Конденсатор — элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделённых диэлектриком. Предназначен для использования его электрической ёмкости. Конденсатор, ёмкостью С, к которому приложено напряжение U, накапливает заряд Q на одной стороне и — Q — на другой. Ёмкость здесь в фарадах, напряжение — вольтах, заряд — кулоны. Когда ток силой 1 А протекает через конденсатор ёмкостью 1 Ф напряжение изменяется на 1 В за 1 с.
Одна фарада ёмкость огромная, поэтому обычно применяются микрофарады (мкФ) или пикофарады (пФ). 1Ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ. На практике используются значения от нескольких пикофарад до десятков тысяч микрофарад. Зарядный ток конденсатора отличается от тока через резистор. Он зависит не от величины напряжения, а от скорости изменения последнего. По этой причине для измерения ёмкости требуются специальные схемные решения, применительно к особенностям конденсатора.
Обозначения на конденсаторах
Проще всего определить значение ёмкости по маркировке, нанесённой на корпус конденсатора.
Электролитический (оксидный) полярный конденсатор, ёмкостью 22000 мкФ, рассчитанный на номинальное напряжение 50 В постоянного тока. Встречается обозначение WV — рабочее напряжение. В маркировке неполярного конденсатора обязательно указывается возможность работы в цепях переменного тока высокого напряжения (220 VAC).
Плёночный конденсатор ёмкостью 330000 пФ (0.33 мкФ). Значение в этом случае, определяется последней цифрой трёхзначного числа, обозначающей количество нолей. Далее буквой указана допустимая погрешность, здесь — 5 %. Третьей цифрой может быть 8 или 9. Тогда первые две умножаются на 0.01 или 0.1 соответственно.
Ёмкости до 100 пФ маркируются, за редкими исключениями, соответствующим числом. Этого достаточно для получения данных об изделии, так маркируется подавляющее число конденсаторов. Производитель может придумать свои, уникальные обозначения, расшифровать которые не всегда удаётся. Особенно это относится к цветовому коду отечественной продукции. По стёртой маркировке узнать ёмкость невозможно, в такой ситуации не обойтись без измерений.
Порядок проверки
Касание контактов щупами
Мультиметр может выявить такие причины неисправности, как пробой, влекущее за собой разрушение диэлектрика, разделяющего пластины, и ток идёт напрямую, при этом, сам конденсатор, по сути, становится простым проводником. Либо делает это частично, теряя свою ёмкость, становясь дополнительно активным сопротивлением в электрической цепи.
Сам конденсатор в силу своего принципа работы пропускает только переменный ток, а постоянный ни в коем случае, поэтому его сопротивление, замеряемое между выводами, достаточно большое и ограничивается очень малым током утечки через диэлектрик, разделяющий его рабочие пластины, накапливающие в себе заряд.
В неполярных конденсаторах, роль диэлектрика которых играет слюда, керамика, бумага, стекло, воздух ток утечки бесконечно мал, а сопротивление очень большое и при его измерении между выводами цифровым мультиметром прибор покажет бесконечность в виде 1 на цифровом табло. Поэтому, в случае пробоя, его сопротивление, замеряемое на выводах, составляет довольно малую величину — до нескольких десятков Ом.
Вычисления с помощью формул электротехники
Простейшая RC — цепь состоит из параллельно включённых резистора и конденсатора.
Выполнив математические преобразования (здесь не приводятся), определяются свойства цепи, из которых следует, что если заряженный конденсатор подключить к резистору, то он будет разряжаться так, как показано на графике.
Произведение RC называют постоянной времени цепи. При значениях R в омах, а C — в фарадах, произведение RC соответствует секундам. Для ёмкости 1 мкФ и сопротивления 1 кОм, постоянная времени — 1 мс, если конденсатор был заряжен до напряжения 1 В, при подключении резистора ток в цепи будет 1 мА. При зарядке напряжение на конденсаторе достигнет Vo за время t ≥ RC. На практике применяется следующее правило: за время 5 RC, конденсатор зарядится или разрядится на 99%. При других значениях напряжение будет изменяться по экспоненциальному закону. При 2.2 RC это будет 90 %, при 3 RC — 95 %. Этих сведений достаточно для расчёта ёмкости с помощью простейших приспособлений.
Другие методики
Также емкость можно определить и с помощью баллистического гальванометра. Для этого используется формула:
где:
- Cq — баллистическая постоянная гальванометра;
- U2 — показания вольтметра;
- a2 — угол отклонения гальванометра.
Определение значения методом амперметра вольтметра осуществляется следующим образом: измеряется напряжение и ток в цепи, после чего значение емкости определяется по формуле:
Напряжение при таком методе определения должно быть синусоидальным.
Измерение значения возможно и при помощи мостиковой схемы. В этом случае схема моста переменного тока указывается ниже:
Здесь одно плечо моста образуется за счет элемента, который необходимо измерить (Cx). Следующее плечо состоит из конденсатора без потерь и магазина сопротивлений. Оставшиеся два плеча состоят из магазинов сопротивлений. Подключаем в одну диагональ источник питания, в другую – нулевой индикатор. И рассчитываем значение по формуле:
Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:
Это все, что мы хотели рассказать вам о том, как определить емкость конденсатора мультиметром. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
Наверняка вы не знаете:
- Как выбрать мультиметр для дома
- Как определить короткое замыкание
- Как проверить работоспособность транзистора
Схема измерения
Для определения ёмкости неизвестного конденсатора следует включить его в цепь из резистора и источника питания. Входное напряжение выбирается несколько меньшим номинального напряжения конденсатора, если оно неизвестно — достаточно будет 10–12 вольт. Ещё необходим секундомер. Для исключения влияния внутреннего сопротивления источника питания на параметры цепи, на входе надо установить выключатель.
Сопротивление подбирается экспериментально, больше для удобства отсчёта времени, в большинстве случаев в пределах пяти — десяти килоом. Напряжение на конденсаторе контролируется вольтметром. Время отсчитывается с момента включения питания — при зарядке и выключении, если контролируется разряд. Имея известные величины сопротивления и времени, по формуле t = RC вычисляется ёмкость.
Удобнее отсчитывать время разрядки конденсатора и отмечать значения в 90 % или 95 % от начального напряжения, в этом случае расчёт ведётся по формулам 2.2t = 2.2RC и 3t = 3RC. Таким способом можно узнать ёмкость электролитических конденсаторов с точностью, определяемой погрешностями измерений времени, напряжения и сопротивления. Применение его для керамических и других малой ёмкости, с использованием трансформатора 50 Hz, вычислением емкостного сопротивления — даёт непрогнозируемую погрешность.
Метод баллистического гальванометра.
а затем и ис
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
| Замкнуть накоротко зажимы | Измерить емкость между выводами | Обозначение измеренной емкости |
| 2 к 3 | 1 — (2 и 3) | |
| 1 и 3 | 2— (I и 3) | Cs_ 13 |
| 1 к 2 | 3 — U и 2) | С 3-12 |
Из таблицы следует, что при измерении следует поочередно соединять попарно выводы и измерять емкость между ними и третьим выводом. При повторном автоматическом отключении конденсаторной установки от действия реле или перегорания предохранителя включение конденсаторов разрешается только после выявления и устранения причин, вызвавших повторное отключение, с обязательной проверкой емкости каждого конденсатора. При подключении конденсаторов непосредственно к выводам асинхронных двигателей возможно самовозбуждение последних при отключении от сети и повышение напряжения сверх нормального. Во избежание этого рекомендуется подбирать емкость конденсатора такой величины, чтобы емкостный ток был меньше тока намагничивания двигателя. После испытания напряжением рекомендуется замерить емкость конденсаторов, имеющих последовательное соединение секций, для проверки отсутствия частичного пробоя. Перед установкой в каркас рекомендуется подобрать однофазные конденсаторы так, чтобы емкость по фазам была равномерной (с точностью до 5%). Конденсаторы в каркас следует располагать так, чтобы маркировочные таблички были видны обслуживающему персоналу.
- Назад
- Вперед
Измерительные приборы
Самым доступным методом замера ёмкости является широко распространённый мультиметр с такой возможностью.
В большинстве случаев, подобные устройства имеют верхний предел измерений в десятки микрофарад, что достаточно для стандартных применений. Погрешность показаний не превышает 1% и пропорциональна ёмкости. Для проверки достаточно вставить выводы конденсатора в предназначенные гнёзда и прочитать показания, весь процесс занимает минимум времени. Такая функция присутствует не у всех моделей мультиметров, но встречается часто с разными пределами измерений и способами подключения конденсатора. Для определения более подробных характеристик конденсатора (тангенса угла потерь и прочих), используются другие устройства, сконструированные для конкретной задачи, не редко являются стационарными приборами.
В схеме измерения, в основном, реализован мостовой метод. Применяются ограничено в специальных профессиональных областях и широкого распространения не имеют.
Виды неисправностей
Основными неисправностямиявляются следующие:
- обрыв – его причиной может быть несовершенная конструкция, нарушение условий эксплуатации, тряска и вибрации, механические повреждения;
- электрический пробой – его причиной обычно становится повышение напряжения выше допустимого уровня;
- повышенные утечки – их вызывает изменение сопротивления между обкладками конденсатора, что делает его неспособным сохранять заряд и ведет к понижению емкости.
Любая их этих причин приводит к невозможности дальнейшей эксплуатации конденсатора и требует его замены.
Иногда поломка конденсатора может быть определена визуально, когда элемент явно отличается от подобных себе (на нем могут быть видны трещины, вздутие, потеки электролита). Но более надежным способом проверки работоспособности является измерение емкости сомнительного устройства.
Перед проверкой тестером нужно определить вид устройства – полярный конденсатор или неполярный. Это можно определить по метке на его корпусе. Если на нем есть черная полоска с обозначением нуля, то со стороны этого вывода располагается отрицательный контакт, а положительный – с противоположной.
Некоторые тестеры имеют функцию измерения емкости. Более того, на них есть специальные гнезда, куда вставляют выводы конденсатора.
Самодельный С — метр
Не принимая во внимание разные экзотические решения, такие как баллистический гальванометр и мостовые схемы с магазином сопротивлений, изготовить простой прибор или приставку к мультиметру по силам и начинающему радиолюбителю. Широко распространённая микросхема серии 555 вполне подходит для этих целей. Это таймер реального времени со встроенным цифровым компаратором, в данном случае используется как генератор.
Частота прямоугольных импульсов задаётся выбором резисторов R1–R8 и конденсаторов С1, С2 переключателем SA1 и равняется: 25 kHz, 2.5 kHz, 250 Hz, 25Hz — соответственно положениям переключателя 1, 2, 3 и 4–8. Конденсатор Сх заряжается с частотой следования импульсов через диод VD1, до фиксированного напряжения. Разряд происходит во время паузы через сопротивления R10, R12–R15. В это время образуется импульс длительностью, зависимой от емкости Сх (больше ёмкость — длиннее импульс). После прохождения интегрирующей цепи R11 C3 на выходе появляется напряжение, соответствующее длине импульса и пропорциональное величине ёмкости Сх. Сюда и подключается (Х 1) мультиметр для измерения напряжения на пределе 200 mV. Положения переключателя SA1 (начиная с первого) соответствуют пределам: 20 пФ, 200 пФ, 2 нФ, 20 нФ, 0.2 мкФ, 2 мкФ, 20 мкФ, 200 мкФ.
Наладку конструкции необходимо делать с прибором, который будет применяться в дальнейшем. Конденсаторы для наладки надо подобрать с ёмкостью, равной поддиапазонам измерений и как можно точнее, от этого будет зависеть погрешность. Отобранные конденсаторы поочерёдно подключаются к Х1. В первую очередь настраиваются поддиапазоны 20 пФ–20 нФ, для этого соответствующими подстроечными резисторами R1, R3, R5, R7 добиваются соответствующих показаний мультиметра, возможно придётся несколько изменить номиналы последовательно включённых сопротивлений. На других поддиапазонах (0.2 мкФ–200 мкФ) калибровка проводится резисторами R12–R15.
Провода, соединяющие резисторы с переключателем должны быть как можно короче, а если позволяет конструкция — размещены на его выводах. Переменные желательно использовать многооборотные, лучше вообще — постоянные, но это не всегда возможно. Тщательнейшим образом необходимо отмыть печатную плату от флюса и другой грязи, иначе паразитные ёмкости и сопротивления между проводниками могут привести к полной неработоспособности изделия.
При выборе источника питания следует учитывать, что амплитуда импульсов напрямую зависит от его стабильности. Интегральные стабилизаторы серии 78хх вполне здесь применимы Схема потребляет ток не более 20–30 миллиампер и конденсатора фильтра ёмкостью 47–100 микрофарад будет достаточно. Погрешность измерений, при соблюдении всех условий, может составить около 5 %, на первом и последнем поддиапазонах, по причине влияния ёмкости самой конструкции и выходного сопротивления таймера, возрастает до 20 %. Это надо учитывать при работе на крайних пределах.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Ftike A6243L
| Основные характеристики измерителя ESR | |
| Диапазон измерения емкости | 2 нФ, 20 нФ, 200 нФ, 2 мкФ, 20 мкФ с шагом 1 пФ, точность ± (1,5% + 5d) 20 мкФ, точность ± (2,0% + 5d) |
| Диапазон измерения индуктивности | 2 мГн, 20 мГн, 200 мГн с шагом 1мкГн, точность ± (2,0% + 5d) 2 Гн, 20 Гн ± (5,0% + 5d) |
| Тестируемые компоненты | полярные и неполярные конденсаторы; катушки индуктивности; дроссели; |
| Функция удержания данных Hold | есть |
| Общие характеристики | |
| Дисплей | LCD 1999 разрядов, 44 мм х 28 мм |
| Питание | DC 9 В, батарея 6F22 «Крона» |
| Габариты | 140 мм х 70,6 мм х 31 мм |
| Вес прибора | 200 г |
| Комплектация | измеритель esr конденсаторов Ftike A6243L – 1 шт батарея 6F22 «Крона» – 2 шт щупы с зажимами типа «крокодилы»– 1 шт |
Конструкция и детали
R1, R5 6,8k R12 12k R10 100k C1 47nF
R2, R6 51k R13 1,2k R11 100k C2 470pF
R3, R7 68k R14 120 C3 0,47mkF
R4, R8 510k R15 13
Диод VD1 — любой маломощный импульсный, конденсаторы плёночные, с малым током утечки. Микросхема — любая из серии 555 (LM555, NE555 и другие), русский аналог — КР1006ВИ1. Измерителем может быть практически любой вольтметр с высоким входным сопротивлением, под который проведена калибровка. Источник питания должен иметь на выходе 5–15 вольт при токе 0.1 А. Подойдут стабилизаторы с фиксированным напряжением: 7805, 7809, 7812, 78Lxx.
Вариант печатной платы и расположение компонентов
