Проверка электролитических конденсаторов

Проверка электролитических конденсаторов

Конденсаторы – самые распространенные после резисторов компоненты электронных схем. Кроме этого они применяются в устройствах силовой электроники и электротехнике: блоках питания, схемах пуска электродвигателей, в установках компенсации реактивной мощности. Поэтому проверять исправность конденсаторов приходится не так уж редко. Рассмотрим, как это делается.

Конденсаторы разделяются на категории, у которых есть свои особенности при проверке.

Рассмотрим методики проверки каждой категории в отдельности.

Проверка электролитических конденсаторов

Сначала проверяется их внешний вид. У зарубежных конденсаторов бочкообразной формы сверху нанесена крестообразная насечка. Неисправности электролитических конденсаторов часто сопровождаются повышением давления внутри корпуса. При этом отечественные компоненты могут взорваться, испачкав содержимым все вокруг. Насечка у импортных конденсаторов позволяет этого избежать. При повышении давления она вздувается, а затем лопается. Если при осмотре обнаружены элементы с вздувшимся или поврежденным корпусом, то их неисправность не вызывает сомнений.

Повреждения электролитических конденсаторов

Для дальнейшей проверки конденсатор придется выпаять. Проверка его в составе схемы невозможна, так как в ней всегда найдется элементы, искажающие результаты теста. То же относится и к остальным категориям конденсаторов.

Перед тем, как проверять исправность конденсатора, его разряжают. Для этого замыкают его выводы между собой при помощи пинцета, отрезка проволоки или другим доступным металлическим предметом. Конденсаторы большой емкости, рассчитанные на напряжение 50 В и более, работающие в силовых устройствах, лучше разряжать в два этапа. Сначала – через нагрузку (лампочку или резистор), затем – замыканием выводов накоротко. Если устройство, в состав которого они входят, только что отключено от питающей сети, то разрядить элемент нужно до выпаивания из схемы и после этого.

Разряд конденсатора щупом от мультиметра

Для проверки потребуется мультиметр или тестер. Тестер в этом случае предпочтительнее, так как движение стрелки нагляднее иллюстрирует процесс. Прибор переключают на предел измерения сопротивлений не менее 1 мегаома. Обратите внимание: у некоторых приборов для работы на этом пределе требуется внешний источник питания.

Про то, как пользоваться мультиметром читайте статью: «Как пользоваться мультиметром?»

При проверке соблюдаем полярность подключения: плюсовой вывод прибора подключаем к выводу конденсатора, обозначенного знаком «+». Нельзя касаться руками одновременно обоих щупов прибора. Так он измерит сопротивление вашего тела.

Касаемся щупами выводов проверяемого элемента. Проверка заключается в том, что измерительный прибор своей батарейкой будет заряжать конденсатор. В момент начала зарядки ток наибольший, при этом сопротивление элемента стремиться к нулю. По мере заряда ток падает, а сопротивление – увеличивается. Когда конденсатор заряжен, ток через исправный элемент равен нулю, а его сопротивление – бесконечности. При токе утечки через конденсатор сопротивление в конце заряда отличается от бесконечности. При замыкании между обкладками прибор покажет ноль.

Чем больше емкость конденсатора, тем медленнее он заряжается. Но чтобы по времени заряда определить емкость, нужен богатый опыт, полученный при проверке не одной сотни элементов. А потеря емкости – одна из неисправностей конденсаторов. Чтобы ее измерить, понадобится мультиметр с возможностью измерения емкостей. Но эти приборы имеют недостаток: верхний предел измеряемой емкости у них ограничен 20 микрофарадами.

Мультиметр с функцией измерения емкости

Для измерения емкости в широких пределах используются LC-метры или цифровые измерители емкости. Выглядят они, как обыкновенный мультиметр, но ничего, кроме емкости, не измеряют.

Цифровой измеритель емкости

Не всегда описанные методы помогают определить неисправный элемент. Некоторые неисправности проявляют себя только при рабочем напряжении на обкладках конденсатора, а все приборы имеют питание не более 1,5 – 4,5 В. В таких случаях поможет только установка заведомо исправного элемента вместо проверяемого.

Проверка неполярных конденсаторов постоянной емкости

Заряжая конденсатор от мультиметра или тестера можно проверить исправность элементов, емкость которых не ниже 0,5 мкФ. Полярность подключения при этом не имеет значения. При меньших значениях вы не успеете заметить изменений показаний прибора. В этом случае поможет только цифровой измеритель емкости. Если емкость проверяемого элемента не укладывается в границы, определяемые ее номинальным значением с учетом допуска, то он неисправен. Мультиметр же сможет показать только ярко выраженное замыкание между обкладками.

Конденсаторы с рабочим напряжением 400В и выше можно проверить, зарядив его от сети. При этом место подключения должно быть защищено от короткого замыкания автоматическим выключателем, а последовательно с конденсатором нужно подключить резистор, сопротивлением не менее 100 Ом для ограничения первоначального броска тока. Сразу после зарядки и через некоторое время измеряется напряжение на выводах элемента, заряд должен сохраняться продолжительное время. Затем его нужно разрядить, для чего лучше использовать тот же резистор, через который он был заряжен.

При выпаивании элемента из схемы он неизбежно нагревается. Иногда при этом его работоспособность восстанавливается, поэтому полной гарантии в исправности выпаянного конденсатора после успешной проверки не бывает никогда. Если в ходе поиска неисправности вы зашли в тупик, пробуйте поочередно менять элементы на новые.

Особенности проверки конденсаторов с переменной емкостью

Номинальное значение емкости переменных и подстроечных конденсаторов состоит из двух значений – минимального и максимального. В этих пределах изменяется емкость при регулировке. Поэтому и проверять их исправность нужно, выполняя измерения цифровым измерителем емкости на крайних положениях. К тому же стоит посмотреть, как изменяться показания при перемещении регулятора от одного крайнего положения к другому. При скачкообразных изменениях измеренных значений или при их исчезновении конденсатор тоже бракуется.

У конденсаторов переменной емкости визуально проверяется отсутствие механических повреждений, отсутствие затираний и замыканий обкладок между собой при движении.

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

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

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

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

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

где накопленный заряд в конденсаторе является интегралом тока через конденсатор:

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

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

Однако здесь я начинаю видеть довольно большие цифры. Возможно, что конденсатор действительно составляет

2200 фарад, но это кажется немного высоким. По общему признанию, конденсатор довольно большой на

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

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

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

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

2,5 В при значительно более высокой скорости) действительно может приблизить максимальное зарядное напряжение. Если ток утечки при номинальном напряжении близок к 4,2 мА (для Super Cap. Maxwell 2000F), то постоянный ток любого значения, меньшего, чем это, никогда не должен перезаряжать конденсатор, поскольку утечка не заряжает конденсатор. Дайте мне знать, что вы, ребята, думаете.

Испытания силовых конденсаторных установок — Измерение емкости

Измерение емкости конденсаторов производится с целью проверки отсутствия обрыва его токоведущих частей (при параллельном соединении секций) или частичного пробоя (при последовательном соединении секций). Уменьшение емкости конденсатора свидетельствует об обрыве токоведущих частей конденсатора, а увеличение — о частичном пробое секций. Для исключения возможности присоединения измерительных приборов к конденсатору со случайным коротким замыканием перед измерением его емкости производится проверка его изоляции на отсутствие короткого замыкания мегомметром I 000 или 2 500 в (см. стр. 7).
Допустимые отклонения измеренных величин емкости конденсаторов, предназначенных для повышения коэффициента мощности, от паспортных данных не более, чем приведенные ниже:
Номинальное напряжение конденсаторов, кВ 3,15 6,3 10,5
Предельное изменение емкости, % +33 +16 +9

Методы измерения емкости.

Емкость конденсаторов определяется приборами, допускающими измерение с погрешностью не более 3%. При этом используются следующие методы: непосредственной оценки емкости (микрофарадометры); сравнения (мосты переменного тока); косвенного измерения переменным током (метод амперметра и вольтметра, метод ваттметра); измерение на постоянном токе с помощью баллистического гальванометра.

Рис. 18. Схема электродинамического микрофарадометра.
Микрофарадометр представляет собой электродинамический логометр (рис. 18). Неподвижная катушка его А включена последовательно с конденсатором С. Ток в катушке I = UiaC. Две подвижные катушки 1 и 2 укреплены на оси прибора. Последовательно с первой катушкой включен образцовый конденсатор С0. Вторая катушка замкнута на вторичную обмотку трансформатора тока, по первичной цепи которого проходит ток измеряемого конденсатораТок во вторичной обмотке трансформатора и во второй подвижной катушке логометра равен или пропорционален току первичной цепи: Угол поворота подвижной части логометра определяется отношением слагающих токов в подвижных катушках, совпадающих по фазе с током в неподвижной катушке:

где F — коэффициент пропорциональности.
Таким образом, угол поворота подвижной части зависит только от измеряемой емкости и, следовательно, на шкале прибора можно нанести значения емкости.
В эксплуатации находятся микрофарадометры электродинамической системы типа Д524 класса точности 1, с четырьмя пределами измерений 0—1—2—5—10 мкФ, а также той же системы типа ЭФ с двумя пределами измерений 0—1—2 и 0—5—10 мкФ.
Эти приборы выпускало Министерство электротехнической промышленности, и они пригодны для измерения емкости конденсаторов типа КМ номинальным напряжением от 3000 до 11000 в. Недостатком их является необходимость в предварительной проверке конденсаторов на отсутствие короткого замыкания во избежание повреждения микрофарадометра при присоединении его к короткозамкнутому конденсатору. Изменение пределов измерения микрофарадометра типа Д524 достигается применением трансформатора тока с переменным числом витков в первичной обмотке, последовательно с которой включается измеряемый конденсатор.

Мост переменного тока.

Рис. 19. Схема моста переменного тока.
Четыре плеча моста переменного тока образуются четырьмя сопротивлениями Z, Z2l Zz и Z4 (рис. 19). В одну диагональ моста включается источник питания переменного тока, в другую — нулевой индикатор И. При нулевом показании индикатора потенциалы в точках Б и Д одинаковы и, следовательно, можно написать: I1^1=I2Z3 и IiZz=hZi.

Pиc. 20. Схема моста для измерения емкости.

приравняв отдельно вещественные и мнимые слагающие, получим:

Следовательно, измеряемая емкость

Поделив почленно одно уравнение на другое, получим условия равновесия моста:

Одна из схем моста переменного тока для измерения емкости дана на рис. 20. Первое плечо моста образуется испытуемым конденсатором Сх, который можно заменить эквивалентной последовательной схемой. Третье плечо состоит из образцового конденсатора С0 без потерь (воздушный конденсатор) и магазина сопротивлений го. Второе и четвертое плечи моста выполнены из магазинов сопротивлений гг и г4. В одну диагональ включается источник питания переменного тока, в другую—нулевой индикатор. Для уравновешенного моста можно написать:
Для уравновешивания моста устанавливают го=0 и, изменяя г4 и Г2, получают наименьший ток в гальванометре. Затем, не изменяя rz и г4, регулируют сопротивление г0, уменьшая ток в гальванометре. Далее, не изменяя г0, регулируют г2 и г4 и так далее до получения равновесия. Уравновесив мост, искомую емкость определяют по вышеприведенной формуле.
Если потерями в конденсаторе можно пренебречь (гж=0), получим:

откуда т. е. емкость определяется одной и
той же формулой вне зависимости от того, пренебрегаем или не пренебрегаем потерями в конденсаторе.

Рис. 21. Схема высоковольтного моста для измерения емкости и угла потерь.

Рис. 22. Схема для измерения емкости амперметром и вольтметром.
Часто пользуются высоким напряжением для питания моста (рис. 21). Безопасность работы обеспечивается низким напряжением (относительно земли) на регулируемых плечах. Для устранения опасности появления высокого напряжения на этих плечах при пробое изоляции конденсатора к точкам БД присоединяются искровые разрядники, которые при повышении напряжения пробиваются, заземляя регулируемые плечи моста. В этой схеме (рис. 21) первое плечо моста Zf представляет собой испытуемый конденсатор, который можно заместить последовательной эквивалентной схемой. Второе плечо Z2 состоит из магазина сопротивлений го- Третье плечо Z3 образуется конденсатором без потерь, а четвертое Z4 — магазином сопротивлений и магазином емкостей. Мост питается от вторичной обмотки высоковольтного трансформатора. Уравновешивание моста производится регулировкой С4 и отношения rjr-i. Действуя аналогично предыдущему, можно показать, что для данного уравновешенного моста искомая емкость также определяется по формуле СХ=С0 77-
Заводом «Точэлектроприбор», г. Киев, выпускаются взамен мостов Р551 мосты переменного тока Р571 типа МИЕДП, предназначенные также для измерения емкости наряду с другими испытаниями (индуктивность, добротность катушек, а также тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторов).

Метод амперметра и вольтметра.

Пренебрегая потерями в диэлектрике конденсатора, емкость его можно определить методом амперметра и вольтметра. Измерив ток и напряжение (рис. 22) и зная частоту переменного тока, емкость можно определить по формуле

где I—ток, а U — напряжение, е; m— угловая частота сети, равная 314 для установок 50 гц.
При измерении емкости этим методом напряжение должно быть синусоидальным, так как в противном случае за счет высших гармоник может произойти значительное искажение кривой тока, что может привести к большим погрешностям измерения. Наличие в кривой подводимого напряжения составляющих высших гармоник дает завышенные значения емкости. Во избежание этой ошибки при измерении емкости методом амперметра и вольтметра конденсатор должен быть присоединен к линейному, а не к фазному напряжению сети, так как в последнем (напряжение фаза — нуль) могут быть высшие гармоники.
Для уменьшения влияния высших гармоник на точность измерения по методу амперметра и вольтметра следует, кроме того, включать в цепь последовательно с конденсатором активное сопротивление, равное около 10% реактивного сопротивления конденсатора, т. е.

где и — угловая частота сети, равная 314 для установок 50 гц; С — емкость конденсатора, мф.
Это же сопротивление служит для защиты амперметра от повреждения в случае наличия короткого замыкания в испытываемом конденсаторе.
Метод ваттметра. Определив по показанию приборов (рис. 23) ток, напряжение и мощность, можно вычислить сначала активное сопротивление г

Р/1г, полное сопротивление цепи i

; или, объединив
комую емкость по формуле написанные формулы, получим:

Точность измерений при этом методе такая же или несколько выше, чем у предыдущего.
Измерение ваттметром мощности потерь в конденсаторе не всегда возможно вследствие ее малости. Поэтому чаще пользуются мостовыми методами измерения емкости.

Метод баллистического гальванометра.

Рис. 23. Схема для измерения емкости амперметром, вольтметром и ваттметром.

Рис. 24. Схема для измерения емкости баллистическим гальванометром.
Если переключатель П и Яг (рис. 24) установить в положение I, то образцовый конденсатор С0 получит заряд Qv=UiC0, где Ui — показания вольтметра. Если перевести переключатель П-л в положение 2, то конденсатор
Со разрядится и через баллистический гальванометр пройдет заряд Q0=U1C0=C0ai=C^uu где ai — угол отклонения подвижной части гальванометра.
Баллистическая постоянная гальванометра

Если при положении 1 переключателя П2 и положении 2 переключателя П1 поднять напряжение до величины Uz, то испытуемый конденсатор получит заряд

Если перебросить нож переключателя П2 из положения 1 в положение 2, конденсатор разрядится через гальванометр, т. е. через него пройдет заряд

и подвижная часть его будет отброшена на угол az-

Рис. 25. Схемы измерения емкости трехфазных конденсаторов. а — при соединении фаз треугольником; б — при соединении фаз звездой (на обеих схемах стрелки направлены к измерительным приборам).
Измеряемая емкость находится по формуле

При измерении этим методом возможны значительные погрешности вследствие остаточного заряда (неполный заряд конденсатора).
Схемы измерения емкости конденсаторов. Измерение емкости однофазных конденсаторов любым из вышеприведенных методов дает непосредственную величину емкости конденсатора без каких-либо пересчетов. Полученные замеры емкости трехфазных конденсаторов требуют соответствующего пересчета для перехода к емкости фазы.
На рис. 25 приведены схемы измерения емкости трехфазных конденсаторов. По схеме на рис. 25, а измеряется (при соединении фаз треугольником) емкость Ci-zs между зажимами I и соединенными вместе зажимами 2 и 3, а по схеме па рис. 25,6 (при соединении фаз звездой) — емкость Ci_2 между зажимами I и 2.
Для каждого трехфазного конденсатора необходимо произвести три измерения между различными сочетаниями выводов, после чего можно найти емкость каждой фазы конденсатора по формулам:

б) для трехфазного конденсатора, соединенного звездой,

а) для трехфазного конденсатора, соединенного треугольником,
В табл. 3 приведен порядок измерения емкости трехфазных конденсаторов, соединенных в треугольник.
Таблица 3
Порядок измерения емкости трехфазных конденсаторов, соединенных в треугольник

ТОЧНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Сейчас практически каждый универсальный мультиметр имеет возможность измерения емкости конденсаторов. Это особенно полезно, когда имеем дело с конденсаторами, маркировка которых нечитаема или отсутствует. В этом случае достаточно измерения с точностью до нескольких процентов, потому что во-первых, сами конденсаторы не так точны, а во-вторых, для устройств этого хватает. Но иногда необходимо знать точное значение емкости конденсатора. Ведь прецизионные конденсаторы труднодоступны и довольно дороги. Поэтому просто берем упаковку одинаковых и подбираем подходящий. Так как точно измеряется емкость конденсатора? Есть несколько способов сделать это.

Метод 1: мост Вина

Это один из первых методов точного измерения емкости, изобретенный Максом Вином в 1891 году. С помощью моста Вина можно точно измерить как емкость, так и сопротивление. А после преобразования в мост Максвелла еще и индуктивность. Все аналоговые мосты RLC основаны на принципе этой схемы.

Вход Uwe подключен к генератору синусоидальной волны с фиксированной или регулируемой частотой. К Uwy подключен вольтметр. Rx и Cx — искомые сопротивление и емкость. R3 и C2 известны и постоянны. R2 и R4 — потенциометры, снабженные шкалами, с которых считываются значения Rx и Cx. Эти потенциометры регулируются до тех пор, пока мост не будет сбалансирован и вольтметр не покажет ноль. Тогда удовлетворяются две зависимости:

Точность измерения зависит от стабильности генератора питающего мост, и знания номинала резисторов и емкости C2. Используя известные значения Rx и Cx, его можно откалибровать.

Метод 2: измерение частоты LC-генератора

В схеме использован простой LC-генератор с компаратором. В резонансном контуре работают известная емкость и известная индуктивность. Дополнительная, подключаемая к реле, позволяет рассчитать точные значения L и C используемых компонентов. Во время измерения добавленная внешняя емкость или индуктивность изменяет частоту колебаний генератора и это изменение позволяет рассчитать измеренное значение.

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

Метод 3: измерение ёмкости с помощью CTMU

CTMU или блок измерения времени зарядки — это модуль имеющийся во многих микроконтроллерах PIC, предназначенный в основном для управления клавиатурами и сенсорными интерфейсами. Модуль также позволяет точно измерять емкость, измеряя напряжение на тестируемом конденсаторе, питаемом от источника тока в течение определенного периода времени. В основе работы системы лежит формула заряда:

Поскольку нам известны ток I и время t, и можем измерить напряжение V, то чтоб вычислить значение C. Метод работы показан на рисунке ниже из документации к AN1375. Тут видно, как откалибровать и измерить емкость.

Предпосылками для точного измерения абсолютного значения емкости являются точная калибровка источника тока, относительно точный таймер микроконтроллера и хороший источник опорного сигнала для АЦП. Источник тока можно легко откалибровать — просто подсоедините внешний точный резистор и измерьте приложенное к нему напряжение. Кстати, прецизионные резисторы найти легче, 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. Сформировать и откалибровать источник тока, используя вход ANx и резистор.
2. Переключение на вход ANy и разряд емкости контура.
3. Таймер запускает текущую операцию источника, измеряет заданное время и останавливает источник. АЦП выполняет измерение.
4. Подключается внешний конденсатор, шаги второй и третий повторяются.
5. Если значение АЦП близко к нулю, повторим все измерение с более высоким током или более длительным временем. Когда значение близко к максимальному значению, время измерения сокращается.
6. Результаты обоих измерений конвертируются в значения пикофарад.
7. Результат первого измерения вычитается из результата второго, чтобы вычесть паразитные емкости схемы.
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. Для измерения большой емкости потребуется увеличенное время зарядки источника, но такой измеритель должен иметь приличную точность 0,1% и диапазон измерения от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. При измерении больших емкостей может потребоваться добавить внешний транзистор для разряда емкости, поскольку внутренний транзистор может не выдержать больших токов.

Метод 4: измерение ёмкости с помощью внешнего источника тока

Для этого метода требуются три PNP-транзистора, согласованные по Vbe и усилению, соединенные вместе для термостатики, и несколько резисторов с точностью 0,1%. Посмотрим на схему:

Резисторы R1-R3 и транзисторы Q1-Q3 образуют токовое зеркало. Резисторы R4 — R8 подключены к цифровым выходам микроконтроллера. Установив низкое состояние на одном из них, в то время как остальные 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, установка низкого состояния на одном из выходов, подключенных к R9, R10 или R11, позволяет измерять ток, генерируемый источником, путем измерения напряжения на соответствующем резисторе.

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

Измерения этим методом ограничиваются 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 измерение напряжения на резисторах R9-R11 может быть более точным.

Метод 5: измерение ёмкости с помощью модуля CVD

Модуль CVD, емкостной 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 может выполняться без этого модуля, манипулируя битами конфигурации порта микроконтроллера и его модуля АЦП, соответственно.

Предположим, имеется конденсатор емкостью 1 нФ, заряженный напряжением 5 В. Подключим к нему второй конденсатор емкостью 1 нФ. Какое напряжение будет у обоих? Правильный ответ — 2,5 В. Теперь возьмем два других конденсатора: 10 нФ и 22 нФ. Первый заряжен на 5 В, второй замкнут на массу. Затем соединяем их обоих вместе. Какое будет напряжение? 1,5625 В. Теперь зарядим второй конденсатор до 5 В, разрядим первый и подключим два. Какое будет напряжение? 3,4375 В. Модуль CVD выполняет именно это измерение, при этом конденсатор выборки АЦП (плюс дополнительно подключенные емкости внутри микроконтроллера) действует как первый конденсатор, а все что подключено к выводу АЦП, на котором выполняется измерение, как конденсатор 2.

Модуль CVD сначала автоматически загружает 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, а полученное значение сравнивается с заданным пороговым значением — таким образом, модуль в основном используется для управления сенсорными кнопками, но вы также можете измерить значение присоединенной внешней емкости как изменение в дифференциальное напряжение. Но тут измерение будет менее точным, чем измерение CTMU.

Метод 6: измерение ёмкости RC-генератором

Этот метод частично относится к методу номер 2. Основа — RC-генератор, у которого значение R ровно 10 кОм. RC-генератор настроен на непрерывную работу и генерирует сигнал в диапазоне 1 / 3–2 / 3 напряжения питания. Схема всего прибора выглядит так:

Основа — PIC16F628 (A) с кварцем 16 МГц, что означает внутренний таймер имеет частоту 4 МГц. Во время измерения модуль Capture / Compare / PWM (CCP1) подсчитывает значения модуля Timer1 для каждого переднего фронта сигнала от компаратора. Программа подсчитывает и суммирует значения таймера и количество подсчитанных передних фронтов, пока не наберет значение более 2 миллионов отсчетов, то есть >0,5 секунды. Этот результат увеличивается в тысячу раз, а затем делится на количество измеренных наклонов. Результат преобразуется и отображается как значение емкости в пико-, нано- или микрофарадах: Диапазоны 0,00-18000,00 пФ; 18,000-999,000 нФ; 1,0000-50,0000 мкФ. Разрешение измерений намного выше, чем у других любительских решений. По тестам точность измерения лучше 0,2%. В схеме есть возможность сброса и режим относительного измерения для сравнения конденсаторов. Так что методов измерения ёмкости есть несколько — просто выбираем самый подходящий для своих целей и собираем С-метр.

Форум по обсуждению материала ТОЧНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА

Высококачественный усилитель для электрогитары — полное руководство по сборке и настройке схемы на JFET и LM386.

Сборник из 10 конструкций и схем приставок к цифровым мультиметрам, расширяющих функционал измерительных приборов.

Умный аварийный резервный светодиодный источник света — простая схема автоматически включающейся LED подсветки.

Самодельный 8-канальный PWM MOSFET LED Chaser на микроконтроллере 16F628A.