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:

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 Слюна гусениц против пластика 17.10.2022 Сегодня мир буквально задыхается под горами пластика: берега рек завалены многолетним хламом, а по океанам плавают целые мусорные "острова". Существующие методы переработки отходов не справляются с объемами производимого пластика, поэтому ученые постоянно ищут новые способы его утилизации, в том числе в слюне гусениц моли. Люди производят около 400 тонн пластика в год, и, несмотря на все усилия по сокращению его использования и повторной переработки, огромное количество неразложенного мусора оказывается выброшенным на свалки. Около трети его составляет полиэтилен - крепкий пластик, которому для полного разложения без вмешательства человека требуется от пяти до 15 лет. Ранее специалисты проводили исследования по влиянию на полиэтилен разных микроорганизмов, способных ускорить его разложение. Однако во всех случаях речь шла о месяцах переработки. Но теперь ученые обнаружили животное, которое может в буквальном смысле переварить пластиковый пакет всего за несколько часов. "Пожирателем" полиэтилена оказалось существо, которое в обычных условиях привыкло питаться воском и медом, - гусеница большой восковой моли (Galleria mellonella). Эту особенность слюны гусеницы открыли случайно, когда одна из исследовательниц, ожесточенная пчеловодка, собрала расплодившихся в улье вредителей в полиэтиленовый пакет, но через несколько часов обнаружила в пустом пакете лишь множество дыр. Изучив пакет в лаборатории, ученые поняли, что гусеницы не прогрызли полиэтилен, а растворили: края дыр были окислены, словно кто-то обработал их кислотой.

Другие интересные новости:

▪ Твердотельный мазер, работающий непрерывно при комнатной температуре

▪ Ультразвуковой браслет для подавления микрофонов

▪ Медиаплеер Apple TV 4K

▪ Сетевое хранилище Thecus N4810

▪ Гибрид мотоцикла с автомобилем

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Освещение. Подборка статей

▪ статья Голиаф. Крылатое выражение

▪ статья Полезна ли низкокалорийная диета? Подробный ответ

▪ статья Биржевой маклер. Должностная инструкция

▪ статья Бездроссельное включение лампы дневного света. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Заколдованные фигуры. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026