Măsurarea parametrilor condensatorului. ESR digital și contor de capacitate pe controler Dispozitiv pentru măsurarea capacității mici a unui condensator

Principalii parametri care caracterizează condensatorii sunt capacitatea lor electrică și unghiul de pierdere.

Eroarea admisibilă în măsurarea capacităților condensatoarelor depinde de domeniul de aplicare a acestora din urmă. Capacitatea condensatoarelor incluse în sistemele oscilatoare trebuie determinată cu deosebită atenție, cu o eroare de cel puțin 1%. Atunci când alegeți condensatoare de blocare, condensatoare de izolare, condensatoare de cuplare etc., este de obicei permisă o împrăștiere semnificativă (până la 20-50%) de capacități și acestea pot fi măsurate folosind cele mai simple metode.

Orez. 1. Circuite echivalente (a, b) și diagrama vectorială (c) a unui circuit cu un condensator

În fiecare condensator inclus într-un circuit electric, există pierderi de energie care apar în principal în materialul dielectric, precum și datorită izolației imperfecte între borne. Ținând cont de pierderi, circuitul echivalent al unui condensator poate fi reprezentat în două versiuni: fie sub forma unei capacități C, conectată în serie cu o rezistență la pierderi R p (Fig. 1, a), fie sub forma unui aceeași capacitate C, șuntat de o rezistență de scurgere R y (Fig. 1, b). Când treceți de la un circuit echivalent la altul, pentru a recalcula valoarea rezistenței active, utilizați formula

R y = 1/((2*π*f*C) 2 * R p),

unde f este frecvența curentului în circuitul condensatorului.

Din diagrama vectorială din fig. 1, c, care este valabil pentru ambele versiuni de circuite echivalente, rezultă că într-un circuit cu condensator, din cauza prezenței pierderilor, defazajul φ între curentul I și tensiunea U este întotdeauna mai mic de 90°. Pierderile într-un condensator sunt de obicei caracterizate de unghiul de pierdere δ = 90° - &phi, determinat în conformitate cu notația din Fig. 1 din formula

tg δ = U p /U c = Iу/Iс = 2*π*f*C*R p = 1/(2*π*f*C*R y).

Pierderile într-un condensator sunt uneori exprimate prin factorul de putere cos φ sau curentul de scurgere Iу, determinat în condiții standard. Pentru majoritatea condensatoarelor, pierderile sunt foarte mici (tg δ< 0,001), поэтому можно считать

tan δ ≈ δ ≈ sin δ = sin (90° - φ) = cos φ.

Cele mai mari pierderi apar la condensatoarele electrolitice și de hârtie, a căror utilizare este limitată în principal la regiunea de joasă frecvență.

Cu unele metode de măsurare, pierderile în condensator sunt determinate simultan cu măsurarea capacității acestuia. Trebuie avut în vedere că odată cu creșterea frecvenței, pierderile cresc considerabil (ceea ce corespunde unei creșteri a valorii lui R p și unei scăderi a lui R y), în timp ce capacitatea C este practic independentă de frecvență. La frecvențe foarte înalte, este posibilă o creștere vizibilă a capacității efective (măsurate cu instrumente) a condensatoarelor datorită influenței inductanței plăcilor și a firelor de plumb.

Parametrii condensatorului (C, R n, R y, δ) depind de condițiile externe ale funcționării acestuia - temperatură, umiditate, presiune atmosferică, precum și de tensiunea aplicată acestuia. Prin urmare, în cazurile critice, testarea condensatoarelor se efectuează nu numai la frecvențele lor de funcționare, ci și în condiții apropiate de cele operaționale.

Cele mai simple verificări ale condensatoarelor pot fi efectuate fără special instrumente de măsurare. Folosind un ohmmetru sau o sondă, este ușor să detectați un scurtcircuit sau o defecțiune între plăcile condensatorului (trebuie să țineți cont doar de faptul că defecțiunea apare uneori numai atunci când există o tensiune semnificativă pe condensator, aproape de tensiunea de funcționare a acestuia) . Verificarea circuitelor deschise ale condensatoarelor neelectrolitice cu o capacitate de 0,01 µF și mai mult se face cel mai ușor prin conectarea condensatorului la un circuit de curent alternativ, de exemplu un circuit de iluminat sau de difuzare, în serie cu orice sarcină - o lampă cu incandescență, o difuzor, etc. Lumina normală sau ușor slăbită a lămpii sau sunetul unei emisiuni radio va indica că nu există nicio întrerupere.

Un condensator cu o rezistență mare la scurgere este capabil să rețină perioadă lungă de timp fără nicio scădere vizibilă a taxei primite; aceasta permite mijloace simple de a evalua calitatea condensatoarelor cu o capacitate mai mare de 0,01 μF. Când un ohmmetru este conectat la un astfel de condensator, acul contorului se va abate ușor din cauza curentului de încărcare și apoi (cu o rezistență mare la scurgere) se va întoarce la poziția inițială sau aproape de ea. Conexiunile ulterioare pe termen scurt la condensatorul ohmmetrului, repetate la intervale de câteva secunde, nu ar trebui să provoace deviația acul contorului. Dacă rezistența la scurgere este scăzută, se va observa o abatere vizibilă a acului de fiecare dată când ohmmetrul este conectat. Pentru a verifica scurgerile condensatoarelor cu o capacitate mai mare de 100 pF, puteți utiliza căști conectate în serie cu o baterie de joasă tensiune. Cu rezistență scăzută la scurgere, fiecare conexiune a indicatorului la condensator provoacă un clic în telefoane, în timp ce cu un condensator bun, un clic se aude doar la prima conectare. Măsurarea valorii rezistenței de scurgere (la curent continuu) se poate face cu inductor sau meggere electronice.

Condensatoarele electrolitice trebuie conectate la dispozitivul de testare ținând cont de polaritatea sursei de alimentare. La măsurarea rezistenței de scurgere a unor astfel de condensatoare, se recomandă ca citirea să se facă la 10 minute după ce aceștia sunt porniți sub tensiune, când procesul de încărcare poate fi considerat finalizat.

Pentru a măsura parametrii condensatorilor, se folosesc metodele voltmetru - ampermetru, măsurare directă cu microfaradmetre, comparație (substituție), punte și rezonant.

Tensiunea aplicată condensatorului în timpul oricărei încercări nu trebuie să depășească tensiunea de funcționare admisă. Dacă în timpul testului condensatorul este încărcat la o tensiune semnificativă, este necesar să îl descărcați la sfârșitul testului (de exemplu, folosind un buton conectat în paralel cu condensatorul).

Măsurarea capacităților folosind metoda voltmetru-ampermetru

Orez. 2. Scheme de măsurare a capacităților folosind metoda voltmetru-ampermetru

Schema de măsurare este prezentată în două versiuni în Fig. 2. Condensatorul Cx testat este conectat la un circuit de curent alternativ de frecvență cunoscută F și se folosește un reostat (sau potențiometru) R pentru a seta valoarea curentului I sau a tensiunii U cerute de condițiile de testare sau convenabil pentru citire citirile dispozitivelor de curent alternativ V și mA puteți calcula impedanța condensatorului

Z = (R2 +X2) 0,5 =U/I, (1)

unde R și X = 1/(2*π*F*C x) sunt componentele sale active și respectiv reactive.

Dacă pierderile sunt mici, adică R<< X, то измеряемая ёмкость определяется формулой

C x = I/(2*π*F*U). (2)

Schema din fig. 2, a, oferă rezultate destul de precise la măsurarea capacităților mari, a căror rezistență X este semnificativ mai mică decât rezistența de intrare a voltmetrului V. Circuitul din Fig. 2, b, este folosit pentru a măsura capacități mai mici, a căror rezistență este de zeci sau mai multe ori mai mare decât rezistența unui miliampermetru mA. Să presupunem că doriți să măsurați capacități în intervalul 0,1-1 μF la o frecvență de 50 Hz cu un miliampermetru de 3 mA AC. Deoarece rezistența acestor condensatoare X = 3200...32000 Ohm este de multe ori mai mare decât orice rezistență posibilă a unui miliampermetru, măsurarea trebuie efectuată conform diagramei din Fig. 2, b, cu tensiunea de alimentare U ≥ I*X = 0,003*3200 ≈ 10 V.

Schema din fig. 2 și poate fi folosit și pentru măsurarea capacităților condensatoarelor electrolitice. Dacă tensiunea de alimentare nu depășește 1-2 V, atunci măsurarea poate fi efectuată la instalarea comutatorului ÎN la poziţia 1. La tensiuni alternative mari, pot apărea deteriorarea condensatoarelor din cauza descompunerii electrolitului. Acest pericol este eliminat dacă comutatorul B este setat în poziția 2. În acest caz, o sursă de curent continuu este pornită în serie cu sursa de curent alternativ de frecvență F, tensiunea la bornele căreia U 0 trebuie să depășească amplitudinea tensiune alternativă. Apoi, în circuit va funcționa o tensiune pulsatorie, care este sigură pentru condensator, cu condiția ca polaritatea includerii sale în circuit să fie corectă. O tensiune pulsatorie se poate obține și prin conectarea unei diode în serie la circuitul de măsurare. În toate cazurile, voltmetru V și miliampermetru mA ar trebui să măsoare numai componentele alternative ale tensiunii și curentului, pentru care sunt efectuate cu un circuit de intrare închis.

Microfaradmetre cu circuite de măsurare seriale și paralele

Dispozitivele în care capacitățile măsurate sunt evaluate direct pe scara cadranului se numesc microfaradmetre. Funcționarea acestor dispozitive se poate baza pe dependența curentului sau tensiunii dintr-un circuit alimentat de o sursă de curent alternativ de valoarea capacității măsurate a condensatorului inclus în acesta. Circuitele unor astfel de dispozitive sunt în multe privințe similare cu cele ale ohmmetrelor și megaohmetrelor.

Microfaradmetrele pot avea un circuit de măsurare în serie sau paralel. Circuitul secvenţial (Fig. 3) este utilizat pentru a măsura capacităţi de valori medii (de la aproximativ 100 pF la 10 μF). Tensiunea U cu frecvența F este furnizată de la sursă la un circuit în care sunt conectate în serie un condensator de referință C o, un condensator de test C x și un micro- (sau mili) ampermetru de curent alternativ. mA. Înainte de începerea măsurătorilor, cu un scurtcircuit al bornelor de intrare (care este echivalent cu C x = ∞), în circuitul microampermetrului este instalat un reostat R. mA curent de abatere totală I p; acest lucru este asigurat la alegerea capacității condensatorului de referință

C 0 ≥ I p (2*π*F*U). (3)

Când este conectat un condensator Cx, curentul prin microampermetru va scădea la o anumită valoare Ix, cu cât este mai mică, cu atât capacitatea Cx este mai mică, ceea ce permite contorului să fie echipat cu o scară cu semne ale valorilor capacităților măsurate. Caracteristica de calibrare a dispozitivului nu depinde de frecvența și forma curbei tensiunii de alimentare și este determinată aproximativ de formula

I x /I p ≈ С x /(С о + С x), (4)

identică cu formula care determină caracteristica de calibrare a circuitelor ohmmetre paralele. Eroarea de măsurare se modifică în mod similar: este cea mai mică la mijlocul scalei, crește spre marginile sale. Mijlocul scalei corespunde capacității C x ≈ C o, iar domeniul de măsurare este limitat la valorile 0,1 C o și 10 C o. Tensiunea de alimentare necesară este determinată din condiție

U ≥ I p /(2*π*F*C o).

De exemplu, cu I p = 1 mA, F = 50 Hz și C o = 20000 pF, sursa de alimentare trebuie să furnizeze o tensiune U ≥ 160 V, dar dacă frecvența de oscilație a sursei este F = 1000 Hz, atunci tensiunea de alimentare necesară se reduce la 8-10 V.

Pentru a măsura capacități pe o gamă largă, contorul de microfarad trebuie să aibă mai multe limite de măsurare, care este recomandabil să fie stabilite prin valorile medii ale scalei C o cu un coeficient de tranziție N divizibil cu 10.

Orez. 3. Circuit în serie al unui microfaradmetru cu un contor de curent

Cea mai convenabilă sursă de alimentare pentru un microfaradmetru este o rețea de curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz, care vă permite să obțineți orice tensiune necesară folosind un transformator de dimensiuni mici. O valoare mare a acestuia din urmă este necesară numai la limitele cu cele mai mici capacităţi de C o. Dacă limitați tensiunea maximă de alimentare la 200 V, atunci dacă aveți un microampermetru redresor mA la 100 μA se poate obține, conform (3), o capacitate de 1600 pF. Alimentarea de înaltă tensiune poate fi pornită numai după ce condensatorul C o a fost descărcat și condensatorul testat a fost conectat la circuit. Este recomandabil să folosiți un buton pentru a închide bornele de intrare pentru a seta acul contorului la marcajul „∞”. Condensatoarele C o și C x trebuie să fie proiectate pentru o tensiune de funcționare nu mai mică decât tensiunea de încercare. Pentru a preveni deteriorarea contorului în cazul unei defecțiuni a condensatorului C o, este recomandabil să îl faceți din două condensatoare conectate în serie, fiecare cu o capacitate de 2 C o. De asemenea, este posibil să se includă în circuitul de putere un rezistor limitator cu o rezistență care este de 5-10 ori mai mică decât capacitatea condensatorului C o.

Pentru extinderea domeniului de măsurare către valori mai mari ale CO, tensiunea de alimentare este de obicei redusă de N ori la început (până când ajunge la câțiva volți), folosind prize de la înfășurările unui transformator de putere sau folosind un divizor de tensiune rezistiv. Trecerea la limite cu o valoare și mai mare a C o poate fi însoțită de o scădere a sensibilității indicatorului prin manevrarea acestuia, similar cu ceea ce se face la ohmmetrele multilimită. Limita superioară a capacităților măsurate nu depășește de obicei 1-10 μF, deoarece atunci când rezistența condensatorului C o este comparabilă cu rezistența internă a indicatorului și a circuitului de putere, eroarea de măsurare crește foarte mult.

La extinderea domeniului de măsurare către valori mici de C o, pentru a obține valori acceptabile ale tensiunii de alimentare U, circuitul trebuie alimentat de la un generator intern sau extern - o sursă de tensiune de înaltă frecvență F de mii de hertz. În acest caz, este necesar să se ia măsuri pentru a elimina influența capacităților proprii ale circuitului și instalației.

Diagrama microfaradmetrului conform Fig. 3 se va aplica și la înlocuirea condensatorului de referință C o cu rezistența de referință R o. În acest caz, valoarea medie selectată C o a scalei de măsurare a capacității va fi atinsă la rezistență

R o ≈ (4*U 2 / I 2 p - 1/(2*π*F*C o) 2) 0,5

Un astfel de dispozitiv poate fi folosit simultan ca ohmmetru cu un circuit secvenţial pentru măsurarea aproximativă (la frecvenţa F) a rezistenţelor active, cu condiţia ca citirea să fie efectuată pe o scară specială, similară cu scara capacităţii, dar în sens opus.

Orez. 4. Circuit secvenţial al unui microfaradmetru cu limite multiple cu un tensiometru

Dacă aveți un voltmetru electronic de curent alternativ cu o rezistență mare de intrare Rv, circuitul prezentat în fig. poate fi luat ca bază pentru un microfaradmetru. 4. Tensiunea alternativă U, stabilizată de lanțul R1, D1, D2 și aproximativ egală cu limita de măsurare U p a voltmetrului V, acționează asupra voltmetrului când bornele de intrare sunt închise. Prin reglarea sensibilității acestuia din urmă, acul contorului său este deviat până la capătul scalei. Când condensatorul testat C x este inclus în circuit, se formează un divizor de tensiune R o, C x, din care tensiunea U x este furnizată voltmetrului, cu atât mai mică, cu atât capacitatea C x este mai mică. Valoarea medie selectată C o a scalei capacităţii va fi atinsă cu o rezistenţă R o ≈ 1/(11*F*C o). Prin comutarea rezistențelor R o de diferite valori se modifică limitele de măsurare a capacităților. Valoarea minimă posibilă a capacității C o este limitată de valoarea maximă admisă a rezistenței R o ≈ 0,1 R o. De exemplu, cu R o = 1 MOhm și frecvența F = 50 Hz, obținem capacitatea C o ≈ 1/(11*F*R o) = 1820 pF.

Microfaradmetrul în modul de funcționare considerat are marcajele extreme ale scării de capacitate „0” și „∞”. Cu toate acestea, dacă utilizați un milivoltmetru sensibil în dispozitiv cu o limită de măsurare de U p<< U, допускающий кратковременную случайную перегрузку до напряжения, равного U, то верхние пределы измерения прибора могут быть ограничены выбранными значениями ёмкостей С п, которым должны соответствовать сопротивления

R o ≈ U p /(U*2*π*F*C p) ;

în același timp, aria de lucru a scalei se extinde semnificativ. În acest caz, cu o rezistență admisă R o = 1 MOhm, frecvența F = 50 Hz și raportul de tensiune U p / U = 1/30, obținem C p ≈ 100 pF, ceea ce face posibilă măsurarea capacităților de la 10 pF sau Mai mult. Dacă ordinea capacității măsurate C x este necunoscută, atunci comutatorul ÎN Ar trebui să setați inițial limita pentru măsurarea celor mai mari capacități, la care posibila suprasarcină a voltmetrului este limitată din cauza creșterii căderii de tensiune pe rezistorul R1.

Într-un microfaradmetru cu limite limitate de măsurare, este necesar să se calibreze dispozitivul înainte de a începe măsurătorile. În diagrama din fig. 4, lanțul R2, C1 servește acestui scop. Când apăsați butonul Kn de la condensatorul C1, la intrarea voltmetrului se aplică o tensiune, la care acul contorului său ar trebui să devieze până la sfârșitul scalei (sau la un anumit semn de pe scară), ceea ce este atins. cu un regulator de sensibilitate. De obicei, ele iau R2 egal cu rezistența Ro a uneia dintre limitele de măsurare și C 1 egal cu capacitatea C n a aceleiași limite.

În fig. 5 și este prezentată una dintre opțiunile pentru un circuit paralel al unui microfaradmetru. Cu bornele de intrare libere (care este echivalentă cu capacitatea C x = 0), prin reglarea sensibilității voltmetrului V, acul contorului său este deviat până la capătul scalei. Includerea unui condensator C x în circuit duce la faptul că tensiunea de pe voltmetru, inițial egală cu U p, scade la o valoare U x, cu cât este mai mică cu atât capacitatea C x este mai mare. Caracteristica de calibrare a unui microfaradmetru este determinată de formulă

U x /U p ≈ C o /(C o + C x), (5)

similar cu formula care determină caracteristica de calibrare a circuitelor ohmmetre în serie.

Rezistența de intrare a voltmetrului R in și frecvența curentului de alimentare F limitează alegerea capacității de referință a condensatorului C o, care determină valoarea medie a scalei, după condiția

CO ≥ 1,5/(F*R in).

De exemplu, cu R = 1 MΩ și F = 50 Hz, obținem C o ≥ 30.000 pF, adică dispozitivul se dovedește a fi potrivit pentru măsurarea capacităților relativ mari (nu electrolitice!) Cu o sursă de energie de înaltă frecvență, este posibil să se reducă valorile permise ale C o la sute de picofarads, cu toate acestea, eroarea de măsurare poate fi mare dacă nu țineți cont de capacitatea de intrare a voltmetrului.

Orez. 5. Circuite paralele ale microfaradmetrelor

Pentru măsurarea capacităților condensatoarelor electrolitice, diagrama din Fig. 5, b. Datorită includerii diodei D, pe divizorul de tensiune R1, R2 operează o tensiune pulsatorie U o. La C x = 0, tensiunea de abatere completă U p este aplicată de la rezistorul R2 la voltmetrul V (poate fi relativ scăzută, de exemplu, redresorul Pornirea condensatorului C x duce la o scădere a tensiunii). voltmetrul conform formulei (5). Cu valoarea medie selectată a scalei de capacitate C o și frecvența F = 50 Hz, valorile necesare ale rezistenței divizorului de tensiune sunt determinate de formulele:

R1 = U o / (U p * 180*C o); R2 = R1*U p (U o -U p).

Modificarea limitelor de măsurare se realizează prin utilizarea mai multor divizoare de tensiune cu același coeficient de divizare U o /U a, dar cu valori diferite de rezistență R1 și R2. Voltmetrul AC V trebuie să aibă un circuit de intrare închis, în caz contrar, tensiunea trebuie să fie furnizată printr-un condensator electrolitic de mare capacitate.

Toate circuitele considerate microfaradmetre permit măsurarea capacităților condensatoarelor cu o eroare de 5-10% și, uneori, mai mult. Nu este întotdeauna posibilă scalarea acestora pe baza calculului caracteristicii de calibrare din cauza influenței diverșilor factori care sunt greu de luat în considerare, de exemplu, rezistențele interne ale sursei de alimentare și instrumentele de măsurare, neliniaritatea scalei de tensiune a voltmetrul etc. Prin urmare, la reglarea și calibrarea microfaradmetrelor, este necesar să se utilizeze depozite de containere sau seturi de condensatoare cu toleranțe la capacitate nu mai mare de 5%.

Exemplul 1. Calculați circuitul secvenţial al unui microfaradmetru conform Fig. 3 pentru limita de măsurare de la C n = 200 pF la C m = 20000 pF, cu condiția ca tensiunea de alimentare să nu depășească 10 V. Utilizați un miliametru de 1 mA ca contor în dispozitiv.

Nota. Mijlocul scalei corespunde capacității C o ≈ (C n C m) 0,5.

Răspuns: C o = 2000 pF, F ≥ 8 kHz. Când alegeți F = 10 kHz U ≥ 8V, R = 3...5 kOhm

Răspuns: C o = 3 μF, R1 = 37 kOhm, R2 = 2 kOhm; C" o = 30 μF, R"1 = 3,7 kOhm, R"2 ≈ 200 Ohm.

Microfaradmetre cu scară uniformă

Un microfaradmetru cu o scară uniformă poate fi realizat după un circuit asemănător celui al contoarelor de frecvență capacitive, deosebindu-se în principiu de acesta din urmă doar prin faptul că obiectul măsurării nu este frecvența, ci capacitatea. Funcționarea unor astfel de dispozitive se bazează pe măsurarea valorii medii a curentului de încărcare sau de descărcare a condensatorului testat, reîncărcat cu o tensiune de o frecvență cunoscută.

În fig. 6, a, prezintă o diagramă a unității de măsură a unui microfaradmetru, alimentat de o tensiune de impuls dreptunghiulară u. În timpul acțiunii impulsului, condensatorul C x este încărcat prin dioda D la tensiunea maximă U m În intervalul dintre impulsuri, condensatorul este descărcat printr-un contor (microampermetru magnetoelectric) Și la tensiunea inițială U n. În regim staționar, la o frecvență de repetare a impulsurilor de intrare f și amplitudinea acestora U p = U m - U n valoarea medie a curentului care curge prin contor I x = C x U p f. Cu valori fixe de U p și f, contorul poate fi echipat cu o scară uniformă cu o citire în valori C x în conformitate cu formula

C x = I x /(U p f).

Valoarea limită a capacităților măsurate

C p = I și /(U p f),

unde I și este curentul total de deviere al contorului. Pentru a netezi ondulațiile și a elimina oscilațiile acului contorului, se folosește un condensator C, a cărui rezistență la frecvența f ar trebui să fie semnificativ mai mică decât rezistența R și contorul.

Rezultatele nu se vor schimba dacă contorul este conectat la circuitul de curent de încărcare în serie cu dioda D2 (Fig. 6, b); atunci curentul de descărcare al condensatorului C x va fi închis prin dioda D1. Când se măsoară capacități mici, uneori se folosește un circuit cu undă completă pentru pornirea contorului (Fig. 6, c). În acest caz, prin contor curg atât curenții de încărcare, cât și cei de descărcare, ceea ce face posibilă obținerea limitei de măsurare necesare la o tensiune U p sau o frecvență f care este jumătate față de cea din circuitele cu o conexiune cu jumătate de undă a contorului.

Orez. 6. Scheme de măsurare a blocurilor de microfaradmetre cu scară uniformă

Limitele de măsurare ale dispozitivului sunt stabilite de valorile lui C p și pentru a le asigura, la comutarea limitelor, se modifică rata de repetare a pulsului sursei de alimentare, determinată de formula

f = I și (U p C p) . (6)

Înainte de a începe măsurătorile la fiecare limită, trebuie calibrat microfaradmetrul, pentru care se conectează la acesta un condensator cu capacitate C o = C p prin apăsarea butonului Kn (Fig. 6, a); în acest caz, acul contorului este deviat până la capătul scalei prin ajustarea lină a frecvenței f, a amplitudinii pulsului U p sau a sensibilității contorului (de exemplu, folosind un reostat shunt R w). Deoarece scara dispozitivului este uniformă, eroarea în măsurarea capacităților este determinată în principal de eroarea de selectare a capacității de referință C o, a cărei abatere de la valoarea nominală necesară (C p) nu trebuie să depășească 1...5% .

Pentru a obține rezultate corecte ale măsurătorilor, este necesar ca în timpul unei perioade a tensiunii de intrare condensatorul C x să aibă timp să se încarce și să se descarce complet (în limitele de tensiune U m - U n). Acest lucru se realizează cel mai ușor cu o formă dreptunghiulară a impulsurilor de intrare și o alegere adecvată a frecvenței de repetare f.

După cum se știe, într-un circuit format din elementele R și C, durata de încărcare (descărcare) a condensatorului C la valoarea tensiunii continue aplicate acestui circuit este determinată de constanta de timp τ = RC și practic nu depășește 5τ . Pentru ca încărcarea (descărcarea) să se termine în timpul semiciclului T/2 al frecvenței tensiunii f, trebuie îndeplinită următoarea condiție:

5RC = 5 τ<= T/2 = 1/(2*f),

care este satisfăcut la frecvenţă

f<= 1/(10*RС). (7)

Luând rezistența maximă posibilă a circuitelor de încărcare și descărcare R = 10 kOhm (ținând cont de rezistența de ieșire Rut a generatorului de impulsuri), obținem o formulă practică de alegere a frecvenței de repetare a impulsurilor (în kiloherți):

f ≤ 10 4 / C p (8)

(unde C p este în picofarads). În ultima condiție, semnul egal este adesea luat. Atunci limitele superioare de măsurare C p - 100, 1000, 10.000 pF și 0,1 μF vor corespunde în mod corespunzător la frecvențele f = 100, 10, 1 și 0,1 kHz.

Condiția (8) și formula (6) determină amplitudinea impulsului necesară (în volți):

U p ≥ 0,1*I și

(unde eu și sunt în microamperi). De exemplu, atunci când se lucrează cu un contor cu un curent de abatere total I u = 100 μA, este necesară o amplitudine U p ≥ 10 V.

Rezistența rezistorului R d (Fig. 6, a) este luată astfel încât rezistența circuitului contorului R d + R și depășește semnificativ (de cel puțin zeci de ori) rezistența directă a diodei D; în același timp, nu ar trebui să crească rezistența totală a circuitului de descărcare peste valoarea admisă (10 kOhm). Dacă ambele condiții nu pot fi îndeplinite simultan, atunci rezistorul Rd este înlocuit cu o diodă care trece curentul de descărcare; în acest caz, contorul pornește conform diagramei din Fig. 6, b. La calcularea dispozitivului, se ia în considerare și natura rezistenței de ieșire R din generatorul de impulsuri, care, în funcție de circuitul generatorului, poate fi constantă, reglabilă sau chiar neliniară (mare în timpul pulsului și mică în interval). între impulsuri).

În plus față de o scară uniformă a capacității, microfaradmetrele pot avea o scară neuniformă cu un interval de citire de la 0 la ∞, similar cu scara circuitelor ohmmetre paralele. Natura scării (uniformă - P, neuniformă - H) în diagrama din Fig. 6, a, determinată de setarea comutatorului B1. În poziția ultimului „H”, condensatorul testat C x este conectat în serie cu condensatorul de referință C o, a cărui capacitate stabilește limita de măsurare a dispozitivului și corespunde aproximativ la mijlocul scalei sale neliniare.

O scară uniformă pentru măsurarea capacităților poate fi obținută prin alte metode. Deci, dacă un circuit de diferențiere R, C x este conectat la ieșirea multivibratorului, atunci tensiunea medie a impulsurilor de aceeași polaritate luată de la rezistorul R se dovedește a fi proporțională cu capacitatea C x. Pentru a opera un astfel de dispozitiv, este necesar un milivoltmetru DC sensibil. Limitele de măsurare pot fi stabilite de rezistența rezistorului R. La o frecvență de repetare a impulsului de f = 100 kHz s-au obținut limitele superioare pentru măsurarea capacităților C p = 10 și 100 pF.

Exemplul 3. Efectuați un calcul aproximativ al unității de măsură a unui contor de microfarad cu o scară uniformă (Fig. 6, a) pentru măsurarea capacităților cu limite superioare de 300 și 3000 pF, 0,03 și 0,3 μF, dacă contorul dispozitivului are datele : I și = 50 μA , R și = 2600 Ohm.

Răspuns: C o = 300 și 3000 pF, 0,03 și 0,3 μF; f = 30 și 3 kHz, 300 și 30 Hz; Rd = 1,5 kOhm; Rw = 10 kOhm; C = 5..10 uF; U p = 5 V; Rut ≤ 6 kOhm.

Măsurarea capacităților folosind metoda comparației (substituției).

Această metodă se bazează pe compararea efectului capacității măsurate C x și al capacității cunoscute C o asupra modului circuitului de măsurare.

Cea mai simplă schemă de măsurare, în care capacitățile C x și C o sunt comparate în funcție de valoarea rezistenței lor la curent alternativ, este prezentată în Fig. 7. Când porniți condensatorul C x potențiometrul R, setați un curent în circuit care este convenabil pentru citire sau monitorizare folosind un miliampermetru AC mA sau alt indicator de impedanță scăzută. Apoi, în locul unui condensator C x, la circuit este conectat un depozit de condensatori sau un condensator model (de referință) de capacitate variabilă și prin schimbarea capacității sale C o se realizează citirea indicatorului anterior. Aceasta va avea loc când C o = C x. Eroarea de măsurare depinde de sensibilitatea indicatorului și de eroarea de citire a capacității C o; se poate obţine egal cu aproximativ 1% sau mai puţin.

Orez. 7. Schema de masurare a capacitatilor

Când se măsoară capacități de peste 5000 pF folosind metoda de comparație, circuitul de măsurare poate fi alimentat de la o rețea de curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz. Pentru a măsura capacități mai mici, este necesar un generator care funcționează la frecvențe mai mari. În toate cazurile, pentru a asigura siguranța indicatorului, în circuit ar trebui să fie inclus un condensator limitator (C1) sau un rezistor.

Metoda de comparație în diferite versiuni este utilizată pe scară largă în punte și contoare de capacitate rezonantă. Poate fi implementat și în microfaradmetre discutate în paragrafele precedente, cu o reducere semnificativă a erorii de măsurare.

Punți de măsurare AC

Punțile AC echilibrate sunt utilizate pe scară largă pentru măsurarea condensatoarelor și inductorilor.

În cazul general, brațele punții de măsurare AC (Fig. 8) au rezistențe complexe Z1, Z2, Z3 și Z4, dintre care una, de exemplu Z4, face obiectul măsurării. Podul este alimentat de la o sursă de curent alternativ cu frecvența F, a cărei tensiune este alimentată direct sau printr-un transformator Tr la una din diagonalele punții. Indicatorul AC zero este inclus în cealaltă diagonală ÎN.

Orez. 8. Circuit Bridge AC

Ca și în punțile DC, procesul de măsurare se reduce la echilibrarea punții AC, care se caracterizează prin absența unei diferențe de potențial între vârfuri. OŞi b; pentru aceasta este necesar ca caderile de tensiune la bratele Z1 si Z4 (precum si la bratele Z2 si Z3) sa fie egale ca amplitudine si faza. Echilibrul este atins atunci când sunt îndeplinite două condiții:
1) egalitatea produselor rezistențelor absolute ale brațelor opuse, i.e.

Z4Z2 = Z1Z3; (9)

2) egalitatea sumelor unghiurilor de fază ale acelorași brațe, i.e.

φ4 + φ2 = φ1 + φ3. (10)

Dacă brațul puntea are rezistențe active R și reactive (capacitive sau inductive) X care acționează în serie, atunci modulul de impedanță al brațului

Z = (R2-X2) 0,5, (11)

iar unghiul său de fază φ este determinat din formulă

tan φ = X/R. (12)

Pentru brațele pur active (X = 0), unghiul de fază este φ = 0; pentru brațele pur capacitive și inductive (R = 0) φ = -90° și, respectiv, φ = +90°. Dacă rezistența brațului este de natură mixtă (complexă), atunci unghiul de fază |φ|< 90°.

Dacă rezistențele R și X sunt prezentate în paralel, atunci modulul impedanței brațului

Z = 1/(1/R2 +1/X2) 0,5, (13)

iar unghiul de fază φ se găsește din formulă

tan φ = R/X . (14)

În acest caz, unghiul φ = 0 în absența reactanței (X = ∞) și φ = +-90° în absența rezistenței active (R = ∞).

Pentru a satisface simultan ambele condiții de echilibru, este necesar să se ajusteze doi parametri ai brațelor de punte cunoscute; în acest caz, se dovedește a fi posibil să se determine doi parametri ai brațului studiat, de exemplu, componentele active și reactive ale rezistenței sale totale.

Condiția (9) poate fi întotdeauna îndeplinită prin reglarea elementelor brațelor podului. A doua condiție (10) este îndeplinită numai cu un anumit aspect al circuitului de punte, de exemplu, dacă toate cele patru brațe constau din elemente identice - rezistențe, condensatoare sau inductori. De obicei, pentru a simplifica circuitul, cele două brațe ale punții AC sunt formate din elemente de rezistență active - rezistențe. Dacă aceste brațe sunt adiacente (Fig. 9), atunci celelalte două brațe trebuie să aibă reactanțe de aceeași natură, adică ambele trebuie să conțină fie condensatori, fie inductori. Dacă brațele de rezistență active sunt opuse, atunci celelalte două brațe trebuie să aibă reactanțe de altă natură: unul este capacitiv, iar celălalt este inductiv, având unghiuri de fază de semne diferite, a căror sumă poate fi egală cu zero.

În punțile de măsurare AC se evită utilizarea inductoarelor (cu excepția cazului în care, desigur, acestea din urmă sunt obiectele de măsurare), deoarece au o rezistență activă notabilă și sunt susceptibile la câmpuri magnetice; În plus, cu un miez de oțel, inductanța bobinei nu este stabilă. Rezistorii și condensatorii variabili, precum și depozitele de rezistență și capacități, sunt utilizate ca elemente reglabile în poduri.

În cele mai simple poduri alimentate de surse de frecvență audio, căștile servesc adesea ca indicatori zero. Puntea este echilibrată pe baza audibilității minime a tonului de frecvență fundamentală, ceea ce reduce eroarea de măsurare datorată armonicilor și reduce cerințele pentru generatorul de energie.

În punțile de măsurare industriale, redresoarele sau milivoltmetrele electronice, precum și indicatoarele oscilografice pe tuburi mici cu raze catodice, sunt folosite ca indicatori de zero; acestea din urmă, spre deosebire de alți indicatori, au sensibilitate la fază, ceea ce face posibilă determinarea direcției în care ar trebui să fie echilibrată puntea.

Avantajele punților de curent alternativ echilibrate sunt o mică eroare de măsurare, care nu depășește 1% în cele mai bune probe, limite largi de măsurare și posibilitatea de utilizare universală pentru măsurarea diferitelor mărimi electrice. Principalul lor dezavantaj este complexitatea și durata procesului de echilibrare. În acest din urmă aspect, punțile de curent alternativ dezechilibrate și automate au anumite avantaje.

În punțile AC dezechilibrate, amplitudinea și faza tensiunii de ieșire la bornele diagonalei indicatorului depind atât de modul, cât și de compoziția obiectului de măsurare Zx. Cu o abatere relativ mică de la starea de echilibru, componentele active și reactive ale tensiunii de ieșire se dovedesc a fi aproximativ proporționale cu creșterile componentelor similare ale rezistenței complexe Zx în raport cu acele valori la care puntea este echilibrată prin intermediul a două sisteme sensibile la fază, este posibilă separarea componentelor tensiunii de ieșire, decalate în fază cu 90°, care sunt apoi separate măsurate prin doi indicatori; raportul asupra scalelor acestuia din urmă este realizat în mod corespunzător în valorile componentelor active și reactive ale rezistenței Zx.

În punțile automate de curent alternativ, componentele tensiunii de ieșire izolate prin sisteme sensibile la fază antrenează două motoare electrice, care, prin acționări, acționează asupra elementelor de reglare ale circuitului punții până la atingerea unei stări de echilibru.

Metoda punte pentru măsurarea parametrilor condensatorului

Podurile utilizate pentru măsurarea parametrilor condensatorilor sunt împărțite în magazin și reocord (liniar). Cea mai simplă punte de magazie (cu o singură limită), potrivită pentru măsurarea capacităților de zeci și sute de picofaradi, poate fi compusă din patru condensatoare: un condensator măsurat, unul variabil cu o scară de capacitate (în brațul adiacent) și doi constante cu aceeași capacitate (sute de picofarads). Când este folosit ca indicator pentru căști, sursa de alimentare a podului poate fi o rețea de transmisie radio. Podurile de magazie cu gamă largă sunt mai complexe decât punțile de flux, dar oferă mai puține erori de măsurare și pot avea scale de citire uniforme. Gama de capacități măsurate prin metoda punții este de aproximativ 10 pF la 10...30 μF.

În fig. 9, este prezentată o diagramă a unui pod de depozitare cu limite multiple. Este echilibrat folosind un condensator variabil C1 și un rezistor variabil R1. Aplicând condiția de echilibru (9) acestei scheme, obținem

R2*(R x 2 + 1/(2*π*F*C x) 2) 0,5 = R3*(R1 2 +1/(2*π*F*C 1) 2) 0,5

Având în vedere că φ 2 = φ 3 = 0, a doua condiție de echilibru (10) poate fi scrisă ca egalitatea φ x = φ 1 sau tan φ x = tan φ 1 sau, conform formulei (12),

1/(2*π*F*C x *R x) = 1/(2*π*F*C 1 *R 1).

Rezolvând împreună ecuațiile de mai sus, găsim:

Cx = C1(R2/R3); (15)

Rx = R1(R3/R2). (16)

Cu un raport fix al rezistențelor brațului R2/R3, condensatorul C1 și rezistența R1 pot fi echipate cu scale care indică, respectiv, valorile capacității C x și rezistența de pierdere R x. Extinderea domeniului de măsurare se realizează prin utilizarea unui grup de rezistențe comutabile R3 (sau R2) de valori diferite, de obicei diferite cu un factor de 10. Puntea se echilibrează rapid, deoarece ajustările făcute de condensatorul C1 și rezistența R1 sunt reciproc independente. Dacă puntea este destinată măsurării capacităților mai mici de 0,01 μF, pentru care pierderile la frecvențe joase sunt foarte mici, atunci rezistorul R1 poate fi absent.

Orez. 9 Depozitați circuitele de punte pentru măsurarea parametrilor condensatorului

Pentru a simplifica proiectarea, în unele punți de măsurare se ia condensatorul C1 cu o capacitate constantă, iar două rezistențe variabile, de exemplu R1 și R2, sunt folosite ca elemente reglabile (Fig. 9, b). Din formulele (15) și (16) rezultă că ambele ajustări ale unei astfel de punți sunt interconectate, de aceea echilibrarea acesteia, controlată de citirile indicatorului redresor, ar trebui efectuată prin apropierea succesivă a minimului prin schimbarea alternativă a rezistențelor R1 și R2. Valorile capacităților C x se găsesc pe scara rezistenței R2, ținând cont de multiplicatorul determinat de setarea comutatorului ÎN. Deoarece evaluarea directă a rezistenței la pierderi R x se dovedește a fi imposibilă, citirea pe scara rezistorului R1 este de obicei efectuată în valorile tangentei de pierdere:

tg δ = 2*πF*C x *R x = 2*π*F*C 1 *R 1 ,

care, la o frecvență fixă ​​F, este determinată în mod unic de valoarea rezistenței R1. Este ușor să verificați validitatea ultimei formule dacă înmulțiți părțile din stânga și din dreapta egalităților (15) și respectiv (16).

Contoarele de capacitate simple sunt realizate folosind un circuit cu punte de flux, care oferă de obicei capacitatea de a măsura rezistențe și uneori inductanțe. Diagrama unei punți universale de reocord este prezentată în articolul Măsurarea parametrilor inductorilor din Fig. 5.

Exemplul 4. Efectuați un calcul de verificare a diagramei podului magaziei conform Fig. 9, b, pentru măsurarea capacităților la trei limite cu valori superioare de 10000 pF, 0,1 și 1 µF, precum și tangenta de pierdere de la 0 la 0,01, dacă capacitatea C1 = 0,01 µF și rezistența totală R2 - 10 kOhm Tensiune de alimentare 10 V, frecventa 50 Hz. Metru ŞI are parametri: I și = 100 μA, R și = 900 Ohm.

Rezultatele calculului sunt prezentate în diagramă.

Contoare de capacitate de rezonanță

Pe lângă măsurarea frecvenței oscilațiilor electrice, metodele rezonante sunt utilizate pe scară largă pentru a măsura capacități și inductanțe mici, factorul de calitate, frecvența de acordare naturală sau rezonantă și alți parametri ai componentelor radio și sistemelor oscilatoare.

Circuitul rezonant pentru măsurarea capacităților (Fig. 10) include de obicei un generator de înaltă frecvență, cu circuitul căruia LC este slab conectat inductiv (sau printr-o capacitate) printr-un circuit de măsurare format dintr-un inductor de referință L o și un condensator de testare. C x. Prin schimbarea capacității condensatorului C, generatorul este reglat în rezonanță cu frecvența naturală f o a circuitului de măsurare în funcție de citirile extreme ale unui indicator de rezonanță, de exemplu, un voltmetru electronic V. Cu o frecvență de reglare cunoscută a generatorului pentru capacitatea măsurată este determinată de formula

С x = 1/((2*π*f о) 2 *L о) ≈ 0,0253/(f о 2 L о) (17)

Cu o valoare fixă ​​de L o, condensatorul C poate fi echipat cu o citire a scalei în valorile capacității C x.

Limitele de măsurare a capacității sunt determinate de valoarea inductanței L o și de domeniul de frecvență al generatorului. De exemplu, cu L o = 100 μH și un interval de generator de 160-3500 kHz, dispozitivul va măsura capacități de la zeci de picofarad la sutimi de microfarad. Pentru a extinde limitele măsurătorilor capacității cu un domeniu de frecvență limitat al generatorului, se folosesc mai multe bobine L înlocuibile de inductanță diferită, iar condensatoarele testate sunt incluse și în circuitul de măsurare în serie cu condensatoare de capacitate cunoscută. Capacitatele mai mari de 0,01-0,05 μF nu sunt de obicei măsurate prin metoda rezonanței, deoarece la frecvențe joase curbele de rezonanță ale circuitelor oscilatoare devin tocite, ceea ce face dificilă detectarea rezonanței.

Dispozitivele sensibile de înaltă frecvență care răspund la curentul sau tensiunea care acționează în circuitul de măsurare sunt utilizate ca indicatori de rezonanță, de exemplu, voltmetre electronice cu cadran sau indicator de lumină electronică, osciloscoape cu fascicul de electroni, dispozitive termoelectrice etc. Indicatorul de rezonanță nu ar trebui să introduceți o atenuare vizibilă în circuitul de măsurare.

Orez. 10. Schema de masurare a capacitatilor prin metoda rezonantei

Limita superioară a capacităților măsurate prin această metodă este egală cu diferența dintre C m maxim și capacitățile C inițiale ale condensatorului C o. Condensatoarele a căror capacitate depășește valoarea C m - C n pot fi conectate la circuit în serie cu un condensator permanent de capacitate cunoscută Cx. În acest caz, ordinea măsurătorilor rămâne aceeași, dar capacitatea măsurată este calculată folosind formula

C x = C1 (C o1 - C o2)/(C 1 - C o1 + C o2).

De exemplu, cu C 1 = 600 pF, C o1 = 500 pF și C o2 = 100 pF, obținem C x = 1200 pF. Folosind mai multe condensatoare înlocuibile C1 cu valori nominale diferite, puteți obține o serie de limite de măsurare. Dacă stabilim limita superioară a capacităților măsurate C p, atunci capacitatea necesară C x este determinată de formula:

C1 = Cp (Cm-Cn)/(Cp-Cm + Cn).

De exemplu, cu C p = 2000 pF, C m = 500 pF și C CH = 20 pF, condensatorul trebuie să aibă o capacitate C1 = 630 pF.

Diverse versiuni ale metodelor rezonante sunt implementate în instrumente speciale de măsură sau prin atașamente de dimensiuni mici la echipamente radio standard cu scale de frecvență (cele din urmă includ generatoare de măsurare de înaltă frecvență, receptoare radio etc.).

Orez. 11. Schema unui contor de capacitate rezonanta folosind fenomenul de absorbtie

În fig. Figura 11 prezintă o diagramă a unui contor de capacitate rezonantă bazată pe utilizarea fenomenului de absorbție. Dispozitivul conține un generator de putere redusă conform unui circuit capacitiv în trei puncte, cu circuitul oscilator al cărui circuit de măsurare L2, C6, C7 este cuplat inductiv. Legătura dintre circuite se stabilește relativ puternică (de exemplu, prin utilizarea unui miez de ferită comun pentru bobinele L1 și L2) pentru a asigura o influență vizibilă a circuitului de măsurare asupra modului generator. Indicatorul de rezonanță este un microampermetru de curent continuu mA, inclus în circuitul de bază al tranzistorului T. Când circuitul de măsurare este reglat în rezonanță cu frecvența generatorului, energia absorbită de circuit este cea mai mare. Acest lucru determină o scădere bruscă a componentei DC a curentului de bază, măsurată cu un microampermetru mA, care asigură o fixare clară a stării de rezonanță.

Pentru a reduce eroarea în măsurarea capacităților mici, puteți include doi condensatori variabili în circuitul de măsurare (C6 și C7 în Fig. 11) cu capacități maxime, de exemplu, 500 și 50 pF. Înainte de măsurători, ambii condensatori sunt setați la capacitatea maximă și, folosind miezul de reglare al uneia dintre bobine, se realizează o reglare rezonantă a generatorului și a circuitului de măsurare. Apoi, prin conectarea condensatorului C x la circuit, în funcție de capacitatea așteptată a acestuia din urmă, unul dintre condensatorii C6 sau C7 restabilește rezonanța. Este recomandabil să efectuați citiri pe scalele condensatoarelor C6 și C7 direct în valorile capacităților C x.

Figura 12. Schema de masurare a capacitatilor prin metoda rezonantei folosind un receptor radio

Versiunea considerată a metodei rezonanței poate fi implementată folosind cel mai simplu atașament la un receptor radio care are o antenă magnetică internă. Atașamentul (Fig. 12) este un circuit de măsurare L, C o, a cărui frecvență naturală, la valoarea maximă a capacității C o, trebuie să se afle într-un subdomeniu de frecvență al receptorului. Receptorul este reglat pe frecvența uneia dintre stațiile radio de transmisie bine receptate din această subbandă, iar apoi bobina L este plasată lângă receptor, paralel cu antena sa magnetică. La cea mai mare capacitate C, miezul de acord al bobinei L este folosit pentru a regla circuitul în rezonanță cu frecvența de acord a receptorului, care este detectată prin slăbirea audibilității semnalelor sonore ale stației de radio și apoi capacitatea C. x se măsoară prin metoda substituției.

Precizia ridicată a înregistrării stării de rezonanță este obținută folosind metoda heterodină (metoda zero bătăi). Într-un contor de capacitate heterodin, există două oscilatoare locale identice de înaltă frecvență, ale căror oscilații sunt amestecate în cascada de detectoare încărcată pe telefoane. La capacitatea maximă a condensatoarelor principale de buclă de capacitate variabilă, ambele oscilatoare locale sunt reglate la aceeași frecvență, care este controlată de bătăi zero. Apoi, în paralel cu unul dintre acești condensatori, este conectat un condensator C x, a cărui capacitate este determinată prin metoda substituției.

Dacă ambele oscilatoare locale sunt realizate complet identice, atunci dispozitivul poate fi utilizat cu succes pentru a egaliza capacitățile blocurilor duble și triple de condensatoare variabile. Pentru a face acest lucru, o secțiune a blocului de condensatori testat este conectată simultan la circuitele ambelor oscilatoare locale și, cu capacitatea lor maximă introdusă, se atinge zero bătăi. Dacă ambele secțiuni sunt identice, atunci cu o scădere conjugată a capacităților lor, ar trebui menținute zero bătăi.

O relație neechivocă între capacitatea circuitului oscilator al generatorului și frecvența oscilațiilor excitate face posibilă crearea unui contor de capacitate constând dintr-un generator în circuitul căruia sunt incluse condensatorii C x și un frecvențămetru cu o scară. cu citirea directă a valorilor C x.

În toate aplicațiile metodei rezonante, reglarea preliminară a circuitului de măsurare trebuie efectuată cu conductori de comunicație conectați la acesta cu obiectul de măsurat, a căror lungime ar trebui să fie cât mai scurtă posibil.

După ce am descoperit articolul Digital Capacitance Meter pe Internet, am vrut să construiesc acest contor. Cu toate acestea, microcontrolerul AT90S2313 și indicatoarele LED cu un anod comun nu erau la îndemână. Dar existau ATMEGA16 într-un pachet DIP și un afișaj cu cristale lichide din patru cifre și șapte segmente. Pinii microcontrolerului au fost suficient pentru a-l conecta direct la LCD. Astfel, contorul a fost simplificat la un singur microcircuit (de fapt, există un al doilea - un stabilizator de tensiune), un tranzistor, o diodă, o mână de rezistență-condensatori, trei conectori și un buton compact si usor de folosit. Acum nu am întrebări despre cum se măsoară capacitatea unui condensator. Acest lucru este deosebit de important pentru condensatoarele SMD cu capacități de mai multe picofarad (și chiar fracții de picofarad), pe care le verific întotdeauna înainte de a le lipi pe orice placă. Acum există multe contoare de birou și portabile disponibile, ai căror producători susțin o limită mai mică de măsurare a capacității de 0,1 pF și o precizie suficientă pentru măsurarea capacităților atât de mici. Cu toate acestea, în multe dintre ele, măsurătorile sunt efectuate la o frecvență destul de scăzută (câțiva kiloherți). Întrebarea este, este posibil să se obțină o precizie de măsurare acceptabilă în astfel de condiții (chiar dacă un condensator mai mare este conectat în paralel cu ceea ce se măsoară)? În plus, pe Internet puteți găsi destul de multe clone ale circuitului contorului RLC pe un microcontroler și un amplificator operațional (același cu un releu electromagnetic și un LCD cu una sau două linii). Cu toate acestea, nu este posibil să se măsoare containerele mici „uman” cu astfel de dispozitive. Spre deosebire de multe altele, acest contor este special conceput pentru măsurarea unor capacități mici.

În ceea ce privește măsurarea inductanțelor mici (unități nanogenry), pentru aceasta folosesc cu succes analizorul RigExpert AA-230, pe care compania noastră îl produce.

Poza contorului de capacitate:

Parametrii contorului de capacitate

Domeniu de măsurare: 1 pF până la aproximativ 470 µF.
Limite de măsurare: comutare automată a limitelor – 0...56 nF (limită inferioară) și 56 nF...470 µF (limită superioară).
Indicație: trei cifre semnificative (două cifre pentru capacități mai mici de 10 pF).
Control: un singur buton pentru zero și calibrare.
Calibrare: o singură dată, folosind doi condensatori de referință, 100 pF și 100 nF.

Majoritatea pinii microcontrolerului sunt conectați la LCD. Unele dintre ele au și un conector pentru programarea în circuit a microcontrolerului (ByteBlaster). În circuitul de măsurare a capacității sunt utilizați patru pini, inclusiv intrările comparatorului AIN0 și AIN1, ieșirea de control al limitelor de măsurare (folosind un tranzistor) și ieșirea de selectare a tensiunii de prag. Un buton este conectat la singurul pin rămas al microcontrolerului.

Stabilizatorul de tensiune de +5 V este asamblat conform unui circuit tradițional.

Indicatorul are șapte segmente, 4 caractere, cu conexiune directă a segmentelor (adică, non-multiplex). Din păcate, nu existau marcaje pe LCD. Indicatoarele de la multe companii, de exemplu, AND și Varitronix, au aceleași pinout și dimensiuni (51×23 mm).

Diagrama este prezentată mai jos (diagrama nu arată dioda pentru protecție împotriva „inversarii polarității”; se recomandă conectarea conectorului de alimentare prin aceasta):

Program de microcontroler

Deoarece ATMEGA16 este din seria „MEGA” și nu din seria „micuță”, nu are rost să scrieți un program de asamblare. În limbajul C este posibil să-l faci mult mai rapid și mai simplu, iar o cantitate decentă de memorie flash pe microcontroler vă permite să utilizați biblioteca încorporată de funcții în virgulă mobilă atunci când calculați capacitatea.

Microcontrolerul efectuează măsurarea capacității în doi pași. În primul rând, se determină timpul de încărcare a condensatorului printr-un rezistor cu o rezistență de 3,3 MOhm (limită inferioară). Dacă tensiunea necesară nu este atinsă în 0,15 secunde (corespunzător unei capacități de aproximativ 56 pF), condensatorul este încărcat din nou printr-un rezistor de 3,3 kOhm (limită superioară de măsurare).

În acest caz, microcontrolerul descarcă mai întâi condensatorul printr-un rezistor de 100 Ohm, apoi îl încarcă la o tensiune de 0,17 V. Abia după aceasta se măsoară timpul de încărcare la o tensiune de 2,5 V (jumătate din tensiunea de alimentare). După aceasta, ciclul de măsurare se repetă.

La ieșirea rezultatului, la bornele LCD se aplică o tensiune de polaritate alternativă (față de firul său comun) cu o frecvență de aproximativ 78 Hz. O frecvență suficient de mare elimină complet pâlpâirea indicatorului.