Измерение ёмкости конденсаторов

В лабораториях и на промышленных предприятиях используется измеритель ёмкости конденсаторов. Работая с двухполюсниками, возникает необходимость точного определения электрической ёмкости. Для этого доступны различные инструменты, необходимо учитывать их принцип работы и особенности.

Что такое конденсатор

Прежде чем переходить к измерительным приборам, необходимо разобрать понятие конденсатора. Элементы называют двухполюсниками, они накапливают в себе заряд. Поскольку они содержат энергию, есть возможность определить электрическую ёмкость.

В электроприборах конденсатор выступает электронным компонентом, который состоит из пластин.

Важно! Внутри корпуса они находятся в диэлектрике и таким образом являются изолированными. Распространенными считаются компоненты цилиндрической формы.

Картинка 2 Вид конденсатора

Принцип работы

Принцип работы конденсатора построен на контроле тока саморазряда. Когда на цепь подаётся электричество, заряд двухполюсника понижается. Уровень саморазряда также понижается, однако проводимость диэлектрика растет. В такой среде напряжение повышается согласно экспоненциальному закону. Определяющим фактором является уровень сопротивления двухполюсника.

Интересный факт! Если в цепи используются конденсаторы высокой емкости, в ней процесс саморазряда отнимает больше времени и на этом можно сыграть.

Измерения с помощью формул электротехники

Для расчёта емкости двухполюсника используется формула:

Rс =1/6,28*f*C

В формуле f — это средняя частота в цепи, а C — уровень сопротивления. Значение «6,28» взято из расчёта математической постоянной.

Картинка 3 Проверка емкости

Измерения с помощью приборов

Чтобы измерить емкость конденсатора, необходимо использовать мультиметр. Варианты на выбор:

• мультиметр;
• прибор ESR;
• С — метр.

Приборы отличаются по конструкции и принципу действия. При рассмотрении оборудования учитываются характеристики, правила использования.

Картинка 4 Тестеры в электронике

Мультиметр

Если требуется узнать точную ёмкость конденсатора, используется мультиметр. В научной среде по-другому он может называться авометром. Электроизмерительный прибор сочетает в себе вольтметр, а также амперметр. Стандартная модель изготавливается с двумя щупами. Встречаются цифровые и аналоговые приборы, которые отличаются по принципу действия.

Учитывается параметр погрешности, точности и разрядности. Цифровой аппарат работает по принципу отслеживания сопротивления. При подключении к цепи постоянного, переменного тока происходит улавливание частоты и периода. Через плату управления удаётся определить показатель ёмкости элемента.

Картинка 5 Мультиметр

Интересно! Аналоговые приборы имеют массу недостатков, однако используются в промышленной среде. Основной проблемой считается низкая точность измерений.

По структуре используется набор резисторов, шунт и магнитоэлектрический элемент. Принцип работы построен на реагировании колебаний электрического тока. Низкоомный резистор подаёт сигналы на катушку, их улавливает проводник. Через диоды происходит преобразование в импульс, и стрелка мультиметра отклоняется в сторону.

Прибор ESR

Для измерения емкости двухполюсников разработан измерительный прибор ESR. Преимущество кроется в том, что его можно использовать без отключения элементов из цепи. Он прост в обслуживании, подходит для лабораторного тестирования.

Картинка 6 Прибор ESR

Принцип работы строится на электролитических свойствах конденсатора. Учитывается уровень нежелательного сопротивления, а также пропускная способность элемента. Прибор способен отслеживать электрический ток в определенном периоде времени, и рассчитывается уровень разряда. Полученное напряжение делится на ток, на цифровом дисплее отображается емкость конденсатора.

Недостаток кроется в том, что прибор подходит для использования лишь в цепи с переменным током. Измерители этого типа изготавливаются в Америке и Европе. Тестер активно используется радиолюбителями. Современные модели способны определить следующие параметры:

• средняя частота;
• характеристики транзистора;
• проводимость диода;
• сопротивление отдельных компонентов.

За основу у многих моделей взят микроконтроллер ATmega 328. Он отличается низким разрядом, способен долго прослужит. Выключение происходит после трех минут режима ожидания. Для определения рабочей частоты используется частотомер, который генерирует импульсы.

Картинка 7 Прибор частотомер

Важно!Современные модификации функционируют в режиме самотестирования, производя самодиагностику. Таким образом, калибровка не отнимает много времени. Модели поставляются с дисплеями, есть возможность выбирать единицы измерения.

Тестеры могут быть установлены на стол, планку. В комплекте к некоторым товарам предоставляется площадка. Чтобы определить показатель напряжения, необходимо подключить клеммники. Перед использованием прибор калибруется. В меню предусмотрены опции на выбор. С целью замыкания контактов используются перемычки. Устройства отличаются по параметру памяти, точности.

Картинка 8 Работа тестера

Учитывается рабочий температурный диапазон и проводимость. В качестве источника питания могут использоваться аккумуляторы типа «Крона». Средний показатель напряжение на блоках питания 9 вольт. Востребованными остаются варианты со штекером и без него.

С — метр

LC-метра подходят не только для измерения емкости конденсаторов, но и определения уровня индуктивности. По внешнему виду они схожи с мультиметром, однако отличаются принципом работы. Когда тестер замыкает цепь, отслеживается показатель напряжения. Измеряемая ёмкость вычисляется с высокой погрешностью, за счет использования выпрямителя.

Картинка 9 LC-метр

Даже работая с импортными конденсаторами, расчёт производится с учетом применения любого электролита. Сигнал о частоте напряжения и токе поступает на катушку индуктивности. Прибор является универсальным, однако есть недостаток. Для определения ёмкости двухполюсника требуется снять конденсатор. Распространенным вариантом является товар MY6243, это продукция китайского производителя. Она имеет следующие особенности:

• высокая допустимая емкость;
• большая стабильность;
• батарея 9 вольт;
• ручной выбор диапазона;
• имеется экран.

Устройство способно определить индуктивность низкого заряда. Модель является узкоспециализированной и востребована в лабораториях и промышленной среде. У нее используется защищенный корпус, на панели расположен круговой переключатель. На экране виден текущий режим, разрешается изменять функции.

Картинка 10 Экран тестера

Прибор автономен, используется емкостный аккумулятор. В комплекте товара предусмотрена батарея, инструкция и щупы. Также продаются высокоточные приборы класса LC200А. У них высокая разрядность, предусмотрена функция автовыключения. Гарантия на продукцию — 3 месяца, используется защищенный корпус.

Минимальная тестовая частота — от 10 Герц. Показатель ёмкости двухполюсника появляется на экране. С целью подключения измерительного прибора к технике, предусмотрен порт mini-USB. В комплекте предоставляется паспорт, кабель USB и зажимы.

Схема измерения емкости

Схема измерителя емкости электролитических конденсаторов включает множество элементов:

• переключатель;
• тумблер;
• подстроечный резистор;
• батарея питания.

Картинка 11 Схема измерителя

Также распространенными являются схемы с микросхемой К140УД608. У варианта с тестером используются биполярные транзисторы, набор диодов. Есть светодиоды, батарея питания. По схеме имеется два переключателя, предусмотрен микроамперметр.

Выше описаны измерители емкости конденсаторов. Рассмотрено понятие двухполюсника и формула нахождения значения. Также раскрыт принцип работы мультиметра, прибора ESR, LC-метра.