Простой измеритель емкости

ESR метр своими руками — измеритель емкости конденсаторов. Схема и описание

Простой измеритель емкости

ESR метр своими руками. Есть широкий перечень поломок аппаратуры, причиной которых как раз является электролитический конденсатор.

Главный фактор неисправности электролитических конденсаторов, это знакомое всем радиолюбителям “высыхание”, которое возникает по причине плохой герметизации корпуса.

 В данном случае увеличивается его емкостное или, иначе говоря, реактивное сопротивление в следствии уменьшения его номинальной емкости.

Помимо этого, в ходе работы в нем проходят электрохимические реакции, которые разъедают точки соединения выводов с обкладками.

Контакт ухудшается, в итоге образуется “контактное сопротивление”, доходящее иногда до нескольких десятков Ом.

Это точно также, если к исправному конденсатору последовательно подключить резистор, и к тому же этот резистор размещен внутри него. Такое сопротивление еще именуют “эквивалентное последовательное сопротивление” или же ESR.

Существование последовательного сопротивления отрицательно влияет на работу электронных устройств, искажая работу конденсаторов в схеме. Чрезвычайно сильное влияние оказывает повышенное ESR (порядка 3…5 Ом) на работоспособность импульсных источников питания, приводя к сгоранию дорогих микросхем и транзисторов.

Ниже в таблице приведены средние величины ESR (в миллиоммах) для новых конденсаторов различной емкости в зависимости от напряжения, на которое они рассчитаны.

Не секрет, что реактивное сопротивление уменьшается с повышением частоты. К примеру, при частоте 100кГц и емкости 10мкФ емкостная составляющая будет не более 0,2 Ом.

Замеряя падение переменного напряжения имеющего частоту 100 кГц и выше, можно полагать, что при погрешности в районе 10…20% итогом замера будет активное сопротивление конденсатора.

Поэтому совсем не сложно собрать ESR метр конденсаторов своими руками.

Описание ESR метра для конденсаторов

Генератор импульсов, имеющий частоту 120кГц, собран на логических элементах DD1.1 и DD1.2. Частота генератора определяется RC-цепью на элементах R1 и C1.

Для согласования введен элемент DD1.3. Для увеличения мощности импульсов с генератора в схему введены элементы DD1.4…DD1.6. Далее сигнал проходит через делитель напряжения на резисторах R2 и R3 и поступает на исследуемый конденсатор Сх.

 Блок измерения переменного напряжения содержит диоды VD1 и VD2 и мультиметр, в качестве измерителя напряжения, к примеру, М838. Мультиметр необходимо перевести в режим измерения постоянного напряжения.

 Подстройку ESR метра осуществляют путем изменения величины R2.

Микросхему DD1 – К561ЛН2 можно поменять на К1561ЛН2. Диоды VD1 и VD2 германиевые, возможно использовать Д9, ГД507, Д18.

Радиодетали ESR метра расположены на печатной плате, которую можно изготовить своими руками. Конструктивно устройство выполнено в одном корпусе с элементом питания.

Щуп Х1 выполнен в виде шила и прикреплен к корпусу устройства, щуп X2 – провод не более 10 см в длину на конце которого игла.

Проверка конденсаторов возможна прямо на плате, выпаивать их не обязательно, что существенно облегчает поиск неисправного конденсатора во время ремонта.

Настройка устройства

После окончания монтажа и проверки, необходимо проверить осциллографом частоту на щупах X1 и X2. Она должна быть в пределах 120…180 кГц. Если это не так, то путем подбора резистора R1 добиваются нужной частоты. Далее необходимо подготовить набор резисторов следующих номиналов:

1, 5, 10, 15, 25, 30, 40, 60, 70 и 80 Ом.

К щупам X1 и X2 необходимо подсоединить резистор в 1 Ом и вращением R2 добиться, чтобы на мультиметре было 1мВ. Затем вместо 1 Ом подключить следующий резистор (5 Ом) и не изменяя R2 записать показание мультиметра. То же самое проделать и с оставшимися сопротивлениями. В результате этого получится таблица значений, по которой можно будет определять реактивное сопротивление.

Источник: Радиомир 03/2012

Источник: http://www.joyta.ru/4139-esr-metr-kondensatorov-svoimi-rukami/

Ремонт и доработка измерителя ёмкости

Потенциометр, производящий юстировку прибора на младшем диапазоне (выставляющий на «0») нужно было менять на другой, более качественный, уже в первый день после покупки измерителя ёмкости конденсаторов СМ-7115А, но радиолюбитель сидящий где-то в недрах сознания и с благоговением относящийся ко всему, что касается измерительной техники, не позволил, ибо это мол тебе, не очередную телевизионную платку дербанить на детальки. На том и порешили, и пять лет тому следовали, пока резистор вообще не перестал подавать признаки жизни.

https://www.youtube.com/watch?v=qPGggmHiIBQ

Это самые близкие к нулю показатели, которые удалось выставить, оно конечно мелочь (впрочем, далеко не всегда), но окончательно надоела эта неполноценность в работе прибора.

Нижнюю половинку корпуса держит один саморез, печатную плату четыре (два верхних на плате отворачивать не нужно, они удерживают жидкокристаллический индикатор). Так что всё легко и быстро разбирается на «на винтики».

Вот этот самый злополучный резистор, он даже внешне какой-то «покусанный». При наличии оловоотсоса аккуратно снять его с платы не проблема.

Выпаянный переменный резистор оказался с сопротивлением 880 кОм, на замену ему нашёлся с номиналом в 1 Мом, но вот незадача, его подложка (устройство крепежа на плату) была другой, однако оказалось, что её возможно позаимствовать со старого переменника, что и сделал. Исправный потенциометр занял своё место на плате.

Схема измерителя ёмкости конденсаторов СМ-7115А

Кстати на принципиальной схеме номинал этого переменного резистора, пронумерованного как VR2, указан 1 МОм. Так что с номиналом просто повезло.

А ещё в схему измерителя ёмкости конденсаторов «просился» отдельный выключатель питания, ну что за дела без дела щёлкать переключателем диапазонов измерения для обесточивания измерителя, вот ведь додумался какой-то горе китайский радиоинженер.

Хорошую вещь беречь нужно, а данный ёмкостемер более чем хорош. Нашёл подходящую кнопку (точно такая же стоит на мультиметре My 62) на должность выключателя, как положено с фиксацией и к ней шток с заглушкой.

Наметил желаемое (из числа возможного) место размещения выключателя на панели прибора и просверлил отверстие диаметром 5 мм под шток.

Место под корпус кнопки внутри корпуса имелось, подозреваю, что там изначально и предполагалось поместить выключатель питания, да сэкономили. Для фиксации выключателя просверлил через две стенки строго параллельно его днищу отверстия диаметром 1 мм, подобрал нечто подходящее и произвёл фиксацию корпуса кнопки (излишки гвоздика по длине естественно откусываются).

«Разорвал» плюсовой провод питания и подпаял его концы к контактам выключателя (предварительно прозвонив), причём так чтобы замыкание контактов происходило при нижнем положении (нажатом) кнопки.

Установил на выключатель полый шток и заглушку. Получилось вроде как не плохо, причём даже удалось не нарушить общий дизайн панели прибора.

Теперь нет необходимости ставить переключатель в исходное положение по окончанию замеров, просто нажатием кнопки выключаю питание и всё.  

Видео

Измерительного прибора теперь хватит гораздо на дольше. Ну а ноль выставляется на «ура», смотрите видеоролик. Автор материала – Babay iz Barnaula.

   Форум

Источник: http://radioskot.ru/publ/remont/remont_i_dorabotka_izmeritelja_jomkosti/4-1-0-1263

Измеритель емкости

Обнаружив в интернете статью Digital Capacitance Meter, я захотел собрать этот измеритель. Однако под рукой не оказалось микроконтроллера AT90S2313 и светодиодных индикаторов с общим анодом. Зато были ATMEGA16 в DIP-корпусе и четырехразрядный семисегментный жидкокристаллический индикатор.

Выводов микроконтроллера как раз хватало на то, чтобы подключить его к ЖКИ напрямую. Таким образом, измеритель упростился всего до одной микросхемы (на самом деле, есть и вторая – стабилизатор напряжения), одного транзистора, диода, горстки резисторов-конденсаторов, трех разъемов и кнопки.

Прибор получился компактный и удобный в использовании. Теперь у меня нет вопросов о том, как измерить емкость конденсатора. Особенно это важно для SMD-конденсаторов с емкостями в несколько пикофарад (и даже в доли пикофарада), которые я всегда проверяю перед тем, как в паять в какую-нибудь плату.

Сейчас выпускается множество настольных и портативных измерителей, производители которых заявляют о нижнем пределе измерений емкости в 0.1 пФ и достаточной точности измерений таких малых емкостей. Однако во многих из них измерения проводятся на довольно низкой частоте (единицы килогерц).

Спрашивается, можно ли получить приемлемую точность измерений в таких условиях (даже если параллельно измеряемому подключить конденсатор большей емкости)? Кроме того, в интернете можно найти довольно много клонов схемы RLC-метра на микроконтолллере и операционном усилителе (той самой, что с электромагнитным реле и с одно- или двухстрочным ЖКИ). Однако такими приборами малые емкости померить «по-человечески» не удается. В отличие от многих других, этот измеритель специально спроектирован для измерения малых значений емкости.

Что касается измерения малых индуктивностей (единицы наногенри), то я для этого с успехом использую анализатор RigExpert AA-230, который выпускает наша компания.

Фотография  измерителя емкости:

Параметры измерителя емкости

Диапазон измерения: от 1 пФ до примерно 470 мкФ. Пределы измерения: автоматическое переключение пределов – 0…56 нФ (нижний предел) и 56 нФ … 470 мкФ (верхний предел). Индикация: три значащие цифры (две цифры для емкостей меньших, чем 10 пФ). Управление: единственная кнопка для установки «нуля» и калибровки.

Калибровка: однократная, при помощи двух образцовых конденсаторов, 100 пФ и 100 нФ.

Большая часть выводов микроконтроллера подключена к ЖКИ. К некоторым из них также подключен разъем для внутрисхемного программирования микроконтроллера (ByteBlaster).

Четыре вывода задействованы в схеме измерения емкости, включая входы компаратора AIN0 и AIN1, выход управления пределами измерения (при помощи транзистора) и выход выбора порогового напряжения.

К единственному оставшемуся выводу микроконтроллера подключена кнопка.

Стабилизатор напряжения +5 В собран по традиционной схеме.

Индикатор – семисегментный, на 4 знака, с прямым подключением сегментов (т.е. не-мультиплексный). К сожалению, на ЖКИ не было маркировки. Такую же цоколевку и размеры (51×23 мм) имеют индикаторы многих фирм, например, AND и Varitronix.

Схема приведена ниже (на схеме не показан диод для защиты от «переполюсовки», через него рекомендуется подключить разъем питания):

(нажмите, чтобы увеличить)

Программа микроконтроллера

Поскольку ATMEGA16 – из серии «MEGA», а не из серии «tiny», особого смысла писать ассемблерную программу нет смысла. На языке Си удается сделать ее гораздо быстрей и проще, а приличный объем flash-памяти микроконтроллера позволяет пользоваться встроенной библиотекой функций с плавающей точкой при расчете емкости.

Микроконтроллер проводит измерение емкости за два шага. В первую очередь, определяется время заряда конденсатора через резистор сопротивлением 3.3 МОм (нижний предел). Если необходимое напряжение не достигнуто в течение 0.15 секунд (что соответствует емкости около 56 пФ), заряд конденсатора повторяется через резистор 3.3 кОм (верхний предел измерения).

При этом микроконтроллер сперва разряжает конденсатор через резистор сопротивлением 100 Ом, а затем заряжает его до напряжения 0.17 В. Только после этого замеряется время заряда до напряжения 2.5 В (половина напряжения питания). После этого, цикл измерения повторяется.

При выводе результата  на выводы ЖКИ подается напряжение переменной полярности (относительно его общего провода) с частотой около 78 Гц. Достаточно высокая частота полностью устраняет мерцание индикатора.

Использовался компилятор WinAVR (AVR-GCC) и программатор AVRISP mkII. Микроконтроллер можно запрограммировать и при помощи AVReAl, но придется подобрать параметры командной строки.

Читайте также:  Урок 3 - цифровые выходы

Конструкция

Измеритель собран на отрезке макетной платы. Как микроконтроллер, так и ЖКИ имеют 40-выводный корпус с шагом выводов 2.54 мм и разным расстоянием между рядами. Благодаря этому можно установить их друг под другом:

При этом уменьшается размер платы и упрощается монтаж, поскольку большинство выводов соединено между собой короткими проводниками. Для того, чтобы появилась возможность использовать для этого провод без изоляции, контактные площадки между рядами выводов можно удалить:

На той же стороне платы, что и микроконтроллер и ЖКИ, размещены транзистор, разъем программирования и разъем питания.

Здесь же находится разъем для подключения измеряемой емкости (отрезок панельки для микросхем) и контакты для подключения емкостей в SMD-корпусе (выполнены из изогнутых отрезков провода без изоляции).

Чем меньше длина соединительных проводов в цепях измерения, тем выше стабильность показаний, особенно, для емкостей в единицы пикофарад. По этой же причине все резисторы и конденсаторы – в SMD-исполнении.

Кварцевый резонатор, микросхема стабилизатора, диод и резисторы-конденсаторы установлены на стороне монтажа:

При помощи четырех стоек плата закреплена на основании, снабженном резиновыми ножками.

Работа с измерителем емкости

Для того, чтобы определить емкость неизвестного конденсатора, нужно просто подключить его к измерителю. Предел измерений будет выбран автоматически, отображая «p» – пикофарады, «n» – нанофарады и «μ» – микрофарады. Также, будет меняться положение десятичной точки. При подключении слишком большой емкости на ЖКИ будет выведено «999μ».

Нижний и верхний пределы измерения переключаются при значении емкости около 56 нФ. При подключении такой емкости возможны незначительные скачки показаний, поскольку два разных предела измерений калибруются при помощи разных образцовых конденсаторов.

Калибровка и установка «нуля»

Если при включении питания держать кнопку нажатой, измеритель перейдет в режим калибровки. При этом на ЖКИ загорится надпись «CAL». Затем, отобразится значение «100p». При этом нужно подключить к измерителю емкость 100 пФ и нажать кнопку. Далее появится значение «100n» – нужно подключить конденсатор емкостью 100 нФ и еще раз нажать кнопку. После этого измеритель перейдет в обычный режим.

Установка «нуля» происходит при нажатии кнопки в режиме измерения (на ЖКИ отобразится значение «000»). Она необходима для того, чтобы скомпенсировать емкость монтажа (несколько пикофарад).

Файлы

Схема
Программа

Денис Нечитайлов, UU9JDR 05.02.2008

Источник: https://rigexpert.com/ru/the-most-simple-digital-capacitance-meter-in-russian-language/

Прибор для измерения емкости конденсаторов

   Почти два года назад купил цифровой измеритель ёмкости, взял, можно сказать, первое что попалось. Так сильно меня утомила неспособность мультиметра Маstech MY62 измерять ёмкость конденсаторов более 20 микрофарад, да и меньше 100 пикофарад он правильно не мерил. Понравилось в СМ-7115А два фактора:

  1. Измеряет весь востребованный диапазон  
  2. Компактность и удобство

   Заплатил 750 рублей. Искренне считал, что он этих денег не стоит, а цену «взвинтили» по причине полного отсутствия конкурентной продукции. Страна производитель – конечно Китай. Опасался, что будет «привирать», больше того был в этом уверен – однако напрасно.

   Ёмкостемер и провода к нему были упакованы в полиэтилен, каждый в свою оболочку и вложены в коробку из толстого картона, свободное пространство заполнено пенопластом. Так же в коробке находилась инструкция на английском языке. Габаритные размеры прибора 135 х 72 х 36 мм, вес 180 грамм.

Цвет корпуса чёрный, передняя панель с сиреневым отливом.

 Имеет жидкокристаллический индикатор, девять диапазонов измерения, два положения отключения питания, регулятор установки нуля, 15 сантиметровые, разного цвета (красный – чёрный) провода, при помощи которых подключается к прибору измеряемый конденсатор, заканчиваются зажимами типа «крокодил», а гнёзда на корпусе прибора, для их подключения, замаркированы цветным обозначением соответствующей полярности, дополнительно возможно измерение и без них (что увеличивает точность), для чего имеются два продолговатых гнезда, которые подписаны символом измеряемого конденсатора. Используется батарея питания на 9 вольт, имеется функция автоматической индикации её разряда. Жидкокристаллический индикатор трёхразрядный +1 знак после запятой, заявленный производителем диапазон измерения составляет от 0,1 пФ до 20000 мкФ, с возможностью юстировки на диапазоне измерения от 0 до 200 пФ, для установки нуля, в пределах +/- 20 пФ, время одного измерения 2-3 секунды.

   Таблица допустимых погрешностей при измерениях, индивидуально по диапазонам. Представлена изготовителем.

   На задней половине корпуса имеется интегрированная подставка. Она даёт  возможность более компактно разместить измеритель на рабочем месте и изменяет в лучшую сторону обзор жидкокристаллического индикатора.

   Батарейный отсек выполнен полностью автономно, для смены элемента питания достаточно сдвинуть в сторону его крышку. Удобство из разряда неприметных, когда оно есть.

   Для того чтобы снять заднюю крышку корпуса достаточно открутить один саморез. Самый массивный компонент печатной платы – предохранитель  на 500 мА.

   В основу работы измерительного прибора положен метод двойного интегрирования. Собран он на логических счётчиках HEF4518BT – 2 шт, ключе HEF4066BT, десятичном счётчике с дешифратором HCF4017 и смд транзисторах: J6 – 4 шт, М6 – 2 шт.

   Открутив ещё шесть саморезов можно увидеть другую сторону печатной платы. Переменный резистор, при помощи которого производится установка на «0» стоит так, что его можно легко заменить при необходимости. Слева контакты для подключения измеряемого конденсатора, те, что выше, для непосредственного подключения (без проводов).

   Прибор выставляется на нулевую точку отсчёта не сразу, но выставленный показание удерживает.  С отключёнными проводами сделать это гораздо проще.

   Для наглядной демонстрации разницы в точности измерения при различный  способах измерений (с проводами и без) взял конденсаторы малой ёмкости с заводской маркировкой – 8,2 пФ

Видеообзор прибора

            Без проводов      С проводами    №1               8 пФ                7,3 пФ    №2            7,6 пФ                8,3 пФ

   №3            8,1 пФ                9,3 пФ

   Всё наглядно, однозначно без проводов измерения будут точнее, хотя и расхождение-то практически в пределах 1 пФ. Так же неоднократно производил измерения конденсаторов стоящих на платах – показания замера исправных вполне адекватные согласно указанного на них номинала. Если не быть сильно большим придирой, то вполне можно сказать, что добротность  измерения у прибора достаточно высокая.

Недостатки прибора

  • установка на ноль производится не сразу,
  • у лепестков контактов, для измерения без проводов, отсутствует упругость, после разжатия в исходное положение не возвращаются,
  • измеритель не укомплектован калибровочной ёмкостью.

Выводы

   В общем и целом прибором доволен. Измеряет хорошо, компактен (легко помещается в карман), так что на радиорынке беру не то, что дают, а что нужно.

Планирую, как будет время, доработать: заменить потенциометр и контакты непосредственного измерения. Его схему, или что-то похожее, можно поискать в разделе сборник схем.

 Рассказал «всё как есть», а вы уже решайте сами, стоит ли пополнять домашнюю лабораторию таким прибором. Автор – Babay.

   Форум по мультиметрам

   Схемы измерительных приборов

Источник: http://elwo.ru/publ/skhemy_izmeritelnykh_priborov/pribor_dlja_izmerenija_emkosti_kondensatorov/17-1-0-770

Измеритель емкости конденсаторов своими руками: принцип, схема

Конденсатор — элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделённых диэлектриком. Предназначен для использования его электрической ёмкости.

Конденсатор, ёмкостью С, к которому приложено напряжение U, накапливает заряд Q на одной стороне и — Q — на другой. Ёмкость здесь в фарадах, напряжение — вольтах, заряд — кулоны.

Когда ток силой 1 А протекает через конденсатор ёмкостью 1 Ф напряжение изменяется на 1 В за 1 с.

Одна фарада ёмкость огромная, поэтому обычно применяются микрофарады (мкФ) или пикофарады (пФ). 1Ф = 106 мкФ = 109 нФ = 1012 пФ. На практике используются значения от нескольких пикофарад до десятков тысяч микрофарад.

Зарядный ток конденсатора отличается от тока через резистор. Он зависит не от величины напряжения, а от скорости изменения последнего.

По этой причине для измерения ёмкости требуются специальные схемные решения, применительно к особенностям конденсатора.

Обозначения на конденсаторах

Проще всего определить значение ёмкости по маркировке, нанесённой на корпус конденсатора.

Электролитический (оксидный) полярный конденсатор, ёмкостью 22000 мкФ, рассчитанный на номинальное напряжение 50 В постоянного тока. Встречается обозначение WV — рабочее напряжение. В маркировке неполярного конденсатора обязательно указывается возможность работы в цепях переменного тока высокого напряжения (220 VAC).

Плёночный конденсатор ёмкостью 330000 пФ (0.33 мкФ). Значение в этом случае, определяется последней цифрой трёхзначного числа, обозначающей количество нолей. Далее буквой указана допустимая погрешность, здесь — 5 %. Третьей цифрой может быть 8 или 9. Тогда первые две умножаются на 0.01 или 0.1 соответственно.

Ёмкости до 100 пФ маркируются, за редкими исключениями, соответствующим числом. Этого достаточно для получения данных об изделии, так маркируется подавляющее число конденсаторов.

Производитель может придумать свои, уникальные обозначения, расшифровать которые не всегда удаётся. Особенно это относится к цветовому коду отечественной продукции.

По стёртой маркировке узнать ёмкость невозможно, в такой ситуации не обойтись без измерений.

Вычисления с помощью формул электротехники

Простейшая RC — цепь состоит из параллельно включённых резистора и конденсатора.

Выполнив математические преобразования (здесь не приводятся), определяются свойства цепи, из которых следует, что если заряженный конденсатор подключить к резистору, то он будет разряжаться так, как показано на графике.

Произведение RC называют постоянной времени цепи. При значениях R в омах, а C — в фарадах, произведение RC соответствует секундам. Для ёмкости 1 мкФ и сопротивления 1 кОм, постоянная времени — 1 мс, если конденсатор был заряжен до напряжения 1 В, при подключении резистора ток в цепи будет 1 мА.

При зарядке напряжение на конденсаторе достигнет Vo за время t ≥ RC. На практике применяется следующее правило: за время 5 RC, конденсатор зарядится или разрядится на 99%. При других значениях напряжение будет изменяться по экспоненциальному закону. При 2.2 RC это будет 90 %, при 3 RC — 95 %.

Этих сведений достаточно для расчёта ёмкости с помощью простейших приспособлений.

Схема измерения

Для определения ёмкости неизвестного конденсатора следует включить его в цепь из резистора и источника питания.

Входное напряжение выбирается несколько меньшим номинального напряжения конденсатора, если оно неизвестно — достаточно будет 10–12 вольт. Ещё необходим секундомер.

Для исключения влияния внутреннего сопротивления источника питания на параметры цепи, на входе надо установить выключатель.

Сопротивление подбирается экспериментально, больше для удобства отсчёта времени, в большинстве случаев в пределах пяти — десяти килоом. Напряжение на конденсаторе контролируется вольтметром. Время отсчитывается с момента включения питания — при зарядке и выключении, если контролируется разряд. Имея известные величины сопротивления и времени, по формуле t = RC вычисляется ёмкость.

Удобнее отсчитывать время разрядки конденсатора и отмечать значения в 90 % или 95 % от начального напряжения, в этом случае расчёт ведётся по формулам 2.2t = 2.2RC и 3t = 3RC.

Таким способом можно узнать ёмкость электролитических конденсаторов с точностью, определяемой погрешностями измерений времени, напряжения и сопротивления.

Применение его для керамических и других малой ёмкости, с использованием трансформатора 50 Hz, вычислением емкостного сопротивления — даёт непрогнозируемую погрешность.

Читайте также:  Автомобильный стробоскоп для настройки угла опережения зажигания

 Измерительные приборы

Самым доступным методом замера ёмкости является широко распространённый мультиметр с такой возможностью.

В большинстве случаев, подобные устройства имеют верхний предел измерений в десятки микрофарад, что достаточно для стандартных применений. Погрешность показаний не превышает 1% и пропорциональна ёмкости. Для проверки достаточно вставить выводы конденсатора в предназначенные гнёзда и прочитать показания, весь процесс занимает минимум времени.

Такая функция присутствует не у всех моделей мультиметров, но встречается часто с разными пределами измерений и способами подключения конденсатора.

Для определения более подробных характеристик конденсатора (тангенса угла потерь и прочих), используются другие устройства, сконструированные для конкретной задачи, не редко являются стационарными приборами.

В схеме измерения, в основном, реализован мостовой метод. Применяются ограничено в специальных профессиональных областях и широкого распространения не имеют.

Самодельный С — метр

Не принимая во внимание разные экзотические решения, такие как баллистический гальванометр и мостовые схемы с магазином сопротивлений, изготовить простой прибор или приставку к мультиметру по силам и начинающему радиолюбителю. Широко распространённая микросхема серии 555 вполне подходит для этих целей. Это таймер реального времени со встроенным цифровым компаратором, в данном случае используется как генератор.

Частота прямоугольных импульсов задаётся выбором резисторов R1–R8 и конденсаторов С1, С2 переключателем SA1 и равняется: 25 kHz, 2.5 kHz, 250 Hz, 25Hz — соответственно положениям переключателя 1, 2, 3 и 4–8.

Конденсатор Сх заряжается с частотой следования импульсов через диод VD1, до фиксированного напряжения. Разряд происходит во время паузы через сопротивления R10, R12–R15. В это время образуется импульс длительностью, зависимой от емкости Сх (больше ёмкость — длиннее импульс).

После прохождения интегрирующей цепи R11 C3 на выходе появляется напряжение, соответствующее длине импульса и пропорциональное величине ёмкости Сх. Сюда и подключается (Х 1) мультиметр для измерения напряжения на пределе 200 mV.

Положения переключателя SA1 (начиная с первого) соответствуют пределам: 20 пФ, 200 пФ, 2 нФ, 20 нФ, 0.2 мкФ, 2 мкФ, 20 мкФ, 200 мкФ.

Наладку конструкции необходимо делать с прибором, который будет применяться в дальнейшем. Конденсаторы для наладки надо подобрать с ёмкостью, равной поддиапазонам измерений и как можно точнее, от этого будет зависеть погрешность. Отобранные конденсаторы поочерёдно подключаются к Х1.

В первую очередь настраиваются поддиапазоны 20 пФ–20 нФ, для этого соответствующими подстроечными резисторами R1, R3, R5, R7 добиваются соответствующих показаний мультиметра, возможно придётся несколько изменить номиналы последовательно включённых сопротивлений. На других поддиапазонах (0.

2 мкФ–200 мкФ) калибровка проводится резисторами R12–R15.

Провода, соединяющие резисторы с переключателем должны быть как можно короче, а если позволяет конструкция — размещены на его выводах.

Переменные желательно использовать многооборотные, лучше вообще — постоянные, но это не всегда возможно.

Тщательнейшим образом необходимо отмыть печатную плату от флюса и другой грязи, иначе паразитные ёмкости и сопротивления между проводниками могут привести к полной неработоспособности изделия.

При выборе источника питания следует учитывать, что амплитуда импульсов напрямую зависит от его стабильности.

Интегральные стабилизаторы серии 78хх вполне здесь применимы Схема потребляет ток не более 20–30 миллиампер и конденсатора фильтра ёмкостью 47–100 микрофарад будет достаточно.

Погрешность измерений, при соблюдении всех условий, может составить около 5 %, на первом и последнем поддиапазонах, по причине влияния ёмкости самой конструкции и выходного сопротивления таймера, возрастает до 20 %. Это надо учитывать при работе на крайних пределах.

Конструкция и детали

R1, R5 6,8k R12 12k R10 100k C1 47nF

R2, R6 51k R13 1,2k R11 100k C2 470pF

R3, R7 68k R14 120 C3 0,47mkF

R4, R8 510k R15 13

Диод VD1 — любой маломощный импульсный, конденсаторы плёночные, с малым током утечки. Микросхема — любая из серии 555 (LM555, NE555 и другие), русский аналог — КР1006ВИ1.

Измерителем может быть практически любой вольтметр с высоким входным сопротивлением, под который проведена калибровка. Источник питания должен иметь на выходе 5–15 вольт при токе 0.1 А.

Подойдут стабилизаторы с фиксированным напряжением: 7805, 7809, 7812, 78Lxx.

Вариант печатной платы и расположение компонентов

Видео по теме

Источник: https://ProFazu.ru/provodka/instruments/izmeritel-emkosti-kondensatorov-svoimi-rukami.html

Радиосхемы. – Измеритель емкости конденсаторов на операционном усилителе

материалы в категории

Вашему вниманию предлагается простая схема измерителя ёмкости на операционном усилителе. Устройство,схема которого приведена на рисунке, позволяет измерять ёмкость конденсаторов от нескольких пикофарад до 1 мкф.

Нижняя граница измерений во многом зависит от конструкции прибора, в частности, от паразитной ёмкости между клеммами для подключения исследуемого конденсатора.

схема измерителя емкости

Прибор имеет шесть под-диапазонов, верхние пределы для которых равны соответственно 10пф, 100пф, 1000пф, 0,01мкф, 0,1мкф и 1мкф.
Отсчёт ёмкости производится по линейной шкале микроамперметра.

Принцип действия прибора основан на измерении переменного тока, протекающего через исследуемый конденсатор. На операционном усилителе DA1 собран генератор прямоугольных импульсов.

Частота повторения этих импульсов зависит от ёмкости одного из конденсаторов С1-С6 и положения движка подстроечного резистора R5. В зависимости от поддиапазона, она меняется от 100Гц до 200кГц.

Подстроечным резистором R1 устанавливаем симметричную форму колебаний (меандр) на выходе генератора.

Диоды D3-D6, подстроечные резисторы R7-R11 и микроамперметр PA1 образуют измеритель переменного тока. Для того,чтобы погрешность измерений не превышала 10% на первом поддиапазоне (ёмкость до10пФ),внутреннее сопротивление микроамперметра должно быть не более 3кОм.На остальных поддиапазонах паралельно PA1 подключают подстроечные резисторы R7-R11.

Требуемый поддиапазон измерений устанавливают переключателем SA1. Одной группой контактов он переключает частотозадающие конденсаторы С1-С6 в генераторе,другой – подстроечные резисторы в индикаторе.

Для питания прибора необходим стабилизированный двуполярный источник на напряжение от 8 до 15В.

Номиналы частотозадающих конденсаторов С1-С6 могут отличаться на 20%, но сами конденсаторы должны иметь достаточно высокую температурную и временную стабильность.

Налаживание прибора производят в следующей последовательности. Сначала на первом поддиапазоне добиваются симметричных колебаний резистором R1. Движок резистора R5 при этом должен быть в среднем положении.

Затем, подключив к клеммам “Сх” эталонный конденсатор 10пф, подстроечным резистором R5 устанавливают стрелку микроамперметра на деление соответствующее ёмкости эталонного конденсатора (при использовании прибора на 100мка, на конечное деление шкалы).

После этого проверяют форму колебаний на выходе генератора и,  при необходимости,ещё раз подстраивают резисторы R1,R5. На остальных поддиапазонах калибровку прибора также производят  по эталонным конденсаторам,используя для этого подстроечные резисторы R7-R11.

Поскольку переменное напряжение на выходе генератора двуполярное(практически,оно изменяется от +Uпит до -Uпит),то измерять этим прибором ёмкость электролитических конденсаторов нельзя.

Источник: http://radio-uchebnik.ru/shem/18-pribory-i-izmereniya/212-izmeritel-emkosti-kondensatorov-na-operatsionnom-usilitele

Прибор для измерения емкостей без выпайки из схем

Техника измерений

Главная  Статьи, аналитика  Техника измерений

Измерение величины емкости конденсатора без выпайки из схемы – это 50% успеха при ремонте и настройке электронных устройств. В журнале “Радио” подобные схемы стали появляться в конце 80 годов. Были повторены и модернизированы ряд схем.

В результате появилась предлагаемая схема прибора для измерения емкостей (1000 пФ до 10000 мкФ) на старой элементной базе (у кого есть возможность применить современные счетверенные ОУ на полевых транзисторах, с потреблением на корпус 1 мА – применяйте).

Ставилась задача создать прибор на недорогой старой элементной базе, простой в регулировке и настройке, имеющий время автономной работы на аккумуляторах 5 дней в неделю по 8 часов (применены самые дешевые и распространенные аккумуляторы Д – 0,26 Д) и работающий на любой мультиметр. Рассмотрим кратко схему прибора (рекомендуется в начале прочитать статью в “Радио” №4 1998г В.

Васильев “Измеритель емкости конденсаторов” так как нет смысла полностью описывать, как работает прибор. Внешних отличий два – применены электронные ключи, для уменьшения габаритов прибора, стабилизированный преобразователь напряжения со схемой контроля разряда аккумуляторов и автоматического выключения прибора).

Прибор для измерения емкостей питается от 3 аккумуляторов. Заряд аккумуляторов осуществляется от блока питания с напряжением 6…12В, подключаемого к гнезду XS1. Аккумуляторы заряжаются постоянным током, его величина устанавливается резистором R2.

Контроль за разрядом аккумуляторов до 2,7 – 2,5В осуществляет схема на триггере VT4 и VT5.

Величину опорного напряжения изменяют резистором R8 (падение напряжения на зеленом светодиоде примерно 2,5В, допустимо использовать 5 диодов включенных последовательно).

Преобразователь напряжения собран на транзисторах VT2 и VT3. Выходное напряжение стабилизированное ±7±0,5В (VD1), преобразователь работает при входном напряжении от 1,8В до 5В.

Трансформатор Т1 намотан на стандартном каркасе для ферритового сердечника М2000 Ш4?4, допустимо использовать любой подходящий малогабаритный ферритовый трансформатор. Диаметр провода – 0,1 мм, число витков 1 обмотки – 15 витков, 2 и 3 обмоток – 35 витков.

Диаметр провода не критичен, можно взять и 0,2 мм, число витков тоже не критично – в 1 обмотке допустимо 10 – 20 витков, во вторичных обмотках в два раза больше.

Схему прибора можно скачать здесь.

Учитывая, что максимальная частота работы ОУ составляет 1 кГц за основу были взяты ОУ 140УД12 (для уменьшения габаритов прибора применен его счетверенный аналог 1401УД3).

Единственно на что следует обратить внимание – амплитуда колебаний на выходе генератора должна быть одинаковой на всех частотах, иначе увеличивают ток программирования ОУ (R11 и R18). Измерительный ОУ был выбран 140УД14 – малое потребление и достаточно большое входное сопротивление.

Хотя на пределе измерения 1000пФ оно маловато (скорректировано увеличением номинала резистора R43 до 12 МОм, а не 10МОм).

Коррекция нуля показаний прибора на пределе измерения 1000пФ осуществляется R35 (убирается паразитная входная емкость прибора с измерительными щупами (C17 3 пикофарады!), желательно вывести под шлиц для оперативной подстройки). Применена нестандартная частотная коррекция ОУ 140УД14 (главное убрать звон на фронтах, все-таки это дифференциатор склонный к самовозбуждению).

В схеме используется электронный переключатель пределов измерения, позволяющий резко сократить габариты прибора. Переключатель SA2 переключает диапазоны измерения с помощью ключей в микросхемах DD1 и DD2 (от 1000пФ в положении 1 до 10000мкФ в положении 8).

Рис. 1

Прибор калибруют своим подстроечным резистором на каждом пределе измерения по эталонным емкостям, что резко упрощает настройку прибора. На пределе 1000пФ – R37 на пределе 0,01мкФ – R38, на пределе 0,01мкФ – R39, на пределе 1мкФ – R40, на пределах (10мкФ – 10000мкФ) – (R23 – R26).

Далее описание работы прибора аналогично описанию схемы в “Радио” №4 1998г В. Васильев “Измеритель емкости конденсаторов”… . Единственно в данной схеме в генераторе ошибка – в ОУ DA 1.2 необходимо поменять местами прямой и инверсный входы ОУ иначе генератор не заработает. Схемы обзора в прикрепленных файлах. На фотографиях в конце статьи 1-я и 3-я модификации прибора автора.

Читайте также:  Анализатор спектра звука

Первая модификация прибора создана в начале 2000 г., применен микроамперметр на 100мкА и аккумуляторная батарея 7 D – 0,0125D.

Рис. 2

Третья модификация прибора описанная в данной статье (2001 год)

Источник: http://www.radioradar.net/articles/technics_measurements/measurements_condensator.html

Измеритель емкости простая схема

В радиолюбительской практике часто нужно измерить емкость. Несколько лет назад я экспериментировал с различными схемами измерителей.

Хотелось иметь малогабаритный, точный, простой и экономичный прибор, которым можно было бы пользоваться дома, на крыше, и даже брать с собой (например, на радиорынок).

В результате многочисленных опытов получился прибор, конструкцию которого хочу предложить коллегам-радиолюбителям. Прибор безотказно служит уже несколько лет, и многие из моих друзей повторили его схему.

Основу измерителя составляет генератор прямоугольных импульсов (ГПИ), частота которого изменяется в соответствии с выбранным пределом измерений (3 Гц…300 кГц). Для уменьшения потребляемого тока, ГПИ выполнен на КМОП-микросхеме.

Выходной сигнал ГПИ проходит через измеряемую емкость, выпрямляется и подается на стрелочный прибор РА1 с линейной шкалой (50 мкА). При этом значения измеренной емкости соответствуют шкале микроамперметра на всех поддиапазонах.

На пределе “5 мкФ” стрелка измерителя колеблется возле требуемой отметки с частотой 3 Гц.

Конечно, так мерить неудобно, но этот предел выбран как компромиссный (его можно исключить, так как емкости от 1 мкФ и выше обычно легко “прозваниваются” с помощью тестера) При измерениях же на этом поддиапазоне надо смириться с некоторой “колебательной” погрешностью.

Для того чтобы разряд батареи не влиял на точность измерений, применен простейший стабилизатор, состоящий из полевого транзистора, светодиода и стабилитрона. Светодиод, включенный в цепь стабилизатора, одновременно служит индикатором включения прибора и индикатором разряда батареи.

Как только батарейка разрядится до значения 6,5…7 В, светодиод погаснет; и это будет означать, что пользоваться измерителем нельзя — будет большая ошибка в измерениях. Вследствие малого тока потребления, измеритель работает без замены батарейки долго.

Диод, включенный параллельно микроамперметру, защищает головку при перегрузке.

Детали и конструкция. Плата для установки деталей выполнена простейшим способом — вырезанием опорных площадок резаком из обломка ножовочного полотна на кусочке фольгированного стеклотекстолита, а сами соединения выполнены проводом МГТФ. Здесь есть два замечания:

– во-первых, важно обеспечить малую емкость монтажа между клеммами для подключения измеряемой емкости. Для этого, в частности, плату размещают рядом с клеммами и соединяют с ними короткими, максимально удаленными друг от друга проводами.

В моем варианте эта паразитная емкость получилась около 0,5 пФ, поэтому на пределе “50 пФ” без измеряемой емкости стрелка прибора отклоняется на 0,5 деления. Если к измерителю подключить емкость 1 пФ, показания будут 1,5 делений, и т.д.

;

– во-вторых, конденсаторы в ГПИ (особенно С1 и С2) для уменьшения емкости монтажа лучше припаять к самому переключателю.

Переключатель S1 — ПГ-2. конденсаторы в ГПИ — любые, но желательно — с малым ТКЕ. Светодиод VD4 нужно подобрать из имеющихся по наиболее яркому свечению при токе 1 мА. Переменные резисторы желательно проверить на отсутствие “шуршания”.

Настройка прибора очень проста. Нужно подобрать 6 конденсаторов (желательно, с отклонением емкости не более 1…2%), величины которых близки к максимальным значениям каждого поддиапазона измерений, например: 47 пФ; 470 пФ; 4700 пФ; 0,047 мкФ; 0,47 мкФ; 4,7 мкФ.

Далее включаем поочередно все пределы измерений, и регулировкой соответствующих переменных резисторов устанавливаем стрелку прибора на 47 делений. При достаточно большом запасе конденсаторов схему измерителя можно изменить и избавиться от переменных резисторов R1…R6. Вместо них между выводами 1, 2 и 5, 6 DD1 включается один постоянный резистор сопротивлением 100 кОм.

При этом настройка осуществляется подбором конденсаторов С1…С6 в ГПИ, которые можно составлять из нескольких. Это дополнительно исключит влияние нестабильности сопротивления переменных резисторов на качество измерений. Для удобства измерений к прибору можно изготовить два щупа из провода МГТФ.

При этом их взаимную емкость нужно учитывать и вычитать из измеренной (обычно 5…10 пФ).

Если потребляемый ток значительно больше 1 мА, нужно подобрать другой экземпляр полевого транзистора.

Источник: Н.Мясников, журнал “Радиолюбитель”.

Источник: http://nauchebe.net/2011/02/izmeritel-emkosti/

Цифровой измеритель ёмкости

С помощью данного измерителя ёмкости можно легко измерить любую ёмкость от единиц пФ до сотен мкФ. Существует несколько методов измерения емкости. В данном проекте используется интеграционный метод.

Главное преимущество использования этого метода в том, что измерение основано на измерении времени, что может быть выполнено на МК довольно точно.

Этот метод очень подходит для самодельного измерителя ёмкости, к тому же он легко реализуем на микроконтроллере.

Явления, происходящие при изменении состояния схемы называются переходными процессами. Это одно из фундаментальных понятий цифровых схем.

Когда ключ на рисунке 1 разомкнут, конденсатор заряжается через резистор R, и напряжение на нём изменятся как показано на рисунке 1b.

Соотношение определяющее напряжение на конденсаторе имеет вид:

Величины выражены в СИ единицах, t секунды, R омы, C фарады. Время за которое напряжение на конденсаторе достигнет значения VC1 , приближенно выражается следующей формулой:

Из этой формулы следует, что время t1 пропорционально емкости конденсатора. Следовательно, ёмкость может быть вычислена из времени зарядки конденсатора. Для измерения времени зарядки, достаточно компаратора и таймера микроконтроллера, и микросхемы цифровой логики.

Вполне разумно использовать микроконтроллер AT90S2313 (современный аналог – ATtiny2313). Выход компаратора используется как триггер TC1. Пороговое напряжение устанавливается резисторным делителем. Время зарядки не зависит от напряжения питания. Время зарядки определяется формулой 2, следовательно оно не зависит от напряжения питания т.

к. соотношение в формуле VC1/E определяется только коэффициентом делителя. Конечно, вовремяизмерениянапряжениепитаниядолжнобытьпостоянно.Формула 2 выражает время зарядки конденсатора от 0 вольт.

Однако с напряжением близким к нулю сложно работать из-за следующих причин:

Для предотвращения данных сложностей использовано два пороговых напряжения VC1(0.17 Vcc) и VC2(0.5 Vcc). Поверхность печатной платы должна быть чистой для минимизации токов утечки.

Необходимое напряжение питания микроконтроллера обеспечивается DC-DCпреобразователем,работающего от 1.5VAA батарейки. Вместо DC-DC преобразователя, желательно использовать 9V батарейку и преобразователь 78L05, желательно также не выключать BOD, иначе могут возникнуть проблемы с EEPROM.

При первом включении устройства, на семисегментных индикаторах загорится значение ёмкости в несколько пФ (паразитная ёмкость). Необходимо провести калибровку устройства. Для этого необходимо два конденсатора 1nF и 100nF сдопуском ±1%.

Для калибровки нижнего диапазона: С помощью кнопки SW1. Затем, соедините pin #1 и pin #3 на разъёме P1, вставьте конденсатор 1nF и нажмите SW1.

Для калибровки верхнего диапазона: Замкните pin #4 и #6 разъёма P1, вставьте конденсатор на 100nFи нажмите SW1.

Надпись “E4” при включении означает, что калибровочное значение в EEPROM не найдено.

Использование

Автоматическое определениедиапазона

Зарядка начинается через резистор 3.3М. Если напряжение на конденсаторе не достигнет 0.5 Vccменее чем за 130 mS (>57nF), происходит разрядка конденсатора и новая зарядка, но уже через резистор 3.3кОм.

Если напряжение на конденсаторе не достигает 0.5 Vccза 1 секунду (>440µF),надпись “E2”. Когда время замерено, происходит вычисление и отображение ёмкости.

Последний сегмент отображает диапазон измерения (pF, nF, µF).

В качестве зажима можно использовать часть какого-нибудь сокета. При измерении малых ёмкостей (единицы пикофарад) использование длинных проводов нежелательно.

Скачать исходник и прошивку

Схема Elm-Chan`а, http://elm-chan.org/works/cmc/report.html – описание на английском.

Спасибо, htscooter! Он прислал печатную плату в SprintLayout 5.0 и фотки.

Спасибо, maxim, за прошивку для ATtiny2313.

Источник: http://radioded.ru/skhema-na-mikrokontrollere/tsifrovoy-izmeritel-yomkosti

Измеритель емкости конденсаторов своими руками

Измеритель емкости конденсаторов своими руками — ниже представлена схема и описание как не прилагая больших усилий можно самостоятельно изготовить прибор для тестирования емкости конденсаторов.

Такое устройство очень может пригодится при покупке емкостей на радиоэлектронном рынке. С его помощью без проблем выявляется некачественный или бракованный элемент накопления электрического заряда.

Принципиальная схема данного ESRа, как его обычно называю большинство электронщиков, ничего сложного из себя не представляет и собрать такой аппарат может даже начинающий радиолюбитель.

Причем измеритель емкости конденсаторов не предполагает для его сборки длительного времени и больших денежных затрат, на изготовление пробника эквивалентного последовательного сопротивления уходит буквально два-три часа.

Также не обязательно бежать в магазин радиотоваров — наверняка у любого радиолюбителя найдутся неиспользованные детали подходящие для этой конструкции. Все, что вам потребуется для повторения данной схемы — это мультиметр практически любой модели, только желательно, что бы был цифровой и с десяток деталей.

Каких то переделок или модернизации цифрового тестера производить не нужно, все что необходимо с ним сделать — это припаять выводы деталей к необходимым площадкам на его плате.

Принципиальная схема устройства ESR:

Перечень элементов необходимых для сборки измерителя:

Один из главных компонентов прибора — это трансформатор, который должен иметь соотношением витков 111. Ферритовый кольцевой сердечник М2000НМ1-36 К10х6х3, который нужно предварительно обмотать изолирующим материалом.

Затем намотать первичную обмотку на него, располагая витки по принципу — виток к витку, при этом заполняя всю окружность. Вторичную обмотку также необходимо выполнять с равномерным распределением по всему периметру.

Примерное количество витков в первичной обмотки для кольца К10х6х3 будет 60-90 витков, а вторичка должна быть в одиннадцать раз меньше.

Диод D1 использовать можно практически любой кремневый с обратным напряжением не менее 40v, если вам не особо нужна супер точность в измерениях, то вполне подойдет КА220.

Для более точного определения емкости придется поставить диод с небольшим падением напряжения в варианте прямого включения — Шоттки. Защитный супрессорный диод D2 должен быть рассчитан на обратное напряжение от 28v до 38v.

Транзистор маломощный кремневый p-n-p проводимости: например КТ361 или его аналог.

Измерение величины ЭПС выполнять в диапазоне напряжения 20v. Во время подключении коннектора внешнего измерителя, ESR-приставка к мультиметру сразу же переходит в режим работы тестирования емкости.

При этом будет визуально отображено на приборе показание около 35v в диапазоне проверки 200v и 1000v (это в зависимости от использования супрессорного диода). В случае исследования емкости на 20 вольтах, показание будет отображено как «выход за границу измерения».

Когда коннектор внешнего измерителя отсоединяется, то и ЭПС-приставка моментально переключается на режим работы как обыкновенного мультиметра.

Заключение

Принцип работы устройства — для начала работы прибора нужно включить в сеть адаптер, при этом происходит включение измерителя ЭПС, когда отключили ESR, то мультиметр автоматически переходит в режим выполнения штатных функций. Чтобы сделать калибровку аппарата нужно подобрать постоянный резистор, так чтобы соответствовало шкале. Для наглядности картина ниже:

При замыкании щупов на шкале мультиметра будет отображено 0.00- 0.01, это показание означает погрешность прибора в диапазоне измерения до 1 Ом.

Источник: http://usilitelstabo.ru/izmeritel-emkosti-kondensatorov-svoimi-rukami.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector