Tester kondensatorów: rodzaje urządzeń i technika pomiarowa

Podczas naprawy lub inżynierii radiowej często masz do czynienia z elementem takim jak kondensator. Jego główną cechą jest pojemność. Ze względu na specyfikę urządzenia i tryby pracy awaria elektrolitów staje się jedną z głównych przyczyn awarii sprzętu radiowego. Aby określić pojemność elementu, stosuje się różne urządzenia testowe. Można je łatwo kupić w sklepie lub samemu.

Fizyczna definicja kondensatora

Kondensator to element elektryczny służący do przechowywania ładunku lub energii. Strukturalnie radioelement składa się z dwóch płytek wykonanych z materiału przewodzącego, pomiędzy którymi znajduje się warstwa dielektryczna. Płyty przewodzące nazywane są płytami. Nie łączy ich wspólny kontakt, ale każdy ma swój własny wniosek.

Kondensatory mają wygląd wielowarstwowy, w którym warstwa dielektryczna przeplata się z warstwami płyt. Reprezentują walec lub równoległościan z zaokrąglonymi rogami. Głównym parametrem elementu elektrycznego jest pojemność, której jednostką jest farad (F, F). Na schematach i w literaturze składnik radiowy jest oznaczony łacińską literą C. Po symbolu wskazany jest numer seryjny na schemacie oraz wartość pojemności nominalnej.

Ponieważ jeden farad to dość duża wartość, rzeczywiste wartości pojemności kondensatora są znacznie niższe. Dlatego podczas nagrywania zwyczajowo używa się skrótów warunkowych:

• P - pikofarad (pF, pF);
• H - nanofarad (nF, nF);
• M - mikrofarad (mF, μF).

Zasada działania

Zasada działania elementu radiowego zależy od rodzaju sieci elektrycznej. Po podłączeniu do zacisków płytek źródła prądu stałego nośniki ładunku spadają na przewodzące płytki kondensatora, gdzie są gromadzone. Jednocześnie na zaciskach płytek pojawia się różnica potencjałów. Jego wartość wzrasta, aż osiągnie wartość równą aktualnemu źródłu. Gdy tylko ta wartość zostanie wyrównana, ładunek przestaje gromadzić się na płytkach, a obwód elektryczny zostaje przerwany.

W sieci prądu przemiennego kondensator jest oporem. Jego wartość jest związana z częstotliwością prądu: im wyższa, tym mniejsza rezystancja i odwrotnie. Gdy element radiowy jest wystawiony na działanie prądu o zmiennej sile, kumuluje się ładunek. Z biegiem czasu prąd ładowania maleje i całkowicie zanika. Podczas tego procesu na płytkach urządzenia skupiają się ładunki różnych znaków.

Dielektryk między nimi uniemożliwia im poruszanie się. W momencie zmiany półfalowej kondensator jest rozładowywany przez obciążenie podłączone do jego zacisków. Powstaje prąd rozładowania, to znaczy energia zgromadzona przez element radiowy zaczyna płynąć do obwodu elektrycznego.

Kondensatory są używane w prawie każdym obwodzie elektronicznym. Służą jako elementy filtrujące do przetwarzania prądu tętniącego i odcinania różnych częstotliwości. Dodatkowo kompensują moc bierną.

Charakterystyka i typy

Pomiary parametrów kondensatorów wiążą się ze znalezieniem wartości ich charakterystyk. Ale wśród nich najważniejsza jest pojemność, którą zwykle mierzy się. Ta wartość wskazuje ilość ładunku, jaki może akumulować element radiowy. W fizyce pojemność elektryczna nazywana jest wartością równą stosunkowi ładunku na dowolnej płytce do różnicy potencjałów między nimi.

W tym przypadku pojemność kondensatora zależy od powierzchni płytek elementów i grubości dielektryka. Oprócz pojemności, urządzenie radiowe charakteryzuje się również polaryzacją i wartością rezystancji wewnętrznej. Za pomocą specjalnych urządzeń można również zmierzyć te wielkości. Opór urządzenia wpływa na samorozładowanie elementu. Oprócz, główne cechy kondensatora to:

1. Odporność na wycieki. Jest to impedancja wewnętrzna, przez którą następuje rozładowanie kondensatora, który nie jest podłączony do obwodu zewnętrznego.
2. Indukcyjność równoważna. Jest to cecha pasożytnicza, która wpływa na pracę elementu przy wysokich częstotliwościach.
3. Równoważna rezystancja szeregowa (ESR). Składa się z uogólnionej rezystancji wyprowadzeń i płytek, jest reprezentowany jako rezystor połączony szeregowo z kondensatorem.

Kondensatory są klasyfikowane według różnych kryteriów, ale przede wszystkim dzieli się je ze względu na rodzaj dielektryka. Może być gazowy, ciekły i stały. Najczęściej używa się szkła, miki, ceramiki, papieru i folii syntetycznych. Oprócz, kondensatory różnią się zdolnością do zmiany wartości pojemności i mogą być:

1. Stały. Kondensatory należące do tego typu mają stałą wartość pojemności.
2. Zmienne. Należą do nich radioelementy, których pojemność można zmieniać podczas pracy urządzenia. Zmiana następuje na skutek zmiany warunków temperaturowych, parametrów elektrycznych obwodu i metod mechanicznych.
3. Budowa. Pozwalają na zmianę pojemności podczas ustawiania sprzętu, a element nie powinien być podłączony do źródła zasilania.

Ponadto, w zależności od przeznaczenia, kondensatory mają zastosowanie ogólne i specjalne. Pierwszy typ urządzeń to urządzenia niskonapięciowe, a drugi - impulsowe, rozruchowe itp. Ale niezależnie od rodzaju i przeznaczenia zasada pomiaru ich parametrów jest identyczna.

Urządzenia pomiarowe

Do pomiaru parametrów kondensatorów wykorzystywane są zarówno urządzenia specjalistyczne, jak i ogólnego użytku. Według rodzaju mierniki pojemności dzielą się na dwa typy: cyfrowe i analogowe. Specjalistyczne urządzenia mogą mierzyć pojemność elementu i jego rezystancję wewnętrzną. Prosty tester zazwyczaj diagnozuje tylko awarię dielektryka lub duży wyciek. Ponadto, jeśli tester jest wielofunkcyjny (multimetr), to może również mierzyć pojemność, ale zwykle jego granica pomiaru nie jest wysoka.

Tak więc, jako tester kondensatorów może być użyty:

• miernik ESR lub RLC;
• multimetr;
• próbnik.

W takim przypadku diagnozę elementu z urządzeniem należącym do pierwszego typu można przeprowadzić bez wylutowywania z obwodu. Jeśli używany jest drugi lub trzeci typ, element lub przynajmniej jedno z jego wyjść musi być od niego odłączony.

Korzystanie z miernika ESR

Pomiar ESR jest bardzo ważny podczas testowania kondensatora pod kątem wydajności. Faktem jest, że prawie wszystkie nowoczesne technologie są pulsacyjne, wykorzystując w swojej pracy wysokie częstotliwości. Jeśli równoważna rezystancja kondensatora jest duża, to uwalniana jest na nim moc, a to powoduje nagrzewanie się elementu radiowego, co prowadzi do jego degradacji.

Konstrukcyjnie specjalistyczny licznik to obudowa z wyświetlaczem ciekłokrystalicznym. Źródłem zasilania jest bateria KRONA. Urządzenie posiada dwa złącza w różnych kolorach, do których podłączone są sondy. Czerwona sonda jest uważana za pozytywną, a czarna za negatywną. Odbywa się to w celu umożliwienia prawidłowego pomiaru kondensatorów polarnych.

Przed pomiarem rezystancji ESR element radiowy musi zostać rozładowany, w przeciwnym razie urządzenie może ulec awarii. W tym celu przewody kondensatora są na krótki czas zamknięte rezystancją rzędu jednego kiloomów.

Pomiar bezpośredni odbywa się poprzez połączenie zacisków elementu radiowego z sondami urządzenia. W przypadku kondensatora elektrolitycznego konieczne jest przestrzeganie biegunowości, czyli podłączenie plusa do plusa i minusa do minusa. Następnie urządzenie włącza się, a po chwili na jego ekranie pojawiają się wyniki pomiaru rezystancji i pojemności elementu.

Należy zauważyć, że większość takich urządzeń jest produkowana w Chinach. Ich działanie opiera się na wykorzystaniu mikrokontrolera, którego pracą steruje program. Podczas pomiaru sterownik porównuje sygnał, który przeszedł przez element radiowy z sygnałem wewnętrznym i na podstawie różnic zgodnie ze złożonym algorytmem wyprowadza dane. Dlatego dokładność pomiaru takich urządzeń zależy głównie od jakości komponentów użytych do ich produkcji.

Podczas pomiaru pojemności można również użyć miernika immitancji. Wygląda jak miernik ESR, ale może dodatkowo mierzyć indukcyjność. Jego zasada działania opiera się na przejściu sygnału testowego przez mierzony element i analizie uzyskanych danych.

Sprawdzenie multimetrem

Prawie wszystkie podstawowe parametry można zmierzyć multimetrem, ale dokładność tych wyników będzie niższa niż przy użyciu przyrządu ESR. Pomiar multimetrem można przedstawić w następujący sposób:

1. Aby zwiększyć dokładność wyniku, kondensator jest odparowywany z obwodu.
2. Multimetr przechodzi w tryb pomiaru pojemności. Na tablicy rozdzielczej ten tryb jest oznaczony symbolem - | (- lub Cx.
3. Wybierany jest najbardziej odpowiedni zakres wartości. W przypadku wystąpienia trudności ustawiana jest maksymalna możliwa wartość.
4. Wtyki przewodów pomiarowych są podłączone do złączy COM i VΩmA.
5. Sondy dotykają nóg kondensatora. W razie potrzeby zwróć uwagę na polaryzację.
6. Multimetr poda sygnał do elementu, zmierzy na nim napięcie i automatycznie obliczy pojemność.

Jeśli tester wyświetla OL lub Overload, oznacza to, że pojemność jest zbyt duża do pomiaru multimetrem lub kondensator jest uszkodzony. Gdy przed otrzymanym wynikiem jest kilka zer, granica pomiaru musi zostać obniżona.

Aplikacja testera

Jeśli nie masz pod ręką multimetru, który może zmierzyć pojemność, możesz wykonać pomiary za pomocą improwizowanych środków. Wymaga to rezystora, stałego zasilacza wyjściowego i urządzenia do pomiaru napięcia. Lepiej jest rozważyć technikę pomiaru na konkretnym przykładzie.

Niech będzie kondensator, którego pojemność jest nieznana. Aby ją poznać musisz wykonać następujące czynności:

1. Tester mierzy napięcie zasilacza. Na przykład ta wartość wynosiła 9 woltów.
2. Rezystor 1K jest połączony szeregowo z mierzonym kondensatorem, tworząc sieć RC.
3. Kondensator jest zwarty, a RC jest podłączony do zasilania.
4. Multimetr mierzy napięcie obwodu. Powiedzmy, że się nie zmienił i pozostaje równy dziewięciu woltom.
5. Obliczana jest wartość stanowiąca 95% tego napięcia. W naszym przypadku ta wartość wynosi 8,55 V.
6. W następnym etapie stoper zostaje włączony, a jednocześnie zwarcie jest usuwane z kondensatora.
7. Gdy tester odczyta 8,55 V, stoper zatrzymuje się. Niech ten czas będzie 60 sekund.
8. Korzystając ze wzoru 3 * t = 3 * R * C, musisz obliczyć pojemność. Dla rozważanego przykładu będzie to: C = (60/3) / 1000 = 0,02 F lub 20 000 μF.

Takiego algorytmu pomiarowego nie można nazwać dokładnym, ale jest on w stanie dać ogólne pojęcie o pojemności elementu radiowego.

Schemat domowego urządzenia

Jeśli masz wiedzę na temat radioamatorstwa, możesz złożyć urządzenie do pomiaru pojemności własnymi rękami. Istnieje wiele rozwiązań obwodów o różnym stopniu złożoności. Wiele z nich opiera się na pomiarze częstotliwości i okresu impulsów w obwodzie z mierzonym kondensatorem. Takie obwody są złożone, więc łatwiej jest stosować pomiary oparte na obliczaniu reaktancji za pomocą impulsu o stałej częstotliwości.

Obwód takiego urządzenia oparty jest na multiwibratorze, którego częstotliwość pracy jest określona przez pojemność i rezystancję rezystora, podłączony do zacisków D1.1 i D1.2. Przełącznik S1 służy do ustawienia zakresu pomiarowego, czyli zmiany częstotliwość. Z wyjścia multiwibratora impulsy są podawane do wzmacniacza mocy, a następnie do woltomierza.

Przyrząd jest kalibrowany przy każdym limicie za pomocą kondensatora odniesienia. Czułość jest ustawiana przez rezystor R6.