Измерение емкости конденсаторов: методы, схемы и практические рекомендации

Как измерить емкость конденсатора с помощью мультиметра. Какие существуют способы измерения емкости конденсаторов. Что нужно учитывать при измерении емкости. Как работают приборы для измерения емкости.

Основные методы измерения емкости конденсаторов

Существует несколько основных методов измерения емкости конденсаторов:

• Измерение времени заряда/разряда
• Использование мостовых схем
• Резонансный метод
• Измерение реактивного сопротивления
• Метод вольтметра-амперметра

Рассмотрим каждый из этих методов подробнее.

Измерение емкости по времени заряда/разряда конденсатора

Этот метод основан на измерении времени заряда или разряда конденсатора через известное сопротивление. Емкость вычисляется по формуле:

C = τ / R

Где:

• C — емкость конденсатора
• τ — постоянная времени цепи RC
• R — сопротивление резистора

Для реализации этого метода используется следующая схема:

• Конденсатор подключается последовательно с резистором известного номинала
• На вход подается напряжение через ключ
• Измеряется время, за которое напряжение на конденсаторе достигает определенного уровня (обычно 63% от входного)

Преимущества метода:

• Простота реализации
• Широкий диапазон измеряемых емкостей
• Высокая точность при правильном выборе компонентов

Недостатки:

• Требуется точное измерение времени
• На результат влияет точность резистора и напряжения источника

Мостовой метод измерения емкости

Мостовой метод основан на сравнении измеряемой емкости с эталонной. Применяются различные мостовые схемы:

• Мост Шеринга
• Мост Вина
• Трансформаторный мост

Принцип работы мостовой схемы:

1. Измеряемый конденсатор включается в одно плечо моста
2. В другое плечо включается эталонный конденсатор
3. Остальные плечи содержат резисторы
4. Мост балансируется изменением сопротивлений
5. При балансе моста вычисляется емкость по соотношению сопротивлений

Достоинства мостового метода:

• Высокая точность измерений
• Возможность измерения очень малых емкостей
• Низкая зависимость от параметров источника питания

Недостатки:

• Сложность балансировки моста
• Необходимость в эталонных емкостях
• Влияние паразитных емкостей

Резонансный метод измерения емкости

Резонансный метод основан на включении измеряемого конденсатора в колебательный контур. Емкость определяется по резонансной частоте контура.

Принцип работы:

1. Конденсатор включается в LC-контур с известной индуктивностью
2. Контур подключается к генератору качающейся частоты
3. Определяется резонансная частота контура
4. Емкость вычисляется по формуле Томсона: C = 1 / (4π²f²L)

Преимущества резонансного метода:

• Высокая точность измерений
• Возможность измерения очень малых емкостей
• Простота автоматизации измерений

Недостатки:

• Необходимость в точном измерении частоты
• Влияние паразитных параметров контура
• Ограниченный диапазон измеряемых емкостей

Измерение емкости по реактивному сопротивлению

Этот метод основан на измерении реактивного сопротивления конденсатора на заданной частоте. Емкость вычисляется по формуле:

C = 1 / (2πfXc)

Где:

• C — емкость конденсатора
• f — частота тестового сигнала
• Xc — измеренное реактивное сопротивление

Реализация метода:

1. На конденсатор подается синусоидальное напряжение известной частоты
2. Измеряется ток через конденсатор
3. Вычисляется реактивное сопротивление Xc = U / I
4. По формуле рассчитывается емкость

Достоинства метода:

• Простота реализации
• Широкий диапазон измеряемых емкостей
• Возможность измерения на рабочей частоте конденсатора

Недостатки:

• Влияние активных потерь в конденсаторе
• Зависимость точности от частоты измерения
• Необходимость в точном измерении фазового сдвига

Метод вольтметра-амперметра для измерения емкости

Метод вольтметра-амперметра основан на измерении тока через конденсатор при известном приложенном напряжении. Емкость вычисляется по формуле:

C = I / (2πfU)

Где:

• C — емкость конденсатора
• I — измеренный ток
• f — частота тестового сигнала
• U — приложенное напряжение

Схема измерения:

1. Конденсатор подключается к источнику переменного напряжения
2. Последовательно включается амперметр
3. Параллельно конденсатору подключается вольтметр
4. Измеряются ток и напряжение
5. По формуле рассчитывается емкость

Преимущества метода:

• Простота реализации
• Возможность измерения больших емкостей
• Наглядность измерений

Недостатки:

• Низкая точность при малых емкостях
• Влияние собственного сопротивления приборов
• Ограниченный диапазон измеряемых емкостей

Особенности измерения емкости электролитических конденсаторов

Измерение емкости электролитических конденсаторов имеет ряд особенностей:

• Необходимо соблюдать полярность подключения
• Следует учитывать большие токи утечки
• Емкость зависит от приложенного напряжения
• Требуется время для формирования диэлектрика

Рекомендации по измерению:

1. Использовать низкочастотные методы измерения (до 120 Гц)
2. Подавать на конденсатор постоянное смещение
3. Учитывать эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)
4. Проводить несколько измерений для усреднения результата

При измерении емкости электролитических конденсаторов важно помнить о их особенностях и выбирать соответствующие методы и приборы.

Измерение емкости конденсаторов с помощью цифровых мультиметров

Современные цифровые мультиметры часто имеют функцию измерения емкости. Как правило, они используют метод заряда-разряда конденсатора.

Порядок измерения:

1. Выбрать режим измерения емкости на мультиметре
2. Разрядить конденсатор перед измерением
3. Подключить конденсатор к соответствующим гнездам прибора
4. Дождаться стабилизации показаний
5. Считать результат с дисплея

Преимущества использования мультиметров:

• Простота и удобство измерений
• Широкий диапазон измеряемых емкостей
• Автоматический выбор пределов измерения

Недостатки:

• Ограниченная точность измерений
• Влияние паразитных параметров
• Сложность измерения очень малых емкостей

При использовании мультиметра для измерения емкости важно учитывать его класс точности и диапазон измерений.

Практические рекомендации по измерению емкости конденсаторов

Для получения точных результатов при измерении емкости конденсаторов следует соблюдать ряд рекомендаций:

• Выбирайте метод измерения в соответствии с типом конденсатора и требуемой точностью
• Учитывайте температурную зависимость емкости
• Соблюдайте полярность при измерении полярных конденсаторов
• Проводите калибровку измерительных приборов
• Учитывайте паразитные параметры измерительной схемы
• Производите несколько измерений и усредняйте результат

Дополнительные рекомендации:

1. Перед измерением разряжайте конденсатор
2. Используйте экранирование для уменьшения влияния помех
3. Учитывайте допуски на номинальные значения компонентов
4. При измерении малых емкостей используйте специализированные приборы

Соблюдение этих рекомендаций позволит повысить точность и достоверность измерений емкости конденсаторов.

Измерение ёмкости аккумулятора

Что такое ёмкость аккумулятора.

Под емкостью новой батарейки или полностью заряженного аккумулятора понимают количество имеющегося в них электричества, которое в физике обозначают буквой Q. Заряд батареи измеряют в кулонах. По системе СИ 1 Кулон = 1 Ампер на 1 секунду. На практике используют другую размерность: 1 Ампер-час или миллиАмпер-час. Данные параметры означают, что аккумулятор или батарея емкостью 1000 мА в час может выдавать ток 1000 мА в течение одного часа. Если ток уменьшить, то время разряда увеличится пропорционально, например, тот же аккумулятор может выдавать ток 100 мА в течение десяти часов. Учитывая напряжение аккумулятора, можно представить запасенную энергию как произведение E = Q на U.

Чтобы определить емкость аккумулятора, его надо полностью зарядить, а затем разрядить при заданном токе I. Измерив время разрядки, получим емкость Q. Таким же образом можно определить и емкость батареи.

Смысл схемы в следующем. Через резистор R до напряжения почти полного разряда аккумулятор разряжается, принимается Ue = 1V. Зная напряжение, можно найти ток разряда: I = U разделить на R. Чтобы аккумулятор полностью не разряжался, в схеме используется твёрдотельное реле PVN012. Время разряда определяется имеющимися часами.

Для измерения емкости конкретного аккумулятора его следует полностью зарядить и подсоединить к клеммам. Установив часы в 0, нажимают кнопку Start. При нажатии контакты 4-5 и 5-6 замыкаются. При разряде аккумулятора напряжение постепенно падает, пока не достигнет пороговой величины, при которой реле разомкнет контакты, что остановит разрядку. При этом остановятся и часы, запитываемые от отдельного источника.

Управляющий реле ток по мере разряда снижается с 8 до 2 мА. Для того, чтобы не вносить погрешность в измерение емкости, следует уменьшать сопротивление контактов 4-5 и 4-6, они не должны быть более 0.04 Ом. Чтобы управлять током разрядки, который может изменяться в широких пределах, необходимо изменять сопротивление R. Например, если требуется ток разряда в 1 А, ориентировочно величина сопротивления R=1.2 Ом. Следует учесть, что при отключении аккумулятора от схемы с резистором, напряжение на нем немного возрастет до 1.1 – 1.2 В из-за его внутреннего сопротивления.

Надо отметить, что аккумуляторы подвержены явлению саморазряда, то есть, потере емкости с течением времени. Она может составить до 10% в неделю. Чтобы узнать данную величину необходимо измерить емкость сразу после заряда и через определенный промежуток времени, например, через несколько дней или неделю.

При монтаже схемы следует учесть потери напряжения из-за сопротивления разъемов. В случае плохого контакта простой расчет показывает падение напряжения на держателях аккумулятора при токе в 1 А от 0.1 В. От этого в значительной мере падает точность измерений. Для устранения этого эффекта рекомендуется заменить пружины и стальные контакты медными проводами.

Наша компания предоставляет профессиональные услуги по утилизации аккумуляторов.

Обратите внимание также:

• Процесс замены аккумуляторов
• Прием б/у аккумулятора: как это происходит?
• Сколько может прослужить аккумулятор

Как измерить ёмкость и индуктивность с помощью генератора и осциллографа + online-калькулятор — radiohlam.ru

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

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

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

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

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

Аналогично можно вывести формулу для подсчета индуктивности:

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

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

Алгоритм действий следующий:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Online-калькулятор для расчёта емкостей и индуктивностей:

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

1) Расчёт емкостей:

R=кОм;    f=кГц;   
U_R=мВ;   
U_C=мВ;       
C=

2) Расчёт индуктивностей:

R=Ом;    f=МГц;   
U_R=мВ;   
U_L=мВ;       
L=

транзисторов — Измерение емкости путем измерения времени нарастания

\$\начало группы\$

Я построил схему для измерения емкости конденсатора по формуле τ = R·C (см. схему ниже).

^{смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

Когда я размыкаю переключатель (который обычно замкнут), я хочу, чтобы конденсатор заряжался. Когда напряжение на указанном конденсаторе достигает ~0,67·В, _{подает питание} выходной сигнал операционного усилителя меняется с низкого на высокий.

Моя проблема в том, что я не получаю нужное напряжение на конденсаторе при размыкании ключа (максимум 800-900 мВ).

Это потому, что у меня отсутствует резистор в основании транзистора? Глядя на примеры транзисторов, используемых для переключения, говорят, что нужно адаптировать значение резистора к желаемому току на эмиттере. Поскольку ветвь подключена только к входу (+) операционного усилителя, у меня сложилось впечатление, что ток близок к 0 мА, поэтому мне трудно найти значение резистора, которое не является полностью случайным.

РЕДАКТИРОВАТЬ: я изменил свою схему в соответствии с ответом Mattman944. Теперь схема намного более воспроизводима, чем раньше, каждый раз, когда я щелкаю переключателем, я измеряю одно и то же время, прежде чем считываю нарастающий фронт на выходе. Единственным недостатком этого является то, что время между размыканием переключателя и считыванием нарастающего фронта резко изменилось.

Используя конденсатор 22 нФ, я обычно измерял разницу во времени в 22-28 мс. Используя формулу τ=R.C => C=τ/R = 22-28 нФ, что близко к реальному значению (хотя и не повторяемо вообще). Теперь время между щелчком переключателя и считыванием нарастающего фронта на выходе уменьшилось до 84 мкс, таким образом, предположительно измеряя емкость 84 пФ вместо 22 нФ.

Возможно ли, что изменение схемы так, как я сделал, могло изменить способ, которым я должен преобразовывать прошедшее время в емкость?

• транзисторы
• конденсатор

\$\конечная группа\$

8

\$\начало группы\$

PNP работает плохо, потому что для того, чтобы E-B стал проводить, нужно напряжение меньше нуля на эмиттере, так что вы не можете полностью разрядиться.

NPN будет работать лучше, но может не разрядиться до нуля. Лучше всего использовать небольшой N-канальный МОП-транзистор, он полностью разрядит конденсатор до нуля.

Для больших емкостей подключите небольшой резистор последовательно с коллектором/стоком.

^{смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab}

Редактировать: Я построил схему MOSFET, мой V+ равен 5В. Используя цифровой мультиметр, мой резистор 1 МОм измеряет 0,977 МОм, емкость конденсатора составляет 21,5 нФ, что дает постоянную времени 21,0 мс.

Напряжение за одну постоянную времени составляет 63,2%, или 3,16 В. Я использовал курсоры осциллографа, чтобы измерить время достижения 3,16 В, оно составило 21,4 мс. Не точно, но в пределах погрешности измерения моей установки.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Несколько проще проводить измерения повторно, а затем усреднять результаты. Таким образом, вам, вероятно, понадобится мультивибратор, который непрерывно заряжает и разряжает конденсатор между двумя предельными напряжениями.

В приведенной ниже схеме для этой цели используется компаратор LM393, LM339, LM2901 или любой другой компаратор с открытым коллектором/открытым стоком. Компоненты внутри пунктирной линии реализуют модель LM393 только в моделировании.

Обратите внимание, , что диапазон входного напряжения LM393 составляет от 0 В до VCC-1,5 В, то есть от 0 до 3,5 В при питании от 5 В.

Схема также будет работать с компаратором с двухтактным выходом «rail-to-rail» — в этом случае удалите R5. Если компаратор также имеет диапазон входного напряжения от шины к шине, то резисторы R2 и R3 должны быть равны 47 кОм, а резистор R4 должен быть отрегулирован для разумного диапазона рабочего напряжения.

^{имитация этой схемы – Схема создана с помощью CircuitLab}

Конденсатор и выходные напряжения выглядят следующим образом: Буферный каскад эмиттера, который качается почти от рельса к рельсу.

^{имитация этой схемы}

Конденсатор и выходные напряжения выглядят следующим образом:

Разумеется, существует множество способов настройки цепей измерения конденсаторов. Подход, аналогичный вашему, но использующий постоянный ток (по сравнению с постоянным напряжением через резистор), преобразует емкость непосредственно в напряжение:

1. Конденсатор подключен как времязадающий элемент в генераторе треугольных колебаний. Источник эталонного («амплитудного») тока, используемый в генераторе, управляется напряжением (VCCS).
2. Треугольная волна разнится, чтобы получить прямоугольную волну с амплитудой, пропорциональной наклону треугольной волны.
3. Прямоугольная волна выпрямлена.
4. Выход выпрямителя регулируется до постоянного напряжения путем замыкания контура обратно на VCCS первой ступени. Это фиксирует наклон треугольной волны. Чем больше конденсатор, тем пропорционально больший ток требуется для получения этого фиксированного наклона.

Таким образом, управляющее напряжение источника тока прямо пропорционально емкости и представляет собой выход схемы.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. Конденсатор

— Какими способами можно измерить изменение емкости?

спросил 2 года, 6 месяцев назад

Изменено 2 года, 6 месяцев назад

Просмотрено 207 раз

\$\начало группы\$

Какими способами можно измерить изменение емкости, например, в емкостном датчике давления

• конденсатор

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Мост переменного тока является односторонним и обладает исключительной чувствительностью при измерении смещения (субнанометровые). Дифференциальная емкость предпочтительнее. Для низкой производительности две другие ноги моста могут быть резисторами.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Классический метод заключается в использовании конденсатора как части генератора и просто подсчете колебаний, которые он совершает за фиксированное время.

Если вы «меняете» между двумя конденсаторами одновременно, вы можете использовать один в качестве эталона для другого; построить два осциллятора и либо

• выполнить метод подсчета, описанный выше («из 1000 колебаний осциллятора C1, C2 сделал только 900» означает, что C2 имеет большее значение), что очень просто, если у вас есть микроконтроллер с двумя счетчиками, или
• работает с фазовым детектором, используемым в PLL, например. в
  1. классический детектор XOR (выдает импульс, длина которого пропорциональна разности фаз), затем
  2. фильтр нижних частот результат (дает напряжение, пропорциональное разности фаз),
  3. образуют производную от результата (частота является производной фазы по времени), например.