Измеритель емкости конденсаторов своими руками: принцип, схема

Обозначения на конденсаторах

Самый простой способ определить значение емкости – это пометить корпус конденсатора.

Электролитический (оксидный) полярный конденсатор емкостью 22000 мкФ, рассчитанный на 50 В постоянного тока. Есть обозначение WV — рабочее напряжение. Маркировка неполярного конденсатора должна указывать на возможность работы в высоковольтных цепях переменного тока (220 В переменного тока).

Пленочный конденсатор емкостью 330 000 пФ (0,33 мкФ). Значение в этом случае определяется последней цифрой трехзначного числа, которое указывает на количество нулей. Кроме того, буква указывает на допустимую погрешность, здесь — 5%. Третья цифра может быть 8 или 9. Тогда первые две умножаются на 0,01 или 0,1 соответственно.

Емкости до 100 пФ маркируются, за редким исключением, соответствующим номером. Этого достаточно, чтобы получить данные о продукте, именно так маркируется подавляющее большинство конденсаторов. Производитель может придумывать свои, уникальные обозначения, которые не всегда удается расшифровать. Это относится, в частности, к цветовому коду отечественной продукции. Узнать емкость по стертой маркировке невозможно, в такой ситуации без замеров не обойтись.

Детали

Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 10…15 мм и магнитной проницаемостью 600…2000 (значения не критичны). Первичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,4…0,5 мм, вторичная — 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,1…0,15 мм.

В качестве провода для первичной обмотки идеально подойдет монтажный провод марки МГТФ-0,5 или одножильный провод в поливинилхлоридной изоляции («перекресток»).

Диод VD1 должен быть германиевым, например типа Д9, ДЗ10, Д311, ГД507. Кремниевые диоды имеют высокое пороговое напряжение открытия (0,5…0,7 В), что приведет к сильной нелинейности шкалы прибора в области измерения малых сопротивлений. Германиевые диоды начинают проводить ток при прямом напряжении 0,1…0,2 В.

Печатные платы для устройства не разрабатывались. Все варианты устройства были собраны на макетных печатных платах с шагом отверстий 2,5 мм (продаются на радиорынках) методом поверхностного монтажа.

Правильно собранный прибор сразу начинает работать, нужно только подобрать сопротивление резисторов, как указано выше. Для облегчения настройки в качестве резисторов R2 и R3 можно использовать подстроечные резисторы.

Задающий генератор можно собрать по другой схеме. Такие схемы часто встречаются в радиолюбительской литературе. Важно, чтобы частота сигнала генератора была около 100 кГц. Обычно можно обойтись без внутреннего генератора, используя уже имеющиеся в вашем распоряжении стационарный генератор и стрелочный вольтметр, и оформить прибор как приставку к ним.

Как проверить исправность конденсатора

Перед измерением желательно вынуть конденсатор из гнезда. Подключите измерительный прибор к клеммам. По показаниям, отображаемым на дисплее, определяется работоспособность радиодетали.

Снижение напряжения пробоя конденсатора

снижение максимально возможного напряжения – это так называемый обратимый пробой. Тестером это определить невозможно. Но в схеме при работе с номинально допустимым значением напряжения элемент ведет себя как обрыв. В этом случае он будет измеряться работающим тестером.

Его можно определить, постепенно подавая напряжение от отдельного источника питания до значения, указанного на корпусе. У неисправного конденсатора пробой произойдет раньше этого значения. Электролит закипит, и корпус начнет нагреваться.

Обратите внимание на следующее! Если в маркировке указано значение «60В», элемент должен нормально вести себя при подаче постоянного напряжения на выводы от нуля до 50В. Пробоя быть не должно.

измерение емкости конденсаторов с помощью измерительных приборов заводского изготовления или самодельных приспособлений позволяет ремонтировать и настраивать электронные схемы. Выявление неисправного конденсатора путем измерения значений его физической емкости позволит сохранить работоспособность электронного устройства и сократить время, затрачиваемое на ремонт.

Вычисления с помощью формул электротехники

Простейшая RC-цепочка состоит из резистора и конденсатора, соединенных параллельно.

После выполнения математических преобразований (здесь не приводятся) определяются характеристики цепи, из которых следует, что если к резистору подключить заряженный конденсатор, то он будет разряжаться, как показано на графике.

Произведение RC называется постоянной времени цепи. При R в омах и C в фарадах произведение RC равно секундам. Для емкости 1 мкФ и сопротивления 1 кОм постоянная времени равна 1 мс, если конденсатор был заряжен до напряжения 1 В, при подключенном сопротивлении ток в цепи будет 1 мА. Во время заряда напряжение на конденсаторе достигнет Vo за время t ≥ RC. На практике действует следующее правило: за время 5 RC конденсатор будет заряжен или разряжен на 99%. Для других значений напряжение будет изменяться экспоненциально. На 2.2 RC будет 90%, на 3 RC будет 95%. Этой информации достаточно, чтобы рассчитать мощность с использованием простейших единиц.

Измеритель емкости конденсаторов своими руками

Измеритель емкости конденсаторов своими руками — ниже схема и описание того, как без особых усилий можно самостоятельно изготовить прибор для проверки емкости конденсаторов. Такое устройство может оказаться очень полезным при покупке контейнеров на онлайн-рынке. С его помощью без проблем выявляется некачественный или бракованный элемент по накоплению электрического заряда. Принципиальная схема этого ЭПР, как его обычно называют большинство электронщиков, совсем не сложна, и собрать такое устройство сможет даже начинающий радиолюбитель.

При этом измеритель емкости конденсаторов не требует длительного времени и больших финансовых затрат на сборку; изготовление пробника с эквивалентным последовательным сопротивлением занимает буквально два-три часа. Также не нужно бежать в радиомагазин — наверняка у любого радиолюбителя найдутся неиспользованные детали, подходящие для этой конструкции. Все, что вам нужно для повторения этой схемы, это мультиметр практически любой модели, только желательно, чтобы он был цифровым и с десятком деталей. Нет необходимости вносить какие-либо изменения или модернизацию цифрового тестера, все, что с ним нужно сделать, это припаять провода деталей к нужным местам на плате.

Принципиальная схема устройства СОЭ:

Схема измерения

Чтобы определить емкость неизвестного конденсатора, необходимо включить его в цепь из резистора и источника тока. Входное напряжение выбирается чуть ниже номинального напряжения конденсатора, если оно неизвестно, то 10-12 вольт будет достаточно. Также вам понадобится секундомер. Для исключения влияния внутреннего сопротивления источника тока на параметры схемы на вводе необходимо установить переключатель.

Сопротивление подбирается опытным путем, больше для удобства расчета времени, в большинстве случаев в пределах пяти-десяти кОм. Напряжение на конденсаторе контролируется вольтметром. Время отсчитывается с момента включения тока — при зарядке и выключении, если разрядка контролируемая. Зная значения сопротивления и времени, вычисляют емкость по формуле t = RC.

Удобнее считать время разряда конденсатора и отмечать значения 90 % или 95 % от начального напряжения, в этом случае расчет ведется по формулам 2,2t = 2,2RC и 3t = 3RC. Таким способом можно узнать емкость электролитических конденсаторов с точностью, определяемой погрешностями измерения времени, напряжения и сопротивления. Использование его для керамики и других малых емкостей, использование трансформатора на 50 Гц, расчет емкости — дает непредсказуемую ошибку.

Третий вариант схемы измерителя ESR

Для возможности проверки трактов ЗЧ необходимо ввести в схему прибора еще один переключатель, с помощью которого частота генератора импульсов понижается до 1 кГц.

Кроме того, измерения показали, что потребляемый прибором ток не превышает 3…5 мА, и его лучше сделать переносным небольшого размера, чтобы он всегда был под рукой. Запитать этот вариант устройства можно от батарейки типа «Крона» через маломощный стабилизатор на 5 вольт.

Читайте также: Мощный тиристорный преобразователь 12В в 220В (500Вт)

Схема такого варианта устройства показана на рис. Переключатель S2 выбирает частоту генератора, а переключатель S3 включает питание блока.

Рис. 3. Схема самодельного измерителя ESR на батарейках.

Многолетняя работа с прибором позволила выявить еще один «скрытый резерв»: с его помощью можно проверять катушки индуктивности (обмотки трансформатора) на наличие закороченных витков.

В этом случае прибор измеряет такое же реактивное сопротивление, только на этот раз индуктивное X|_. Индуктивное реактивное сопротивление можно рассчитать по формуле:

где Xl ~ индуктивное сопротивление, Ом; f – частота, Гц; L — индуктивность, Гн. Например, катушка с индуктивностью 100 мкГн на частоте 100 кГц имеет индуктивное сопротивление Xp = 62,8 Ом.

Если к нашему прибору подключить такую ​​катушку, то стрелка измерителя практически останется в положении «бесконечность», отклонение будет еле заметно. Наличие короткозамкнутого витка (оборота) в обмотке катушки приведет к резкому уменьшению индуктивного сопротивления, до единиц Ом, а стрелка прибора в этом случае покажет как бы малое сопротивление.

Индуктивность катушек, применяемых в радиотехнических устройствах, может быть в очень широком диапазоне: от единиц микрогенри в высокочастотных дросселях до десятков генри в силовых трансформаторах.

Поэтому может быть сложно проверить катушки с большой индуктивностью на частоте 100 кГц. Для проверки таких катушек (например, первичных обмоток маломощных силовых трансформаторов) частоту генератора необходимо установить на 1 кГц (переключатель S2).

Что такое тестер конденсаторов

Конденсатор представляет собой радиодеталь, состоящую из двух пластин из проводников и диэлектрического слоя между ними. Электрическая емкость элемента измеряется в фарадах. Это значение очень велико, поэтому на практике используют микрофарады или пикофарады.

Конденсаторы обычно электролитические или пленочные. В последнем параметры мало меняются с течением времени. С электролитами дело обстоит иначе. Жидкий состав внутри постепенно высыхает, и деталь теряет свои полезные свойства. Часто по внешнему виду нельзя судить по удобству использования. Чтобы его проверить, нужно его припаять.

Еще одна ситуация, когда важно проверить емкость – это перерыв в работе по разным случайным причинам – скачки напряжения или работа при повышенных температурах. Неисправный элемент может привести к неисправности всего устройства

Для изучения ситуации необходимо определить, соответствует ли емкость конденсатора номинальному значению. Для этого используются тестеры конденсаторов.

Они могут быть цифровыми или аналоговыми. Во время испытания можно определить емкость или ESR, параметр, представляющий собой последовательное эквивалентное сопротивление.

Некоторые мультиметры имеют возможность непосредственного измерения емкости.

Измерители ESR измеряют эквивалентное последовательное сопротивление. Здесь речь идет о реактивном сопротивлении, которое обусловлено емкостью. Она может значительно возрастать с увеличением частоты. Этот параметр оценивается с помощью сложных алгоритмов. Если он принимает слишком большое значение, в некоторых ситуациях может нарушаться температурный режим элемента. Это особенно опасно для электролитических элементов.

Вам будет интересно

Существуют специальные измерители емкости.

ESR-метр

Такой измерительный блок оснащен жидкокристаллическим дисплеем. Имеет 2 щупа: красный и черный. Первый считается положительным, второй – отрицательным. Перед проверкой разрядите элемент, замкнув провода друг на друга. Для измерения щупы подключаются к клеммам конденсатора. Если используется полярная модель, необходимо учитывать полярность датчиков.

Затем прибор включается и через несколько секунд на экране отображаются параметры емкости и ESR.

Измеритель емкости

Мультиметр

Для определения состояния конденсатора мультиметр можно перевести в режим определения сопротивления. Переключатель должен быть установлен на 2 МОм или 200 кОм. Необходимо подобрать этот параметр таким образом, чтобы зарядка происходила не сразу, а в течение нескольких секунд.

Красный и черный щупы подключаются к выводам выпаиваемого из схемы элемента. Теперь вы должны следить за данными на экране. Если он равен 0, это означает обрыв контакта или другое механическое повреждение. Если тестер показывает увеличивающиеся числа и, наконец, отображается 1, это указывает на то, что деталь работает. Если устройство появилось сразу, это означает, что произошел пробой конденсатора.

При использовании аналогового устройства рабочая часть будет показывать постепенное движение стрелки. Мгновенная установка минимального значения указывает на обрыв, а максимальное значение – на поломку.

Мультиметр обеспечивает возможность прямого измерения емкости. Для этого нужно установить переключатель прибора на измерение и выбрать наиболее подходящий масштаб. Обычно для контактов конденсатора предусмотрены специальные клеммы. Если это не так, используйте красный и черный щупы. В последнем случае необходимо использовать те же клеммы, что и при измерении сопротивления.

Если значение емкости равно или близко к номинальному значению, элемент исправен и может быть использован. В противном случае это бесполезно. Предполагается, что совпадение с разницей не более 20 % свидетельствует о радиотехнической пригодности детали.

Как правильно использовать прибор

Если номинальное напряжение неизвестно, можно действовать исходя из того, что оно равно 10-12 В. Обычно используются резисторы сопротивлением 5-10 КОм.

Для проверки детали, не отсоединяя ее от цепи, параллельно ей можно подключить конденсатор с такими же параметрами в рабочем состоянии. Если цепь восстанавливает работу, это означает, что деталь вышла из строя и подлежит замене.

Мостовая схема

измерение емкости без отпайки от платы затруднительно и доступно только профессиональному специалисту. Прибор для проверки электролитических конденсаторов без выпайки можно использовать только с учетом схемы подключения конденсатора. Дело в том, что полученный результат будет существенно зависеть от способа соединения детали и в разных ситуациях может показывать трудно объяснимые результаты. Например, если параллельно ей подключить катушку, при измерении емкости без выпайки появится нулевое сопротивление.

Вам будет интересна оценка лучших паяльных станций

Если конденсатор неисправен, его необходимо проверить одним из доступных способов. В случае неисправности необходимо заменить его, чтобы плата восстановила работоспособность.

Электрические цепи, состоящие из проводников и полупроводников, включают в себя элементы, позволяющие накапливать заряды и высвобождать их в нужный момент. Из-за этой особенности такие элементы изначально назывались емкостными. Название пришло из тех времен, когда электричество считалось жидкостью, а его хранилище – сосудом. Это не совсем удачное определение используется до сих пор, хотя сам элемент называется конденсатором.

Типы конденсаторов и их внешний вид

Метод 2: измерение частоты LC-генератора

В схеме используется простой LC-генератор с компаратором. Известная емкость и известная индуктивность работают в резонансном контуре. Дополнительный, подключенный к реле, позволяет рассчитать точные значения L и C для используемых компонентов. Во время измерения дополнительная внешняя емкость или индуктивность изменяет частоту колебаний генератора, и это изменение позволяет вычислить измеренное значение.

Эта схема существует в нескольких вариантах, часто с использованием компараторов, встроенных в микроконтроллер. Точность расчета в оригинальной версии составляет 0,1%. Точность калибровки зависит от точности калибровочного конденсатора.

Измерительные приборы

Наиболее доступным методом измерения емкости является широко распространенный мультиметр с такой возможностью.

В большинстве случаев такие приборы имеют верхний предел измерений в десятки микрофарад, что достаточно для стандартных применений. Погрешность индикации не превышает 1% и пропорциональна емкости. Для проверки достаточно вставить провода конденсатора в предназначенные гнезда и считать показания, весь процесс занимает минимум времени. Эта функция есть не во всех моделях мультиметров, но часто встречается при разных пределах измерения и способах подключения конденсатора. Для определения более подробных характеристик конденсатора (тангенса угла потерь и других) применяют другие приспособления, предназначенные для конкретной задачи, которые часто являются стационарными устройствами.

В форме измерения в основном реализован мостовой метод. Они используются ограниченно в специальных предметных областях и не получили широкого распространения.

Принцип действия прибора для проверки конденсаторов

Перед проведением измерения необходимо разрядить конденсатор. Для этого выводы увязываются друг с другом.

Щупы мультиметра обеспечивают разность потенциалов, которую можно использовать для зарядки конденсатора. Время зарядки можно использовать для приблизительной оценки емкости. Измерив сопротивление, можно определить наличие повреждения или пробоя конденсатора.

Вам будет интересно Все о сварочной проволоке

При измерении параметра СОЭ используются сложные алгоритмы. В таком тестере используются специальные микросхемы для управления процессом проверки.

Типы конденсаторов

Метод 4: измерение ёмкости с помощью внешнего источника тока

Для этого метода требуются три PNP-транзистора, согласованные по Vbe и коэффициенту усиления, соединенные вместе для управления термостатом, и несколько резисторов с точностью 0,1%. Посмотрим на график:

Резисторы R1-R3 и транзисторы Q1-Q3 образуют токовое зеркало. Резисторы R4 — R8 подключены к цифровым выходам микроконтроллера. Установив один из них на низкий уровень, в то время как другие находятся в состоянии высокого сопротивления, можно выбрать одно из пяти значений тока: 1 мкА, 10 мкА, 100 мкА, 1 мА и 10 мА. В свою очередь, установив один из выходов, подключенных к R9, R10 или R11, в низкий уровень, можно измерить ток, генерируемый источником, путем измерения напряжения на соответствующем резисторе.

Q4 и R12 используются для разрядки емкости между измерениями. Измерение точно такое же, как и для метода CTMU. Подбираем зарядный ток, измеряем заданное время, останавливаем ток, измеряем напряжение на конденсаторе. При необходимости измените время зарядки или ток зарядки.

Измерения этим методом ограничены только разрешающей способностью АЦП, стабильностью опорного напряжения и точностью резисторов. Подключив мультиметр вместо Cx, можно предварительно откалибровать все диапазоны. Большинство недорогих мультиметров имеют довольно точные диапазоны тока, хотя измерения напряжения на резисторах R9-R11 могут быть более точными.

Возможные неисправности конденсатора

Прибор для измерения емкости аккумулятора

Как и все элементы в электрических цепях, емкостные цепи тоже выходят из строя, что вызывает ошибки в работе оборудования. Электролитические конденсаторы часто выходят из строя. К их основным недостаткам относятся:

• обрыв конденсатора, в этом случае емкости вообще нет, либо она снижена;
• пробой элемента в результате короткого замыкания пластин;
• снижение максимально возможного напряжения;
• увеличение емкости Rc.

Найти бракованный товар не всегда просто, но возможно.

Схема простейшего измерителя ESR

Рассмотрим работу схемы простейшего измерителя ESR, показанной на рис.1. На микросхеме DD1 собраны генератор прямоугольных импульсов (элементы D1.1, D1.2) и буферный усилитель (элементы D1.3, D1.4). Частота генерации определяется элементами С1 и R1 и примерно равна 100 кГц.

Рис. 1. Настройка простейшего ESR метра.

Прямоугольные импульсы через разделительный конденсатор С2 и резистор R2 поступают на первичную обмотку повышающего трансформатора Т1. Во вторичную обмотку после выпрямителя диода VD1 включен микроамперметр РА1, по шкале которого считывается значение ESR.

Конденсатор С3 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. При включении тока стрелка на микроамперметре отклоняется до конечной отметки на шкале (получается подбором резистора R2). Это положение соответствует значению «бесконечность» измеренного ESR.

Если подключить исправный оксидный конденсатор параллельно обмотке I к трансформатору Т1, конденсатор шунтирует обмотку из-за малой емкости (напомним, что при С = 10 мкФ Xc = 0,16 Ом на частоте 100 кГц), а стрелка манометра приближается к нулю.

При наличии в измеряемом конденсаторе какого-либо из описанных выше дефектов значение ESR в нем увеличивается. Часть переменного тока будет протекать по обмотке, и стрелка будет все меньше и меньше отклоняться от значения «бесконечность».

Чем больше ESR, тем больше ток протекает через обмотку и меньше через конденсатор, и тем ближе стрелка к положению «бесконечность.

Шкала прибора нелинейна и напоминает шкалу омметра обычного тестера. В качестве измерительной головки можно использовать любой микроамперметр на ток до 500 мкА; хорошо подходят головки от магнитофонов записывающие индикаторы уровня. Калибровать шкалу не обязательно, достаточно определить, где будет стрелка, подключив калибровочные резисторы.

Благодаря разделительному повышающему трансформатору напряжение на измерительных щупах прибора не превышает 0,05…0,1 В, где еще не разомкнуты переходы на полупроводниковые приборы. Это дает возможность проверять конденсаторы, не отключая их от цепи.

Самодельный С — метр

Не принимая во внимание различные экзотические решения, например, баллистический гальванометр и мостовые схемы с коробкой сопротивлений, можно сделать простой прибор или приставку к мультиметру по силам начинающему радиолюбителю. Широко распространенная микросхема серии 555 вполне подходит для этих целей. Это таймер реального времени со встроенным цифровым компаратором, в данном случае он используется как генератор.

Частота прямоугольных импульсов устанавливается подбором резисторов R1–R8 и конденсаторов С1, С2 переключателем SA1 и равна: 25 кГц, 2,5 кГц, 250 Гц, 25 Гц – соответственно положения переключателя 1, 2, 3 и 4–8. Конденсатор Сх заряжается с частотой следования импульсов через диод VD1, до фиксированного напряжения. Разрядка происходит во время паузы через резистор R10, R12-R15. В этот момент формируется импульс длительностью, зависящей от емкости Сх (больше емкость — длиннее импульс). После прохождения через интегрирующую цепь R11 С3 на выходе появляется напряжение, соответствующее длительности импульса и пропорциональное емкости Сх. Здесь подключается мультиметр (X 1) для измерения напряжения на пределе 200 мВ. Положения переключателя SA1 (с первого) соответствуют пределам: 20 пФ, 200 пФ, 2 нФ, 20 нФ, 0,2 мкФ, 2 мкФ, 20 мкФ, 200 мкФ.

Корректировку конструкции необходимо производить с устройством, которое будет использоваться в дальнейшем. Конденсаторы для регулировки нужно выбирать емкостью равной диапазонам измерительной части и как можно точнее, от этого будет зависеть погрешность. Выбранные конденсаторы подключаются по очереди к X1. В первую очередь выставляются поддиапазоны 20 пФ–20 нФ, для этого соответствующими подстроечными резисторами R1, R3, R5, R7 добиваются соответствующих показаний мультиметра, возможно, потребуется изменить номиналы последовательно-разрядно соединенных резисторы. На остальных поддиапазонах (0,2 мкФ–200 мкФ) калибровка производится резисторами R12–R15.

Провода, соединяющие резисторы с выключателем, должны быть как можно короче и, если позволяет конструкция, располагаться на клеммах. Желательно использовать переменные с несколькими витками, лучше вообще использовать константы, но это не всегда возможно. Печатную плату необходимо тщательно отмыть от флюса и другой грязи, иначе паразитные емкости и сопротивления между проводниками могут привести к полной непригодности изделия.

При выборе источника питания следует учитывать, что амплитуда импульсов напрямую зависит от стабильности. Интегрированные стабилизаторы серии 78xx здесь весьма кстати. В схеме используется ток не более 20-30 миллиампер и конденсатора фильтра емкостью 47-100 мкФ будет достаточно. Погрешность измерения при соблюдении всех условий может составлять около 5 %, в первом и последнем поддиапазонах из-за влияния емкости самой конструкции и выходного сопротивления таймера она возрастает до 20 %. Это необходимо учитывать при работе на предельных значениях.

Метод 5: измерение ёмкости с помощью модуля CVD

Модуль CVD, емкостный делитель напряжения, можно найти в некоторых микроконтроллерах PIC. Это еще одна идея Microchip для создания сенсорных клавиатур, например в семействе PIC18FQ41.

Интересно, что измерение с помощью этого метода можно выполнить без этого модуля, манипулируя битами конфигурации порта микроконтроллера и его модулем АЦП.

Предположим, у нас есть конденсатор емкостью 1 нФ, заряженный напряжением 5 В. Подключим к нему второй конденсатор емкостью 1 нФ. Какое напряжение у обоих? Правильный ответ 2,5 В. Теперь возьмем два других конденсатора: 10 нФ и 22 нФ. Первый заряжен 5 В, второй закорочен на землю. Затем соединяем оба. Какое будет напряжение? 1,5625 В. Теперь заряжаем второй конденсатор до 5 В, разряжаем первый и подключаем два. Какое будет напряжение? 3,4375 В. Модуль CVD выполняет именно это измерение, при этом конденсатор выборки АЦП (плюс дополнительные подключенные емкости внутри микроконтроллера) действует как первый конденсатор, а то, что подключено к выводу АЦП, измеряется как конденсатор 2.

Модуль CVD сначала автоматически заряжает внутреннюю емкость, подключает внешнюю емкость и измеряет ее, затем разряжает внутреннюю емкость, заряжает внешнюю емкость и выполняет второе измерение. Результаты автоматически вычитаются друг из друга, и полученное значение сравнивается с установленным пороговым значением — таким образом, модуль в основном используется для управления сенсорными кнопками, но также можно измерять значение подключенной внешней емкости как изменение дифференциального напряжения. Но здесь измерение будет менее точным, чем измерение CTMU.

Схема, принцип работы, устройство

Эта схема используется с операционным усилителем. Прибор, который мы изготовим своими руками, позволит измерять емкость конденсаторов в диапазоне от нескольких пикофарад до микрофарад.

Давайте посмотрим на график ниже
:

• Подрайоны
  . Агрегат имеет 6 «поддиапазонов», их верхние пределы 10, 100; 1000 пФ, а также 0,01, 0,1 и 1 мкФ. Емкость измеряется на измерительной сетке микроамперметра.
• Цель
  . В основе прибора лежит измерение переменного тока, он проходит через конденсатор, который необходимо осмотреть.
• На усилителе DA 1 имеется генератор импульсов. Колебания их повторения зависят от емкости конденсаторов С 1 -С 6 , а также положения кулисного переключателя «подстроечного» резистора R 5. Частота будет изменяться от 100 Гц до 200 кГц. Подстроечному резистору R 1 определяем соответствующую модель колебаний на выходе генератора.
• Диоды, обозначенные на схеме как Д 3 и Д 6, резисторы (подстроенные) R 7-R 11, микроамперметр РА 1 составляют сам измеритель переменного тока. Внутри микроамперметра сопротивление должно быть не более 3 кОм, чтобы погрешность измерения не превышала десяти процентов в диапазоне до 10 пФ.
• Подстроечные резисторы R 7 — R 11 подключены к другим парциальным диапазонам параллельно РА 1. Нужный измерительный парциальный диапазон регулируется с помощью кулисного переключателя SA 1. Один разряд контактов переключает конденсаторы (задание частоты) С 1 и С 6 в генераторе переключает другие резисторы в индикаторе.
• Чтобы устройство получало энергию, ему необходим 2-х полюсный стабилизированный источник (напряжение от 8 до 15 В). Частотозадающие конденсаторы могут иметь разность номиналов в 20%, но сами они должны обладать высокой временной и температурной стабильностью.

Конечно, для обычного человека, не разбирающегося в физике, все это может показаться сложным, но нужно понимать, что для того, чтобы сделать измеритель емкости конденсаторов своими руками, необходимо обладать определенными знаниями и навыками. Далее мы поговорим о том, как настроить ваше устройство.

Ремонт и доработка измерителя ёмкости

Потенциометр, настраивающий прибор в нижнем диапазоне (установить его на «0»), пришлось поменять на другой, более качественный, уже в первый день после покупки измерителя емкости конденсаторов СМ-7115А, но радиолюбитель, засидевшийся где-то в глубины сознания и трепетно ​​относиться ко всему, что касается измерительной техники, он не позволял, потому что, мол, не вам в подробности очередную телевизионную платку втягивать. Решились на это, и последовало пять лет, пока сопротивление вообще не перестало подавать признаки жизни.

Это самые близкие к нулю показатели, которые нам удалось выставить, это конечно мелочь (но не всегда), но эта неполноценность в работе устройства окончательно надоела.

Нижняя половина корпуса держится на саморезе, печатной платы четыре (два верхних на плате откручивать не нужно, они держат жидкокристаллический индикатор). Так все легко и быстро разбирается на «шестерни».

Это самое фатальное сопротивление, оно даже похоже на своеобразный «укус». Если это оловоотсос, аккуратно снять его с платы не составит труда.

Впаянный переменный резистор оказался сопротивлением 880 кОм, нашлось заменить его номиналом 1 МОм, но не повезло, подложка (устройство крепления к плате) была другая, но получилось чтобы можно было позаимствовать его из старой переменной, что я и сделал. Исправный потенциометр занял свое место на плате.

Схема измерителя ёмкости конденсаторов СМ-7115А

Кстати, на принципиальной схеме номинал этого переменного резистора, обозначенного как VR2, равен 1 МОм. Так что с номиналом просто повезло.

А еще, отдельный выключатель питания «спрашивал» о схеме измерителя ёмкости конденсаторов, ну какое дело щёлкать переключателем измерительных диапазонов для отключения измерителя, ведь какой-то китайский радиоинженер придумал горе.

Хорошая вещь должна быть защищена, и этот контейнер более чем хорош. Нашел подходящую кнопку (точно такая же есть на мультиметре My 62) положения переключателя как положено с фиксацией и шток с заглушкой для нее.

Набросал нужное (из возможных) положение переключателя на панели приборов и просверлил отверстие диаметром 5 мм для штока.

Внутри корпуса было место для корпуса кнопки, подозреваю, что изначально там должен был размещаться выключатель питания, но его сэкономили. Для крепления переключателя просверлил отверстия диаметром 1 мм через две стенки строго параллельно низу, подобрал что-то подходящее и прикрепил корпус кнопки (лишние зубчики естественно откусываются по длине).

Плюсовой провод питания я «разорвал» и припаял его концы к контактам выключателя (после прозвонки), причем для того, чтобы контакты замыкались, когда кнопка была в нижнем положении (нажата.

Я установил полый стержень и заглушку на переключатель. Получилось неплохо, и даже удалось не нарушить общий дизайн панели приборов.

Теперь нет необходимости ставить переключатель в исходное положение по окончании замеров, просто нажатием кнопки выключаю питание и все.

Метод 3: измерение ёмкости с помощью CTMU

CTMU, или блок измерения времени зарядки, представляет собой модуль, присутствующий во многих микроконтроллерах PIC, в первую очередь предназначенный для управления клавиатурами и сенсорными интерфейсами. Модуль также позволяет точно измерять емкость путем измерения напряжения на тестируемом конденсаторе, питаемом источником тока в течение определенного периода времени. Система основана на налоговой формуле:

Поскольку мы знаем ток I и время t и можем измерить напряжение V, мы можем рассчитать значение C. Операция показана на рисунке ниже из документации для AN1375. Здесь вы можете увидеть, как калибровать и измерять емкость.

Предпосылками для точного измерения абсолютной емкости являются точная калибровка источника тока, относительно точный таймер микроконтроллера и хороший опорный источник АЦП. Источник тока можно легко откалибровать — достаточно подключить внешний прецизионный резистор и измерить приложенное к нему напряжение. Кстати, прецизионные резисторы найти проще, чем прецизионные конденсаторы.

Но прямое измерение емкости имеет еще один недостаток — вся схема нагружена различными паразитными емкостями. Поэтому рекомендуется постоянно подключать конденсатор параллельно измерительному входу, проводить измерения и использовать это значение как «ноль».

Последовательность шагов:

1. Подготовьте и откалибруйте источник тока, используя вход ANx и резистор.
2. Переключитесь на любой вход и разрядите емкость контура.
3. Таймер запускает текущую работу источника, отсчитывает заданное время и останавливает источник. АЦП выполняет измерение.
4. Подключается внешний конденсатор, повторяются второй и третий шаги.
5. Если значение АЦП близко к нулю, повторите все измерения с более высоким током или более продолжительным временем. Когда значение близко к максимальному значению, время измерения сокращается.
6. Оба измерения конвертируются в пикофарад.
7. Результат первого измерения вычитается из результата второго для вычитания паразитных емкостей цепи.
8. Результат форматируется и отображается на дисплее.

Источник тока CTMU имеет четыре возможных значения: 0,55 мкА, 5,5 мкА, 55 мкА и 550 мкА, и регулируется в диапазоне 0,341 мкА для основного диапазона с шагом 0,011 мкА. Измерения большой емкости потребуют увеличения времени заряда источника, но такой измеритель должен иметь приличную точность 0,1% и диапазон измерений от пикофарад до тысяч микрофарад. При измерении больших емкостей может потребоваться добавить внешний транзистор для разрядки емкости, так как внутренний транзистор может не справиться с большими токами.

Наладка измерительного прибора

Следуйте инструкциям, чтобы выполнить правильную регулировку:

1. Во-первых, симметричность колебаний достигается с помощью резистора R 1. «Ползунок» резистора R 5 находится посередине.
2. Следующим шагом является подключение эталонного конденсатора емкостью 10 пФ к клеммам с маркировкой cx. С помощью резистора R 5 стрелку микроамперметра перемещают на соответствующую шкалу емкости эталонного конденсатора.
3. Затем проверяется форма сигнала на выходе генератора. Калибровка проводится на всех подучастках, здесь используются резисторы R 7 и R 11.

Механизм устройства может быть разным. Размерные параметры зависят от типа микроамперметра. Особых функций при работе с устройством нет.

Устройство и характеристики конденсатора

Конструкция конденсатора состоит из двух токопроводящих пластин, разделенных диэлектриком. Если на пластины подать напряжение от источника постоянного тока, через конденсатор кратковременно потечет ток, и он зарядится. На пластине (пластинах) будет накапливаться напряжение, равное напряжению источника. Продолжительность протекания тока и мощность его заряда зависят от площади пластин и расстояния между ними. Емкость обозначается буквой С и измеряется в фарадах. Единицей измерения в системе СИ является 1Ф (Ф). Обозначение было принято в честь физика из Англии М. Фарадея.

Обратите внимание на следующее! Емкость 1Ф очень большая величина. Если рассматривать землю как одиночный проводник в форме шара, то емкость будет около 700 мкФ

Поэтому электрические элементы измеряют в малых количествах: пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ), микрофарадах (мкФ).

Единицы измерения емкости

В цепях постоянного и переменного тока емкостной элемент ведет себя по-разному. Если конденсатор не пропускает через себя постоянный ток, проходящий через него переменный ток имеет некоторое сопротивление. Это еще одно важное свойство конденсатора — RC-емкость.

Сопротивление из разряда реактивных резисторов, рассчитываемое по формуле:

Rc = 1/6,28*f*С,

куда:

• Rк – емкость, Ом;
• 6,28 — 2 пи;
• f — текущая частота, Гц;
• С — емкость этого конденсатора, Ф.

Важно! Как видно из формулы, для токов разной частоты изменяется сопротивление одного и того же элемента. Чем выше частота тока, тем меньше емкость конденсатора

Различают постоянные и переменные конденсаторы. Последняя имеет конструкцию, в результате которой изменяется расстояние между пластинами.

По типу конструкции постоянные конденсаторы бывают:

• полярный электролит;
• однослойная и многослойная керамика;
• керамика высокого напряжения;
• полиэстер;
• тантал;
• полипропиленовые конденсаторы.

Конструкция зависит от обычного разряда емкости элемента, материала, используемого для пластин и диэлектрика.

Видео

Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (пластин), разделенных диэлектриком. Предназначен для использования его электрической мощности. Конденсатор емкостью С, к которому приложено напряжение U, накапливает заряд Q с одной стороны и Q с другой. Емкость в фарадах, напряжение в вольтах, заряд в кулонах. При протекании тока силой 1 А через конденсатор емкостью 1 Ф напряжение изменяется на 1 В за 1 секунду.

Емкость в фарадах огромна, поэтому обычно используются микрофарады (мкФ) или пикофарад (пФ). 1Ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ. На практике используются значения от нескольких пикофарад до десятков тысяч микрофарад. Зарядный ток через конденсатор отличается от тока через резистор. Оно зависит не от величины напряжения, а от скорости изменения последнего. По этой причине измерение емкости требует специальных схемных решений в зависимости от характеристик конденсатора.