C-тестер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

В радиолюбительской мастерской, рядом с различными измерительными приборами, может занять хоть и скромное, но вполне законное место "С-тестер" (СТ) для измерения электрической емкости "микрофарадных" конденсаторов. Измерять емкость таких конденсаторов приходится нечасто. Поэтому совместно с СТ предполагается использование внешних приборов: секундомера или часов с секундной стрелкой и, в некоторых случаях, многопредельного миллиамперметра (тестера). Этим достигается предельная простота, малые габариты и низкая стоимость СТ. Собранный по схеме, приведенной на рис.1, он не потребует настройки, градуировки, подбора деталей и обеспечит относительную погрешность измерения не более ±10% (без учета погрешности внешних приборов) в диапазоне 5...10000 мкФ. Такая погрешность измерения для указанных конденсаторов допустима в большинстве практических случаев. При необходимости она может быть существенно уменьшена.

Рис.1. Принципиальная схема С-тестера

В схеме СТ осуществлен принцип косвенного определения электрической емкости конденсатора по времени его разрядки от начального напряжения до некоторого конечного, находящегося в фиксированном отношении к начальному. При начальном напряжении, равном Е, напряжение на конденсаторе U при его разрядке подчиняется уравнению: U = E e ^{-t / RC}, (1) откуда C = t/R * 1/(/nE - /nU), (2)

Примем: t = RC. (3)

Подставляя значение t из (3) в формулу (1), получим: U = E / e, (4) то есть при соблюдении условия формулы (4) емкость из (3) определяется так: C = t / R. (5)

Таким образом, согласно формуле (5), при начальном напряжении, равном Е, и конечном напряжении, рассчитанном согласно формуле (4), значение измеряемой емкости прямо пропорционально времени t. Примем сопротивление резистора R равным 1 МОм. Тогда емкость конденсатора в соответствии с формулой (5) будет определяться C = t 10 ^-6 (Ф) = t (мкФ), (6) т.е. емкость конденсатора С в микрофарадах численно равна времени его разрядки t в секундах. В СТ предусмотрены три диапазона измерения емкости с декадными множителями х1, х10, х100 и разрядные резисторы с сопротивлениями 1 МОм, 100 кОм, 10 кОм соответственно. С учетом этого формула (6) будет выглядеть C = t n, (7) где: С - емкость, мкФ; n - множитель диапазона (1, 10 или 100).

СТ устроен и работает следующим образом. К клеммам "Сх" подключается измеряемый конденсатор (с соблюдением полярности для полярных конденсаторов). Конденсатор одним своим выводом через цепочку нормально замкнутых контактов кнопок SB1, SB2, SB3, маркированных "х1", "х10", и "х100", резистор R4, ограничивающий ток зарядки конденсатора, и выключатель питания SA1 подключен к источнику питания G1. Другой вывод конденсатора подключен к общему проводу через клеммы "lут" и "корпус", замкнутые перемычкой (на рис.1 перемычка не показана). При включении питания тумблером SA1 конденсатор заряжается до напряжения питания. Это - начальное напряжение.

Операционный усилитель DA1 включен по схеме компаратора напряжения. Его инвертирующий вход подключен к измеряемому конденсатору, а неинвертирующий - к делителю напряжения R5, R6, в точке деления которого устанавливается напряжение, равное U = E / e, где Е - напряжение источника питания, В; е - основание натурального логарифма (е=2,718). Это - конечное напряжение. В исходном состоянии, при полностью заряженном конденсаторе, напряжение на выходе компаратора низкое, транзистор VT1 закрыт, и светодиод HL1 не горит. При нажатии и удерживании любой из кнопок (SB1, SB2 или SB3) измеряемый конденсатор подключается к соответствующему резистору R1, R2 или R3, и начинается его разрядка. Когда напряжение на конденсаторе станет равным напряжению делителя R5-R6, компаратор переключается, напряжение на его выходе устанавливается около 6 В, транзистор VT1 открывается, и загорается светодиод HL1. Время t в секундах измеряется от момента нажатия кнопки до момента загорания светодиода. Теперь можно отпустить кнопку. Конденсатор через цепочку нормально замкнутых контактов кнопок SB1, SB2, SB3 и резистор R4 снова зарядится, и светодиод погаснет.

При измерении емкости выбор той или иной кнопки произволен и определяется только удобством отсчета времени. Измерение можно начинать с любой кнопки, но не ранее чем через 10 с от момента включения питания или отпускания ранее нажатой кнопки. Это время нужно для надежной зарядки измеряемого конденсатора. После измерения, прежде чем отключить конденсатор от клемм "Сх", следует отключить питание тумблером "ВКЛ". При этом конденсатор разрядится через замкнувшиеся контакты тумблера SA1, резистор R4 и перемычку на клеммах "lyт". При измерении емкости оксидных (электролитических) конденсаторов иногда приходится учитывать их ток утечки Iут, который может внести существенную ошибку в результат измерения (результат будет ниже истинного значения). Исправить положение позволит введение коэффициента Кут, зависящего от lyт конденсатора и выбранного диапазона изменения n. В применении к СТ с учетом тока утечки конденсатора формула (7) выглядит так: С = t n Кут, (8) где: С - емкость конденсатора, мкФ; Кут - коэффициент поправки Кут = 1 + (Iут / nE), n - множитель диапазона (1, 10 или 100); Iут - ток утечки, мкА; Е - напряжение источника питания, В.

Напряжение источника питания примерно равно 9 В. Тогда Кут = 1 + (Iут / n9).

Коэффициент Кут несложно подсчитать по этой формуле, но проще воспользоваться графиком его зависимости от тока утечки Iyт, приведенным на рис.2.

Рис.2.

Ток утечки конденсатора измеряется миллиамперметром, подключенным к клеммам "Iyт" вместо перемычки. Подключение миллиамперметра следует производить при выключенном питании. При включении тумблера питания ток зарядки конденсатора в первый момент может достигать 20 мА, а затем падает до некоторой величины, определяемой величиной утечки конденсатора. В установившемся режиме величина тока утечки может находиться в пределах от долей микроампера до 20 мА (у пробитого конденсатора). Это нужно учитывать при установке предела измерения миллиамперметра в момент включения питания. При измерении тока утечки электролитических конденсаторов следует некоторое время выдержать их под напряжением (потренировать), пока значение тока установится. За это время конденсатор не только заряжается, но и "формуется", изменяя свою емкость.

Типы применяемых деталей могут быть любыми. Резисторы R1, R2, R3, R5, R6 должны иметь допуск по сопротивлению не более ±5%. Микросхему К140УД8 можно заменить микросхемой К140УД6 или К140УД12 (с учетом цоколевки). На панели СТ устанавливаются: тумблер SA1, кнопки SB1, SB2, SB3, клеммы "Сх", "Iут" и светодиод HL1. Питается СТ от батареи напряжением 9 В, потребляя ток 6 мА.

При желании уменьшить погрешность измерения следует установить резисторы R1, R2, R3 с сопротивлениями, максимально совпадающими со значениями, указанными на схеме. Нужно также подобрать сопротивления резисторов R5 и R6 так, чтобы соблюдалось условие R5/R6=1,72.

Это может уменьшить погрешность измерения на 3%. А можно поступить так. К клеммам "Сх+" и "Корпус" подключить с соблюдением полярности регулируемый источник постоянного напряжения, установить на его выходе напряжение, равное измеренному напряжению батареи питания, умноженному на коэффициент 0,368. Например, при Е=9,21 В напряжение на клеммах "Сх" нужно установить равным U=9,21*0,368=3,39 (В). Кнопки нажимать не нужно, клеммы "Сх-"и "Iyт" должны быть свободны. Включается СТ. При этом, если светодиод горит, последовательно с резистором R6 включается переменный резистор сопротивлением 1 кОм, и его регулировкой находится порог, при котором зажигается и гаснет светодиод. Если светодиод не горит, то приведенные выше действия нужно проделать, включив переменный резистор последовательно с резистором R5. Сопротивление переменного резистора измеряется, и добавляется постоянный резистор с таким же сопротивлением. При таком способе подбора будет компенсировано технологическое смещение входных напряжений операционного усилителя DA1, которое также является источником ошибки, правда, небольшой.

Способ измерения времени t прямо определяет точность измерения емкости. Для измерения времени можно воспользоваться секундомером, секундной стрелкой часов, мигающей точкой на табло цифровых часов, а можно, если не нужна большая точность, просто считать секунды.

Уменьшение измеренной емкости конденсатора по отношению к его номиналу может быть следствием увеличенного тока утечки. Если при включении тумблера питания светодиод не гаснет, в измеряемом конденсаторе либо замыкание, либо очень велика утечка. Когда после нажатия кнопки "х1" светодиод зажигается без задержки, в конденсаторе либо обрыв, либо он потерял емкость. В любом случае имеется возможность сделать вывод о пригодности конденсатора.

Приведенный в начале статьи диапазон измерения емкости указан условно. Принципиально он не ограничен этими цифрами и может быть расширен в обе стороны без каких-либо изменений в схеме. Расширится только диапазон измерения времени внешним прибором. Возможно, увеличится погрешность измерения малых емкостей за счет трудности измерения малых промежутков времени.

Литература

1. Ф.Е. Евдокимов. Теоретические основы электротехники. 5-е изд. - М.: Высш. школа, 1981.

Автор: В.Гусаров, г.Минск; Публикация: radioradar.net

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Восприятие музыки зависит от цвета концертного зала 03.03.2026

Восприятие живой музыки традиционно связывают с слухом, однако на впечатления от концерта влияют и другие факторы, включая визуальное оформление и освещение. Вопрос о том, может ли цвет интерьера напрямую изменять то, как мы слышим звук, долго оставался открытым. Недавнее исследование ученых из Технического университета Берлина проливает свет на эту связь и демонстрирует, что визуальная среда способна влиять на субъективное восприятие музыки. Чтобы изучить эффект цвета, исследователи предложили участникам прослушать записи концерта в виртуальных залах, оформленных в красные, зеленые и синие оттенки. Цвета варьировались по яркости и насыщенности, что дало 12 различных вариантов оформления. Поскольку построить физические залы с таким разнообразием цветов было невозможно, использовалась технология виртуальной реальности. Звук воспроизводился через наушники с бинауральной технологией, адаптирующей звучание к движениям головы, что создавало ощущение реального присутствия в зале. Участ ...>>

Chrysalis: концепт межзвездного корабля для 400-летнего путешествия 03.03.2026

Межзвездные полеты остаются одной из самых амбициозных целей человечества. Международный научный проект Chrysalis предложил концепцию космического корабля, способного совершить 400-летнее путешествие с экипажем из 2400 человек. Победивший в конкурсе 2025 года дизайн демонстрирует не только инженерные решения, но и социальную архитектуру, рассчитанную на 16 поколений людей, живущих на борту. В основе концепции лежит вращательная конструкция длиной 58 километров. Такая масштабная система должна создать искусственную гравитацию, достаточную для нормального функционирования организма, без вызывающей дезориентацию центробежной нагрузки. Для стабилизации конструкции проект предусматривает несколько цилиндров, вращающихся в противоположных направлениях, что минимизирует колебания и вибрации. Сборка корабля планируется в точках Лагранжа - участках космоса, где можно минимизировать расход топлива. Движение корабля предполагается обеспечить прямым термоядерным двигателем на гелии-3 и дейте ...>>

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Случайная новость из Архива Линии электропередач мешают пчелам 23.05.2023 Провода высоковольтных ЛЭП окружены электромагнитными полями, оказывающими заметное влияние на состояние и поведение пчел. Биологи показали, что вблизи таких линий насекомые испытывают стресс и хуже опыляют растения. Специальные рецепторы позволяют пчелам ощущать естественные электромагнитные поля, используя их для ориентации и навигации в полете. Но и люди создают такие поля: они окружают любой провод, по которому течет электричество, и если токи достаточно сильны, поля могут оказывать заметное влияние на поведение пчел. Так, уже показано, что вблизи высоковольтных линий эти насекомые становятся агрессивными и нередко сбиваются с пути. Новое исследование Чилийских биологов из Университета Талька продемонстрировало, что ЛЭП мешают пчелам выполнять их главную для природы функцию - опылять цветковые растения. Для начала ученые провели эксперименты в лаборатории. Сотню медоносных пчел (Apis mellifera) в течение трех минут подвергали воздействию электромагнитных полей, создаваемых высоковольтными токами разной силы. Исследователи выяснили, что при повышении энергии поля у насекомых заметно - до 50 процентов - усиливается синтез белков теплового шока, а это служит важным показателем стрессового воздействия на клетки. Кроме того, у таких пчел снижается активность генов, вовлеченных в работу навигации и памяти. Биологи также провели полевые исследования в чилийской провинции Линарес, сравнив популяции пчел, живущих около ЛЭП и вдали от них. Вновь выяснилось, что в присутствии интенсивных электромагнитных полей синтез белков теплового шока у насекомых был гораздо выше. К тому же пчелы втрое реже посещали цветы эшшольции (Eschscholzia californica), растущие рядом с ЛЭП, чем те же растения, расположенные вдали от электропроводящих линий. Авторы отметили, что этим отрицательные эффекты антропогенных электромагнитных полей на пчел вряд ли полностью иссякают. Сегодня их источниками выступают не только высоковольтные линии ЛЭП, но и базовые станции сотовой связи, а также обычные смартфоны в моменты активной передачи данных. Так что в реальности насекомые часто подвергаются одновременному воздействию целого набора искусственных полей, что может усиливать их воздействие.

Другие интересные новости:

▪ Добыча платины на астероидах

▪ Микроконтроллер AT90SC12872RCFT для устройств идентификации личности

▪ ATSAMR34/35 - радио LoRa плюс микроконтроллер Cortex-M0+ для интернета вещей

▪ Наноиглы ускорят доставку молекул к клеткам

▪ Рекорд передачи данных по 6G

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Жертва общественного темперамента. Крылатое выражение

▪ статья Какую книжку писатель попросил продавать точно по цене бутылки водки? Подробный ответ

▪ статья Джеймс Уатт. Биография ученого

▪ статья Лазерный телефон. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Недоступное лакомство. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026