Измерения емкости конденсаторов схемы приборов и описание их работы

Простой измеритель емкости на легендарке 555

На микросхеме таймере серии 555 можно собрать простой и точный измерительный прибор. Если известны номиналы сопротивлений и конденсаторов, то частоту генератора на ИМС 555 можно вычислить по формуле:

Зная только номиналы резисторов и частоту, легко определить емкость из формулы выше.

Схема прибора показана на рисунке ниже:

При проведении измерений устройство необходимо перевести в режим измерения длительности и руководствоваться следующими номиналами резисторов и конденсаторов:

Схема универсального прибора измерения емкости

Схематично, в виде блоков прибор показан на первом рисунке ниже. Измеритель состоит из трех блоков. Первый — предназначен для определения номинала емкостей емкостей от 0,5 до 15000 мкФ, второй — соответственно от 1 пФ до 0,5 мкФ, третий — источник питания.

На второй схеме (рисунок два) приведена схема прибора для измерения параметров оксидных конденсаторов. Схема взята из журнала Радио, 1996, N11, ну мы лишь добавили резисторы R1 и R5 для увеличения верхнего предела измерений емкости до 15000 мкФ. Переменное напряжение частотой 50 Гц подается на делители напряжения, выполненные на резисторах R1-R8, и через переключатель поддиапазона SA4 следует на неинвертирующий вход микросхемы DA1. Переменное напряжение выпрямляется диодами VD1-VD4, которые включены в цепь отрицательной обратной связи DA1.

Благодаря этому операционный усилитель, работает в режиме компаратора. По мере открывания диодов коэффициент усиления по переменному току уменьшается. Выпрямленное напряжение с выводов 4, 5 блока 1 поступает через контакты 3, 1 и 6, 4 SA3 (рис.1) на измерительный прибор РА1. Установка “0” производится резистором R2 перед измерением. При подключении измеряемого конденсатора к гнездам ХЗ происходит шунтирование реактивным сопротивлением конденсатора опорного напряжения. Величина остаточного напряжения отображается на РА1. Конденсаторы С1, СЗ, С5 (рис.2) — “антипаразитные”, исключающие самовозбуждение DA1. Элементы схемы должны выбираться из соотношений:

От этих соотношений зависит погрешность прибора на разных диапазонах. Диоды VD3, VD4 служат для защиты схемы от пробоя возможным остаточным напряжением измеряемого конденсатора. На третьем рисунке показана схема измерения емкостей от 1 пФ до 0,5 мкФ, которая представляет собой генератор на микросхеме DD1. Элементы DD1.1, DD1.2 — собственно генератор, а DD1.3 и DD1.4 — буферный каскад. Предел измерения выбирается переключателем SA2, тем самым изменяется генерируемая частота. Измеряемый конденсатор подключается к гнезду Х2, через него подается переменное напряжение на диоды VD1, VD2 (рис.З), выпрямляется и поступает через SA3 на измерительный прибор. Схема блока питания показана четвертом рисунке. Питание следует через тумблер “Сеть” SA1 и предохранитель FU1 на обмотку I трансформатора Т1.

Переменное напряжение с вторичной обмотки выпрямляется VD1, С1 и VD2, С2. На выводах блока 2 и 3 получается постоянное напряжение +8. ..12 В для питания блока 1. Цепь R1, VD3, СЗ, С4 стабилизирует напряжение 5,6 В для питания блока 2. Диоды VD4...VD7 и конденсатор С5 блока 3 обеспечивают выпрямление сетевого напряжения до 300 В. Конденсатор С5 выбран небольшой емкости, a R2, R3 включены в схеме таким образом по соображениям безопасности. С контактов 8, 9 блока 3 напряжение поступает через VD1 на разъем Х1. При подключении кХ1 проверяемого диода в прямом направлении светодиод VD1 ярко светится, при обратном включении он погашен. Это говорит о его исправности. При подключении высоковольтных конденсаторов, например, МБМ 0,1 мк (400 В) к Х1 светодиод вспыхивает кратковременно, гаснет, и больше не горит.

Это говорит о “целости” конденсатора (но не о емкости). Так как напряжение на Х1 — порядка 300 В, измеряемые диоды и конденсаторы должны быть с рабочим напряжением не менее 200 В. Ток через светодиод VD1 не превышает 10 мА, поэтому кХ1 можно подключать для проверки стабилитроны. Стабилизируемое напряжение контролируют авометром. Поскольку на Х1 высокое напряжение, пользоваться его “услугами” следует с осторожностью. Конструктивно прибор выполнен на трех платах из фольгмрованного стеклотекстолита. Корпус прибора спаян из двустороннего стеклотекстолита, что обеспечивает хорошую экранировку. Для удобства пользования к гнездам Х1 и ХЗ при необходимости подключают провода от обычного авометра.

Схема прибора измерения емкости конденсатора на микроконтроллере PIC16F628A

Прибор используется для определения главного параметра конденсаторов в емкостном интервале от 100 пФ до 100000 мкФ, метод основан на определении времени зарядки через заданное сопротивление. Конденсатор будет заряжаться до 3,15 В, которое идет на вход компаратора RA0. При достижении этого напряжения отсчет времени заряда останавливается, далее PIC16F628A пересчитывает полученное время, вычисляет емкость и выводит результат на цифровой дисплей прибора.

Схема имеет два диапазона, до 1 мкФ (нФ) и больше 1 мкФ (мкФ). Выходы RB6 RB7 необходимы для подачи +5 В для заряда конденсаторов, соответственно резистор 10М используется в первом диапазоне, а сопротивление 10К нужно для второго. При нажатии кнопки «Измерение» прибор измеряет время заряда на пределе «мкФ», если время измерения небольшое (при малой емкости конденсатора), схема автоматически переключается на первый диапазон «нФ» и проводит повторное измерение.

При измерении необходимо учитывать, что конденсаторы должны быть обязательно разряжены, при подключении оксидных электролитов нужно также учитывать полярность подключения к схеме прибора.

Точность измерения зависит от подбора сопротивлений R4 R5. При измерении емкостей большого номинала, следует учитывать, что на 1000 мкФ надо потратить около 11 секунд. В процессе измерения на дисплее выводится надпись «TEST».

Две версии прошивеи прибора, по ссылке выше, во второй снижено время измерения на пределе мкФ (мФ) в 10 раз, резистор R5 необходимо заменить на 1 кОм.

Прибор измерения емкости конденсатора на Arduino

Макетный вариант один - измерение в интервале от 0.1 до 3900 мкФ.

Скетч для такого прибора измерителя на основе Arduino, вы можете посмотреть по ссылке выше.

Пример результатов измерения емкости электролитического конденсатора 470 мкФ, вы можете увидеть на рисунке ниже:

В первом столбце вы можете увидеть постоянную времени конденсатора, а номинал емкости находится во втором столбце. Единицы будут автоматически изменяться с микрофарад на нанофарады. Учтите, что с большими номиналами конденсаторов Arduino потребуется больше времени для вычисления результатов измерения. Это связано с тем, что более крупные значения емкости имеют большие постоянные времени. Например, чтоб измерить таким прибором, конденсатор емкостью 3900 мкФ может потребовать до минуты времени.