Измеритель емкости и ЭПС конденсаторов - приставка к мультиметру. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

В наше время практически у каждого радиолюбителя имеется цифровой мультиметр, но далеко не в каждой модели имеется функция измерения емкости конденсаторов. Как при ремонте радиоаппаратуры, так и при оценке пригодности повторно используемых конденсаторов очень полезно измерение емкости и эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) "подозрительных" конденсаторов

Основными критериями при разработке измерителя являлись простота схемы, дешевизна и доступность элементов, простота налаживания и небольшие габариты. Можно сказать, что это "конструкция выходного дня", которая может быть собрана за несколько часов

В основе работы данного прибора при измерении емкости лежит принцип зарядки конденсатора неизвестной емкости до определенного напряжения через резистор известного сопротивления Продолжительность этого процесса прямо пропорциональна емкости конденсатора.

Принцип измерения ЭПС заключается в следующем, разряженный конденсатор подключается к источнику напряжения через резистор известного сопротивления. затем через небольшие промежутки времени микроконтроллер дважды измеряет напряжение на заряжаемом конденсаторе и вычисляет его ЭПС.

С уменьшением емкости повышается погрешность измерения ЭПС. Поэтому это измерение программно отключается при емкости конденсатора менее 2 мкФ.

Основные технические характеристики

• Интервал измерения емкости, мкФ.......0,02...10000
• Погрешность измерения емкости, не более, % ......5
• Интервал измерения ЭПС, Ом.......0.. 50
• Дискретность измерения ЭПС, Ом ......0,2
• Погрешность измерения ЭПС, Ом .......±0,45
• Максимальное напряжение на проверяемом конденсаторе, В .......5
• Потребляемый ток, мА в режиме покоя.......5,5
• в режиме измерения.....11

Схема измерителя показана на рис. 1 Основа устройства - микроконтроллер PIC 12F683 (DD1) Он работает на тактовой частоте 4 МГц от внутреннего RC-генератора. После включения микроконтроллер входит в режим измерения емкости, и тогда конфигурация портов ввода/вывода следующая: GP0 и GP4 работают как выходы и управляют зарядкой конденсатора через резисторы R1 и R3 соответственно; GP1 - инвертирующий вход встроенного в микроконтроллер компаратора при этом его неинвертирующий вход подключен к внутреннему источнику образцового напряжения, определяющему порог напряжения, до достижения которого осуществляется подсчет времени зарядки конденсатора; GP3 - вход сигнала от кнопки SB1 переключения в режим измерения ЭПС- GP5 - выход управления индикацией поддиапазона емкости и, наконец, ССР1 - выход ШИ сигнала среднее напряжение которого пропорционально измеряемому параметру. Расчетное значение периода ШИ сигнала - 4096 мкс.

К выходным гнездам Х2 и ХЗ подключают щупы цифрового мультиметра, включенного в режим измерения постоянного напряжения на пределе 2000 мВ Фильтрации ШИ напряжения на выходе нет, поскольку все цифровые мультиметры в режиме измерения постоянного напряжения имеют на входе АЦП ФНЧ с низкой частотой среза.

Рис. 1 (нажмите для увеличения)

Поддиапазоны измеряемой емкости индицируют светодиоды HL1, HL2 зеленого цвета свечения и HL3, HL4 красного цвета. При измерении емкости менее 1 мкФ, а также при измерении ЭПС светодиоды погашены Если емкость больше 1 мкФ, но меньше 10 мкФ, горят только красные светодиоды. Если емкость больше ЮмкФ, но меньше 100 мкФ, горят они все. Если емкость больше 100 мкФ, но меньше 1000 мкФ, горят только зеленые светодиоды Наконец, если емкость больше 1000 мкФ, но не более 10000 мкФ красные и зеленые светодиоды мигают В этом поддиапазоне максимальное значение на дисплее мультиметра равно "1000" в остальных - "999"

Если измеряемая емкость больше 10000 мкФ, светодиоды остаются в состоянии поочередного мигания, а дисплей мультиметра показывает пороговое значение, о котором написано ниже.

Разрядка измеряемого конденсатора происходит через резисторы R1 и R2, при этом порт GP1 также переключается в режим выхода. Суммарное время между циклами зарядка/разрядка в последнем поддиапазоне измерения достигает 10 с, в других поддиапазонах оно меньше.

При нажатии на кнопку SB1 прибор на 5 с переходит в режим измерения ЭПС, затем возвращается в режим измерения емкости. В режиме измерения ЭПС конфигурация портов ввода/вывода микроконтроллера следующая- GP0 и GP1 синхронно управляют зарядкой конденсатора через резисторы R1 и R2; GP4 - вход встроенного аналого-цифрового преобразователя;

GP5 и ССР1 выполняют те же функции, что и в режиме измерения емкости. Во время измерения ЭПС светодиоды не горят, индикация выводится в десятых долях ома с дискретностью 0,2 Ома. Это связано с тем, что разрешающая способность встроенного АЦП микроконтроллера составляет около 5 мВ, а ток зарядки конденсатора в этом режиме равен 25 мА Если измеренное ЭПС конденсатора превышает 50 Ом, то на дисплее мультиметра будет пороговое значение.

Измеритель питается от батареи 9 В типоразмера 6F22, которую подключают к разъему Х1. Напряжение батареи подается на микросхему стабилизатора 78L05 (DA1) с выходным напряжением 5 В Конденсаторы С1 и С2 обеспечивают устойчивость ее работы. Если есть возможность, взамен микросхемы 78L05 лучше применить LP2950CZ-5.0 - это уменьшит потребляемый ток до 1,5 мА в режиме покоя и до 7,5 мА в режиме измерения. Диоды VD1 и VD2 и стабилитрон VD3 служат для защиты линий входа/выхода микроконтроллера от выхода из строя при подключении заряженного конденсатора. При выборе стабилитрона VD3 надо учесть, что при напряжении 5 В через него не должен течь ток более 0,5 мА. Например, можно применить BZX55C5V6. Диоды VD1 и VD2 - любые кремниевые импульсные, например, из серий КД521, КД522. Но диоды 1N4148 выбраны из-за большего максимально допустимого импульсного прямого тока Диод VD4 может быть заменен перемычкой, если исключена неправильная полярность подключения батареи питания к разъему Х1.

Ввиду простоты прибора печатная плата для него не разработана, он собран на макетной плате размерами 26x40 мм. Микроконтроллер устанавливают в панель. При программировании разрешение сброса микроконтроллера необходимо отключить - не должна стоять отметка в окне "MCLR Enable", поскольку этот вывод используется в качестве сигнального входа. Светодиоды HL1-HL4 - любые разного цвета свечения с заметной яркостью при токе 5...6 мА, в экземпляре автора использованы DFL-3014RC и DFL-3014LGC диаметром 3 мм. Необходимое условие - цепь из четырех последовательно соединенных светодиодов не должна светиться при подключении к источнику напряжением 5 В, поэтому применены четыре светодиода, хотя для индикации необходимы только два. Если яркость свечения светодиодов разного цвета заметно различается, ее выравнивают подбором резисторов R8 и R9.

Рис. 2

Разъем Х1 - контактная колодка от батареи типоразмера 6F22. Гнезда Х2 и ХЗ для подключения мультиметра взяты от разъема питания материнской платы компьютера (рис. 2). Плюсовое гнездо Х2 не имеет особенностей. Минусовое гнездо ХЗ, совмещенное с выключателем питания SA1, - самодельная конструкция, показанная на рис. 3. Одна из двух пружинящих полос контакта удалена, рядом установлена изолирующая площадка из стеклотекстолита со стороной квадрата 3...4 мм. На ней закреплена согнутая пружинная проволока диаметром 0,5...0,6 мм, выполняющая функцию выключателя питания SA1. Когда минусовый щуп мультиметра вставлен в гнездо Х3, он касается пружинной проволоки, в результате чего замыкается цепь минусового провода питания измерителя. Разумеется, при повторении конструкции можно применить любой миниатюрный выключатель питания SA1 промышленного изготовления и минусовое гнездо, такое, как Х2.

Рис.3

Подстроечный резистор R7 - СПЗ-19а или аналогичный миниатюрный. Резистор R3 определяет ток зарядки для интервала измеряемых емкостей до 15 мкФ, его лучше взять с допуском 1 % или отобрать с помощью цифрового омметра. Резистор R1 определяющий ток зарядки для емкостей более 15 мкФ, можно отобрать из номинала 1 кОм 5 %, его расчетное сопротивление - 980 Ом, но вполне допустимо поставить 1 кОм 1 % без отбора, поскольку такая емкость характерна для оксидных конденсаторов, а для них точность измерения их емкости 5 % вполне достаточна.

Калибровка прибора может быть выполнена двумя способами.

Первый способ - подключить к измерителю один или несколько конденсаторов суммарной емкостью более 10000 мкФ и движком подстроечного резистора R7 установить на дисплее мультиметра пороговое значение "1023". Также можно подсоединить ко входу измерителя цепь из резистора 62 ...100 Ом и конденсатора 50 ..1000 мкФ, нажать на кнопку SB1 и аналогично установить то же самое пороговое значение на дисплее. Поскольку время нахождения измерителя в этом режиме всего 5 с, эту операцию, возможно, придется повторить несколько раз.

Погрешность калибровки может составить около 3 % в наихудшем случае так как она складывается из погрешностей внутреннего генератора и отличий сопротивлений резисторов R1-R3 от расчетных значений Заявленная производителем точность частоты внутреннего RC-генератора микроконтроллера DD1 - ±1 % при постоянной температуре 25° и ±2 % в интервале 0...85 °С.

Второй способ - подключить к измерителю пленочный или керамический конденсатор с известной емкостью в пределах 4,7...9 мкФ и движком подстроечного резистора R7 установить значение его емкости на дисплее мультиметра. Предварительно необходимо измерить емкость этого конденсатора образцовым прибором с точностью не хуже 1 %. При калибровке по этому способу пороговое значение может незначительно отличаться от "1023" Выбор способа калибровки не принципиален- разброс показаний нескольких экземпляров прибора, откалиброванных разными способами, не превысил 3 %.

Разумеется, к измерителю должен подключаться только предварительно разряженный конденсатор. При измерении емкости оксидных конденсаторов необходимо соблюдать полярность подключения. Касание руками измерительных зажимов искажает показания.

Программы микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2013/02/van.zip.

Автор: Ю. Ванюшин

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Все золото мира 07.12.2006 Австралийский геолог Бернард Вуд из университета Маккуори полагает, что более 99% всего золота, имеющегося на Земле, миллиарды лет назад из-за своей тяжести погрузилось в центр планеты и вошло в состав ядра Земли. По его мнению, в ядре достаточно золота, чтобы покрыть всю площадь нашей планеты слоем драгоценного металла толщиной около полуметра. Сейчас считается, что Земля возникла из множества малых астероидоподобных тел, так называемых планетезималей. Они сталкивались между собой и слипались. По своему составу планетезимали были похожи на современные метеориты. Исходя из состава метеоритов и сравнивания его с составом земной коры, Вуд заметил, что в земной коре слишком мало золота, платины и никеля. Он предположил, что эти металлы из-за своей высокой плотности и сродства к железу опустились к центру Земли и вошли в состав ее железного ядра. Земля тогда представляла собой сплошной шар из расплавленной магмы. Если бы метеориты не продолжали приносить на Землю золото и после того, как ее кора затвердела, на поверхности золота почти бы не было, и оно было бы еще более редким и дорогим металлом, чем сейчас. По расчетам Вуда, в ядре Земли должно быть 1, 6 квадриллиона тонн золота. Это лишь малая доля общей массы ядра, примерно одна миллионная. Платины в ядре в шесть раз больше.

Другие интересные новости:

▪ Кожа из кактусов

▪ Крыло от слизняка

▪ Алмазы из нефти

▪ Гравитация не просачивается в другие измерения

▪ Счастью можно научиться

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телевидение. Подборка статей

▪ статья Александр Дюма (отец). Знаменитые афоризмы

▪ статья Что принесла стране Великая французская революция и правление Наполеона? Подробный ответ

▪ статья Сотрудник, находящийся в командировке. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Солнечные коллекторы. Интегрированный коллектор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей. Значения сопротивлений постоянному току элементов воздушных выключателей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026