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:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива Чипы памяти Elpida XDR DRAM 19.11.2007 Стараниями компании Elpida назревает настоящая революция в секторе динамической памяти для ПК и бытовой техники. Так, ее новинка - чипы памяти XDR DRAM емкостью 512 Mb - оказалась в 6 раз быстрее, чем традиционный вариант DDR2-800, наиболее часто встречающийся в современных ПК. Память использует архитектуру Rambus XDR и работает на частоте 4,8 GHz, обеспечивая скорость обмена данными до 9,6 Gb/c. Начало массового производства Elpida XDR DRAM намечено на апрель следующего года.

Другие интересные новости:

▪ Предоставление природе конституционных прав

▪ Смартфон Vivo X3 толщиной менее 6 мм

▪ Самый мощный суперкомпьютерный центр

▪ Новая итерация сверхточных атомных часов

▪ Переливание крови червя человеку

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Веселые задачки. Подборка статей

▪ статья Томас Дьюар. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему самураи не служат в японской полиции? Подробный ответ

▪ статья Первая доврачебная помощь при отравлении. Медицинская помощь

▪ статья Восстановление выцветших чернил на пергаменте. Простые рецепты и советы

▪ статья Загадки про день и ночь, время, часы

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025