Измеритель емкости ионисторов и конденсаторов большой емкости. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Для измерения емкости конденсаторов есть несколько способов, но не все они пригодны для измерения емкости более нескольких сотен микрофарад. Особенно большие проблемы возникают при измерении ионисторов, емкость которых может достигать 10 Ф и даже более. Между тем существует относительно простой и, кстати сказать, давно известный способ, основанный на измерении времени зарядки конденсатора от источника напряжения через резистор известного сопротивления. Как известно, если подключить конденсатор емкостью С через резистор сопротивлением R к источнику напряжения U (рис. 1), начнется зарядка конденсатора и напряжение на нем (U_С) будет увеличиваться по экспоненциальному закону:

U_C = U(1 - e^-t/(RC)),

где e - основание натурального логарифма (e ≈ 2,718); t - время; RC - так называемая постоянная времени RC-цепи, которая не зависит от напряжения. В момент времени, когда t = t_RC= RC, напряжение на конденсаторе будет равно U_C = U(1 - e^-1) ≈ U(1 - 0,367) ≈ 0,633U. Поэтому, измерив временной интервал от начала зарядки конденсатора до момента, когда напряжение на нем достигнет значения 0,633U, можно с по мощью простого расчета определить емкость измеряемого конденсатора С = t_RC/R. Если сопротивление резистора будет "круглым", например 10 кОм, все расчеты можно легко проводить в уме. Например, для указанного резистора время за рядки конденсатора до 0,633U составило 46 с, тогда емкость измеряемого конденсатора С_х = 46/10⁴ = 46 мФ = 4600 мкФ. Таким образом, в этом случае коэффициент пересчета К = 100 мкФ/с. Для резистора R = 1 кОм время измерения уменьшится в 10 раз, а коэффициент пересчета К = 1000 мкФ/с.

Рис. 1. Зависимость U_C от t

По такому принципу и работает предлагаемый измеритель. Сделать его можно в виде приставки к компьютеру или другому электронному устройству со встроенным секундомером, например, к электронным (электронно-механическим) часам или сотовому телефону. Особенно следует подчеркнуть относительную простоту реализации данного способа и отсутствие необходимости проведения калибровки с помощью эталонных конденсаторов (достаточно цифрового вольтметра). Кроме того, напряжение также может быть любым (в разумных пределах), главное, чтобы оно не изменялось за время проведения измерения. Для измерения емкости ионисторов может потребоваться несколько минут, в сочетании с погрешностью измерения в несколько процентов это вполне допустимо для радиолюбительской практики.

Следует отметить, что на погрешность измерения влияют токи утечки и последовательное сопротивление (ESR) конденсаторов и ионисторов. Например, ESR ионисторов некоторых типов может достигать 30 Ом, и если заряжать такой ионистор через резистор сопротивлением 100 Ом, погрешность измерения может составить десятки процентов. Поэтому сопротивление резистора, через который осуществляется зарядка конденсатора, должно быть не менее 1 кОм.

Вниманию читателей предлагается измерительная приставка к электронно-механическим часам. Схема устройства представлена на рис. 2. Оно питается от встроенного в часы элемента питания (1,5 В), а сами часы можно использовать и по прямому назначению. В исходном состоянии напряжение питания поступает на микросхему, и часы работают в штатном режиме. При подключении приставки контакты гнезда XS1 размыкаются, часы останавливаются и питающее напряжение поступает на приставку. Она содержит повышающий стабилизированный преобразователь напряжения на микросхеме DA1, компаратор на ОУ DA2, электронный ключ на транзисторе VT1 и световой индикатор на светодиоде HL1.

Рис. 2. Схема устройства (нажмите для увеличения)

После подачи питающего напряжения на приставку транзистор VT1 закрыт и преобразователь напряжения обесточен. Для измерения емкости конденсатора или ионистора его предварительно разряжают и затем подключают c соблюдением полярности к зажимам XS2, XS3 и кратковременно нажимают на кнопку SB1 "Пуск". На часы поступает напряжение питания, и они начнут отсчет времени, одновременно начинает работать преобразователь напряжения, на его выходе появляется напряжение 3,3 В и включается светодиод HL1. Поскольку измеряемый конденсатор разряжен, напряжение на инвертирующем входе ОУ DA2 меньше, чем на неинвертирующем и на выходе будет напряжение 2...2,2 В. Транзистор VT1 откроется, и после отпускания кнопки SB1 напряжение продолжит поступать на преобразователь напряжения и на часы, которые продолжат отсчет времени зарядки. Выбор выходного напряжения преобразователя (3,3 В) обусловлен тем что в этом случае конденсатор будет заряжаться до напряжения U_C = 3,3·0,633 = 2,088 В, поэтому с помощью приставки можно измерять емкость ионисторов и конденсаторов с номинальным напряжением 2 В и более.

Как только конденсатор зарядится до указанного напряжения, на выходе ОУ DA2 по явится напряжение, близкое к нулю, транзистор VT1 закроется, часы и преобразователь напряжения будут обесточены и светодиод погаснет - процесс измерения завершен. Остается считать показания часов и определить емкость с учетом коэффициента пересчета, установленного переключателем SA1. Для удобства проведения измерений часы предварительно устанавливают на начало отсчета. Для повторного измерения того же конденсатора надо предварительно разрядить его, нажав на кнопку SB2 "Разрядка" на несколько десятков секунд. Для разрядки ионистора и оксидного конденсатора емкостью более нескольких тысяч микрофарад это надо сделать несколько раз.

Налаживание начинают с проверки работоспособности преобразователя напряжения и установки порога переключения ОУ. Для этого проволочной перемычкой временно закорачивают выводы коллектора и эмиттера транзистора VT1, зажимы XS2 и XS3 соединяют между собой и подают напряжение 1,5 В от регулируемого блока питания. При изменении положения переключателя SA1 и уменьшении напряжения питания до 1,2 В выходное напряжение преобразователя не должно изменяться более чем на несколько процентов. В положении переключателя SA1 "100" к зажимам XS2, XS3 подключают переменный (желательно многооборотный) резистор сопротивлением 33 кОм. Выходное напряжение преобразователя U_п измеряют цифровым вольтметром с разрешением не менее трех цифр после запятой. Переменным резистором устанавливают на зажимах XS2, XS3 напряжение U = 0,633·U_п. Затем, контролируя напряжение на выходе ОУ, движок построечного резистора R5 устанавливают в положение, при котором малейшие изменения его положения приводят к переключению ОУ. Так погрешность переключения, обусловленная напряжением смещения ОУ, будет скомпенсирована. После удаления перемычки между коллектором и эмиттером транзистора и переменного резистора приставка готова к работе.

В приставке применены резисторы и конденсаторы для поверхностного монтажа. Постоянные резисторы РН1-12 и конденсатор С1 (К10-17в) - типоразмера 1206, подстроечный резистор - PVZ3A (POZ3A), PVA3A (RVG3A), конденсатор С2 - танталовый типоразмера А или В. Для повышения точности измерения резисторы R3 и R4 следует подобрать с отклонением от номинала не более 0,5 %. Транзистор можно применить любой маломощный с коэффициентом передачи тока базы (h_21Э) не менее 100. Светодиод - повышенной яркости свечения зеленого или красного цвета с диаметром корпуса 3 или 5 мм. Дроссель намотан на кольцевом магнитопроводе диаметром 6 мм от трансформатора КЛЛ и содержит 6...7 витков провода ПЭВ-2 0,3. Переключатель - малогабаритный движковый ПД9-1 (SPDT), B3001, B3037, кнопки - любые малогабаритные с самовозвратом, зажимы XS2, XS3 - "крокодил".

Рис. 3. Чертеж печатной платы

Рис. 4. Схема расположения элементов

Рис. 5. Внешний вид устройства

Большинство деталей размещены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита, чертеж которой представлен на рис. 3, а схема расположения элементов - на рис. 4. Кнопки закреплены на верхней крышке корпуса, в ней же сделаны отверстия для светодиода и движка переключателя. Для проводов в передней и задней стенках корпуса сделаны отверстия. Часы - любые электронно-механические, в корпусе которых можно установить гнездо. Их доработка минимальна - надо перерезать печатный проводник, идущий от "+" элемента питания к микросхеме часов и установить гнездо XS1 (гнездо для подключения головных стереотелефонов). Внешний вид устройства показан на рис. 5.

Автор: И. Нечаев

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Донорское сердце способно быстро перенимать биологический возраст реципиента 12.10.2026

Возраст органов определяется не только количеством прожитых лет. На молекулярном уровне ткани могут стареть с разной скоростью, а после пересадки, как показывают новые эксперименты, их биологические характеристики способны заметно меняться под воздействием организма, в который они попадают. Исследователи из Бостона обнаружили, что молодые донорские сердца после трансплантации довольно быстро приобретают признаки биологического возраста реципиента, тогда как более старые органы могут, напротив, демонстрировать признаки омоложения. Чтобы оценить эти изменения, ученые применили три так называемых "часа старения" - молекулярных инструмента, позволяющих приблизительно определять биологический возраст клеток и тканей. В отличие от обычного календарного возраста, такие показатели отражают состояние организма на уровне определенных молекулярных изменений. Именно их анализ позволил специалистам проследить, как меняются пересаженные сердца спустя несколько месяцев после операции. Основные ...>>

Samsung Galaxy Buds On: клипсы с искусственным интеллектом вместо внутриканальных наушников 12.10.2026

Беспроводные наушники превратились в одно из самых привычных персональных электронных устройств, однако их конструкция по-прежнему во многом определяется необходимостью размещать излучатель внутри или непосредственно у слухового канала. Компания Samsung решила попробовать другой подход. Представленная модель Galaxy Buds On получила формат наушников-клипсов, которые закрепляются непосредственно на ухе и оставляют слуховой канал открытым. Samsung позиционирует новинку как устройство для продолжительного ношения, тренировок и прогулок, а также для ситуаций, когда пользователю важно одновременно слушать музыку и не терять связь с окружающей обстановкой. В отличие от традиционных внутриканальных моделей, Galaxy Buds On практически не изолируют человека от внешнего мира. При этом речь идет не об экспериментальном прототипе или утечке: официальная информация об устройстве уже опубликована в Samsung Newsroom. Открытая конструкция имеет и очевидный недостаток - добиться такой же глубины н ...>>

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Случайная новость из Архива TARS-IMU - датчик наклона с CAN-шиной для строительной техники 28.10.2019 Новые датчики TARS-IMU Honeywell - законченные устройства для регистрации наклона, ускорения и угловой скорости объекта. TARS-IMU включают в себя 6-осевой акселерометр и гироскоп. Они могут применяться на транспорте и в стационарной строительной технике, предоставляя системам автоматизации и мониторинга движения первичные данные. Две модели датчиков отличаются рабочим напряжением: 5 В для TARS-LCASS и 9...36 В для TARS-HCASS. Передача данных производится по промышленной шине CAN J1939. В базовой заводской комплектации TARS-IMU обеспечивает точность +-0,3 градуса и разрешающую способность 0,014 градуса в режиме инклинометра. Внешнее исполнение IP67 и IP69K обеспечивает защиту от различных жидкостей, таких как дизельное топливо, гидравлическое масло, этиленгликоль, тормозная жидкость, гидроксид аммония, щелочной обезжириватель и других. Особенности датчиков TARS-IMU: Измерение ускорения, наклона, угловой скорости (шесть осей); Прочный термостойкий пластиковый корпус (IP67, IP69K); Непосредственное крепление на измеряемую конструкцию; Расширенная фильтрация первичной информации для уменьшения постороннего шума и вибрации; Рабочая температура: -40...85°C. Области применения: Экскаваторы, самосвалы, погрузчики; Подвижные и стационарные краны; Сельскохозяйственная техника.

Другие интересные новости:

▪ Новые МОП-транзисторы для автомобильных устройств от Toshiba

▪ Аккумуляторные батареи Ampd Energy для больших башенных кранов.

▪ Любители сладкого склонны к алкоголизму

▪ Магнитный клей

▪ Камера Google Clip с системой искусственного интеллекта

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Жизнь замечательных физиков. Подборка статей

▪ статья Весь мир насилья мы разрушим. Крылатое выражение

▪ статья Что такое каменоломня? Подробный ответ

▪ статья Администратор CTO. Должностная инструкция

▪ статья Транзисторный пробник, которым можно проверять транзисторы не выпаивая их из схемы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сколько отражений в зеркале? Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026