Прибор для измерения емкости конденсаторов своими руками. Измеритель емкости конденсаторов своими руками: пошаговая инструкция

Этот код инициализирует ЖК-дисплей, настраивает пины для измерения и выполняет измерение емкости в цикле. Результат выводится на дисплей в наноФарадах или микроФарадах.

Калибровка измерителя емкости

Перед использованием самодельный измеритель емкости необходимо откалибровать. Для этого выполните следующие шаги:

1. Подготовьте несколько конденсаторов с известной емкостью (желательно разных номиналов)
2. Измерьте каждый конденсатор вашим прибором
3. Сравните полученные значения с номиналами конденсаторов
4. При необходимости скорректируйте коэффициенты в программе для повышения точности

Калибровку рекомендуется проводить регулярно, особенно при изменении условий эксплуатации прибора (температура, влажность и т.д.).

Использование измерителя емкости

Чтобы измерить емкость конденсатора с помощью самодельного прибора:

1. Включите прибор
2. Подключите измеряемый конденсатор к соответствующим клеммам
3. Нажмите кнопку для запуска измерения
4. Считайте результат с ЖК-дисплея
5. Для повышения точности повторите измерение несколько раз

При измерении электролитических конденсаторов соблюдайте полярность подключения. Неправильное подключение может привести к повреждению конденсатора или прибора.

Преимущества и недостатки самодельного измерителя

Самодельный измеритель емкости конденсаторов имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с промышленными аналогами:

Преимущества:

• Низкая стоимость изготовления
• Возможность модификации под конкретные задачи
• Понимание принципов работы прибора
• Развитие навыков электроники и программирования

Недостатки:

• Меньшая точность измерений
• Ограниченный диапазон измеряемых емкостей
• Отсутствие защиты от неправильного подключения
• Необходимость периодической калибровки

Несмотря на недостатки, самодельный измеритель емкости — отличный инструмент для обучения и выполнения несложных измерений в домашних условиях.

Возможные улучшения конструкции

Базовую конструкцию самодельного измерителя емкости можно улучшить несколькими способами:

• Добавление автоматического выбора диапазона измерений
• Использование более точного АЦП для повышения разрешающей способности
• Реализация измерения ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) конденсаторов
• Добавление функции тестирования полупроводниковых приборов
• Создание корпуса для защиты электроники
• Реализация подключения к компьютеру для сохранения и анализа результатов

Эти улучшения позволят приблизить характеристики самодельного прибора к промышленным аналогам и расширить его функциональность.

Измеритель ёмкости конденсаторов своими руками

В данной статье мы дадим наиболее полную инструкцию, которая позволит сделать измеритель ёмкости конденсаторов своими руками, без помощи квалифицированных мастеров.

К сожалению, аппаратура не редко выходит из строя. Причина чаще всего одна – появление электролитического конденсатора. Все радиолюбители знакомы с так называемым «высыханием», которое появляется из-за нарушения герметичности корпуса прибора. Возрастает реактивное сопротивление из-за снижения номинальной емкости.

Далее, во время эксплуатации начинают происходить электрохимические реакции, они разрушают стыки выводов. В результате контакты нарушаются, образовывая контактное сопротивление, которой исчисляется, порой десятками Oм. То же самое будет происходить при подключении к рабочему конденсатору резистора. Наличие этого самого последовательного сопротивления скажется негативно не работе электронного устройства, в схеме будет искажаться вся работа конденсаторов.

• Схема, принцип работы, устройство
• Наладка измерительного прибора
• Создание разных моделей измерителей
• Модель серии AVR
• Модель на базе PIC16F628A
• Видео инструкции

Из-за сильнейшего влияния сопротивления в диапазоне три-пять Ом, приходят в негодность импульсные источники питания, ведь в них перегорают дорогостоящие транзисторы, а также микросхемы. Если детали при сборке прибора были проверены, а при монтаже не допущены ошибки, то с его наладкой не возникнет проблем.

Кстати, предлагаем Вам присмотреть себе новый паяльник на Алиэкспресс — ССЫЛКА (отличные отзывы). Либо присмотреть себе что-нибудь из паяльного оборудования в магазине «ВсеИнструменты.ру» — ссылка на раздел с паяльниками.

к оглавлению ↑

Схема, принцип работы, устройство

Данная схема используется с применением операционного усилителя. Прибор, который мы собираемся сделать своими руками, позволит производить измерения ёмкости конденсаторов в диапазоне от пары пикoфарад до одного микрофарада.

Давайте разберемся с приведенной схемой:

• Поддиапазоны. У агрегата есть 6 «поддиапазонов», у них высокие границы равняются 10, 100; 1000 пф, а также 0,01, 0,1 и 1 мкф. Отсчитывается емкость по измерительной сетке микроамперметра.
• Назначение. Основой работы прибора является замер переменного тока, он проходит сквозь конденсатор, который необходимо исследовать.
• На усилителе DА 1 находится генератор импульсов. Колебания их повтора подчиняется емкости С 1- С 6 конденсаторов, а также позиции тумблера «подстроечного» резистора R 5. Частота будет переменной от 100 Гц до 200 кГц. Подстроечному резистору R 1 определяем соразмерную модель колебаний при выходе генератора.
• Указанные на схеме диоды, как D 3 и D 6, резисторы (налаженные) R 7- R 11, микроамперметр РА 1, составляют сам измеритель переменного тока. Внутри микроамперметра сопротивление обязано составлять не больше 3 кОм, с целью, чтобы погрешность при замере не превысила десяти процентов на диапазоне до 10 пФ.
• К другим поддиапазонам параллельно Р A 1 подсоединяют подстроечные резисторы R 7 – R 11. Нужный измерительный поддиапазон настраивают при помощи тумблера S А 1. Одна категория контактов переключает конденсаторы (частотозадающие) С 1 и С 6 в генераторе, второй переключает в индикаторе резисторы.
• Чтобы прибор получал энергию, ему нужен 2-полярный стабилизированный источник (напряжение от 8 до 15 В). У частотозадающего конденсатора могут на 20 % разниться номиналы, однако сами они обязаны иметь высокую стабильность временную и температурную.

Конечно, для обычного человека, не разбирающегося в физике, это всё может показаться сложным, но вы должны понимать, чтобы сделать измеритель ёмкости конденсаторов своими руками, нужно обладать определенными знаниями и навыками. Далее поговорим о том, как наладить прибор.

к оглавлению ↑

Наладка измерительного прибора

Чтобы произвести правильную наладку, следуйте инструкции:

1. Сперва достигается симметричность колебаний при помощи резистора R 1. «Бегунок» у резистора R 5 находится посередине.
2. Следующим действием будет подключение эталонного конденсатора 10 пф к клеммам, отмеченным значком сх. При помощи резистора R 5, переставляют стрелу микроамперметра на соответственную шкалу ёмкости эталонного конденсатора.
3. Далее проверяется форма колебания при выходе генератора. Тарировка проводится на всех поддиапазонах, здесь применяют резисторы R 7 и R 11.

Механизм устройства может быть разным. Параметры размеров зависят от типа микроамперметра. Каких-то особенностей при работе с прибором не выделяется.

к оглавлению ↑

Создание разных моделей измерителей

Далее поговорим о том, как сделать разные модели измерителей ёмкости конденсаторов.

к оглавлению ↑

Модель серии AVR

Сделать такой измеритель можно на базе переменного транзистора. Вот инструкция:

1. Подбираем контактор;
2. Замеряем выходное напряжение;
3. отрицательное сопротивление в измерителя емкости не больше 45 Ом;
4. Если проводимость 40 мк, то перегрузка составит 4 Ампера;
5. Для повышения точности измерения, нужно использовать компараторы;
6. Также есть мнение, что лучше использовать только открытые фильтры, так как для них не страшны импульсные помехи в случае большой загруженности;
7. Также рекомендуется использовать полюсные стабилизаторы, а вот для модификации устройства не подходят только сеточные компараторы;

Перед тем, как включать измеритель ёмкости конденсаторов, нужно выполнить замер сопротивления, который должен быть примерно 40 Ом для хорошо сделанных устройств. Но показатель может отличаться, в зависимости от частотности модификации.

к оглавлению ↑

Модель на базе PIC16F628A

Сделать такое устройство сложно самостоятельно, но вполне реально. Вот инструкция и правила для сборки:

1. Подбираем открытый трансивер;
2. Модуль на базе PIC16F628A может быть регулируемого типа;
3. Лучше не устанавливать фильтры высокой проводимости;
4. Перед тем, как начнем паять, нужно проверить выходное напряжение;
5. Если сопротивление слишком высокое, то меняем транзистор;
6. Применяем компараторы для преодоления импульсных помех;
7. Дополнительно используем проводниковые стабилизаторы;
8. Дисплей может быть текстовым, что проще всего и весьма удобно. Ставить их нужно через канальные порты;
9. Далее с помощью тестера настраиваем модификацию;
10. Если показатели емкости конденсаторов слишком высокие, то меняем транзисторы с малой проводимостью.

Более подробно о том, как сделать измеритель ёмкости конденсаторов своими руками можно узнать из видео ниже.

к оглавлению ↑

Видео инструкции

Благодарю за репост, друзья:

Читайте также:

Приборы для измерения емкости конденсаторов в категории «Контрольно-измерительные приборы»

Прибор для измерения емкости конденсаторов CM 9601A мультиметр

Доставка по Украине

714 грн

Купить

BusOnMarket

Мультиметр для измерения ёмкости конденсаторов СМ-7115A

На складе в г. Харьков

Доставка по Украине

590 грн

Купить

Интернет-магазин Tele-Radio | Теле-Радио товары.Приборы,мультиметры,градусники,паяльники и др.

Мультиметр универсальный Digital DT-9601 для измерения емкости

Заканчивается

Доставка по Украине

722 грн

Купить

Ultratool

Измеритель емкости конденсаторов Digital DMM6013 с подсветкой

Заканчивается

Доставка по Украине

582 грн

Купить

Ultratool

Цифровой мультиметр CM-9601A (измерение ёмкости конденсаторов)

На складе в г. Харьков

Доставка по Украине

710 грн

Купить

Интернет-магазин Tele-Radio | Теле-Радио товары.Приборы,мультиметры,градусники,паяльники и др.

Мультиметр DT CM 9601

Доставка из г. Одесса

481.34 — 683.99 грн

от 6 продавцов

977.13 грн

683.99 грн

Купить

Интернет-супермаркет Оптоман

СМ7115А Измеритель емкости конденсаторов

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

656.50 грн

Купить

AimTeleCom _ www.aimtele.kiev.ua

Измеритель ёмкости CM-7115A

Недоступен

396 грн

Смотреть

Інтернет-магазин «АРНАС»

Мультиметр для измерения емкости конденсаторов DMM6013

Недоступен

520 грн

Смотреть

Интернет-магазин «Прилавок»

LC-метр LC100-A для измерения емкости конденсаторов и индуктивности

Недоступен

705.40 грн

Смотреть

Radio Store

Цифровой прибор для измерения конденсаторов CM7115A

Недоступен

632 грн

Смотреть

Компонент магазин

Измеритель ёмкости CM-7115A

Недоступен

447 грн

Смотреть

Измеритель ёмкости CM-7115A

Недоступен

447 грн

Смотреть

Хоз товары

Измеритель емкости конденсаторов Digital DMM 6013L

Недоступен

497 грн

Смотреть

Ultratool

LC-метр LC100-A для измерения емкости конденсаторов и индуктивности

Недоступен

730 грн

Смотреть

Light-Power

Смотрите также

Цифровой тестер мультиметр DМM6013L для измерения ёмкости конденсаторов

Недоступен

741 грн

Смотреть

SMILETEC

Тестеры для измерения емкости конденсатора

Недоступен

250 грн

Смотреть

«ДРОЖАК» 050-441-92-09 067-324-11-02 УВАГА! ЦІНА ТОВАРА НЕАКТУАЛЬНА!

Прибор для поиска скрытой проводки Тестер Richmeters 113D 7154 прозвонка цепи, измерение емкости и частоты

Недоступен

536 грн

Смотреть

Devayse

Прибор для поиска скрытой проводки Тестер Richmeters 113D 7154 прозвонка цепи, измерение емкости и частоты

Недоступен

536 грн

Смотреть

Девайс

Цифровой тестер мультиметр DМM6013L для измерения ёмкости конденсаторов

Недоступен

712. 90 грн

Смотреть

SMILETEC

Измеритель ёмкости CM-7115A

Недоступен

352.82 грн

Смотреть

am-svet

Хороший цифровой тестер мультиметр DМM6013L для измерения ёмкости конденсаторов

Недоступен

712.90 грн

Смотреть

CHYP-SHOP

Как измерить диэлектрическую проницаемость конденсаторов, сделанных своими руками

Время от времени вам нужно изготовить конденсатор самостоятельно. Это включает в себя выбор для него диэлектрика, изоляционного материала, который проходит между пластинами. Одним из диэлектрических материалов, который я часто использую, является парафин, который можно найти в художественных магазинах и обычно используют для изготовления свечей. Другой – это смола, которую проще всего найти в автомобильной смоле, используемой для ремонта кузова автомобиля.

Проблема в том, что иногда нужно заранее рассчитать размеры конденсатора, а не просто собрать что-то вместе. А это значит, что вам нужно знать диэлектрическую проницаемость диэлектрического материала. Это то, чего не будет знать ни производитель парафина, изготавливающего его для художественных магазинов, ни производители смолы для ремонта кузова автомобиля. Предполагаемым клиентам просто все равно.

Таким образом, вам остается самостоятельно измерить диэлектрическую проницаемость, и здесь я расскажу о методе, который использую для этого.

Что такое диэлектрическая проницаемость? Конденсаторы

Если вам интересно, что такое диэлектрическая проницаемость, не беспокойтесь, потому что вы не единственный. Начнем с краткого объяснения.

Допустим, у вас есть плоский конденсатор, между пластинами которого ничего нет, буквально вакуум. Этот конденсатор будет иметь определенную емкость, которая является мерой его способности накапливать заряд на пластинах. Если вместо этого вы вставите изоляционный материал между пластинами, например, воск, тогда этот конденсатор будет иметь более высокую емкость, большую способность накапливать заряд на пластинах. Помещение изоляционного материала между пластинами увеличивает емкость.

Диэлектрическая постоянная — это мера того, насколько увеличилась емкость при вставке этого материала. Это отношение емкости конденсатора с материалом к ​​его емкости с вакуумом. Например, если вы выполните поиск в Интернете, вы обнаружите, что парафиновый воск имеет диэлектрическую проницаемость где-то между 2,1 и 2,5. Ниже вы прочтете, как я измерил свой показатель 2,2.

Физики давно определили диэлектрическую проницаемость вакуума равной 1. Это означает, что твердый парафин в конденсаторе дает конденсатору в 2,2 раза больше способности накапливать заряд, как если бы вместо этого был просто вакуум (в 2,2 раза больше, чем в конденсаторе). 1, 2.2).

Терминология

Прежде чем мы пойдем дальше, позвольте мне отметить, что термин диэлектрическая проницаемость на самом деле устарел, и вместо него физики и инженеры используют относительную диэлектрическую проницаемость. Но его использование по-прежнему широко распространено, и в большинстве таблиц, которые вы найдете в Интернете, используется заголовок «диэлектрическая проницаемость».

Вы также часто будете видеть диэлектрическую проницаемость, представленную в формулах как Κ (греческая буква каппа) или ε _r (греческая буква эпсилон и r для относительного).

Измерение диэлектрической проницаемости

Начнем с предостережения. Диэлектрическая проницаемость изменяется в зависимости от температуры. Она уменьшается с повышением температуры. Для большинства материалов разница невелика. Всякий раз, когда я измерял диэлектрическую проницаемость, она всегда использовалась при комнатной температуре и частоте 0 Гц.

Зная, что диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение емкости конденсатора с материалом к ​​его емкости с вакуумом, вы можете измерить ее. Как я уже сказал, диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1, а диэлектрическая проницаемость воздуха равна 1,0005, что почти одинаково. Итак, если Cm  – это емкость конденсатора с вашим материалом, а Ca  – это емкость с воздухом, тогда диэлектрическая проницаемость составляет Cm/Ca , то есть отношение двух значений.

Это означает, что для получения диэлектрической проницаемости просто измерьте емкость конденсатора с материалом на месте ( Cm ), а затем снова измерьте его емкость, но без материала, т. е. с воздухом ( Ca ). Разделите первое значение ( см ) на второе значение ( Ca ), и у вас есть диэлектрическая проницаемость материала.

На фотографиях ниже я определяю диэлектрическую проницаемость парафина, купленного в местном художественном магазине.

Установка для измерения емкости с восковым диэлектриком

Измерение емкости с восковым диэлектриком

Сначала я измеряю емкость воскового конденсатора, показанного на первых двух фото. Я сделал квадратный кусок воска толщиной 4 мм. Для пластин я вырезал несколько квадратных кусков алюминиевой накладки, которые при размещении на воске не полностью покрывают всю восковую поверхность.

Я приклеил одну пластину к верхней части пластиковой трубки, чтобы подвесить ее в воздухе. Затем я делаю бутерброд с конденсатором, помещая воск на первое место, а затем другую пластину поверх воска. Как вы обычно делаете при измерении емкости, перед измерением я использую функцию REL измерителя, чтобы сохранить емкость только самих пробников. Это обнуляет счетчик. Затем я измеряю емкость пластин и воскового конденсатора. Я получаю 0,053 нФ, что соответствует Cm .

Установка для измерения емкости с воздушным диэлектриком

Измерение емкости с воздушным диэлектриком

Далее необходимо измерить емкость воздушного конденсатора, показанного на двух фотографиях выше. Я приклеиваю другую пластину горячим клеем к другой пластиковой трубке и располагаю пластины на расстоянии 4 мм друг от друга, оставляя между ними только воздух, следя за тем, чтобы расстояние было таким же, как когда воск был между пластинами. Это создает тот же конденсатор с той лишь разницей, что в качестве диэлектрика используется воздух. Я получаю емкость 0,024 нФ, что составляет мои Ca .

Делая расчет, емкость с воском ( Cm ), 0,053 нФ, делим на емкость с воздухом ( Ca ), 0,024 нФ, получаю диэлектрическую проницаемость 2,2. Обратите внимание, что он безразмерный, поскольку представляет собой отношение двух значений с одинаковыми размерами. При поиске в Интернете в большинстве таблиц указан диапазон для парафина от 2,1 до 2,5, поэтому я вполне уверен в своем результате.

Измерение емкости с диэлектриком из титаната бария/эпоксидной смолы

Измерение емкости с воздушным диэлектриком

В этом наборе фотографий я использую ту же процедуру для измерения диэлектрической проницаемости смеси титаната бария и эпоксидной смолы, изготовленной для цилиндрического конденсатора, как я описываю в своей статье Самодельные конденсаторы безумного ученого . Внутренняя пластина представляет собой медный стержень диаметром 1/4 дюйма, а внешняя пластина для определения диэлектрической проницаемости – это алюминиевый цилиндр, который, как вы видите, обернут вокруг диэлектрического цилиндра из титаната бария и смолы. Медный стержень был намного длиннее, чем нужно, поэтому для измерения емкости в воздухе я просто поднес алюминиевый цилиндр к той части стержня, где нет диэлектрика.

Емкость со смесью титаната бария и эпоксидной смолы составляет 0,075 нФ (см), а емкость с воздухом составляет 0,005 нФ. 0,075 нФ, деленное на 0,005 нФ, дает диэлектрическую проницаемость 15. В статье, указанной выше, я говорю о значении 27, но у меня нет фотографий измерений для этой версии.

Другие соображения

Два других соображения для ваших собственных измерений — удельное сопротивление и влияние краев.

Если у вас есть плоский конденсатор, вы можете представить себе электрическое поле, показанное линиями на диаграмме. Обратите внимание, что электрическое поле на краях отличается от поля между пластинами. Обратите также внимание, что это зависит от геометрии пластин. Например, тонкие пластины имеют более острые края и более плотные линии электрического поля на краях. Но нас интересует только то, что происходит с материалом в области между пластинами, а не по краям. Один из способов свести к минимуму влияние краев на наши измерения — просто иметь большую площадь пластины по сравнению с количеством краев, что делает край менее значимым.

Еще одна вещь, которую следует учитывать, — это удельное сопротивление вашего диэлектрического материала. Естественно, вы захотите, чтобы ваш конденсатор имел хороший изолятор в качестве диэлектрика. Но поскольку мы делаем здесь самодельные вещи, возможно, вы сделали диэлектрический материал, обладающий некоторой проводимостью. Поэтому после того, как вы сделали свой диэлектрический материал, поместите несколько пластин с обеих сторон и измерьте сопротивление от пластины к пластине, используя шкалу сопротивления вашего измерителя. Он должен показывать то, что обычно показывает ваш измеритель для чего-то, что имеет слишком высокое сопротивление измерению.

Однажды я столкнулся с проблемой удельного сопротивления. Мы с другом сделали конденсатор из титаната бария и парафина, и по какой-то причине сопротивление в сборе в виде конденсатора составило 2,31 МОм. Мы предположили, что, возможно, воздух снаружи был влажным, когда смесь титаната бария и горячего парафина остыла, и в смесь попало некоторое количество влаги. Поэтому мы помещаем его в духовку при температуре 110 ° C (230 ° F) на 65 минут, чтобы удалить влагу. После того, как он остыл, мы снова измерили сопротивление. Оно было больше 20 МОм, выше, чем мог измерить измеритель.

Заключение

Вот как я измеряю диэлектрическую проницаемость или относительную диэлектрическую проницаемость диэлектрического материала. Если вы измерили диэлектрическую проницаемость материала, мне было бы очень интересно узнать, как вы это сделали, а также какие-либо особые соображения. Дайте нам знать в комментариях ниже.

Измерение конденсаторов — журнал DIYODE

Измерьте неизвестные конденсаторы или проверьте неисправные, используя различные методы и инструменты.

В прошлом месяце мы коснулись конденсаторов, рассматривая катушки индуктивности и способы их измерения. Нам нужно было это объяснение, чтобы понять, что происходит с цепями катушек индуктивности, но у нас не хватило места, чтобы обсудить, как измерять сами конденсаторы. Это оказалось хорошо, потому что сказать можно гораздо больше, чем мы изначально планировали.

Несмотря на то, что на многих конденсаторах указаны номиналы, все же бывают ситуации, когда это значение необходимо измерить. Иногда можно заподозрить неисправность, и сравнение измеренного значения с обозначенным значением даст ответы. В других случаях допуск может быть проблемой, когда общедоступные диапазоны конденсаторов часто в лучшем случае имеют допуск 10%. Это нормально для фильтра шины питания, но не для настроенной схемы. Кроме того, все больше и больше систем маркировки используются, поскольку китайские производители идут своим путем. Иногда значение просто непонятно. Кроме того, вам может понадобиться найти емкость цепи или группы компонентов.

Для краткого обзора теории самих конденсаторов вы можете посетить классную комнату прошлого месяца (выпуск 44), посвященную конструкции и эксплуатации конденсаторов. Тем не менее, очень краткое резюме в порядке.

Конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных изолятором, называемым диэлектриком. Если к пластинам приложена разность потенциалов, заряд накапливается. Заряд в кулонах (Q) равен емкости в фарадах (Кл), умноженной на разность потенциалов в вольтах (В): Q=CV

Основное свойство, которое нас интересует в целях тестирования, — это Постоянная времени. Это представлено греческой буквой Тау, появляющейся как «Т». Постоянная времени — это время, за которое конденсатор заряжается через последовательное сопротивление, чтобы достичь 63,2% приложенного постоянного напряжения. Также можно принять за время разрядки от приложенного напряжения до 36,8%. Так уж получилось, что T = RC, где T — время в секундах, R — сопротивление в Омах, а C — емкость в Фарадах.

Очень полезной особенностью постоянных времени в RC-сетях является то, что кривая зарядки общеизвестна. И так уж получилось, что конденсатор заряжается на 63,2% за одну постоянную времени, потом график мельчает по мере замедления зарядки. Это становится очень полезным позже, так как эти 63,2% приходятся на точку пять восьмерок. Многие доступные производителям осциллографы имеют восемь или десять градуировок по вертикали.

Технически понятие постоянной времени применимо к любому конденсатору без резистора, включенного последовательно, поскольку все конденсаторы имеют некоторое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Однако часто СОЭ трудно определить или она слишком мала, чтобы быть полезной. Как правило, инструменты для измерения емкости, будь то автономные или мультиметры, используют известное внутреннее сопротивление и прямоугольную волну. Затраченное время и напряжение на конденсаторе измеряются и используются для расчета емкости.

Ни один компонент, изготовленный людьми, не является чистым или совершенным. Уроки теории часто предполагают идеальные компоненты при изучении концепций, и это правильный подход. Бесполезно объяснять усложняющие или посторонние факторы тому, кто все еще пытается понять основную концепцию. То же самое и с конденсаторами. Как правило, у каждого конденсатора есть элемент сопротивления и индуктивности. Мы не очень часто сосредотачиваемся на одной индуктивности в этой настройке, потому что она в основном академическая и редко, если вообще когда-либо, приводит к какому-либо эффекту. Эквивалентное последовательное сопротивление отличается, и в нем учитывается влияние индуктивности.

ESR является свойством всех резисторов, но сильно различается в зависимости от материала и типа конструкции. В некоторых меньших конденсаторах или некоторых конструкциях этим можно пренебречь. В других это серьезная проблема. Это особенно относится к алюминиевым электролитическим конденсаторам. Поскольку ESR влияет на скорость заряда и разряда, он влияет на максимальный ток, который может выдержать конденсатор. Поскольку большие электролиты часто используются для подачи большого тока при фильтрации источника питания или в подобных ситуациях, необходимо соблюдать осторожность при выборе правильного конденсатора. Большинство качественных электролитов имеют достаточно низкое ESR, чтобы выполнять поставленные перед ними задачи, но некоторые очень дешевые электролиты представляют собой проблему.

Просмотр многих каталогов поставщиков электроники показывает, что также производятся электролиты с низким ESR. Они специально сконструированы так, чтобы иметь меньше ESR, чем их аналоги, и особенно полезны для высокочастотных цепей. Помните, что если ESR влияет на время, в течение которого конденсатор может заряжаться и разряжаться, то он влияет и на максимальную частоту, на которой может использоваться конденсатор. Это связано с тем, что чем выше частота, тем короче время цикла зарядки/разрядки.

Существуют разные стандарты измерения СОЭ. Фактически, один из источников, упомянутых в этой статье, отметил, что СОЭ «легче определить, чем указать». Одна из причин этого в том, что СОЭ непостоянна. Поскольку он состоит из случайной индуктивности в материалах и выводах конденсатора, а также сопротивления, создаваемого ими, на ESR влияют температура, частота и возраст. Многие материалы изменяются или деградируют с течением времени, и электролиты являются здесь серьезной проблемой. При очень высоких частотах или температурах они могут высохнуть и стать неактуальными.

Обычно нас волнует только ESR электролитических конденсаторов. Другие типы, как правило, лучше герметизированы, изготовлены из более стабильных материалов и менее чувствительны к температуре и частоте. Однако большинство других типов обычно используются только для значений ниже 1 мкФ. После этого основным вариантом являются либо алюминиевые, либо танталовые электролиты. Для линейных источников питания стандарт ESR обычно составляет 120 Гц, в то время как компоненты импульсного источника питания должны быть сертифицированы для работы на частоте 100 кГц или выше. Другие приложения обычно рассматривают ESR на собственной резонансной частоте компонента или предполагаемой рабочей частоте.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Убедитесь, что все конденсаторы безопасно разряжены до и после любых испытаний. Чтобы избежать слишком высоких разрядных токов, используйте сопротивление не менее 1 кОм, что подходит для напряжения в безопасном для производителя диапазоне ниже 50 В.

Исправный конденсатор покажет «обрыв цепи» на обычном мультиметре, настроенном на сопротивление постоянному току, потому что даже путь тока, существующий в неисправном компоненте, имеет более высокое сопротивление, чем может работать большинство мультиметров. Многие мультиметры останавливаются на сопротивлении 10 МОм. Наш цифровой мультиметр имеет диапазон 40 МОм, а протестированное нами электрическое напряжение 1000 мкФ 16 В показало 39МОм.

Если измерение сопротивления электролитического конденсатора показывает, что сопротивление высокое, но все же ниже 1 МОм (другими словами, если вы вообще видите показание на большинстве счетчиков), конденсатор, вероятно, имеет очень большую утечку и выходит из строя. Просто для сравнения мы протестировали 10 мкФ 16 В и 1 мкФ 63 В и получили показания O/L (вне диапазона) на обоих.

В некоторых случаях показания будут действительно низкими. Любой конденсатор, показания мультиметра которого меньше шести цифр, можно считать коротким замыканием, хотя есть несколько необычных исключений и предостережений. Еще менее вероятно, что неэлектролиты дадут показания в диапазоне измерителя.

Из-за перечисленных выше факторов СОЭ трудно проверить. Хотя существует множество способов сделать это, они даже более сложны, чем те, которые мы собираемся подробно описать для поиска неизвестных конденсаторов. Для большинства производителей, которым необходимо знать значение ESR конденсаторов, приобретение специального измерителя ESR является лучшим вариантом. Если вы регулярно работаете с источниками питания, высокочастотными или звуковыми цепями, то измеритель ESR значительно облегчит вам жизнь.

Измеритель ESR не только позволяет получить данные для некоторых сложных расчетов, связанных с этими цепями (намного выше возможностей Classroom), но и значительно упрощает поиск неисправностей. Имеются данные об ожидаемом ESR большинства типов конденсаторов, поэтому сравнение их с измеренным значением может помочь определить неисправный элемент.

Недавно мы приобрели для себя измеритель ESR у наших друзей в Element 14. Мы купили модель Peak Electronic Design Atlas ESR70. Это имеет то преимущество, что он является испытательным измерителем для определения значения малых сопротивлений, а также для определения значения измеренного конденсатора. Он тестируется на стандартной частоте 100 кГц. Он включает в себя функцию автоматического разряда, но любой конденсатор, заряженный до опасного напряжения или значительного тока, все равно должен быть сначала разряжен. Мы протестировали наш на стандартном алюминиевом электролитическом конденсаторе 1000 мкФ 16 В с допуском 10%.

Одна из причин, по которой нам так нравится этот инструмент, заключается в том, что он прост в использовании:

ШАГ 1: Подключите компонент к выводам.

ШАГ 2: Нажмите кнопку «Тест».

ШАГ 3: Подождите.

ШАГ 4: Считайте значение с экрана.

Просто для тщательности мы подключили тот же конденсатор, после его разрядки, к нашему недавно рассмотренному Peak Atlas LCR40. Этот прибор более точен в определении фактической емкости, так как измеритель ESR выполняет эту функцию только как второстепенную функцию на частоте 100 кГц. LCR40 выполняет тест постоянным током и измеряет время зарядки и время разрядки после отключения тока. В то время как измеритель ESR показал емкость 1116 мкФ, LCR40 показал 1088 мкФ. Это довольно близко для конденсатора такого размера в таких разных условиях испытаний.

Конечно, в этой части Classroom мы действительно намеревались продемонстрировать несколько методов определения емкости неизвестных конденсаторов. Это могут быть немаркированные конденсаторы или конденсаторы, маркировка которых повреждена, но гораздо чаще эти методы используются для определения того, имеет ли конденсатор номинал, который он должен иметь. Мы рассмотрим несколько вариантов, в которых используется тестовое оборудование или специальные схемы, прежде чем поделиться дизайном, который мы модифицировали и скомпилировали из нескольких различных онлайн-проектов с использованием Arduino для создания базового измерителя емкости.

становятся все более и более доступными, а примеры с возможностью измерения емкости теперь можно найти менее чем за 50 долларов. На самом деле, мы нашли образцы менее чем за 20 долларов, но они были не от уважаемых продавцов и, похоже, не обладали качеством сборки или дизайна.

Проблема с этими счетчиками — точность. Хотя многие заявляют 5% или даже меньше, наш опыт не вселил в нас уверенности в истинности этих утверждений, даже среди единиц от крупных розничных продавцов. Если они действительно точны до 5% или меньше, то этого достаточно, чтобы определить, неисправен ли ваш конденсатор или нет. Однако этого недостаточно для построения, скажем, настроенной схемы, если только она не будет спроектирована с достаточным диапазоном регулировки.

Кроме того, могут возникать проблемы с верхним и нижним пределами диапазона. Часто конденсаторы с низким пикофарадом не могут быть измерены должным образом. Функция емкости нашего мультиметра имеет самый низкий диапазон 4 нФ, но мы обнаружили, что значения 500 пФ или меньше начинают показывать результаты, подразумевающие отсутствие точности. Кроме того, заявлен верхний диапазон 100 мкФ, и, конечно же, конденсатор на 1000 мкФ, подключенный к пробникам, показывает O/L.

Несмотря на это, если ваши наиболее распространенные потребности в конденсаторах попадают в указанные диапазоны, этот вариант по-прежнему привлекателен.

Для использования мультиметра, измеряющего емкость, может потребоваться выбрать специальную позицию на диске режимов или групповую позицию на диске режимов и использовать кнопку функций или режимов для выбора емкости. Будьте осторожны, потому что в последнем варианте действительно легко забыть о шаге кнопки режима и сильно запутаться в чтении. Если показание, скажем, в омах, вы поймете. Если показание просто O/L (вне диапазона), вы можете не понять и списать конденсатор как неисправный.

Наилучший совет — внимательно прочитать руководство к измерителю и ознакомиться с его функциями, методами и ограничениями, прежде чем пытаться проверить конденсатор. Таким образом, вы с большей вероятностью получите нужный результат.

Одним из старейших методов определения неизвестной емкости является мостовая схема. Мостовые схемы могут быть созданы для определения неизвестного значения многих различных компонентов и работают, уравновешивая известное значение с неизвестным значением и измеряя разницу. Все они являются вариациями или производными Венского моста.

В своей простой форме мост состоит из двух резисторов и двух конденсаторов, нулевого детектора и переменного напряжения. Один конденсатор известен, а другой нет. Резистор, включенный последовательно с неизвестным конденсатором, должен быть переменным. Посередине установлен «нулевой детектор», который представляет собой чувствительный вольтметр, способный считывать напряжение переменного тока и имеющий центральную нулевую точку. Переменный резистор регулируется до тех пор, пока вольтметр не покажет 0 В, что представляет собой симметричную цепь. В этом случае необходимо измерить сопротивление переменного резистора и выполнить следующее уравнение:

Где C _X — неизвестная емкость в фарадах, RV — значение приведенного сопротивления в омах, RF — значение фиксированного сопротивления в омах, а C _S — значение известного конденсатора в фарадах. Известный конденсатор называется «стандартным» конденсатором и часто относится к высокоточному типу, предназначенному для испытаний, отсюда и обозначение «s».

Однако простые схемы емкостных мостов, часто встречающиеся в Интернете и в учебных пособиях, страдают одной серьезной проблемой: они действительно работают только с почти идеальными конденсаторами, то есть конденсаторами с воздушным зазором, качественными слюдяными конденсаторами или некоторыми пленочными и керамическими конденсаторами. Во всем остальном пути паразитного напряжения вызывают проблемы. Однако, когда дело доходит до определения неисправных крышек, это, вероятно, поможет вам довольно близко. Это может быть даже достаточно для некоторых схем фильтров, если не требуется абсолютная точность, и это, безусловно, будет хорошим упражнением для тех, кто так склонен сравнивать результаты с другими методами.

Альтернативой является емкостной мост с последовательным сопротивлением. Схема построена из последовательного резистора и известного слюдяного конденсатора (выбранного из-за их превосходной стабильности и постоянства), а другим сопротивлением является ESR целевого конденсатора. С этой схемой связано слишком много проблем, чтобы объяснять ее: математика выходит далеко за рамки Classroom благодаря множеству других факторов, а необходимые слюдяные конденсаторы трудно достать.

Этот конкретный метод является грубым, довольно неточным, но очень доступным. Используя резистор большого номинала для создания RC-цепи, мы можем замедлить время зарядки настолько, чтобы использовать мультиметр и секундомер. В то время как у немногих из нас есть секундомер, почти у всех из нас он есть в приложении часов на наших смартфонах. Единственная необходимая вещь — это мультиметр для измерения напряжения и, возможно, калькулятор, чтобы вычислить, что составляет 63,2% приложенного напряжения, если вы не хотите использовать бумагу, ручку или голову. Опять же, это в вашем телефоне.

Начните с измерения напряжения питания. Это даст точное число для расчета 63,2%, а не номинальное значение блока питания. Затем отключите питание и с помощью зажимов подключите его и щупы мультиметра к сети RC. Убедитесь, что резистор находится на положительной стороне конденсатора (этот метод действительно работает только со значениями, достаточно большими, чтобы быть недоступным для чего-либо, кроме электролитов), и прикоснитесь им к земле, чтобы убедиться, что вы начинаете с разряженного конденсатора.

Теперь приготовьте секундомер. Включите питание и запустите секундомер в тот же момент. Наблюдайте за дисплеем мультиметра, и когда напряжение приблизится к расчетному значению, составляющему 63,2% от напряжения питания, приготовьтесь нажать кнопку остановки на секундомере. Это время в секундах, включая десятичные дроби, является значением для ваших вычислений. Из-за неточностей, присущих этому методу, вы можете повторить его несколько раз и найти среднее значение времени.

Если T = RC, то C = T ÷ R, с емкостью C в фарадах, временем T в секундах и сопротивлением R в омах.

Гораздо более точным способом проведения предыдущего теста является использование осциллографа. Поскольку почти все современные осциллографы являются цифровыми запоминающими осциллографами (DSO), их можно построить в виде графика сигнала и сохранить изображение. Используя градуировку на экране, можно получить более точное измерение времени, чем при использовании метода секундомера.

Значение резистора, используемого здесь, может и должно быть намного меньше, хотя точное значение зависит от номинала конденсатора. Для конденсаторов в пикофарадном диапазоне может подойти резистор в десятки Ом. Для конденсатора в миллифарадном диапазоне резистор в несколько тысяч Ом может быть лучше. Фактические значения могут зависеть от выбранного вами генератора сигналов, и в некоторых случаях выход 50 Ом подойдет. Если это не так, не забудьте добавить его к номиналу резистора в своих расчетах.

Необходимые предметы: DSO, функциональный генератор с возможностью генерировать выходной сигнал прямоугольной формы, тестовый конденсатор и известный резистор. Вы также можете использовать мультиметр для измерения точного значения резистора. Как правило, здесь лучше всего работает DSO с двумя каналами и генератором функций с двумя выходами. Вы поймете почему, когда мы запустим настройку.

Подключите первый канал функционального генератора к первому каналу DSO. Это лучше всего сделать с помощью кабеля BNC-BNC, но при необходимости можно выполнить с помощью кабеля BNC-крокодил и зонда DSO. Этот канал является опорным для регулировки частоты тестового сигнала. Настройте генератор на отображение прямоугольной волны номинальной частоты, которая может сильно различаться. Смотри ниже. Теперь подключите BNC к проводу типа «крокодил» от второго канала функционального генератора к сети RC. Закрепите зонд DSO на другой стороне и подключите его ко второму каналу DSO. Соблюдайте полярность; то есть заземление обоих выводов вместе и с отрицательным выводом конденсатора, если он поляризован.

Поскольку первая постоянная времени достигается, когда конденсатор наполовину заряжен, измерения с помощью экрана DSO становятся намного проще. Отрегулируйте разрешение по вертикали, пока эталонный сигнал не займет восемь делений. Выключите второй канал, если это упростит задачу. Теперь включите второй канал и регулируйте частоту генератора сигналов до тех пор, пока конденсатор не завершит зарядку очень близко к концу высокого периода сигнала прямоугольной формы. Если частота слишком низкая, конденсатор заканчивает зарядку слишком рано, а если слишком высокая, конденсатор не зарядится до конца.

Когда у вас есть формы сигналов, какими они должны быть, отрегулируйте горизонтальные элементы управления DSO, чтобы распределить сигнал и разрешить использование большей части оси x для расчета времени. Это делает измерение более точным. Время может быть в миллисекундах или микросекундах, поэтому обязательно конвертируйте обратно в секунды для расчета.

Теперь вы можете выполнить тот же расчет, что и в версии с мультиметром, но мы повторим его здесь, чтобы вам не приходилось переворачивать или прокручивать страницы.

Если T = RC, то C = T ÷ R, с емкостью C в фарадах, временем T в секундах и сопротивлением R в омах.

Вот и все, вы измерили номинал неизвестного или подозрительного конденсатора. Мы рекомендуем сначала попробовать его на нескольких хороших конденсаторах, чтобы получить правильную технику, прежде чем пробовать подозрительный.

Окончательный метод обнаружения неизвестного конденсатора заключается в подключении его к измерителю LCR. Как и в случае с катушками индуктивности в прошлом месяце, этот метод немного проще, чем любой из описанных выше. Устройство покажет, какие параметры оно использовало для выполнения теста, но обычно емкость проверяется с помощью сигнала постоянного тока.

ШАГ 1: Подключите компонент к проводам.

ШАГ 2: Нажмите кнопку «Тест».

ШАГ 3: Подождите.

ШАГ 4: Считайте значение с экрана, включая параметры.

Хотя эта сборка может и не превратиться в серьезное испытательное оборудование, она все же может быть удобной для почти достаточного количества измерений. Это также немного весело.

В сборке снова используется принцип постоянной времени. Основная предпосылка состоит в том, чтобы Arduino подавал напряжение на тестовый конденсатор и запускал таймер в тот же момент. Он использует аналого-цифровой преобразователь для отслеживания возрастающего напряжения и времени между пуском и достижением напряжения 63,2% от общего значения. Для большей точности мы включили раздел кода для ссылки на напряжение питания перед выполнением теста, чтобы исключить ошибки из-за разницы между номинальным и фактическим напряжением питания.

Сборка настолько проста, что мы не чувствуем необходимости в пошаговых инструкциях. Фрицинга и схемы должно быть достаточно. Однако есть некоторые особенности, на которые стоит обратить внимание. Arduino может потреблять 6 мА или 9 мА в зависимости от версии, поэтому мы выбрали максимум 6 мА. При 5 В для этого требуется резистор 830 Ом. Мы выбрали 1 кОм, чтобы быть безопасным и простым. Когда Arduino разряжает конденсатор, он будет использовать тот же контакт, который использовался для его зарядки.

Мы включили в код некоторые математические операции для возврата значения в микрофарадах, нанофарадах или пикофарадах. Вы должны выбрать, какой, однако. Вы можете сделать это, удалив разделители // комментариев перед соответствующим разделом кода. Мы также настроили систему для измерения времени зарядки от 0% до 63,2% и времени разрядки от 100% до 36,8%, а затем усреднили их для получения более точного результата.

Последнее, что следует отметить, это то, что 63,2% и 36,8% сигнала 1024 АЦП не являются целыми битами, поэтому мы перешли к ближайшему биту. И в обоих случаях он был очень близок. 63,2% соответствует 646,168 (помните, что мы начинаем с 0 и считаем до 1023 для 1024-битного числа, поэтому 1024 x 63,2% на самом деле 647,168), поэтому мы выбрали 646. 36,8% равно 375,832, поэтому мы выбрали 376. выход на последовательный монитор, поэтому он должен оставаться подключенным к компьютеру, на котором он размещен. Нажатие кнопки запускает тест.

Все остальное будет объяснено с комментариями в коде, чтобы мы могли обновлять и изменять его, не делая эту статью устаревшей, по мере того, как мы находим проблемы или лучшие способы делать что-то.

Требуемые детали:	ID	Jaycar	Altronics	Core Electronics
1 x макетная плата без пайки	—	PB8820	P1002	CE05102
1 x набор звеньев для макетной платы 9 шт. 0263	—	PB8850	P1014A	CE05631
5 x Plug-to-plug Jumper Leads	—	WC6027	P1017	PRT-12795
1 x Arduino Uno or Compatible Board	—	XC4410	Z6240	A000066
1 x 1kΩ Resistors*	R1	RR0573	R7558	COM-10969
1 x 10kΩ Resistors*	R2	RR0596	R7582	COM-10969
1 x 100nF Capacitor	C1	RM7125	R3025B	CE05188
1 x Tactile Pushbutton*	SW1	SP0608	S1135	COM-10302

• Я БЫ
• Джейкар
• Альтроникс
• Основная электроника

* Quantity shown, may be sold в пачках.