленные на крыше электромобиля.

Емкостные сенсорные экраны

В современных устройствах все чаще применяются сенсорные экраны, которые позволяют управлять устройствами путем прикосновения к панелям с индикаторами или экранам. Сенсорные экраны бывают разных типов: резистивные, емкостные и другие. Они могут реагировать на одно или несколько одновременных касаний. Принцип работы емкостных экранов основывается на том, что предмет большой емкости проводит переменный ток. В данном случае этим предметом является тело человека.

Поверхностно-емкостные экраны

Таким образом, поверхностно-емкостный сенсорный экран представляет собой стеклянную панель, покрытую прозрачным резистивным материалом. В качестве резистивного материала обычно применяется имеющий высокую прозрачность и малое поверхностное сопротивление сплав оксида индия и оксида олова. Электроды, подающие на проводящий слой небольшое переменное напряжение, располагаются по углам экрана. При касании к такому экрану пальцем появляется утечка тока, которая регистрируется в четырех углах датчиками и передается в контроллер, который определяет координаты точки касания.

Преимущество таких экранов заключается в долговечности (около 6,5 лет нажатий с промежутком в одну секунду или порядка 200 млн. нажатий). Они обладают высокой прозрачностью (примерно 90%). Благодаря этим преимуществам, емкостные экраны уже с 2009 года активно начали вытеснять резистивные экраны.

Недостаток емкостных экранов заключается в том, что они плохо работают при отрицательных температурах, есть трудности с использованием таких экранов в перчатках. Если проводящее покрытие расположено на внешней поверхности, то экран является достаточно уязвимым, поэтому емкостные экраны применяются лишь в тех устройствах, которые защищены от непогоды.

Проекционно-емкостные экраны

Помимо поверхностно-емкостных экранов, существуют проекционно-емкостные экраны. Их отличие заключается в том, что на внутренней стороне экрана нанесена сетка электродов. Электрод, к которому прикасаются, вместе с телом человека образует конденсатор. Благодаря сетке, можно получить точные координаты касания. Проекционно-емкостный экран реагирует на касания в тонких перчатках.

Проекционно-емкостные экраны также обладают высокой прозрачностью (около 90%). Они долговечны и достаточно прочные, поэтому их широко применяют не только в персональной электронике, но и в автоматах, в том числе установленных на улице.

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Алгоритм измерения емкости конденсаторов на авр. Цифровой измеритель емкости. Модели на базе двухпереходных расширителей: сборка и настройка

Обнаружив в интернете статью Digital Capacitance Meter , я захотел собрать этот измеритель. Однако под рукой не оказалось микроконтроллера AT90S2313 и светодиодных индикаторов с общим анодом. Зато были ATMEGA16 в DIP-корпусе и четырехразрядный семисегментный жидкокристаллический индикатор. Выводов микроконтроллера как раз хватало на то, чтобы подключить его к ЖКИ напрямую. Таким образом, измеритель упростился всего до одной микросхемы (на самом деле, есть и вторая – стабилизатор напряжения), одного транзистора, диода, горстки резисторов-конденсаторов, трех разъемов и кнопки.Прибор получился компактный и удобный в использовании. Теперь у меня нет вопросов о том, как измерить емкость конденсатора. Особенно это важно для SMD-конденсаторов с емкостями в несколько пикофарад (и даже в доли пикофарада), которые я всегда проверяю перед тем, как в паять в какую-нибудь плату. Сейчас выпускается множество настольных и портативных измерителей, производители которых заявляют о нижнем пределе измерений емкости в 0.1 пФ и достаточной точности измерений таких малых емкостей. Однако во многих из них измерения проводятся на довольно низкой частоте (единицы килогерц). Спрашивается, можно ли получить приемлемую точность измерений в таких условиях (даже если параллельно измеряемому подключить конденсатор большей емкости)? Кроме того, в интернете можно найти довольно много клонов схемы RLC-метра на микроконтолллере и операционном усилителе (той самой, что с электромагнитным реле и с одно- или двухстрочным ЖКИ). Однако такими приборами малые емкости померить «по-человечески» не удается. В отличие от многих других, этот измеритель специально спроектирован для измерения малых значений емкости.

Что касается измерения малых индуктивностей (единицы наногенри), то я для этого с успехом использую анализатор RigExpert AA-230 , который выпускает наша компания.

Фотография измерителя емкости:

Параметры измерителя емкости

Диапазон измерения: от 1 пФ до примерно 470 мкФ.
Пределы измерения: автоматическое переключение пределов – 0…56 нФ (нижний предел) и 56 нФ … 470 мкФ (верхний предел).
Индикация: три значащие цифры (две цифры для емкостей меньших, чем 10 пФ).
Управление: единственная кнопка для установки «нуля» и калибровки.
Калибровка: однократная, при помощи двух образцовых конденсаторов, 100 пФ и 100 нФ.

Большая часть выводов микроконтроллера подключена к ЖКИ. К некоторым из них также подключен разъем для внутрисхемного программирования микроконтроллера (ByteBlaster). Четыре вывода задействованы в схеме измерения емкости, включая входы компаратора AIN0 и AIN1, выход управления пределами измерения (при помощи транзистора) и выход выбора порогового напряжения. К единственному оставшемуся выводу микроконтроллера подключена кнопка.

Стабилизатор напряжения +5 В собран по традиционной схеме.

Индикатор – семисегментный, на 4 знака, с прямым подключением сегментов (т.е. не-мультиплексный). К сожалению, на ЖКИ не было маркировки. Такую же цоколевку и размеры (51×23 мм) имеют индикаторы многих фирм, например, AND и Varitronix.

Схема приведена ниже (на схеме не показан диод для защиты от «переполюсовки», через него рекомендуется подключить разъем питания):

Программа микроконтроллера

Поскольку ATMEGA16 – из серии «MEGA», а не из серии «tiny», особого смысла писать ассемблерную программу нет смысла. На языке Си удается сделать ее гораздо быстрей и проще, а приличный объем flash-памяти микроконтроллера позволяет пользоваться встроенной библиотекой функций с плавающей точкой при расчете емкости.

Микроконтроллер проводит измерение емкости за два шага. В первую очередь, определяется время заряда конденсатора через резистор сопротивлением 3.3 МОм (нижний предел). Если необходимое напряжение не достигнуто в течение 0.15 секунд (что соответствует емкости около 56 пФ), заряд конденсатора повторяется через резистор 3.3 кОм (верхний предел измерения).

При этом микроконтроллер сперва разряжает конденсатор через резистор сопротивлением 100 Ом, а затем заряжает его до напряжения 0.17 В. Только после этого замеряется время заряда до напряжения 2.5 В (половина напряжения питания). После этого, цикл измерения повторяется.

При выводе результата на выводы ЖКИ подается напряжение переменной полярности (относительно его общего провода) с частотой около 78 Гц. Достаточно высокая частота полностью устраняет мерцание индикатора.

Этот измеритель емкости может измерять емкость конденсаторов с разрешением 1 пФ в нижнем конце диамазона. Максимальная измеряемая емкость — 10000 мкФ. Реальная точность не известна, но линейная ошибка лежит в пределах максимум 0.5 % , и обычно меньше 0.1% (получено измерением параллельно подключенных нескольких конденсаторов). Наибольшие затруднения возникают при измерении электролитических конденсаторов большой емкости.

Измеритель емкости работает в режиме автоматического выбора пределов измерения, либо в нижнем или верхнемдиапазоне емкостей принудительно. Прибор имеет два различных предела измерения, реализуя два измерения для одного и того же конденсатора. Это дает возможность проверить правдивость измерения и узнать, действительно ли измеряемая деталь является конденсатором. При этом методе электролиты проявляют свою характерную нелинейность, давая разные значения при разных пределах измерения.

Измеритель емкости имеет систему меню, которая в том числе позволяет откалибровать нулевое значение и емкость в 1 мкФ. Калибровка сохраняется в EEPROM.

Для проекта был выбран один из самых маленьких чипов — Атмега8. Схема питается от 9-вольтовой батарейки через линейный регулятор 7805.

Прибор может работать в трех режимах: измерение в нижнем диапазоне, в верхнем диапазоне, и в режиме разрядки. Эти режимы определяются состоянием выводов PD5 и PD6 контроллера. Во время разрядки PD6 имеет лог. 0 и кондерсатор разряжается через резистор R7 (220 Ом). В верхнем диапазоне измерений PD5 имеет лог. 1, заряжая конденсатор через R8 (1.8K) и PD6 находится в Z-состоянии чтобы позволить аналоговому компаратору сравнивать напряжение. В нижнем диапазоне измерений PD5 также находится в Z-состоянии, и конденсатор заряжается только через R6 (1.8MОм).

В качестве индикатора может использоваться любой дисплей на контроллере HD44780 размером 16×2 символов. Разводка коннектора дисплея показана на этом рисунке:

Устройство собрано на макетной плате и размещено в простом прямоугольном пластиковом корпусе. В крышке корпуса вырезаны отверстия под индикатор, кнопку и светодиод, которые закреплены термоклеем:

Программа измерителя емкости

В устройстве можно использовать контроллера atmega8 и atmega48/88/168 семейства. При замене контроллера в программе нужно изменить строку, отвечающую за конфигурацию таймера конкретного контроллера.

На микроконтроллере, но после некоторых обсуждений с коллегами-радиолюбителями и серии экспериментов, пришли в голову мысли о его дальнейшем улучшении. Новый прибор отличается повышенной точностью и более широким диапазоном. В его основе — контроллер PIC16F90.

Схема измерителя ёмкости и индуктивности

Характеристики LCR метра

Конденсаторы :

  • от 1pF до 1nF — разрешение: 0,1 ПФ, точность: 1%
  • от 1nF до 100nF — разрешение: 1pF, точность: 1%
  • от 100nF до 1uF — разрешение 1nF, погрешность: 2.5%

Электролиты :

  • от 100 НФ до 100 000uF — разрешение 1nF, точность: 5%

Индуктивность :

  • от 10nH к 20H — разрешение 10nH, точность: 5%

Сопротивление :

  • от 1 мОм до 0,5 Ом — разрешение 1 мОм, точность: 5%

Тут нужно поправиться — устройство работает скорее как миллиомметр. Резисторы больше одного Ома оно почти не меряет. Печатная плата для прибора разработана таким образом, что можно подключить ЖК-дисплей на верхней части. Для регулировки контрастности дисплея служит подстроечный резистор R10.

Все резисторы металлоплёночные, 1%. Два 1nF конденсатора тоже с отклонением 1%. Ёмкость CX1 — 33nF, также критична — это должен быть полипропилен с высоким рабочим напряжением конденсатора (несколько сот вольт). Дроссель должен быть с низким Rdc. Есть в измерителе разъем для отдельного сетевого адаптера, который обходит кнопку выключения.

Если устройство работает с внешним адаптером питания, вы можете увеличить яркость подсветки экрана за счет уменьшения значения сопротивления резистора R11. Изучите документацию на дисплей, чтобы выбрать правильное значение сопротивления резистора.

Имейте в виду, что электролитические конденсаторы должны быть разряжены до измерения, иначе есть опасность сжечь контроллер. Все файлы для сборки схемы (несколько вариантов прошивок, печатные платы) — находятся в архиве. .

Это простой измеритель емкости. Имеется несколько методов измерения емкости, например, с помощью моста сопротивлений или измеряя отклонение магнитной стрелки. В последнее время типовые измерители емкости измеряют емкость и некоторые дополнительные характеристики измеряя вектор тока, подавая на измеряемую емкость переменное напряжение. Некоторые простые измерители емкости используют метод интегрирования, измеряя кратковременный отклик RC цепочки при переходном процессе. Существуют готовые наборы для сборки измерителей емкости, реализующих этот метод.

В этом проекте используется метод интегрирования. Преимущество этого метода в том, что результат легко может быть получен сразу в цифровом виде, потому как метод основан на измерении временных интервалов, точной аналоговой схемы не требуется, измеритель легко может быть откалиброван при использовании микроконтроллера. Таким образом метод интегрирования наиболее подходит для измерителя емкости ручной сборки.

Переходный процесс

Явление, проявляющее до тех пор пока состояние цепи не стабилизируется после изменения состояния, называется переходным процессом. Переходный процесс это одно из фундаментальных явлений в импульсных схемах. Когда выключатель на рисунке 1а разомкнется, конденсатор С будет заряжаться через резистор R и напряжение Vc будет изменяться так, как показано на рисунке 1b. Для изменения состояния цепи на рисунке 1а, также возможно изменять ЭДС Е, вместо использования выключателя, эти два метода будут эквивалентны. Зависимость напряжения Vc от времени t выражается формулой.

(1)

Размерности величин: t — секунды, R — Омы, C — Фарады, число — е, приблизительно 2,72. когда напряжение Vc достигнет некоторого значения Vc1, время t1 может быть выражено по формуле:

(2)

Это означает, что время t1 пропорционально С. Таким образом емкость может быть вычислена из времени заряда и других фиксированных параметров.

Аппаратная часть

Чтобы измерить время заряда потребуются только компаратор напряжения, счетчик и некоторая соединительная логика. Однако, микроконтроллер (AT90S2313) используемый в этом проекте позволяет реализовать это проще. Сначала я думал, что аналоговый компаратор в контроллерах AVR бесполезен, но я обнаружил, что сигнал с выхода компаратора может быть подан на вход триггера ТС1. Это прекрасная возможность для нашего случая.

Интегрирующая схема может быть упрощена, как показано на схеме устройства. Опорное напряжение создается резистивным делителем. С виду кажется, что использование делителя делает результат нестабильным к изменения питающего напряжения, однако время заряда не зависит от питающего напряжения. Используя формулу (2), вы можете обнаружить, что напряжение вообще можно заменить параметром Vc1/E, который зависит только от соотношения сопротивлений делителя. Это преимущество используется в микросхеме таймера NE555 . разумеется, питающее напряжение должно быть стабильным во время измерения.

В соответствии с фундаментальными принципами, при измерении емкости может быть использовано только одно опорное напряжение. Однако использование входного напряжения близкого к нулю проблематично по следующим причинам.

  • Напряжение никогда не упадет до нуля вольт. Напряжение на конденсаторе не может упасть до 0 вольт. Требуется время, чтобы разрядить конденсатор до достаточно для низкого уровня напряжения, позволяющего производить измерения. Это будет увеличивать интервал измерений. Падение напряжения на ключе разряда также увеличит этот эффект.
  • Имеется время между запуском заряда и стартом таймера. Это может вызвать ошибку измерений. Этим можно пренебречь на AVR, потому как им требуется только один цикл тактовой частоты, для этого. На других контроллерах возможно потребуется решать эту проблему.
  • Ток утечки в аналоговой цепи. В соответствии со спецификацией AVR, ток утечки на аналоговых входах возрастает при напряжении на них близком к нулю. Это может стать причиной ошибки измерений.

Чтобы избежать использования близкого к нулевому напряжения, используются два опорных напряжения Vc1(0,17 Vcc) и Vc2(0,5 Vcc) и измеряется разность временных интервалов t2-t1 (0,5RC). Это позволяет избежать вышеописанных проблем и задержка компаратора также компенсируется. Печатная плата устройства должна содержаться в чистоте, чтобы минимизировать утечку тока по поверхности.

Питающее напряжение генерируется преобразователем, питаемым от 1,5 вольтовой батарейки. Ключевой источник питания неприменим для схемы измерений, хотя с виду кажется что схема не подвержена колебаниям напряжения, поскольку в цепи питания применены два фильтра. Я рекомендую использовать 9-ти вольтовую батарейку с 5 ти вольтовым стабилизатором 78 L05 вместо него, и не исключайте функцию BOD или вы будете страдать от порчи данных в энергонезависимой памяти контроллера.

Градуировка

Чтобы калибровать нижний диапазон: В первую очередь установите 0 кнопкой SW1. Затем подключите прецизионный конденсатор емкостью 1 нФ, замкните контакты #1 и #3 разъема Р1 и нажмите кнопку SW1.

Чтобы калибровать верхний диапазон: подключите прецизионный конденсатор емкостью 100 нФ, замкните контакты #4 и #6 разъема Р1 нажмите кнопку SW1.

«Е4» при включении означает, что калибровочное значение в энергонезависимой памяти повреждено. Это сообщение никогда не будет показано, если калибровка уже проводилась. Что касается установки нуля, это значение не записывается в энергонезависимую память и требует повторной установки при каждом включении и перед каждым измерением.

Использование

Автоматическое переключение диапазона

Процесс измерения запускается с интервалом 500 миллисекунд, с момента подключения измеряемой емкости. Измерение начинается с нижнего диапазона (3,3 мОм). Если напряжение на конденсаторе не достигнет 0,5 Vcc в течении 130 миллисекунд (>57 нФ), конденсатор разряжается и измерение перезапускается на верхнем диапазоне (3,3 кОм). Если напряжение на конденсаторе не достигнет 0,5 Vcc в течении 1 секунды (>440 мкФ), измерение отменяется и выводится сообщение «E2». В случае, когда допустимое значение времени измерено, емкость вычисляется и отображается. Значение емкости отображается таким образом, что на дисплее отображаются только первые три цифры слева. Таким образом автоматически выбираются два диапазона измерений и три диапазона отображения.

Я уверен, что этот проект не является новым, но это собственная разработка и хочу, чтобы этот проект так, же был известен и полезен.

Схема LC метра на ATmega8 достаточно проста. Осциллятор является классическим и выполнен на операционном усилителе LM311. Основная цель, которую я преследовал при создании данного LC метра — сделать его не дорогим и доступным для сборки каждым радиолюбителем.

Принципиальная схема измерителя емкости и индукции

Характеристики LC-метра:

  • Измерение емкости конденсаторов: 1пФ — 0,3мкФ.
  • Измерение индуктивности катушек: 1мкГн-0,5мГн.
  • Вывод информации на ЖК индикатор 1×6 или 2×16 символов в зависимости от выбранного программного обеспечения

Для данного прибора я разработал программное обеспечение, позволяющее использовать тот индикатор, который есть в распоряжении у радиолюбителя либо 1х16 символьный ЖК-дисплей, либо 2х 16 символов.

Тесты с обоих дисплеев, дали отличные результаты. При использовании дисплея 2х16 символов в верхней строке отображается режим измерения (Cap – емкость, Ind – ) и частота генератора, в нижней же строке результат измерения. На дисплее 1х16 символов слева отображается результат измерения, а справа частота работы генератора.

Однако, чтобы поместить на одну строку символов измеренное значение и частоту, я сократил разрешение дисплея. Это ни как не сказывается на точность измерения, только чисто визуально.

Как и в других известных вариантах, которые основаны на той же универсальной схеме, я добавил в LC-метр кнопку калибровки. Калибровка проводится при помощи эталонного конденсатора емкостью 1000пФ с отклонением 1%.

При нажатии кнопки калибровки отображается следующее:

Измерения, проведенные с помощью данного прибора на удивление точны, и точность во многом зависит от точности стандартного конденсатора, который вставляется в цепь, когда вы нажимаете кнопку калибровки. Метод калибровки устройства заключается всего лишь в измерении емкости эталонного конденсатора и автоматической записи его значения в память микроконтроллера.

Если вы не знаете точное значение, можете откалибровать прибор, изменяя значения измерений шаг за шагом до получения наиболее точного значения конденсатора. Для подобной калибровки имеются две кнопки, обратите внимание, на схеме они обозначены как «UP» и «DOWN». Нажимая их можно добиться корректировки емкости калибровочного конденсатора. Затем данное значение автоматически записывается в память.

Перед каждым замером емкости необходимо сбросить предыдущие показания. Сброс на ноль происходит при нажатии «CAL».

Для сброса в режиме индуктивности, необходимо сначала замкнуть выводы входа, а затем нажать «CAL».

Весь монтаж разработан с учетом свободной доступности радиодеталей и с целью достижения компактности устройства. Размер платы не превышают размеров ЖК-дисплея. Я использовал как дискретные компоненты, так и компоненты поверхностного монтажа. Реле с рабочим напряжением 5В. Кварцевый резонатор — 8MHz.

Преобразователи ёмкости в цифровой код на основе сигма-дельта модулятора

Емкостные датчики обладают высокой точностью и довольно низкой стоимостью. Однако разработчики, решившие использовать емкостные датчики в своей конструкции, вынуждены предусмотреть сначала преобразование емкости в напряжение, а затем преобразование этого напряжения в цифровой сигнал с помощью прецизионного АЦП. Сложность конструкции, временные затраты на разработку прототипа и тестирование системы зачастую вынуждают инженеров использовать другие типы датчиков. В итоге система может оказаться более дорогостоящей, менее точной, или и то и другое сразу.

Хотя емкостные датчики часто применяются в различных устройствах, существует много вариантов их подключения, сопряженных с определенными проблемами с точки зрения схем формирования сигнала. Однако существует новый подход — преобразование емкости в код с помощью сигма-дельта модулятора, который обычно является частью прецизионного АЦП. Сигма-дельта модулятор может работать в качестве средства прямого преобразования емкости в цифровой код. Но прежде чем более подробно рассматривать устройство преобразователя емкости в цифровой код (CDC), необходимо уяснить, где применяются емкостные датчики.

Емкостные датчики изменяют свою емкость в зависимости от изменения какой-либо физической величины. Область их применения неуклонно расширяется — от наиболее дорогих и прецизионных промышленных и медицинских систем до простых и дешевых бытовых устройств. Емкостные датчики применяются в устройствах измерения влажности, давления и положения. Также на принципе измерения емкости основаны бесконтактные переключатели, датчики приближения, датчики отпечатков пальцев, измерители уровня жидкости, измерители свойств материалов, качества нефтепродуктов и разнообразные датчики положения.

Подключение емкостных датчиков

Обычно от разработчика, пытающегося применить емкостный датчик, требуется реализовать недорогое, точное устройство, ко входу которого подключается измеряемая емкость. В общем виде измерение емкости производится за счет подачи на электроды емкостного датчика сигнала возбуждения. Изменения емкости датчика преобразуются в изменения напряжения, тока, частоты или ширины импульсов. Существует несколько типичных методов измерения емкости.

«Прямой» метод подразумевает заряд конденсатора от источника тока в течение определенного времени и затем измерение напряжения на конденсаторе. Этот метод требует наличия прецизионного источника очень маленького тока и высокоимпедансного входа измерения напряжения.

Второй метод подразумевает использование измеряемой емкости в качестве времязадающей в RC-генераторе с последующим измерением постоянной времени, частоты или периода. Этот метод прост, но обычно не обеспечивает высокой точности.

Еще один подход заключается в измерении импеданса конденсатора на переменном токе. Источник синусоидального сигнала подключается к конденсатору, при этом измеряется напряжение и ток через конденсатор. При использовании четырехпроводного логометрического подключения (при котором измеряется соотношение импедансов) и синхронного демодулятора можно получить наиболее точный результат. Однако такая схема очень сложна и состоит из многих компонентов.

Наиболее распространенный метод измерения емкости прецизионного датчика с малой величиной емкости заключается в применении зарядового усилителя, который преобразует соотношение измеряемой и опорной емкостей в сигнал напряжения (рис. 1). Такая схема поставляется в виде специализированных микросхем и подходит для некоторых систем при больших объемах производства.

Рис. 1. Один из методов измерения емкости, основанный на применении зарядового усилителя

Во всех описанных методиках емкость сначала преобразуется в напряжение, которое затем преобразуется в цифровой код при помощи прецизионного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). В большинстве систем необходимо преобразование сигнала в цифровую форму. Имеется одно существенное преимущество представления сигнала в цифровой форме, даже если в конце концов нам требуется аналоговый сигнал в виде напряжения или тока в петле 4–20 мА. Это преимущество заключается в том, что линеаризацию сигнала датчика, температурную компенсацию и калибровку гораздо легче выполнить в цифровом виде, нежели в аналоговом.

Очень важный аспект при проектировании схем с прецизионными емкостными датчиками — это способ подключения датчика к схеме. Часто бывает, что разрабатываемое устройство должно иметь весьма ограниченные размеры, и схема обработки сигнала должна быть достаточно компактной для удовлетворения этим требованиям. Иногда необходимо, чтобы датчик был подключен к устройству достаточно длинным кабелем. Помехи, действующие на этот кабель, могут существенно исказить сигнал с датчика, емкость которого зачастую составляет единицы пикофарад. Более того, если расстояние от датчика до устройства обработки сигнала слишком велико, то методы измерений, чувствительные к емкости соединительного кабеля или к токам утечки, могут оказаться совершенно неприемлемыми.

Сигма-дельта АЦП

Хорошо проработанная технология сигма-дельта преобразования уже многие годы применяется в АЦП с высокой разрешающей способностью. На рис. 2 упрощенно показана архитектура стандартного промышленного сигма-дельта АЦП. Конденсаторы CIN и CREF периодически переключаются между входом сигнала и источником опорного напряжения VIN и VREF, «накачивая» заряд интегратора CINT.

Рис. 2. Упрощенная структурная схема сигма-дельта АЦП

Компаратор контролирует уровень сигнала на выходе интегратора и управляет фазой переключения входного ключа, замыкая петлю обратной связи и таким образом компенсируя заряды, протекающие через сигнальную (VIN) и опорную (VREF) цепи.

Однобитный поток нулей и единиц, показанный на рис. 2 на выходе компаратора, меняется в соответствии с величиной заряда, необходимого для балансировки цепи. Этот заряд пропорционален напряжению и емкости. Так как емкость конденсатора в АЦП имеет фиксированную величину, плотность единиц в однобитном потоке соответствует соотношению напряжений на сигнальном входе (VIN) и на входе опорного напряжения (VREF). Затем цифровой фильтр обрабатывает этот однобитный поток данных и формирует результат преобразования в цифровом виде.

Такая архитектура по своей сути является чрезвычайно эффективной с точки зрения линейности и точности, однако особенностью данной архитектуры является балансирование между разрешающей способностью и быстродействием (частотой обновления данных на выходе). Если цифровой фильтр накапливает больше однобитных данных, это требует больше времени для обработки, но обеспечивает в результате больше разрядов «без дрожания». Разрешающая способность ограничена только шумом системы. Частота обновления данных на выходе ограничена максимальной тактовой частотой, которая соответствует скорости срабатывания электронных ключей, полосе частот интегратора и быстродействию компаратора.

Посмотрим на список поставляемых аналого-цифровых преобразователей и ознакомимся с характеристиками типичного сигма-дельта АЦП. Типичный АЦП выдает 24-разрядный код без пропущенных кодов (это косвенно характеризует дифференциальную нелинейность), обеспечивает 18-разрядное разрешение (от пика до пика, то есть 18 стабильных разрядов), интегральная нелинейность составляет 4×10–6, частота обновления данных на выходе — от 10 Гц до 40 кГц.

Сигма-дельта преобразователь емкости в цифровой код (CDC)

В обычном сигма-дельта АЦП происходит переключение конденсаторов фиксированной величины и за счет этого достигается уравнивание заряда между меняющимся сигналом на аналоговом входе и постоянным сигналом источника опорного напряжения. Но если заряд пропорционален напряжению и емкости, почему бы не зафиксировать входное напряжение и вместо этого не менять емкость?

Модифицированная схема сигма-дельта модулятора показана на рис. 3. Фиксированное входное напряжение можно рассматривать как напряжение возбуждения. Конденсатор, емкость которого меняется, будем рассматривать как емкостный датчик. В результате выходной код будет соответствовать соотношению емкости датчика и опорной емкости CREF

Рис. 3. Сигма-дельта АЦП в качестве прямого измерителя емкости

Этот новый подход позволяет осуществить прямое подключение емкостного датчика к сигма-дельта преобразователю, что само по себе обеспечивает такие преимущества, как высокая разрешающая способность, точность и линейность. Кроме того, имеются и другие особенности использования описанной схемы в реальной системе.

Такой интерфейс не чувствителен к величине емкости между выводами датчика и «землей» или к току утечки на «землю», если эти величины находятся в пределах, характерных для реальных конструкций.

Преобразователь емкости в цифровой код может быть воплощен полностью в виде однокристального устройства, что в результате обеспечивает высокую степень интеграции, простоту реализации схемы, высокую повторяемость, высокую надежность, и — последнее по порядку, но не по важности — значительное снижение себестоимости проекта.

Пример: емкостный датчик длины или перемещения

В качестве примера простого и дешевого емкостного датчика мы выбрали емкостный датчик длины или перемещения (рис. 4). Принцип его работы прост: полоска, выполненная из диэлектрического материала с известной диэлектрической проницаемостью, перемещается между двумя неподвижными пластинами. Емкость между пластинами при этом изменяется в зависимости от положения пластины.

Рис. 4. Принцип работы датчика перемещения

Такой датчик можно реализовать в виде «сэндвича» из фольгированного стеклотекстолита. Две полосы медной фольги внутри этой конструкции образуют две обкладки конденсатора (рис. 5а).

Две узкие полоски стеклотекстолита в среднем слое «сэндвича» задают зазор между обкладками и формируют «туннель», по которому перемещается подвижная полоска (рис. 5b).

Рис. 5. Конструкция датчика длины или перемещения

Внешние слои медной фольги, неиспользуемые области, а также сквозные переходы соединены с «землей» и формируют экран, защищающий датчик от внешних воздействий. Подвижная полоска диэлектрика изготовлена из того же материала (стеклотекстолита), что и печатная плата, но не имеет слоя меди.

Применение преобразователя CDC и полученные характеристики

Описанный выше емкостный датчик перемещения имеется на оценочной плате; он изготовлен из обычного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм с двусторонним фольгированием (рис. 6).

Рис. 6. Внешний вид оценочного набора EVAL-AD7745/46EB с датчиком перемещения

Подвижная полоска имеет ширину 10 мм. Начальная емкость (когда полоска не вдвинута в зазор) составляет 4,5 пФ. Емкость изменяется приблизительно на 0,126 пФ на миллиметр при движении полоски в зазоре между пластинами конденсатора.

Датчик подключен непосредственно к преобразователю CDC, и таким образом вся схема преобразователя состоит из одной ИС (рис. 7). Преобразователь расположен близко к датчику. Вся схема расположена на той же печатной плате, что и датчик. Преобразователь нечувствителен к паразитной емкости между электродами датчика и «землей», и это сильно упрощает задачу экранирования датчика. Даже дорожки от датчика к преобразователю можно окружить «земляной» поверхностью, получив в итоге структуру, подобную коаксиальному кабелю.

Рис. 7. Схема подключения емкостного датчика к ИС AD7746

Преобразователь AD7746, который используется в этом примере, имеет диапазон измеряемой емкости ±4 пФ. Этот диапазон за счет конфигурирования преобразователя можно «сместить» на 17 пФ. Типичная величина разрешающей способности в диапазоне ±4 пФ составляет 18 разрядов (без дрожания). Интегральная нелинейность CDC не хуже 0,01%, а за счет заводской калибровки погрешность усиления не превышает 4 фФ (4×10–15 Ф).

Сопоставление параметров датчика и преобразователя дает нам следующие цифры: полный диапазон перемещения составляет около 65 мм, разрешающая способность — 0,25 мм, интегральная линейность ±7 мм. Однако эти цифры — теоретические, в реальной конструкции они могут отличаться. Механическая точность датчика и стабильность его характеристик — вот основные источники погрешностей, снижающие точность всей системы. Кроме того, деформации электрического поля на концах датчика могут привести к нелинейности его характеристики преобразования.

Еще одним параметром, характеризующим точность, является температурный дрейф характеристик. Диэлектрическая проницаемость подвижной части датчика изменяется с температурой, и размеры датчика также изменяются с температурой. Собственно преобразователь CDC имеет величину дрейфа около –25 млн–1/°C. Однако эти погрешности могут быть компенсированы. Если температурный дрейф датчика известен, а значение температуры измерено, то в алгоритме управляющего контроллера можно предусмотреть компенсацию температурной погрешности. Альтернативный метод компенсации такой: можно измерять емкость конденсатора, сделанного в виде точно такого же «сэндвича», что и основной датчик, а затем вычислять результат сравнения емкости датчика и этого «опорного» конденсатора.

Микросхема CDC AD7746 имеет встроенный температурный датчик, а также второй канал измерения емкости, так что на базе этой ИС можно реализовать любой из описанных подходов. ИС предназначена для работы в температурном диапазоне –40…+125 °C, что позволяет размещать ее вблизи датчика. В таком случае температура кристалла AD7746 и температура датчика будут достаточно близки. Но в данной ИС имеется также стандартный дифференциальный вход напряжения и вход опорного источника, поэтому к ней не составит труда подключить внешний датчик температуры (термистор или резистивный температурный датчик RTD).

Литература

  1. http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/21450359AD7745_6_0.pdf
  2. http://www.analog.com/UploadedFiles/Associated_Docs/252730993EVAL_AD7746EB_0.pdf

39. Электроемкость. Емкость шара, емкость плоского конденсатора. Единицы измерения емкости.

Электрической емкостью проводника наз. отношение заряда проводника к его потенциалу:

Емкость определяется геометрической формой, размерами проводника и свойствами среды (от материала проводника не зависит). Чем больше емкость проводника, тем меньше меняется потенциал при изменении заряда.

Емкость шара в СИ:

Ёмкость плоского конденсатора.

, т.о. емкость плоского конденсатора зависит только от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости. Для создания конденсатора большой емкости необходимо увеличить площадь пластин и уменьшить толщину слоя диэлектрика.

Единицы емкости.

Емкостью 1Ф (фарад) обладает такой проводник, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл.

Емкостью 1Ф  обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца.

Емкость Земли  700 мкФ

Если проводник не уединенный, то потенциалы складываются по правилу суперпозиции и емкость проводника меняется.

40. Конденсаторы. Электроёмкость конденсатора. Применение конденсаторов

Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.  Проводники наз. обкладками  конденсатора. Если заряды пластин конденсатора одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то  под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок.

Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками: .

Назначение конденсаторов

  1. Накапливать на короткое время заряд или энергию для быстрого изменения потенциала.

  2. Не пропускать постоянный ток.

  3. В радиотехнике: колебательный контур, выпрямитель.

41. Магнитное поле, его свойства. Характеристики магнитного поля: магнитная индукция, напряженность.  Магнитное поле— форма существования материи, окружающей движущиеся электрические заряды (проводники с током, постоянные магниты).Основные свойства магнитного поля: порождается движущимися электрическими зарядами, проводниками с током, постоянными магнитами и переменным электрическим полем; действует с силой на движущиеся электрические заряды, проводники с током, намагниченные тела; переменное магнитное поле порождает переменное электрическое поле. Магнитное поле изображается графически с помощью магнитных силовых линий или линий магнитной индукции.Магнитными силовыми линияминазываются линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются железные опилки или оси маленьких магнитных стрелок. В каждой точке такой линии вектор  направлен по касательной. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, что говорит об отсутствии в природе магнитных зарядов и вихревом характере магнитного поля.МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

— это силовая характеристика магнитного поля.

Вектор магнитной индукции направлен всегда так, как сориентирована свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле.

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:

Напряжённость магни́тного по́ля— векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукцииBи вектора намагниченностиM.

В Международной системе единиц (СИ): где— магнитная постоянная.

Магнитным моментомрамки с током называется вектор равный произведению силы тока, текущего по рамке, на вектор площади.

42. Закон Био — Савара- Лапласа. Примеры простейших магнитных полей проводников с током.  Закон Био́—Савара—Лапла́са — физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током.

а) Магнитное поле прямого тока

 

 ;  ;

б) Магнитное поле в центре кругового проводника с током

α = 90°; sin α = 1.

Что такое электрическая емкость конденсатора можно узнать из этой статьи.

Две металлические пластины (обкладки) или два проводника любой формы, разделенные диэлектриком, называются электрическим конденсатором. Электрическая емкость конденсатора будет зависеть от площади пластины и расстояния между пластинами.  Конденсатором, так же, являются два провода электрической сети. Каждый провод, изолированный от земли, можно тоже рассматривать как конденсатор, причем одной из его обкладок будет служить провод, а другой — земля.
Конденсаторы электрическая емкость которых может быть любой, образуются не только в естественных условиях, но и специально изготовляются на электротехнических заводах.


Конденсаторы обладают свойством накапливать и удерживать равные по величине и разные по знаку (разноименные) электрические заряды.
Конденсатор будет заряжен, если на его обкладках накоплены разноименные электрические заряды. В этом случае между обкладками конденсатора, как и вокруг любых заряженных тел, существует электрическое поле и возникает электрическое напряжение между любыми точками поля. В частности, существует напряжение и между обкладками конденсатора U, которое пропорционально величине электрического заряда q на любой из обкладок. Эта зависимость становится понятной, если вспомнить, что электрическое напряжение зависит от напряженности электрического поля, а последняя пропорциональна величине заряда, вокруг которого создается электрическое поле.
Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется емкостью конденсатора.

Емкостью конденсатора (обозначение С) называется постоянная величина, равная отношению величины заряда одной из обкладок конденсатора к напряжению между обкладками.

Таким образом, расчетная электрическая емкость конденсатора формула размещена ниже:

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в одну фараду обладает конденсатор, у которого при напряжении в 1 в (1 вольт) заряды на каждой обкладке составляют 1 к (1 кулон), т. е.

Однако фарада является очень крупной единицей, поэтому на практике чаще пользуются более мелкими единицами:
микрофарадой (мкф), составляющей миллионную долю фарады,
1 мкф = 10-6 ф
и пикофарадой (пф), составляющей миллионную долю микрофарады,
1 пф= 10-6 мкф = 10-12 ф.
На чертежах конденсатор условно изображается, как показано на рисунке ниже.

Что такое конденсаторы и электрическая емкость смотрите видео ниже:

Как измерить емкость — Как

Какой самый недорогой способ измерить емкость? У меня есть несколько конденсаторов для фотовспышек, на которых не указана их емкость. Я пошел в радиолавку, и самый дешевый мультиметр, который измерил это, стоил около 60 долларов. Есть ли дешевый способ узнать номинал моих конденсаторов?

Обсуждения

Вы, очевидно, довольно умны в этой области, поэтому я задаю вам вопрос.

Как узнать, какая емкость мне нужна? Есть уравнение? Мне нужно 5 В, разряженное в течение 2 секунд от конденсатора для моего проекта «сделай сам», но никто не может дать мне прямой ответ на значение емкости, которое мне нужно.Какие-либо предложения?

Ответ 8 лет назад

Яцек, загляните на эту страницу:

и используйте предоставленную формулу. Там вы вводите 5 вольт в качестве начального напряжения, а затем устанавливаете время равным 2 секундам. Затем вы можете найти значение RC.

Я не знаю, как точно измерить емкость конденсатора, но я могу оценить емкость конденсатора близко к фактическому значению с помощью дешевых деталей.

Все, что вам нужно сделать, это подключить резистор с известным значением (в мегаомах), цифровой мультиметр и конденсатор, который будет измеряться параллельно.

Прежде чем подключить конденсатор с резистором и мультиметром параллельно,
зарядите конденсатор известным источником постоянного напряжения (лучше всего работает батарея). После того, как конденсатор полностью заряжен, подготовьте секундомер и дайте секундомеру начать отсчет, как только вы подключите конденсатор параллельно.

Установите опорное напряжение таким образом, чтобы остановить отсчет секундомера после того, как вы увидите значение опорного напряжения, отображаемое мультиметром, т. е. 100 мВ.(-t/CR)
ln(V) = ln(Vo)-t/CR
ln(V/Vo) = -t/CR
ln(Vo/V) = t/CR

Наконец,
C = t/[ln(Vo/V)R], в фарадах

Поскольку конденсатор и мультиметр имеют внутреннее сопротивление, измеренное значение будет немного отличаться от фактического значения. Я пробовал это раньше, и он действительно оценивает емкость неизвестного конденсатора.

Надеюсь, это поможет.

Ответ 9 лет назад

Что делать, если во время экзамена я не могу вспомнить формулу.

Первый метод

на этой странице — с RC-цепью времени. он указывает, что вы никогда не сможете на самом деле измерить это время, потому что оно такое маленькое, но это не так, если у вас есть микроконтроллер, такой как базовый штамп 2.
в цепи времени RC, сопротивление в омах, умноженное на емкость в Фарады равны времени в секундах. следовательно, емкость равна секундам, деленным на сопротивление. С = Т/Р

вот как будет выглядеть схема:

—————————> на входной пин основного штампа
| |
неизвестно C известно R
| |
—————————> на массу

, так что вы делаете, вы устанавливаете контакт на несколько миллисекунд, чтобы зарядить колпачок.затем вы меняете контакт на вход, запускаете счетчик и указываете базовой марке следить за низким логическим уровнем.

, конечно, вам нужно сначала «откалибровать» ваш базовый штамп, измерив, сколько времени требуется, чтобы пройти счетную область кода. например, скажите ему пройти цикл счета, например, десять тысяч раз, а затем замерьте, сколько времени это займет, с помощью секундомера. более высокое число даст вам хорошее среднее после выполнения калибровки несколько раз. базовый штамп работает в миллисекундах, поэтому десять тысяч циклов могут быть близки к десяти секундам, но это зависит от сложности цикла и набора переменных теории хаоса.

так или иначе, теперь, когда вы знаете, сколько времени занимает каждый счет в вашем счетчике, вы можете ввести фактическое время в секундах в уравнение, чтобы найти очень хорошее приближение емкости.

Я бы пошел на www.dealextreme.com и заказал там недорогой мультиметр. Вы можете получить один с функцией емкости за 12 $ или меньше с бесплатной доставкой.

Схему, описанную orksecurity, очень весело делать, и она стоит меньше доллара (преобразователи триггера Шмитта отлично подходят, таймеры 555 тоже подойдут), хотя, по моему опыту, вам понадобится осциллограф (более дорогой, чем мультиметр), или мультиметр с функцией подсчета частоты, чтобы пользоваться им с приемлемым удобством и точностью.Вы можете продолжать включать и выключать кучу известных емкостей, пока не перестанете слышать сигнал. но этот метод меня не очень привлекает!

Более дешевый и удобный метод может состоять в том, чтобы УБЕДИТЬСЯ, что они сначала разряжены, затем зарядить их батареей 9 В или 12 В и соединить их последовательно с резистором и светодиодом. Вам нужно будет уметь считать и пользоваться секундомером.

Из таблицы данных светодиода вы можете увидеть падение напряжения на светодиоде (или использовать мультиметр с функцией проверки диодов).Когда приложенное напряжение упадет ниже этого порога, он выключится. Выходное напряжение конденсатора на резисторе представляет собой функцию затухания, как описано здесь: http://en.wikipedia.org/wiki/Capacitor#DC_circuits

Вы в основном используете светодиод в качестве примитивного индикатора напряжения. Я предлагаю красный из-за низкого порогового напряжения. Время, в течение которого светодиод остается включенным, позволит вам рассчитать емкость, так как теперь вы знаете время, которое потребовалось для перехода от известного начального напряжения к известному конечному напряжению при известном сопротивлении.Резистор большего размера даст более точные результаты (из-за внутреннего сопротивления конденсатора и более длительного времени свечения светодиода), но светодиод будет тусклее; найти хороший баланс. Сначала попробуйте несколько сотен Ом.

Конечно, если у вас есть мультиметр с функцией измерения напряжения, просто подключите его параллельно конденсатору вместо этого (при зарядке 9 В или 12 В это не проблема), он будет намного чувствительнее, чем светодиод. Вы увидите падение напряжения по мере того, как оно спадает на резисторе, и вы можете синхронизировать его с какой-то произвольной точкой.

По моему (ограниченному) опыту и (очень ограниченной) памяти конденсаторы фотовспышек рассчитаны примерно на 330 В и имеют емкость примерно от 100 до 300 микрофарад. Знание емкости не говорит вам о безопасном номинальном напряжении, ОЧЕНЬ ОСОЗНАЙТЕ это. Соединение их последовательно и наивное предположение, что это увеличивает допуск по напряжению, также может привести к катастрофическим отказам.

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

Предупреждение: Хороший конденсатор накапливает электрический заряд и может оставаться под напряжением после отключения питания. Прежде чем прикасаться к нему или проводить измерения, а) выключите все питание, б) используйте мультиметр, чтобы убедиться, что питание отключено, и в) осторожно разрядите конденсатор, подключив резистор к проводам (как указано в следующем абзаце). Обязательно используйте соответствующие средства индивидуальной защиты.

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

  1. С помощью цифрового мультиметра (DMM) убедитесь, что питание цепи отключено. Если конденсатор используется в цепи переменного тока, установите мультиметр на измерение напряжения переменного тока. Если он используется в цепи постоянного тока, настройте цифровой мультиметр на измерение напряжения постоянного тока.
  2. Осмотрите конденсатор. Если утечки, трещины, выпуклости или другие признаки износа очевидны, замените конденсатор.
  3. Поверните циферблат в режим измерения емкости.Символ часто делит место на циферблате с другой функцией. В дополнение к регулировке диска обычно необходимо нажать функциональную кнопку, чтобы активировать измерение. Инструкции см. в руководстве пользователя мультиметра.

4. Для правильного измерения конденсатор необходимо удалить из цепи. Разрядите конденсатор, как описано в предупреждении выше.

Примечание: Некоторые мультиметры предлагают относительный (REL) режим. При измерении малых значений емкости можно использовать относительный режим для удаления емкости измерительных проводов.Чтобы перевести мультиметр в относительный режим измерения емкости, оставьте измерительные провода открытыми и нажмите кнопку REL. Это удаляет значение остаточной емкости измерительных проводов.

  • Подсоедините измерительные провода к клеммам конденсатора. Держите измерительные провода подключенными в течение нескольких секунд, чтобы мультиметр автоматически выбрал нужный диапазон.
  • Прочитайте отображаемое измерение. Если значение емкости находится в пределах диапазона измерения, мультиметр отобразит значение емкости.Он будет отображать OL, если а) значение емкости выше диапазона измерения или б) конденсатор неисправен.
  • Обзор измерения емкости

    Поиск и устранение неисправностей однофазных двигателей — одно из наиболее практичных применений функции измерения емкости цифрового мультиметра.

    Однофазный двигатель с конденсаторным пуском, который не запускается, является признаком неисправного конденсатора. Такие двигатели будут продолжать работать после запуска, что усложняет поиск и устранение неисправностей. Выход из строя конденсатора жесткого пуска компрессоров HVAC является хорошим примером этой проблемы.Двигатель компрессора может запуститься, но вскоре перегреется, что приведет к отключению выключателя.

    Однофазные двигатели с такими проблемами и шумные однофазные двигатели с конденсаторами требуют мультиметра для проверки исправности конденсаторов. Почти все конденсаторы двигателей имеют номинал в микрофарадах, указанный на конденсаторе.

    Трехфазные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно защищены предохранителями. Если один или несколько из этих конденсаторов выйдут из строя, это приведет к неэффективности системы, скорее всего, увеличатся счета за коммунальные услуги и могут произойти непреднамеренные отключения оборудования.В случае перегорания предохранителя конденсатора необходимо измерить предполагаемое значение неисправного конденсатора в микрофарадах и убедиться, что оно находится в пределах диапазона, указанного на конденсаторе.

    Стоит знать некоторые дополнительные факторы, связанные с емкостью:

    • Конденсаторы имеют ограниченный срок службы и часто являются причиной неисправности.
    • Неисправные конденсаторы могут иметь короткое замыкание, обрыв цепи или могут физически испортиться до точки отказа.
    • При коротком замыкании конденсатора может перегореть предохранитель или повредиться другие компоненты.
    • Когда конденсатор открывается или изнашивается, цепь или ее компоненты могут не работать.
    • Износ также может изменить значение емкости конденсатора, что может вызвать проблемы.

    Конденсаторы являются одними из самых полезных электронных компонентов. А емкость — это термин, обозначающий способность конденсатора накапливать заряд. Это также измерение, используемое для указания того, сколько энергии может хранить конкретный конденсатор. Чем больше емкость конденсатора, тем больше заряда он может хранить.

    Емкость измеряется в единицах, называемых фарад (сокращенно F). Определение одного фарада обманчиво простое. Конденсатор емкостью один фарад удерживает напряжение на пластинах ровно один вольт, когда он заряжается током ровно один ампер в секунду.

    Обратите внимание, что в этом определении часть «один ампер тока в секунду» на самом деле относится к количеству заряда, присутствующему в конденсаторе. Нет правила, согласно которому ток должен течь целую секунду.Это может быть один ампер за одну секунду, или два ампера за полсекунды, или полампера за две секунды. Или это может быть 100 мА в течение 10 секунд или 10 мА в течение 100 секунд.

    Один ампер в секунду соответствует стандартной единице измерения электрического заряда, называемой кулон . Таким образом, другой способ указать значение одного фарада — это сказать, что это количество емкости, которое может хранить один кулон при напряжении на пластинах в один вольт.

    Получается, что один фарад — это огромное количество емкости, просто потому, что один кулон — это очень большое количество заряда.Чтобы представить это в перспективе, общий заряд, содержащийся в среднем разряде молнии, составляет около пяти кулонов, и вам нужно всего пять конденсаторов емкостью один фарад, чтобы сохранить заряд, содержащийся в ударе молнии. (Некоторые удары молнии гораздо мощнее, до 350 кулонов.)

    Предполагается, что конденсатор потока Дока Брауна был в фарадном диапазоне, потому что Док зарядил его ударом молнии. А вот конденсаторы, применяемые в электронике, заряжаются от гораздо более скромных источников. Гораздо скромнее.

    На самом деле самые большие конденсаторы, которые вы, вероятно, будете использовать, имеют емкость, измеряемую в миллионных долях фарад, называемую микрофарад и сокращенно мк Ф. . называется пикофарад и сокращенно пФ.

    Вот еще несколько вещей, которые вы должны знать об измерениях конденсаторов:

    Как и резисторы, конденсаторы не изготавливаются идеально.Вместо этого большинство конденсаторов имеют предел погрешности, также называемый допуском . В некоторых случаях погрешность может достигать 80 %. К счастью, такая степень впечатления редко оказывает заметное влияние на большинство схем.

    μ в μ F не является курсивной буквой u ; это греческая буква mu , которая является общей аббревиатурой для микро .

    Обычно значения 1000 пФ и более представляются в мкФ, а не в пФ.Например, 1000 пФ записывается как 0,001 мкФ, а 22 000 пФ записывается как 0,022 мкФ.

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

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

    3 ответа 3

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

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


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


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

    Емкость конденсатора — это способность конденсатора накапливать электрический заряд на единицу напряжения на своих обкладках конденсатора. Емкость находится путем деления электрического заряда на напряжение по формуле C=Q/V. Его единицей является Фарада.

    Формула

    Его формула:

    Где C — емкость, Q — напряжение, а V — напряжение.Мы также можем найти заряд Q и напряжение V, переформулировав приведенную выше формулу следующим образом:

    .

    Фарад — единица измерения емкости. Один фарад — это величина емкости, когда один кулон заряда хранится с одним вольтом на его пластинах.

    Большинство конденсаторов, используемых в электронике, имеют емкость, указанную в микрофарадах (мкФ) и пикофарадах (пФ). Микрофарад — это одна миллионная часть фарада, а пикофарад — одна триллионная часть фарада.

    Какие факторы влияют на емкость конденсатора?

    Зависит от следующих факторов:

    Площадь пластин

    Емкость прямо пропорциональна физическому размеру пластин, определяемому площадью пластины, A.Большая площадь пластины дает большую емкость и меньшую емкость. На рис. (а) показано, что площадь пластины конденсатора с параллельными пластинами равна площади одной из пластин. Если пластины перемещаются относительно друг друга, как показано на рис. (b), площадь перекрытия определяет эффективную площадь пластины. Это изменение эффективной площади пластины является основным для определенного типа переменного конденсатора.

    Разделительные пластины

    `Емкость обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.Разделение пластин обозначено буквой d, как показано на рис. (а). Чем больше расстояние между пластинами, тем меньше емкость, как показано на рис. (b). Как обсуждалось ранее, напряжение пробоя прямо пропорционально расстоянию между пластинами. Чем дальше разнесены пластины, тем больше напряжение пробоя .

    Диэлектрическая проницаемость материала

    Как известно, изоляционный материал между обкладками конденсатора называется диэлектриком. Диэлектрические материалы имеют тенденцию уменьшать напряжение между пластинами для данного заряда и, таким образом, увеличивать емкость.Если напряжение фиксировано, из-за присутствия диэлектрика может быть сохранено больше заряда, чем без диэлектрика. Мера способности материала создавать электрическое поле называется диэлектрической проницаемостью или относительной диэлектрической проницаемостью, обозначаемой как ∈ r .

    Емкость прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость вакуума определяется как 1, а диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к 1. Эти значения используются в качестве справочных, и все другие материалы имеют значения εr, указанные по отношению к вакууму или воздуху.Например, материал с εr=8 может иметь емкость, в восемь раз превышающую емкость воздуха, при прочих равных условиях.

    Диэлектрическая проницаемость ∈r безразмерна, поскольку является относительной мерой. Это отношение абсолютной диэлектрической проницаемости материала,∈r, к абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума,∈ 0 , выражаемое следующей формулой:

    Ниже приведены некоторые распространенные диэлектрические материалы и типичные диэлектрические постоянные для каждого из них. Значения могут варьироваться, поскольку зависят от конкретного состава материала.

    Материал Типичные значения ∈r

    • Воздух 1.0
    • Тефлон 2,0
    • Бумага 2,5
    • Масло 4.0
    • Слюда 5.0
    • Стекло 7,5
    • Керамика 1200

    Диэлектрическая проницаемость ∈r безразмерна, поскольку является относительной мерой. Это отношение абсолютной диэлектрической проницаемости материала,∈r, к абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума,∈0, выражаемое следующей формулой:

    Значение ∈0 равно 8,85×10-12 Ф/м.

    Формула емкости через физические параметры

    Вы видели, что емкость напрямую связана с площадью пластины, A, и диэлектрической проницаемостью,εr, и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами, d. Точная формула для расчета емкости через эти три величины:

    Производная емкость плоского конденсатора

    Рассмотрим конденсатор с плоскими пластинами. Размер пластины большой, а расстояние между пластинами очень маленькое, поэтому электрическое поле между пластинами однородно.

    Электрическое поле «E» между плоским конденсатором составляет:

    Емкость цилиндрических конденсаторов физика

    Рассмотрим цилиндрический конденсатор длиной L, образованный двумя коаксиальными цилиндрами радиусов «a» и «b». Предположим, что L >> b, так что на концах цилиндров нет краевого поля.

    Пусть «q» — заряд конденсатора, а «V» — разность потенциалов между пластинами. Внутренний цилиндр заряжен положительно, а внешний цилиндр заряжен отрицательно.Мы хотим найти выражение для емкости цилиндрического конденсатора. Для этого рассмотрим цилиндрическую гауссову поверхность радиуса «r», такую, что Теги

    В этой статье мы рассмотрим различные тесты, которые мы можем использовать, чтобы определить, хорош конденсатор или нет, используя функции цифрового мультиметра.

    Мы можем выполнить множество проверок, чтобы убедиться, что конденсатор работает должным образом. Мы будем использовать и использовать характеристики и поведение, которые должен показывать конденсатор, если он исправен, и, таким образом, определять, исправен он или неисправен.

    Проверка конденсатора омметром мультиметра

    Очень хороший тест, который вы можете сделать, это проверить конденсатор с помощью мультиметра, настроенного на настройку омметра.

    Измерив сопротивление конденсатора, мы можем определить, хороший он или плохой.

    Чтобы провести этот тест, мы берем омметр и помещаем щупы на выводы конденсатора. Ориентация не имеет значения, потому что сопротивление не поляризовано.

    Если мы считываем очень низкое сопротивление (около 0 Ом) на конденсаторе, мы знаем, что конденсатор неисправен.Он читается так, как будто на нем короткое замыкание.

    Если мы читаем очень высокое сопротивление на конденсаторе (несколько МОм), это признак того, что конденсатор, вероятно, тоже неисправен. Это читается, как будто есть обрыв цепи на конденсаторе.

    Обычный конденсатор будет иметь сопротивление где-то между этими двумя крайними значениями, скажем, где-то в десятках тысяч или сотнях тысяч Ом. Но не 0 Ом и не несколько МОм.

    Это простой, но эффективный метод определения неисправности конденсатора.

    Проверка конденсатора с помощью мультиметра в настройке емкости

    Еще одна проверка, которую вы можете сделать, это проверить емкость конденсатора с помощью мультиметра, если у вас есть измеритель емкости на вашем мультиметре. Все, что вам нужно сделать, это прочитать емкость, которая находится на внешней стороне конденсатора, взять щупы мультиметра и поместить их на выводы конденсатора. Полярность не имеет значения.

    Это то же самое, что и первая иллюстрация, только теперь мультиметр настроен на настройку емкости.

    Вы должны прочитать значение рядом с номинальной емкостью конденсатора. Из-за допуска и того, что (в частности, электролитические конденсаторы) могут высохнуть, вы можете прочитать немного меньше номинала, чем емкость номинала. Это хорошо. Если он немного ниже, это все еще хороший конденсатор. Однако, если вы читаете значительно более низкую емкость или вообще ее нет, это верный признак того, что конденсатор неисправен и нуждается в замене.

    Проверка емкости конденсатора — отличный способ определить, исправен ли конденсатор.

    Проверка конденсатора с помощью вольтметра

    Еще один тест, который вы можете сделать, чтобы проверить, исправен ли конденсатор, — это тест напряжения.

    В конце концов, конденсаторы — это накопители. Они хранят разность потенциалов зарядов на своей пластине, которая является напряжением. Анод имеет положительное напряжение, а катод имеет отрицательное напряжение.

    Вы можете проверить, работает ли конденсатор нормально, зарядив его напряжением, а затем считать напряжение на клеммах.Если он показывает напряжение, до которого вы его зарядили, то конденсатор выполняет свою работу и может удерживать напряжение на своих клеммах. Если он не заряжается и не считывает напряжение, это признак того, что конденсатор неисправен.

    Чтобы зарядить конденсатор напряжением, подайте напряжение постоянного тока на выводы конденсатора. Теперь полярность очень важна для поляризованных конденсаторов (электролитических конденсаторов). Если вы имеете дело с поляризованным конденсатором, то необходимо соблюдать полярность и правильное назначение выводов.Положительное напряжение поступает на анод (более длинный вывод) конденсатора, а отрицательное или заземление поступает на катод (более короткий вывод) конденсатора. Подайте на несколько секунд напряжение меньше номинального напряжения конденсатора. Например, подайте на конденсатор 25 В 9 вольт и дайте 9 вольтам зарядить его в течение нескольких секунд. Пока вы не используете огромный-огромный конденсатор, он будет заряжаться за очень короткий промежуток времени, всего за несколько секунд. После завершения зарядки отсоедините конденсатор от источника напряжения и измерьте его напряжение с помощью мультиметра.Сначала напряжение должно быть около 9 вольт (или любого другого напряжения), которое вы на него подали. Обратите внимание, что напряжение будет быстро разряжаться и упадет до 0 В, потому что конденсатор разряжает свое напряжение через мультиметр. Тем не менее, вы должны сначала считать значение зарядного напряжения, прежде чем оно быстро упадет. Это поведение здорового и хорошего конденсатора. Если он не сохраняет напряжение, он неисправен и подлежит замене.

    Итак, у вас есть 3 серьезных теста, которые вы можете выполнить (все или либо/или), чтобы проверить, исправен конденсатор или нет.

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

    Предупреждение: Хороший конденсатор накапливает электрический заряд и может оставаться под напряжением после отключения питания. Прежде чем прикасаться к нему или проводить измерения, а) выключите все питание, б) используйте мультиметр, чтобы убедиться, что питание отключено, и в) осторожно разрядите конденсатор, подключив резистор к проводам (как указано в следующем абзаце).Обязательно используйте соответствующие средства индивидуальной защиты.

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

    1. С помощью цифрового мультиметра (DMM) убедитесь, что питание цепи отключено. Если конденсатор используется в цепи переменного тока, установите мультиметр на измерение напряжения переменного тока. Если он используется в цепи постоянного тока, настройте цифровой мультиметр на измерение напряжения постоянного тока.
    2. Осмотрите конденсатор. Если утечки, трещины, выпуклости или другие признаки износа очевидны, замените конденсатор.
    3. Поверните циферблат в режим измерения емкости. Символ часто делит место на циферблате с другой функцией. В дополнение к регулировке диска обычно необходимо нажать функциональную кнопку, чтобы активировать измерение. Инструкции см. в руководстве пользователя мультиметра.

    4. Для правильного измерения конденсатор необходимо удалить из цепи.Разрядите конденсатор, как описано в предупреждении выше.

    Примечание: Некоторые мультиметры предлагают относительный (REL) режим. При измерении малых значений емкости можно использовать относительный режим для удаления емкости измерительных проводов. Чтобы перевести мультиметр в относительный режим измерения емкости, оставьте измерительные провода открытыми и нажмите кнопку REL. Это удаляет значение остаточной емкости измерительных проводов.

  • Подсоедините измерительные провода к клеммам конденсатора. Держите измерительные провода подключенными в течение нескольких секунд, чтобы мультиметр автоматически выбрал нужный диапазон.
  • Прочитайте отображаемое измерение. Если значение емкости находится в пределах диапазона измерения, мультиметр отобразит значение емкости. Он будет отображать OL, если а) значение емкости выше диапазона измерения или б) конденсатор неисправен.
  • Обзор измерения емкости

    Поиск и устранение неисправностей однофазных двигателей — одно из наиболее практичных применений функции измерения емкости цифрового мультиметра.

    Однофазный двигатель с конденсаторным пуском, который не запускается, является признаком неисправного конденсатора.Такие двигатели будут продолжать работать после запуска, что усложняет поиск и устранение неисправностей. Выход из строя конденсатора жесткого пуска компрессоров HVAC является хорошим примером этой проблемы. Двигатель компрессора может запуститься, но вскоре перегреется, что приведет к отключению выключателя.

    Однофазные двигатели с такими проблемами и шумные однофазные двигатели с конденсаторами требуют мультиметра для проверки исправности конденсаторов. Почти все конденсаторы двигателей имеют номинал в микрофарадах, указанный на конденсаторе.

    Трехфазные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно защищены предохранителями.Если один или несколько из этих конденсаторов выйдут из строя, это приведет к неэффективности системы, скорее всего, увеличатся счета за коммунальные услуги и могут произойти непреднамеренные отключения оборудования. В случае перегорания предохранителя конденсатора необходимо измерить предполагаемое значение неисправного конденсатора в микрофарадах и убедиться, что оно находится в пределах диапазона, указанного на конденсаторе.

    Стоит знать некоторые дополнительные факторы, связанные с емкостью:

    • Конденсаторы имеют ограниченный срок службы и часто являются причиной неисправности.
    • Неисправные конденсаторы могут иметь короткое замыкание, обрыв цепи или могут физически испортиться до точки отказа.
    • При коротком замыкании конденсатора может перегореть предохранитель или повредиться другие компоненты.
    • Когда конденсатор открывается или изнашивается, цепь или ее компоненты могут не работать.
    • Износ также может изменить значение емкости конденсатора, что может вызвать проблемы.

    Мне нужно измерить или измерить емкость в диапазоне от 0 до 5 пФ с точностью 0,1 пФ или выше. Я знаю, что чипы преобразования емкости в цифровое преобразование утверждают, что делают это, но есть ли более простой / легкий способ макетировать схему для измерения этих сверхнизких емкостей?

    У меня есть небольшой концентрический цилиндр, в котором внешний цилиндр физически зафиксирован (и связан с некоторым потенциалом), а внутренний движется внутрь и наружу.Это движение мне нужно отслеживать. Изменение площади перекрытия между двумя цилиндрами приводит к изменению емкости. Таким образом, я постоянно отслеживаю его положение, отслеживая изменение емкости.

    1 Ответ 1

    Довольно просто обнаружить изменение емкости на 0,1 пФ в качестве соотношения. Возможно, самым простым является создание релаксационного генератора и цифровое измерение частоты и изменения частоты при подключении тестового конденсатора.

    Очень трудно точно узнать, сколько эффективной емкости имеется в остальной части цепи, а также в любых соединительных приспособлениях, отводах, клеммах, проводах, относительно которых измеряется отношение.

    Преимущество релаксационного генератора состоит в том, что одна клемма конденсатора заземлена, поэтому паразитные помехи относительно стабильны. Недостатком является то, что рассеяние может быть большим, довольно легко большим по сравнению с 5 пФ.

    В качестве альтернативы можно использовать защищенное измерение с 3 выводами, которое невосприимчиво к паразитной емкости на любом выводе конденсатора и восприимчиво только к паразитным помехам на нем.Третий вывод заземлен. Метод заключается в следующем.

    1) Приложите синусоидальное напряжение относительно земли к одному выводу испытательного конденсатора от известного напряжения. Бродяги от этой клеммы к земле подведены к точно такому же напряжению, нас не интересует, какой ток требуется для их заряда, достаточно измерения напряжения.

    2) Заземлите вторую клемму и измерьте ток, необходимый для этого. Наиболее распространенный способ сделать это — использовать операционный усилитель с виртуальным заземлением.Блуждающие от второго контакта к земле удерживаются на уровне 0 В, поэтому в них не протекает ток, поэтому измерение тока является точным.

    3) Теперь мы знаем ток через конденсатор при заданном напряжении на нем. Вычислите емкость по импедансу и частоте. Емкостная обратная связь, а не резистивная на виртуальном операционном усилителе земли, позволяет исключить частоту из уравнения.

    Несмотря на то, что защищенное измерение устраняет влияние рассеяния на землю, любые рассеяния на конденсаторе, усиленные вашим испытательным приспособлением, например пластиковой прижимной прокладкой, которая удерживает компонент SMD на опоре, изменят измерение по сравнению с тем, что это было бы в цепи без этой площадки.

    Параллельные конденсаторы

    Задача 1:

    Конденсаторы серии

    Когда конденсаторы соединены один за другим, это называется последовательным соединением. Это показано ниже. Чтобы рассчитать общую общую емкость двух конденсаторов, соединенных таким образом, вы можете использовать следующую формулу:

    Cобщ = С1 х С2 и так далее
    С1 + С2

    Пример: Чтобы рассчитать общую емкость для этих двух последовательно соединенных конденсаторов.

    Задача 2:

    Три или более последовательно соединенных конденсатора

    Задача 3:

    Ответы

    Задача 1

    Задача 2

    Задача 3

    ©Kitronik Ltd. Вы можете распечатать эту страницу и дать ссылку на нее, но не должны копировать страницу или ее часть без предварительного письменного согласия компании Kitronik.

    22 октября 2019 в 07:27

    Хорошие задачи мне помогли

    03 сентября 2019 в 10:48

    03 сентября 2019 в 08:22

    Этот сайт оказался полезным для многих из нас.Китроник спасибо!

    21 февраля 2019 г., 14:06

    Привет, на данный момент у нас нет руководства, показывающего это, но мы должны его добавить. Вы правильно догадались, как рассчитать общую емкость для вашей схемы. Надеюсь, это помогло.

    20 февраля 2019 г., 18:57

    Были ли у вас проработаны какие-либо задачи с подобными изображениями, как показано выше? Я пытаюсь выяснить эту же проблему. У меня есть два конденсатора параллельно друг другу, но также последовательно с одним другим конденсатором.Могу ли я добавить два параллельно, а затем использовать это число в уравнении для серии? Любой совет полезен спасибо!!

    01 февраля 2019 в 12:16

    Это действительно помогло мне, большое спасибо

    04 января 2019 в 10:47

    МНЕ ОЧЕНЬ НРАВИТСЯ ЭТОТ РАСЧЕТ

    27 октября 2018 в 03:49

    Очень хорошая информация спасибо kitronik

    20 сентября 2018 г., 10:58

    Привет, Эммануэль. Вы можете рассчитать емкость каждой из областей по отдельности, а затем выяснить, как найти общую емкость, метод будет определяться тем, как различные области расположены по отношению друг к другу.Они могут быть последовательно друг с другом или параллельно. Надеюсь, это поможет.

    19 сентября 2018 в 01:21

    Как рассчитать конденсаторы, соединенные как параллельно, так и последовательно

    16 января 2018 г., 18:42

    это очень полезный инструмент для изучения основ электротехники. спасибо

    14 июля 2017 г., 10:41

    Привет, Кин, осталось сделать еще один шаг расчета, тебе нужно разделить 1 на 3, и тогда ты получишь ответ для суммы C.Надеюсь это поможет.

    13 июля 2017 г., 04:54

    Формула для последовательной емкости не работает для 1F. Если вы добавите 1+1+1, вы получите 3F вместо .333F. Пожалуйста, объясни.

    19 мая 2017 в 08:17

    Очень очень полезный сайт мне нравится.. Будучи учеником 10 класса я понял как решать вопрос о последовательном и параллельном соединении проводников..

    10 мая 2017 г., 11:00

    Мне нравится этот сайт. Большое спасибо, я буду писать экзамены.теперь моя проблема с конденсаторами решена полностью. еще раз спасибо

    19 апреля 2017 г., 09:40

    Возможно, это то, для чего мы когда-нибудь создадим ресурс, но сейчас попробуйте поискать в Google, так как в Интернете уже есть много информации об этом.

    16 апреля 2017 г., 14:11

    Мне нужно больше объяснений о ЗАКОНЕ ЭЛЕКТРОСТАТИКИ КУЛОНА И ЕГО РАСЧЕТАХ.

    03 апреля 2017 в 06:27

    Мне нравится этот сайт, он мне очень помогает

    13 декабря 2016 г., 22:05

    Ойннн….это действительно удивительно, это очень помогает.

    30 ноября 2016 г., 09:40

    вау!! Я действительно люблю этот сайт, он очень полезен.

    01 ноября 2016 в 20:47

    Моя проблема с конденсатором решена

    20 октября 2016 г., 16:18

    Привет, мне нравится этот расчет последовательно-параллельно

    03 мая 2016 в 10:02

    Привет, Дуглас. Примеры расчета будут работать независимо от номиналов отдельных конденсаторов.

    25 апреля 2016 г., 04:55

    Привет. Похоже, что в ваших примерах речь идет только о конденсаторах разной емкости.Было бы полезно включить примеры одинаковых конденсаторов, соединенных последовательно и параллельно. Идентичные конденсаторы, соединенные последовательно….. Общая емкость = номинальная емкость, деленная на общее количество конденсаторов. НАПРИМЕР.. 3000 Фарад ÷(X5 последовательно), …3000Ф/5=600Ф. Параллельно соединенные идентичные конденсаторы…… Общая емкость = номинальная емкость, умноженная на общее количество конденсаторов………. 3000Farad X (X5 параллельно)…3000FX5=15,000F Устраняет всю «чепуху с длинным делением»

    01 апреля 2015 в 11:52

    Привет, Напряжение останется прежним.Роб

    12 марта 2015 г., 23:36

    Объяснение понятно, а как быть с рабочим напряжением двух конденсаторов параллельно? Остается ли оно прежним или складывается номинальное напряжение отдельных конденсаторов. Предположим, что оба конденсатора имеют одинаковое рабочее напряжение номиналом

    .

    Белко Царь Соломон

    24 февраля 2015 г., 13:23

    это объяснение простое и легкое для понимания и нравится.

    07 декабря 2014 в 00:57

    Пока это единственное объяснение, которое я смог понять.Спасибо

    23 мая 2014 г., 12:17

    Спасибо, сейчас исправил!

    21 мая 2014 г., 22:04

    я думаю, что задание 3 должно быть 1.167F, а не 1.67F

    Китроник Информационный бюллетень

    Зарегистрируйтесь сейчас, чтобы первыми узнавать о новейших продуктах и ​​ресурсах!

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

    Предупреждение: Хороший конденсатор накапливает электрический заряд и может оставаться под напряжением после отключения питания.Прежде чем прикасаться к нему или проводить измерения, а) выключите все питание, б) используйте мультиметр, чтобы убедиться, что питание отключено, и в) осторожно разрядите конденсатор, подключив резистор к проводам (как указано в следующем абзаце). Обязательно используйте соответствующие средства индивидуальной защиты.

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

    1. С помощью цифрового мультиметра (DMM) убедитесь, что питание цепи отключено. Если конденсатор используется в цепи переменного тока, установите мультиметр на измерение напряжения переменного тока. Если он используется в цепи постоянного тока, настройте цифровой мультиметр на измерение напряжения постоянного тока.
    2. Осмотрите конденсатор. Если утечки, трещины, выпуклости или другие признаки износа очевидны, замените конденсатор.
    3. Поверните циферблат в режим измерения емкости (

    Обзор измерения емкости

    Поиск и устранение неисправностей однофазных двигателей — одно из наиболее практичных применений функции измерения емкости цифрового мультиметра.

    Однофазный двигатель с конденсаторным пуском, который не запускается, является признаком неисправного конденсатора. Такие двигатели будут продолжать работать после запуска, что усложняет поиск и устранение неисправностей. Выход из строя конденсатора жесткого пуска компрессоров HVAC является хорошим примером этой проблемы. Двигатель компрессора может запуститься, но вскоре перегреется, что приведет к отключению выключателя.

    Однофазные двигатели с такими проблемами и шумные однофазные двигатели с конденсаторами требуют мультиметра для проверки исправности конденсаторов.Почти все конденсаторы двигателей имеют номинал в микрофарадах, указанный на конденсаторе.

    Трехфазные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно защищены предохранителями. Если один или несколько из этих конденсаторов выйдут из строя, это приведет к неэффективности системы, скорее всего, увеличатся счета за коммунальные услуги и могут произойти непреднамеренные отключения оборудования. В случае перегорания предохранителя конденсатора необходимо измерить предполагаемое значение неисправного конденсатора в микрофарадах и убедиться, что оно находится в пределах диапазона, указанного на конденсаторе.

    Стоит знать некоторые дополнительные факторы, связанные с емкостью:

    • Конденсаторы имеют ограниченный срок службы и часто являются причиной неисправности.
    • Неисправные конденсаторы могут иметь короткое замыкание, обрыв цепи или могут физически испортиться до точки отказа.
    • При коротком замыкании конденсатора может перегореть предохранитель или повредиться другие компоненты.
    • Когда конденсатор открывается или изнашивается, цепь или ее компоненты могут не работать.
    • Износ также может изменить значение емкости конденсатора, что может вызвать проблемы.

    Мультиметр определяет емкость путем зарядки конденсатора известным током, измерения полученного напряжения и последующего расчета емкости.

    Предупреждение. Исправный конденсатор накапливает электрический заряд и может оставаться под напряжением после отключения питания. Прежде чем прикасаться к нему или проводить измерения, а) выключите все питание, б) используйте мультиметр, чтобы убедиться, что питание отключено, и в) осторожно разрядите конденсатор, подключив резистор к проводам (как указано в следующем абзаце). Обязательно используйте соответствующие средства индивидуальной защиты.

    Чтобы безопасно разрядить конденсатор: после отключения питания подключите резистор 20 000 Ом, 5 Вт к клеммам конденсатора на пять секунд.С помощью мультиметра убедитесь, что конденсатор полностью разряжен.

    1. С помощью цифрового мультиметра (DMM) убедитесь, что питание цепи отключено. Если конденсатор используется в цепи переменного тока, установите мультиметр на измерение напряжения переменного тока. Если он используется в цепи постоянного тока, настройте цифровой мультиметр на измерение напряжения постоянного тока.
    2. Осмотрите конденсатор. Если утечки, трещины, выпуклости или другие признаки износа очевидны, замените конденсатор.
    3. Поверните циферблат в режим измерения емкости ( ).Символ часто делит место на циферблате с другой функцией. В дополнение к регулировке диска обычно необходимо нажать функциональную кнопку, чтобы активировать измерение. Инструкции см. в руководстве пользователя вашего мультиметра.

    Для правильного измерения конденсатор необходимо удалить из цепи. Разрядите конденсатор, как описано в предупреждении выше.

    Примечание. Некоторые мультиметры поддерживают относительный (REL) режим. При измерении малых значений емкости можно использовать относительный режим для удаления емкости измерительных проводов.Чтобы перевести мультиметр в относительный режим измерения емкости, оставьте измерительные провода открытыми и нажмите кнопку REL. Это удаляет значение остаточной емкости измерительных проводов.

  • Подсоедините измерительные провода к клеммам конденсатора. Держите измерительные провода подключенными в течение нескольких секунд, чтобы мультиметр автоматически выбрал нужный диапазон.
  • Прочитайте отображаемое измерение. Если значение емкости находится в пределах диапазона измерения, мультиметр отобразит значение емкости.Он будет отображать OL, если а) значение емкости выше диапазона измерения или б) конденсатор неисправен.
  • Обзор измерения емкости

    Поиск и устранение неисправностей однофазных двигателей — одно из наиболее практичных применений функции измерения емкости цифрового мультиметра.

    Однофазный двигатель с конденсаторным пуском, который не запускается, является признаком неисправного конденсатора. Такие двигатели будут продолжать работать после запуска, что усложняет поиск и устранение неисправностей. Выход из строя конденсатора жесткого пуска компрессоров HVAC является хорошим примером этой проблемы.Двигатель компрессора может запуститься, но вскоре перегреется, что приведет к отключению выключателя.

    Однофазные двигатели с такими проблемами и шумные однофазные двигатели с конденсаторами требуют мультиметра для проверки исправности конденсаторов. Почти все конденсаторы двигателей имеют номинал в микрофарадах, указанный на конденсаторе.

    Трехфазные конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно защищены предохранителями. Если один или несколько из этих конденсаторов выйдут из строя, это приведет к неэффективности системы, скорее всего, увеличатся счета за коммунальные услуги и могут произойти непреднамеренные отключения оборудования.В случае перегорания предохранителя конденсатора необходимо измерить предполагаемое значение неисправного конденсатора в микрофарадах и убедиться, что оно находится в пределах диапазона, указанного на конденсаторе.

    Стоит знать некоторые дополнительные факторы, связанные с емкостью:

    • Конденсаторы имеют ограниченный срок службы и часто являются причиной неисправности.
    • Неисправные конденсаторы могут иметь короткое замыкание, обрыв цепи или могут физически испортиться до точки отказа.
    • При коротком замыкании конденсатора может перегореть предохранитель или повредиться другие компоненты.
    • Когда конденсатор открывается или изнашивается, цепь или ее компоненты могут не работать.
    • Износ также может изменить значение емкости конденсатора, что может вызвать проблемы

    Измерения емкости и индуктивности с помощью осциллографа и функционального генератора

    В большинстве лабораторий имеется достаточный запас цифровых мультиметров для измерения сопротивления постоянному току, но когда речь идет об измерении индуктивности, емкости и импеданса, это не всегда легко найти LCR метр.

    Счетчики

    LCR работают, подавая переменное напряжение на устройство. при тестировании и измерения результирующего тока, как по амплитуде, так и по фазы относительно сигнала напряжения переменного тока. Емкостное сопротивление будет иметь форма волны тока, которая опережает форму волны напряжения. Индуктивное сопротивление будет имеют форму волны тока, которая отстает от формы волны напряжения. К счастью, если у вас есть осциллограф и генератор функций в вашей лаборатории, вы можете использовать аналогичный метод для проведения многочастотных измерений импеданса с хорошим Результаты.Этот подход также может быть адаптирован для использования в качестве учебной лаборатории. упражнение.

    Рис. 1. Полное сопротивление моделируется как конденсатор или катушка индуктивности с эквивалентным последовательным сопротивлением.

    Что такое импеданс?

    Импеданс – это полное сопротивление протеканию тока в цепь переменного тока. Он состоит из сопротивления (действительного) и реактивного сопротивления. (мнимый) и обычно представляется в комплексной записи как Z = R + jX , где R — сопротивление, а X — реактивное сопротивление.

    Реальные компоненты состоят из проводов, соединений, проводников и диэлектрических материалов. Эти элементы в совокупности составляют характеристик импеданса компонента, и этот импеданс изменяется в зависимости от частота тестового сигнала и уровень напряжения, наличие постоянного напряжения смещения или факторы тока и окружающей среды, такие как рабочая температура или высота. Из этих потенциальных влияний частота тестового сигнала часто является наиболее значимый фактор.

    В отличие от идеальных компонентов, реальные компоненты не являются чисто индуктивная или емкостная.Все компоненты имеют последовательное сопротивление, т. Параметр R в его импедансе. Но у них также есть несколько вкладчиков в их реактивное сопротивление. Например, конденсатор имеет последовательную индуктивность, которая становится больше проявляется на высоких частотах. Когда мы измеряем реальный конденсатор, ряд индуктивность (ESL) повлияет на показания емкости, но мы не сможем измерять его как отдельный компонент.

    Методы измерения импеданса

    Метод ВАХ, описанный в этих указаниях по применению, просто один из многих методов измерения импеданса.Другие включают метод моста. и резонансный метод.

    Метод ВАХ использует значение напряжения и тока через тестируемое устройство (DUT) для расчета неизвестного импеданса, Z x . Текущий измеряется путем измерения падения напряжения на последовательно включенном прецизионном резисторе с тестируемым устройством, как показано на рисунке 2. Уравнение 1 показывает, как можно использовать схему найти Z х . Уравнение 1:

    Теоретическая точность

    В этих указаниях по применению мы будем использовать Tektronix AFG2021. генератор сигналов произвольной формы и осциллограф Tektronix серии MDO4000. измерение.Полоса пропускания AFG2021 20 МГц хорошо подходит для этого. измерение. Точность усиления по постоянному току MDO4000 составляет 2 % при настройке 1 мВ/дел. 1,5% при других настройках по вертикали. Как вы можете видеть в уравнении 1, Точность измерения напряжения осциллографом является наиболее важным фактором в общая точность теста.

    На основании уравнения 1 теоретическая точность этого метод измерения должен составлять около 4% при настройке MDO4000 1 мВ/дел и 3% при других настройках.

    Так как частота дискретизации осциллографа намного выше частот стимулов, используемых в этих тестах, ошибка вклад фазовых измерений будет пренебрежимо мал.

    Рис. 3. Тестовая установка для оценка конденсатора, как в примере 1.

    Пример испытаний

    В следующих двух примерах представлены конденсатор/катушка индуктивности/ Измерение ESR с помощью осциллографа и функционального генератора.

    Используемое оборудование:
    • AFG2021 Генератор сигналов/функций
    • Осциллограф MDO4104C
    • А 1 кОм прецизионный резистор
    • Конденсаторы и катушки индуктивности, подлежащие испытанию
    • Два пробника напряжения Tektronix TPP1000

    Для этого применения большинство осциллографов и функций генераторы дадут приемлемые результаты, так как тестовые частоты ниже 100 кГц.Однако мы воспользуемся статистикой измерений на MDO4000. Серия в этом примере.

    Рис. 4. Осциллограммы напряжения и измерения, проведенные в узлах A1 и A2.
    Пример 1: керамический конденсатор 10 мкФ

    Настройте тестовую схему, как показано на рис. 3. Примечание. что R ESR и C связаны с тестируемым керамическим конденсатором, и что R fg представляет собой выходное сопротивление 50 Ом конденсатора. генератор функций.

    Установите генератор функций на вывод 1,9 В амплитуда, синусоида 100 Гц. Вы можете использовать ручку или клавиатуру AFG2021 для установить напряжение и частоту. Отрегулируйте настройку масштаба по вертикали осциллограф, чтобы использовать как можно больше экрана — используя как можно больше диапазон, насколько это возможно, вы улучшите точность вашего напряжения измерения.

    С помощью осциллографа проверьте узлы A1 и A2. Рисунок 4 показывает результирующую форму волны.

    Выберите режим получения среднего значения осциллографа. и установите количество средних значений на 128.Это уменьшит влияние случайных шум в ваших измерениях. Настройте осциллограф на измерение канала 1. частота, фаза между каналом 2 и каналом 1, амплитуда канала 1 и амплитуда канала 2, как показано на рис. 4. Если ваш осциллограф поддерживает статистики измерений, таких как серия MDO4000, записывайте средние значения для расчеты. В противном случае запишите самые последние значения.

    Из настройки измерений мы знаем:

    • Частота стимула, f = 100 Гц
    • Прецизионный резистор, Rref = 1 кОм

    Из измерений, сделанных на осциллографе и показанных на рисунке 4:

    • Амплитуда напряжения, измеренная на A1, В A1 = 1.929 В
    • Амплитуда напряжения, измеренная на A2, В A2 = 0,310 В
    • Разность фаз между напряжением, измеренным на A2, относительно A1, θ = -79,95°

    Обратите внимание, что в узле A1 напряжение имеет фазовый угол 0°, то есть он находится в фазе с выходным сигналом функционального генератора. На А2 напряжение равно смещены вперед на фазовый угол θ.

    Можно найти полное сопротивление тестируемого конденсатора используя уравнение 1.

    Полное сопротивление может быть выражено в полярной форме, где величина определяется уравнением 2.

    Уравнение 2:

    Угол импеданса определяется путем вычитания двух углы:

    Уравнение 3:

    Для теста в нашем примере мы можем использовать уравнение 2 и Уравнение 3, чтобы найти величину и угол импеданса проверяемый конденсатор:

    Теперь мы можем преобразовать импеданс в прямоугольную форму. найти сопротивление и емкость.

    Используя приведенные выше уравнения, мы можем найти ESR и Емкость ИУ:

    Уравнения 4 и 5:

    Используя уравнение 4 и уравнение 5, мы можем рассчитать ESR и емкость испытуемого конденсатора:

     

    по Объем/ФГ

    по USB ВНА

    по ЛКР

    по Объем/ФГ

    по USB ВНА

    по ЛКР

    Частота

    емкость (мкФ)

    емкость (мкФ)

    емкость (мкФ)

    СОЭ (Ом)

    СОЭ (Ом)

    СОЭ (Ом)

    10 Гц

    10.3

    10,4

     Н/Д

    28,3

    32,8

     Н/Д

    30 Гц

    10,1

    10,4

     Н/Д

    9.1

    7,8

     Н/Д

    100 Гц

    9.8

    10,3

    10.22

    2,4

    3,2

    2,3

    300 Гц

    9,8

    10,1

     Н/Д

    0,7

    1.1

     Н/Д

    1 кГц

    9.7

    9,8

    9,96

    0,3

    0,3

    0,21

    Таблица 1. Сравнительная таблица примера 1. LCR в руководстве сказано, что точность составляет 0,05%, а в руководстве USB VNA указано, что это точность 2%.

    В таблице 1 сравниваются результаты, полученные с помощью осциллографа. и генератор функций для результатов, достигнутых с помощью недорогого ВАЦ и традиционный LCR-метр.Измеритель LCR, использованный в этом случае, поддерживал только тест частоты 100 Гц и 1 кГц, которые являются общими тестовыми частотами компонентов. Вы заметите, что эти три метода достаточно хорошо коррелируют друг с другом.

    Значения пассивных компонентов указаны с особым с учетом частоты, и измерители LCR часто имеют более одной тестовой частоты для эта причина. В таблице 1 показаны результаты с использованием осциллографа/функции комбинация генераторов на пяти различных частотах. Вы можете увидеть эффект от паразитная индуктивность в испытательной цепи по мере увеличения испытательной частоты – измеренная емкость падает по мере увеличения испытательной частоты.См. раздел о «Диапазон измерения» для получения дополнительной информации о тестовых частотах.

    Для достижения наилучших результатов вам необходимо сохранить значение прецизионного резистора (R ref ) достаточно низким, чтобы дать значительную волну напряжения в узле A2. Резистор также должно быть больше 50 Ом или выходного импеданса функционального генератора. будет учитываться при измерении.

    Рис. 5. Тестовая установка для оценка индуктора, как в примере 2.
    Пример 2: дроссель 10 мГн

    Тестовая схема и процедура практически идентичны те, которые использовались для проверки конденсатора в примере 1.

    Используйте генератор функций для вывода сигнала 1,9 В. амплитуда синусоиды 10 кГц. Сигнал подается на эталонный резистор и проверяемый индуктор.

    С помощью осциллографа проверьте узлы A1 и A2. Рисунок 6 показывает два результирующих сигнала.


    Рисунок 6. Кривые напряжения и измерения взятых в узлах A1 и A2.

    Выберите режим получения среднего значения осциллографа. и установите количество средних значений равным 128. Это уменьшит влияние случайных шум в ваших измерениях.Настройте осциллограф на измерение канала 1. частота, фаза между каналом 2 и каналом 1, амплитуда канала 1 и амплитуда канала 2, как показано на рис. 6. Если ваш осциллограф предлагает статистики измерений, таких как серия MDO4000, записывайте средние значения для расчеты. В противном случае запишите самые последние значения.

    Из настройки измерений мы знаем:

    • Частота стимула, f = 10 кГц
    • Прецизионный резистор, R № по каталогу = 1 кОм

    Из измерений, сделанных на осциллографе и показанных на рисунке 6:

  • Амплитуда напряжения, измеренная на A1, В A1 = 1.832 В
  • Амплитуда напряжения, измеренная на A2, В A2 = 0,952 В
  • Разность фаз между напряжением измерено на A2 относительно A1, θ = 56,03°
  • Обратите внимание, что в узле A1 напряжение имеет фазовый угол 0°, то есть он находится в фазе с выходным сигналом функционального генератора. На А2 напряжение равно смещены вперед на фазовый угол θ.

    Мы можем использовать те же уравнения для расчета импеданса ИУ, которое мы использовали для измерения конденсатора в примере 1. Импеданс может быть выражено в полярной форме, где величина и угол импеданса равны предоставлено:

    Теперь мы можем преобразовать в прямоугольную форму импеданс найти сопротивление и индуктивность

    Используя приведенные выше уравнения, мы можем найти ESR и Индуктивность ИУ:

    Уравнения 6 и 7:

    Используя уравнение 6 и уравнение 7, мы можем рассчитать ESR и индуктивность для тестируемого индуктора:

     

    по Объем/ФГ

    через USB ВНА

    по LCR

    по Объем/ФГ

    через USB ВНА

    по LCR

    Частота

    Индуктивность (мГн)

    Индуктивность (мГн)

    Индуктивность (мГн)

    СОЭ (Ом)

    СОЭ (Ом)

    СОЭ (Ом)

    10 Гц

    12

    10.3

     Н/Д

    20,5

    20,8

    Н/Д

    100 Гц

    10,1

    10,4

    10.31

    20,6

    20,9

    20,9

    1 кГц

    10,3

    10.2

    10,1

    20,5

    22

    21,5

    10 кГц

    10

    9,8

    9,76

    29,8

    31,5

    29,4

    Таблица 2. Сравнительная таблица примера 2.

    Опять же, в Таблице 2 сравниваются полученные результаты с осциллограф и генератор функций для достижения результатов с помощью недорогого ВАЦ и традиционный LCR-метр.Эти три метода хорошо коррелируют.

    В таблице 2 также показаны результаты с использованием осциллографа/ Комбинация функциональных генераторов на четырех разных частотах. См. раздел в разделе «Диапазон измерения» для получения дополнительной информации о тестовых частотах.

    Еще раз, вам, возможно, придется поэкспериментировать со значением R ref , чтобы получить лучшее Результаты.

    Рисунок 7. Емкость/частота коробка. Рисунок 8.Индуктивность/частота коробка.

    Диапазон измерений

    Существуют практические ограничения на частоту стимула и значения конденсатора или катушки индуктивности тестируемого устройства для этого метода измерения импеданса.

    На рис. 7 показана коробка емкости/частоты. Если емкость значение и частота тестирования попадают в поле, тогда вы сможете измерить это. В заштрихованной области точность измерения будет около 3%, а вне заштрихованной области точность падает примерно до 5%.Эти неопределенности предположим, что вы позаботились о том, чтобы использовать весь экран осциллографа, усреднил 128 циклов сигналов и использовал среднее значение амплитуды и фазы для выполнения вычислений.

    Аналогичный блок индуктивности/частоты показан на рис. 8 для испытания индуктора.

    Заключение

    Если в вашей лаборатории нет измерителя LCR или вы хочу продемонстрировать поведение конденсаторов и катушек индуктивности при синусоидальном стимул, осциллограф и генератор функций могут помочь вам сделать простое, прозрачное измерение импеданса.Вы можете ожидать емкость и индуктивность значения с погрешностью 3%-5%. Чтобы воспользоваться этим методом, вы нужен только функциональный генератор с хорошим частотным и амплитудным диапазоном, осциллограф с хорошими характеристиками и функциями, которые мы обсуждали, несколько прецизионные резисторы, а также калькулятор или электронную таблицу.

    Как измерить емкость керамических конденсаторов?|Уголок вопросов и ответов

    Как измерить емкость керамических конденсаторов?

    Емкость керамических конденсаторов измеряется с помощью измерительные приборы, такие как LCR-метр (принцип измерения см. ниже.) и анализатор импеданса.

    В нашей компании номинальная емкость керамических конденсаторов измеряется при следующих условиях.
    (Условия измерения также описаны на странице данных о надежности в каталоге. Каталоги здесь.)

    *1 На рисунках указаны типичные характеристики.Подробно ознакомьтесь с индивидуальными спецификациями.
    *2 Термическая обработка: начальное значение должно быть измерено после термической обработки образца при 150+0/-10℃ в течение часа и выдерживали при комнатной температуре в течение 24±2 часов.
      Класс 1 Класс 2
    Стандартный Высокочастотный тип С ≤ 10 мкФ С > 10 мкФ
    Предварительное кондиционирование Нет Термическая обработка (при 150℃ в течение 1 часа) (*2)
    Частота измерения 1МГц±10% 1 кГц ± 10% 120±10 Гц
    Измерение напряжения (*1) 0.от 5 до 5 В среднеквадратичного значения 1±0,2 В среднекв. 0,5±0,1 В среднекв.
    Применение смещения Нет

    Обратите внимание, что емкость зависит от частоты, температуры, напряжение и тд.

    Пожалуйста, обратитесь к индивидуальным спецификациям измерительных приборов и условий каждый продукт.
    Пожалуйста, обратитесь к этой странице об измерительных приборах и условия, используемые для получения характеристик в техпаспорте.

    Измеритель LCR (принцип измерения)

    Метод измерения, называемый «методом моста с автоматической балансировкой», показанный на рисунке ниже, адаптирован для счетчиков LCR многими производителями измерительных приборов. В этом методе ток на измеряемом объекте (= ИУ) и известное сопротивление R автоматически настраиваются так, чтобы они были одинаковыми, то есть напряжение в точке А становится равным 0.Затем LCR-метр вычисляет комплексное полное сопротивление из напряжения, приложенного к ИУ, и известного сопротивления R. Емкость керамических конденсаторов получается из реактивной составляющей этого комплексного полного сопротивления.

    Подробную информацию см. на веб-сайте производителей.

    Конденсатор — Energy Education

    Рис. 1. Схема конденсатора, включающего две параллельные пластины с площадью поверхности A и расстоянием между ними d.Хотя не все конденсаторы имеют такую ​​форму, их часто считают таковыми, поскольку это самая простая геометрия.

    Рисунок 2. Анимация из имитации PhET батареи, заряжающей конденсатор до тех пор, пока ток не перестанет течь по цепи. [1]

    Конденсатор представляет собой электронное устройство, накапливающее заряд и энергию. Конденсаторы могут отдавать энергию намного быстрее, чем батареи, что приводит к гораздо более высокой плотности мощности, чем батареи с таким же количеством энергии.Исследования конденсаторов продолжаются, чтобы выяснить, можно ли их использовать для хранения электроэнергии для электрической сети. В то время как конденсаторы — это старая технология, суперконденсаторы — это новый поворот в этой технологии.

    Конденсаторы — это простые устройства, состоящие из двух проводников с одинаковыми, но противоположными зарядами. Простой конденсатор с плоскими пластинами состоит из двух металлических пластин одинакового размера, известных как электроды, разделенных изолятором, известным как диэлектрик, и удерживаемых параллельно друг другу. Затем конденсатор включается в электрическую цепь.В простой цепи постоянного тока каждая пластина конденсатора со временем становится противоположно заряженной из-за прохождения электрического тока по цепи. Аккумулятор направляет заряд в одном направлении, так что одна пластина становится положительно заряженной, а другая — отрицательной. Это создает электрическое поле из-за накопления одинаковых и противоположных зарядов, что приводит к разности потенциалов или напряжению между пластинами. Поскольку емкость пластин постоянна, напряжение между пластинами пропорционально увеличивается.По мере увеличения заряда на каждой пластине напряжение между пластинами становится равным напряжению батареи, и в этот момент ток больше не будет течь по цепи. [2] Этот эффект зарядки и разрядки можно увидеть на рис. 2. Ток может возобновиться, если открыть альтернативный путь, чтобы конденсаторы могли разряжаться самостоятельно, или при использовании переменного тока, чтобы конденсатор периодически заряжался и разряжался.

    Важным параметром конденсатора является емкость, мера способности объекта накапливать заряд.2} {2}[/математика]

    • [math]\Delta V[/math] напряжение между пластинами, измеренное в вольтах (В)
    • [math]C[/math] — емкость конденсатора, измеренная в фарадах (Ф)
    • [math]E[/math] энергия, накопленная в конденсаторе, измеряемая в джоулях (Дж) .

      В качестве альтернативы в конденсатор можно добавить диэлектрик. Диэлектрик представляет собой изолятор, помещенный между электродами. Это увеличивает емкость конденсатора без необходимости изменения его размеров. Это позволяет конденсатору хранить больше энергии, оставаясь при этом небольшим. Степень увеличения зависит от материала, используемого для диэлектрика. [3]

      Использование

      Конденсаторы не обладают такой высокой плотностью энергии, как батареи, а это означает, что конденсатор не может хранить столько же энергии, сколько батарея сравнимого размера.Тем не менее, более высокая мощность конденсаторов означает, что они хороши для приложений, требующих хранения небольшого количества энергии, а затем очень быстрого ее высвобождения. Гоночные автомобили Le Mans Prototype используют конденсаторы для питания электродвигателей передних колес. Эти конденсаторы заряжаются за счет рекуперативного торможения и обеспечивают полный привод и дополнительную мощность при выходе из поворотов. [4]

      Конденсаторы также используются во многих электронных устройствах, для которых требуется батарея.Этот конденсатор накапливает энергию, чтобы предотвратить потерю памяти при замене батареи. Распространенный (хотя и не обязательно широко известный) пример — зарядка вспышки фотокамеры. Вот почему нельзя сделать два снимка со вспышкой в ​​быстрой последовательности; конденсатор должен накапливать энергию от батареи. [5]

      Кроме того, конденсаторы играют ключевую роль во многих практических цепях, прежде всего в качестве стабилизаторов тока и компонентов, помогающих преобразовать переменный ток в постоянный в адаптерах переменного тока.Их можно использовать таким образом из-за того, что конденсаторы устойчивы к внезапным изменениям напряжения, а это означает, что они могут действовать как буфер для хранения и отвода электроэнергии для поддержания стабильного выходного тока. [6] Таким образом, конденсатор способен стабилизировать переменный ток благодаря своей способности удерживать и отдавать электрическую энергию в разное время.

      Поскольку конденсаторы хранят энергию в электрических полях, некоторые исследователи работают над созданием суперконденсаторов, чтобы помочь с накоплением энергии.Это может оказаться полезным при транспортировке энергии или для хранения и высвобождения энергии из непостоянных источников, таких как энергия ветра и солнца.

      Моделирование Phet

      Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Phet. Изучите эту симуляцию, чтобы увидеть, как потенциальная энергия гравитации и потенциальная энергия пружины перемещаются вперед и назад и создают изменяющееся количество кинетической энергии (подсказка: нажмите , чтобы показать энергию , прежде чем подвешивать массу):

      Ссылки

      1. ↑ Университет Колорадо.(25 апреля 2015 г.). Набор для сборки схем [Онлайн]. Доступно: http://phet.colorado.edu/sims/circuit-construction-kit/circuit-construction-kit-ac_en.jnlp
      2. ↑ Гиперфизика. (25 апреля 2015 г.). Конденсаторы [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/capac.html
      3. ↑ Р. Д. Найт, «Потенциал и поле», в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 2-е изд. Сан-Франциско: Пирсон Аддисон-Уэсли, 2008 г., гл.30, с. 5, стр. 922-932.
      4. ↑ «Суперконденсаторы берут верх в Германии», Филип Болл, бюллетень MRS, том 37, выпуск 09, 2012 г., стр. 802–803.
      5. ↑ (2014, 27 июня). Как работают вспышки камеры [Онлайн]. Доступно: http://electronics.howstuffworks.com/camera-flash.htm
      6. ↑ Искра. (25 апреля 2015 г.). Конденсаторы [Онлайн]. Доступно: https://learn.sparkfun.com/tutorials/capacitors

      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 стандартного конденсатора ( C 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.Следовательно

      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 Кл 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. Это падение не из-за реактивное сопротивление выше, но является результатом импеданса, который из курс состоит как из реактивного сопротивления, так и из сопротивления. Следовательно емкость, указанная анализатором, будет ниже фактического значения.Более продвинутые приборы также измеряют фазовый угол между напряжением и тока, что позволяет рассчитать и отобразить эквивалентную емкость и сопротивление конденсатора.

      (PDF) Измерение емкости различных типов конструкций

      Измерение емкости различных типов конструкций

      Мирослав Дулик*, Станислав Юрецка

      * Жилинский университет, Институт Аурела Стодолы, Липтовски-Микулаш, Словацкая Республика e-mail : [email protected]

      † Университет Жилины, Институт Аурела Стодолы, Липтовски Микулаш, Словацкая Республика e-mail: [email protected]

      электрическая система,

      цепь или элемент цепи. Различные конденсаторы имеют разные свойства

      , такие как максимальная емкость или переменная емкость

      в зависимости от входного напряжения. Эта вторая характеристика

      особенно характерна для МОП-структур.

      Для измерения этой переменной емкости необходимо использовать измерительное устройство

      , способное изменять входное напряжение

      и измерять напряжение конденсатора во время всего процесса зарядки

      . Предложен экспериментальный метод, пригодный для анализа переходных процессов, связанных с зарядкой

      емкостных цепей.

      Ключевые слова— измерения, методы, емкость, конденсатор,

      МОП, полупроводники

      I.ВВЕДЕНИЕ

      Измерение емкости-напряжения представляет собой метод, который

      обычно не обеспечивается стандартными измерительными приборами.

      Емкость является основным свойством конденсаторов, но полупроводники MOS

      имеют немного другие свойства в этой области

      . Стандартные устройства и измерительные платы предлагают

      измерение основных характеристик цепи, но более

      расширенные функции обычно опускаются. Существует множество коммерческих приборов

      с множеством опций, но их главный недостаток

      — высокая цена и лишь частичный контроль над всем процессом измерения.Они просто предоставляют некоторые

      функции для измерения требуемых значений, без какой-либо

      возможности модифицировать или обновлять их в будущем

      в соответствии с требованиями пользователя. В этой статье рассматривается

      одно из устройств, разработанных в Жилинском университете,

      , предлагающее простые, но эффективные методы измерения. Это устройство

      было разработано в рамках проекта АПВВ, посвященного

      структурам МОП.

      II. ТЕОРИЯ

      Для объяснения основных этапов процесса измерения необходима базовая

      теория измерения емкости.

      A. Постоянная времени

      Все электрические или электронные схемы или системы страдают

      некоторой формой «временной задержки» между их входом и

      выходом, когда сигнал или напряжение, либо непрерывные, (постоянный ток)

      или переменный (AC) сначала применяется к нему. Эта задержка

      обычно известна как временная задержка или постоянная времени схемы

      и представляет собой временную характеристику схемы при первом приложении ступенчатого напряжения или сигнала

      .Результирующая постоянная времени

      любой цепи или системы будет в основном зависеть от

      реактивных компонентов, будь то емкостных или индуктивных

      подключенных к ней, и является измерением времени отклика

      с единицами, Тау – τ. Когда возрастающее постоянное напряжение

      прикладывается к разряженному конденсатору, конденсатор потребляет зарядный ток

      и «заряжается». Когда напряжение

      уменьшилось, конденсатор разряжается в противоположном

      направлении.Поскольку конденсаторы способны накапливать электрическую

      энергию, они действуют как небольшие батареи и могут накапливать или

      высвобождать энергию по мере необходимости. [1]

      Если резистор соединить последовательно с конденсатором

      , образуя RC-цепь, конденсатор будет постепенно заряжаться

      через резистор, пока напряжение на конденсаторе

      не достигнет напряжения питания. Время

      , называемое переходной характеристикой, необходимое для этого, составляет

      , что эквивалентно примерно 5 постоянным времени или 5τ.Это переходное

      время отклика τ измеряется как τ = R x C в

      секундах, где R — сопротивление резистора в омах, а

      C — сопротивление конденсатора в фарадах. [1]

      B. Зарядная RC-цепь

      На рисунке (Рис. 1) ниже показан конденсатор (C) в серии

      с резистором (R), образующим зарядную RC-цепь

      , подключенную к источнику постоянного тока (VS). ) через механический переключатель

      . Когда переключатель замкнут, конденсатор

      будет постепенно заряжаться через резистор, пока напряжение на нем не достигнет напряжения питания батареи.Когда

      переключатель замкнут, время начинается с t = 0 и ток

      начинает течь в конденсатор через резистор. Поскольку начальное напряжение

      на конденсаторе равно нулю (VC = 0), конденсатор

      выглядит как короткое замыкание, и максимальный ток

      протекает через цепь, ограниченную только резистором

      R. Затем, используя напряжение Кирхгофа По закону

      падения напряжения на цепи задаются как [1]:

      0)()(.=−− tVtiRV CS (1)

      C. Кривые заряда RC

      Конденсатор начинает заряжаться, как показано на рис. 2, при этом

      подъем кривой заряда RC более крутой в начале

      потому что зарядка скорость самая высокая в начале, а затем

      US Tech Online -> Точное измерение чрезвычайно низких значений емкости

      Пользователи также могут вручную выбрать режим измерения и частоту тестового сигнала, можно выбрать диапазон фиксированных значений от 100 Гц до 100 кГц .Испытательное напряжение может быть установлено на 1,0, 0,5 и 0,1 В (среднеквадратичное значение).

      Путем пропускания постоянного тока через измеряемый компонент можно измерить напряжение и ток. По закону Ома рассчитывается сопротивление постоянному току (RDC). Подачей постоянного напряжения в прямом и обратном направлении обнаруживаются диоды и определяется полярность p-n перехода.

      Для конденсаторов емкостью более 40 мФ емкость рассчитывается с использованием изменения напряжения на измеренном конденсаторе при его зарядке в течение определенного интервала времени и приложенного тока.Принцип работы частотомера основан на подсчете импульсов опорного генератора между двумя рампами входного сигнала за определенный период. При этом также подсчитывается количество периодов входного сигнала.

      Затем вычисляется частота путем деления количества периодов входного сигнала на количество импульсов от опорного генератора и умножения на частоту опорного генератора. По сути, принцип измерения напряжения основан на сравнении входного сигнала с опорным напряжением.

      Калибровка смещения емкости
      Siborg также предлагает калибровочную плату смещения емкости, которая обеспечивает надежный метод определения паразитного смещения между измерительными выводами. Макет печатной платы использует отверстия для представления компонентов различных размеров.

      После надлежащего проведения открытой калибровки прибора для конкретного размера компонента можно производить абсолютные измерения значений компонентов с точностью до трех фемтофарад.

      Например, открытая калибровка была выполнена с размером компонента 2920 (7.4 мм между кончиками пинцета). Результаты различаются незначительно, в зависимости от расстояния между кончиками пинцета и их окружением. Поднесение руки к пинцету может привести к смене нескольких фемтофарад.

      На практике при использовании компонента 01005 и расстояния между концами пинцета 0,4 мм измеренная емкость составляет 0,249 пикофарад. 0201 с расстоянием между кончиками пинцета 0,6 мм показывает значение 0,225 пикофарад.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.