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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Зубная паста из крабов 03.01.2003 Специалисты из Портсмутского университета (Великобритания) разработали новую зубную пасту, прилипающую к зубам. В основное вещество пасты подмешаны микроскопические капсулы, наполненные дезинфицирующим антимикробным средством - триклозаном. Постепенно разрушаясь, они выделяют триклозан на зубную эмаль, убивая микроорганизмы, вызывающие кариес. Для того чтобы эффект от чистки зубов оставался как можно более длительным, важно было подобрать такой материал для микрокапсул, чтобы они прочно прилипали к зубам. Из предлагавшихся вариантов наилучшим оказался хитозан. Это производное хитина, из которого состоят панцири крабов, раков, омаров, креветок и других ракообразных. Тысячи тонн хитина ежегодно идут в отходы после переработки этих даров моря. Выпуск пасты с хитозаном начнется в 2003 году.

Другие интересные новости:

▪ Источник питания PID-250 с двумя выходами

▪ Квантовые новинки IBM

▪ Оконные стекла вырабатывают электричество

▪ Прототип первого электрического мотоцикла

▪ Новая мембрана удешевит фильтрацию воды

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Компьютерные устройства. Подборка статей

▪ статья Презренный металл. Крылатое выражение

▪ статья Что такое экология? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Thomson. Справочник

▪ статья Наружные телеантенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Бумажная сумка с двойной стенкой - исчезновение. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025