Измеритель малых емкостей своими руками. Самодельные измерительные приборы. Характеристики и виды

В этой статье приведено элементарную схему измерителя ёмкости на логической микросхеме. Такое классическое и элементарное схемотехническое решение достаточно быстро и просто можно воспроизвести. Потому данная статья будет полезна начинающему радиолюбителю, который задумал собрать себе элементарный измеритель ёмкости конденсатора.

Работа схемы измерителя ёмкости:

Перечень элементов измерителя ёмкости:

R1- R4 – 47 КОм

R5 – 1,1 КОм

C3 – 1500 пФ

C4 – 12000 пФ

C5 –0,1 мкФ

C изм. – конденсатор ёмкость которого вы хотите измерять

SА1 – галетный переключатель

DA1 – К155ЛА3 или SN7400

VD1-VD2– КД509 или аналог 1N903A

PA1 – Стрелочная индикаторная головка (ток полного отклонения 1 мА, сопротивление рамки 240 Ом)

XS1- XS2 – разъёмы типа «крокодил»

Такой вариант измерителя ёмкости конденсаторов имеет четыре диапазона, которые можно выбирать переключателем SA1. На пример в положении «1» можно промерять конденсаторы с ёмкостью 50 пФ, в положении «2» — до 500 пФ, в положении «3» — до 5000 пФ, в положении «4» — до 0,05 мкФ.

Элементы микросхемы DA1 обеспечивают достаточный ток для заряда измеряемого конденсатора (С изм.). Особенно важно для точности измерения, адекватно подобрать диоды VD1-VD2, они должны иметь одинаковые (наиболее похожие) характеристики.

Настройка схемы измерителя ёмкости:

Настроить такую схему достаточно просто, вам необходимо подключить С изм. с заведомо известными характеристиками (с известной ёмкостью). Выберите переключателем SА1 необходимый диапазон измерения и вращайте ручку построечного резистора до тех пор, пока не добьётесь нужного показания на индикаторной головке PA1 (рекомендую её проградуировать в соответствии с вашими показаниями, это можно сделать путём разбора индикаторной головки и наклеивания новой шкалы с новыми надписями)

Простые измерители емкости

Многие современные и некоторые не очень современные мультиметры имеют функцию измерения емкости. Если же такого мультиметра нет, а есть только прибор, которым можно измерять сопротивление и ток, то несложные приспособления к нему позволят проверить работоспособность и узнать емкость неполярных и даже полярных конденсаторов емкостью от единиц или десятков пикофарад до сотен и тысяч микрофарад. О таких приставках и рвссказывает автор публикуемой статьи.

Вначале упомяну так называемый метод баллистического гальванометра, или, как его называют в просторечии, метод отскока стрелки. Под отскоком понимают кратковременное отклонение стрелки. Этот метод вовсе не требует дополнительных приспособлений и позволяет грубо оценить параметры конденсатора, сравнивая его с заведомо исправным. Для этого мультиметр включают на предел измерения сопротивления и щупами дотрагиваются до выводов предварительно разряженного конденсатора (рис. 1). Ток зарядки вызовет кратковременное отклонение стрелки, тем большее, чем больше емкость конденсатора. Пробитый конденсатор имеет сопротивление, близкое к нулевому, а конденсатор с оборванным выводом не вызовет никакого отклонения стрелки омметра.

На пределе "Омы" удается проверять конденсаторы емкостью в тысячи микрофарад. При проверке оксидных конденсаторов надо соблюдать полярность, предварительно определив, на каком из выводов мультиметра присутствует плюсовое напряжение (полярность выводов мультиметра в режиме измерения сопротивлений может и не совпадать с полярностью в режиме измерения токов или напряжений). На пределе "кОм х 1" можно проверять конденсаторы емкостью в сотни микрофарад, на пределе "кОм х 10" — в десятки микрофарад, на пределе "кОм х 100" — в единицы микрофарад и, наконец, на пределе "кОм х 1000" или "МОм" — в доли микрофарады. Но конденсаторы емкостью в сотые доли микрофарады и менее дают слишком малое отклонение стрелки, поэтому судить об их параметpax становится трудно.

На рис. 2 приведена схема измерения емкости с помощью понижающего трансформатора и диодного моста. Так удается измерять емкости от тысячи пикофарад до единиц микрофарад. Отклонение стрелки прибора здесь стабильное, поэтому считывать показания легче. Ток в цепи миллиамперметра РА1 пропорционален напряжению вторичной обмотки трансформатора, частоте тока и емкости конденсатора. При частоте сети 50 Гц, а это наш бытовой стандарт, и вторичном напряжении трансформатора 16 В, ток через конденсатор емкостью 1000 пФ будет около 5 мкА, через 0,01 мкФ — 50 мкА, через 0,1 мкФ — 0,5 мА и через 1 мкФ — 5 мА. Калибровать или проверять показания также можно с помощью заведомо исправных конденсаторов известной емкости.

Резистор R1 служит для ограничения тока до значения 0,1 А в случае короткого замыкания измерительной цепи. Большой погрешности в показания на указанных пределах измерений этот резистор не вносит. Трансформатор понижающий, лучше малогабаритный, подобный тем, что используют в маломощных блоках питания (сетевых адаптерах). На вторичной обмотке он должен обеспечивать переменное напряжение 12...20 В.

Работает устройство следующим образом. Когда частота колебательного контура L1C2 в цепи коллектора транзистора VT1 оказывается близкой к частоте основного резонанса кварцевого резонатора ZQ1, возбудившийся генератор потребляет минимальный ток. Омметр, который питает устройство энергией, уменьшение тока будет воспринимать как увеличение измеряемого сопротивления. Таким образом, с помощью омметра удается контролировать процесс настройки контура в резонанс конденсатором переменной емкости (КПЕ) С2. Частота генератора определяется резонансной частотой кварцевого резонатора, а емкость и индуктивность колебательного контура при резонансе взаимосвязаны в соответствии с формулой Томсона : f = 1/2WLC. Изменяя индуктивность катушки контура, необходимо добиться, чтобы резонанс наблюдался при емкости КПЕ, близкой к максимальной. Контролируемые конденсаторы подключают параллельно КПЕ, при этом резонанс будет наблюдаться при другом положении ротора КПЕ. Его емкость уменьшится на величину искомой.

Функциональную схему омметра и особенности его подключения можно посмотреть в статье . Желательно выбрать предел, на котором омметр развивает ток короткого замыкания порядка 1 ...2 мА, и определить полярность выходного напряжения. При неправильной полярности подключения омметра устройство не заработает, хотя и не выйдет из строя. Измерить напряжение холостого хода, ток короткого замыкания омметра и определить его полярность на различных пределах измерения сопротивления можно с помощью другого прибора. С помощью описанной приставки можно измерять индуктивность катушек в пределах приблизительно 17...500 мкГн. Это при использовании кварцевого резонатора на частоту 1 МГц и КПЕ емкостью 50...1500пФ. Катушку для этого устройства делают сменной и калибруют прибор, используя эталонные индуктивности. Можно также использовать приставку как кварцевый калибратор.

Вместо устройства по схеме рис. 3 можно предложить менее громоздкое, в том отношении, что не потребуются КПЕ, кварц и катушка. Его схема показана на рис. 4. Назову эту приставку "Преобразователь емкости в активное сопротивление с питанием от омметра". Она представляет собой двухкаскадный УПТ на транзисторах VT1 и VT2 разной структуры и непосредственной связью между каскадами. Измеряемый конденсатор Сх включают в цепь положительной обратной связи с выхода на вход УПТ. При этом возникает релаксационная генерация и транзисторы часть времени остаются закрытыми. Этот промежуток времени пропорционален емкости конденсатора.

Пульсации выходного тока фильтрует блокировочный конденсатор С1. Усредненный ток, потребляемый устройством, при увеличении емкости конденсатора Сх становится меньше, и омметр воспринимает это как увеличение сопротивления. Устройство уже начинает реагировать на конденсатор емкостью 10 пФ, а при емкости 0,01 мкФ его сопротивление становится большим (сотни килоом). Если сопротивление резистора R2 уменьшить до 100 кОм, то интервал измеряемых емкостей составит 100 пФ...0,1 мкФ. Начальное сопротивление устройства — около 0,8 кОм. Здесь следует отметить, что оно нелинейное и зависит от протекающего тока. Поэтому на разных пределах измерения и с разными приборами показания будут различаться, и для проведения измерений необходимо сравнивать искомые показания с показаниями, даваемыми образцовыми конденсаторами.

С. Коваленко, г. Кстово Нижегородской обл. Радио 07-05.
Литература:
1. Пилтакян А. Простейшие измерители L и С:
Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 58, с.61—65. — М.: ДОСААФ, 1977.
2. Поляков В. Теория: Понемногу — обо всем.
Расчет колебательных контуров. — Радио, 2000, № 7, с. 55, 56.
3. Поляков В. Радиоприемник с питанием от... мультиметра. — Радио, 2004, № 8, с. 58.

Измеритель емкости конденсаторов своими руками

Представляю вашему вниманию, как просто сделат ь измеритель ЭПС конденсаторов , который собирается буквально за пару часов буквально "На коленке". Сразу предупреждаю, что не являюсь автором этой идеи, данную схему уже сотню раз повторили разные люди. В схеме всего десять деталей, и любой цифровой мультиметр, с ним ничего колдовать не нужно, просто подпаиваемся к точкам и все.

Схема устройства измеритель эпс :

О деталях измерителя :

Трансформатор с соотношением витков 11\1. Первичную обмотку нужно мотать виток к витку на кольце М2000 К10х6х3, на всей окружности кольца (изолированого), вторичку желательно распределить равномерно, с небольшим натягом.

Диод D1 может быть любой, на частоту более 100 КГц и напряжение более 40В, но лучше Шоттки.

Диод D2 - супресор на 26В-36В. Транзистор - типа КТ3107, КТ361 и аналогичные.

Измерения ЭПС проводить на измерительном пределе 20В. При подключении разъёма измерительной выносной "головки" прибор "автоматически" переходит в режим измерения ЭПС, об этом свидетельствует показание примерно 36В прибора на пределе 200В и 1000В (зависит от применённого супресора), а на пределе 20В - показание "выход за предел измерения".

При отключении разъёма измерительной выносной "головки" прибор автоматически переходит штатный режим мультиметра.

Итого : включаем адаптер - автоматом включается измеритель, выключили - штатный мультиметр. Теперь калибровка , ничего заумного, обычный резистор (не проволочный) подгоняем шкалу. Вот примерно как это выглядело:

Если закоротить щупы , на индикаторе 0.00-0.01, вот одна сотая и есть погрешность в интервале измерения до 1 Ом, значения ЭПС конденсаторов сравнивал с заводским измерителем.

Цифровой измерительный прибор в лаборатории каждого радиолюбителя сейчас не редкость. Но не все из них могут измерить характеристики конденсаторов. Измеритель, электрическая схема которого изображена на рисунке ниже, специализирован для замера емкости конденсаторов в четырех поддиапазонах:

• 0…0,01 микрофарад;
• 0…0,1 микрофарад;
• 0…1,0 микрофарад;
• 0…10,0 микрофарад.

В роли устройства отображения применяется жидкокристаллический индикатор марки ИЖЦ-5. Основа функционирования измерителя емкости конденсаторов следующая:

На радиоэлементах DD1.1 и DD1.2 собран управляемый низкочастотный генератор сигналов, частота работы которого зависит характеристиками внешних радиоэлементов R2 - C4 (С1 - C3). Контролируется генератор по выводу 2 DD1.1, к которому подключается RC-цепь.

Измеряемый конденсатор Сх подсоединяется к клеммам Х1 и при замыкании контактов 1 - 3 кнопки SВ1 сперва разряжается, а после, при отпускании кнопки SВ1, - заряжается от источника Uпит. +9 В сквозь одно из сопротивлений R4-R7 в зависимости от избранного поддиапазона.

Время заряда емкости Сх задает момент работы генератора, то есть на его выходе (выв. 4 DD1.2) будет образовано конкретное количество импульсов, пропорциональное емкости Сх. Эти сигналы идут на ввод частотомера, собранного на счетчиках DD2-DD5 марки К176ИЕ4. Эта микросхема являет собой декаду с преобразованием кода счетчика в код семи-сегментного индикатора.

Выходы каждой микросхемы DD2-DD5 подсоединены к подходящим выводам четырех разрядного индикатор HG1. Для стабильной работы индикатора ИЖЦ-5, на его общий электрод (выв. 1, 34) подаются прямоугольные сигналы с выхода генератора на радиоэлементах DD1.3, DD1.4. Эти же сигналы идут на вывод 6 DD2-DD5 для контроля за выходными сигналами микросхем (выв. 17).

Генератор на радиоэлементах DD6.1, DD6.2 формирует рабочий цикл прибора (1,5…2 с). Когда на выходе генератора высокое напряжение, емкость С7 заряжается сквозь сопротивление R3 и на выводе 5 DD2-DD6 образуется короткий положительный сигнал - электросигнал сброса счетчиков в нулевое состояние.

Затем нажимают кнопку SА1 «Измерение» и на индикаторе в течение 1,5…2 с отражается величина емкости конденсатора Сх. Для контроля точности измерителя емкости включен эталонная емкость С6, которая подсоединяется ко входу измерителя посредством выключателя SА1.

Настройка измерителя емкости

После монтажа электрической схемы на нее подают Uпит. +9 В и испытывают работоспособность генераторов на радиоэлементах DD1.3, DD1.4 и DD6.1, DD6.2. Если они исправны, то на индикаторе HG1 будут светится во всех разрядах «О». Далее замыкают между собой выводы 1, 2 DD1.1, в результате на выводах 4 DD1.4 должны образоваться сигналы и индикация HG1 изменятся.

Испытывают работоспособность генератора на всех диапазонах, переводя на них с помощью переключателей SА2 - SА5. В самом высокочастотном диапазоне (вкл SА5) добиваются стабильной генерации посредством переменного резистора R2. В след за этим размыкают выводы 1, 2 DD1.1. подсоединяют ко входу Сх эталонную емкость 1000 пФ, переключаются на диапазон «0…0,01 мк» и после сброса значений индикатора HG1 нажимают а затем отпускают кнопку SВ1 «Измерение».

На индикаторе отобразится определенное значение. Повторяя этапы замера переменным резистором R7 добиваются отображения «1000» на HG1. Так же настраивается электрическая схема и на иных поддиапазонах, только следует применить другие эталонные емкости (0,01 микрофарад, 0,1 микрофарад, 1,0 микрофарад). После этого регулировку измерителя емкости конденсаторов возможно считать завершенной.

Детали измерителя емкости конденсаторов

Емкости С1 - С4, С6 должны быть металлопленочные марки К71, К73, К77, К78. Микросхему 561ЛА7 возможно поменять на 176ЛА7. В роли ИП возможно применить батарейку марки «Крона» либо аккумулятор 7Д - 0,1 или сетевой источник питания.

«Конструкции и технологии в помощь любителям электроники», Елагин Н.А

Приборы, у которых отсчет измеряемой емкости конденсатора производится по шкале стрелочного измерителя, называют фарадометрами или микрофарадометрами. Конденсаторный микрофарадометр, описанный ниже, отличается широким диапазоном измеряемых емкостей, простотой схемы и налаживания.

Принцип действия микрофарадометра основан на измерении среднего значения силы разрядного тока измеряемого конденсатора, периодически перезаряжаемого с частотой F . На рис. 1 приведена упрощенная схема измерительной части прибора, питаемого импульсным напряжением прямоугольной формы, поступающим от генератора импульсов Г. При наличии напряжения

Рис. 1. Упрощенная схема измерительной части прибора

U имп на выходе генератора через диод Д1 происходит быстрый заряд конденсатора С х. Параметры схемы выбираются таким образом, что время заряда конденсатора значительно меньше длительности импульса t и, поэтому конденсатор С х успевает зарядиться полностью до напряжения U имп еще до окончания действия последнего. В интервале времени t и между импульсами конденсатор разряжается через внутреннее сопротивление генератора R г и микроамперметр μА1, измеряющий среднее значение силы разрядного тока. Постоянная времени разрядной цепи конденсатора С х значительно меньше времени паузы t п , поэтому конденсатор практически полностью успевает разрядиться за время перерыва между импульсами, частота которых

Таким образом, в установившемся режиме количество электричества, накопленное конденсатором С х за один период и отдаваемое им при разряде, Q = С х U имп . При частоте следования импульсов F среднее значение силы тока, проходящего через микроамперметр при периодических разрядах конденсатора С х , равно:

I и = QF = С х U имп F , откуда

Из полученной формулы следует, что измеряемая емкость конденсатора С х пропорциональна силе разрядного тока и, следовательно, при стабильных значениях U имп и F стрелочный измеритель μА1 можно снабдить равномерной шкалой, проградуированной в значениях С х (практически используют имеющуюся линейную шкалу микроамперметра магнитоэлектрической системы).

На рис. 2 приведена принципиальная схема микрофарадометра, который позволяет измерять емкости конденсаторов примерно от 5 до 100 000 пФ на шкалах: 0-100; 0-1000; 0-10 000 и 0-100 000 пФ. Отсчет величины измеряемой емкости производится непосредственно по имеющейся шкале микроамперметра, что позволяет быстро и достаточно точно производить измерение. В качестве источника питания микрофарадомет-ра используется аккумулятор 7Д-0,1 или батарея «Крона». На шкале 0-100 пФ ток значительно меньше и сила его не превышает 4 мА. Погрешность измерения не более 5-7% от верхнего предела шкалы.

Заряд конденсатора С х осуществляется прямоугольными импульсами напряжения, создаваемыми несим-

метричным мультивибратором, смонтированным на транзисторах T1, Т2 с различной проводимостью. Мультивибратор генерирует периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения с большой скважностью. Скачкообразное изменение частоты по-

Рис. 2. Принципиальная схема микрофарадометра

вторения импульсов производится секцией В1а переключателя В1, включающего в цепь положительной обратной связи один из конденсаторов С1- С4 плавное - переменным резистором R3. Этим же переключателем производится переход с одного предела измерения на другой.

Прямоугольные импульсы напряжения, выделяемые на резисторе R1, через контакты 1-2 кнопки В2 и диод Д1 заряжают один из образцовых конденсаторов С5 - С8 или измеряемый конденсатор С х (при нажатой кнопке В2). В промежутках между импульсами один из указанных конденсаторов (в зависимости от предела измерения и положения кнопки В2) разряжается через резисторы R1, R5 и микроамперметр μА1. Диод Д1 на показания микроамперметра не влияет, так как его обратное сопротивление значительно больше сопротивления цепи измерителя (R п + R5 ). Конденсаторы С5 - С8 предназначены для калибровки прибора и должны быть подобраны возможно точнее, с отклонением от номинала не более чем на ±2%.

В конструкции применены малогабаритные резисторы ВС = 0,125, конденсаторы КСО, СГМ, КБГИ. Пере

Рис. 3. Передняя панель прибора

менный резистор R3 типа СП-1. Переключатель В1 галетного типа на 4 положения и 2 направления. Микроамперметр - магнитоэлектрической системы на 50 мкА.

Один из вариантов расположения органов управления на передней панели приведен на рис. 3. Габариты конструкции определяются размерами микроамперметра и переключателя В1 и поэтому не приводятся. В случае необходимости прибор можно питать от сети переменного тока с помощью стабилизированного выпрямителя, обеспечивающего на выходе напряжение 9 В при силе тока нагрузки не менее 10 мА. Выпрямитель в этом случае целесообразно расположить в корпусе прибора.

Шкала измерителя емкости, как уже указывалось, практически линейна, поэтому нет необходимости наносить на имеющуюся шкалу микроамперметра специальные метки между нулем и последним делением. Шкала

микроамперметра, имеющая, например, оцифрованные отметки 0, 20, 40... 1000 мкА, верна на любом пределе измерения емкости конденсаторов. Изменяется только цена деления. Так на пределах 0-100; 0-1000; 0-10 000 и 0-100 000 показания микроамперметра надо соответственно умножать на 1; 10; 10 2 и 10 3 . Если шкала микроамперметра имеет всего 50 делений, то показания микроамперметра, в зависимости от указанных пределов измерения надо умножать на 2; 2 10; 2 10 2 ; 2 10 3

Налаживание прибора обычно каких-либо затруднений не вызывает, если он собран из заведомо исправных деталей и при монтаже не допущено ошибок. О работе мультивибратора можно судить по шкале микроамперметра, показания которого должны изменяться при изменении положения движка переменного резистора R3 на любом из четырех пределов измерения.

Установив переключатель В1 в положение 1 (шкала 0-100 пФ), переменным резистором R3 добиваются отклонения стрелки микроамперметра на всю шкалу. Если этого получить не удается, движок резистора R3 устанавливают в среднее положение и подбирают величину емкости конденсатора С1 . Более точно стрелку на конец шкалы устанавливают резистором R3 . После этого переключатель В1 переводят в положение 2 (шкала 0-1000 пФ) и, не трогая резистор R3 , подбирают емкость конденсатора С2 так, чтобы стрелка микроамперметра находилась вблизи конца шкалы. Аналогично уточняют значение емкости конденсаторов СЗ и С4 в положениях 3 и 4 переключателя В1 (на шкалах 0-10 000 и 0-100 000 пФ).

На этом налаживание прибора заканчивается. Порядок измерения емкости конденсаторов следующий. Подключив конденсатор С х к гнездам Гн1 , выключателем В3 включают прибор и переключателем В1 устанавливают нужный предел измерения. Затем резистором R3 стрелку микроамперметра устанавливают на последнее деление шкалы и, нажимая кнопку В2 , производят отсчет измеряемой емкости по шкале с учетом цены ее деления. Если при нажатой кнопке стрелка микроамперметра зашкаливает, переключатель В1 переводят на более высокий предел измерения и повторяют измерения. Если же стрелка устанавливается в самом начале

шкалы, переключатель переводят на более низкий предел измерения.

В заключение укажем, что минимальное значение емкости, измеряемой на шкале 0-100 пФ, зависит от начальной емкости между гнездами Гн1 , которую при монтаже следует свести к минимуму. Перед подключением конденсатора к прибору следует убедиться в отсутствии в нем пробоя, так как последний может привести к повреждению микроамперметра и диода. Если порядок измеряемой емкости неизвестен, процесс измерения следует начинать с наиболее высокого предела измерения (0-100 000 пФ).

При желании повысить точность измерения можно увеличить число пределов (шкал). Для этого надо использовать переключатель В1 с большим числом положений (равным числу пределов), установить новые образцовые конденсаторы, емкости которых должны соответствовать верхнему значению выбранных пределов измерения, а также подобрать номиналы конденсаторов (вместо C1-С4 ), определяющих частоту следования импульсов напряжения мультивибратора.