Прибор для проверки конденсаторов: аналоговый ЭПС-метр

По долгу службы приходится заниматься ремонтом промышленной аппаратуры. Анализ неисправностей показывает, что значительная их доля приходится на вышедшие из строя электролитические конденсаторы. Использование ЭПС-метра очень упрощает поиск таких конденсаторов. Первый мой ЭПС-метр здорово помог в этом деле, вот только со временем захотелось иметь прибор с более информативной шкалой, заодно «обкатать» другие схемные решения.

↑ Конструкция

В качестве «подопытного» был выбран мультиметр YX-360TR
, благо везде есть под рукой, и измерительная головка подходящая.

Конденсатор переменной емкости

Конденсаторы, емкость которых можно менять, называются конденсаторами переменной емкости.

Наиболее простой конденсатор переменной емкости имеет несколько (реже один) медных или алюминиевых полудисков, соединенных между собой электрически и укрепленных неподвижно. Другой ряд таких же полудисков собран на общей оси. При повороте этой оси каждый из укрепленных на ней полудисков входит меду двумя неподвижными полудисками. Поворачивая ось и меняя таким образом взаимное расположение подвижных и неподвижных полудисков, мы можем менять емкость конденсатора. На рисунке 3 показана схема устройства и на рисунке 4 – общий вид воздушного конденсатора переменной емкости.

Рисунок 3. Схема устройства конденсатора переменной емкости

Рисунок 4. Общий вид конденсатора переменной емкости

Видео об устройстве серийного конденсатора переменной емкости:

Видео о том, как можно сделать самодельный конденсатор переменной емкости своими руками:

https://youtube.com/watch?v=DKNN_OA_LYQ

Видео о том, как можно сделать самодельный конденсатор переменной емкости своими руками:

↑ Переходим к изготовлению печатной платы:

Вычисление с помощью формул

Вычисление номинальной емкости элемента требуется в 2 случаях:

1. Конструкторы электронной аппаратуры рассчитывают параметр при создании схем.
2. Мастера при отсутствии конденсаторов подходящей мощности и емкости используют расчет элемента для подбора из доступных деталей.

RC цепи рассчитывают с применением величины импеданса — комплексного сопротивления (Z). Rа — потери тока на нагревание участников цепи. Ri и Rе — учитывают влияние индуктивности и ёмкости элементов. На выводах резистора в RC цепи напряжение Uр обратно пропорционально Z.

Тепловое сопротивление увеличивает потенциал на нагрузке, а реактивное уменьшает. Работа конденсатора на частотах выше резонансных, когда растет реактивная составляющая комплексного сопротивления, приводит к потерям напряжения.

Частота резонанса обратно пропорциональна способности накапливать заряд. Из формулы для определения Fр вычисляют, какие значения Ск (емкости конденсатора) требуются для работы цепи.

Для расчета импульсных схем используют постоянную времени цепи, определяющую воздействие RC на структуру импульса. Если знают сопротивление цепи и время заряда конденсатора, по формуле постоянной времени вычисляют емкость. На истинность результата влияет человеческий фактор.

Мастера используют параллельные и последовательные соединения конденсаторов. Формулы расчета обратны формулам для резисторов.

Последовательное соединение делает емкость меньше меньшей в соединении элементов, параллельная схема суммирует величины.

↑ О деталях

Резисторы R10, R12 и R11, R13 от которых зависят начало, и конец измерительного диапазона подбираются в процессе градуировки. Значения этих резисторов могут отличаться от стандартных значений ряда Е24
, поэтому наверняка будут наборными как у меня. Допускаю, что и вовсе ничего подбирать не придется, если будет использован рекомендуемый мультиметр и мои шкалы. Это возможно при стандартизации в производстве измерительных головок, но полностью полагаться в этом вопросе на китайских товарищей я бы не стал.

Еще одна трудоемкая часть схемы – трансформатор

. Я использовал магнитопровод от согласующего трансформатора из блока питания АТХ. Учитывая то, что это стандартный Ш-образный сердечник, намотка не должна вызывать особых затруднений. Первичная обмотка содержит 400 витков провода диаметром 0,13 мм, вторичная 20 витков провода диаметром 0,2..0,4 мм. Вторичная обмотка у меня располагается между двумя слоями первичной, насколько это принципиально здесь — не знаю, просто по старой привычке.

Дополнения

Как сделать нож своими руками в домашних условиях

Составной транзистор Т1 (КТ829, схема рис.3) можно заменить двумя транзисторами меньшей мощности по типовой схеме, а для питания 1,4 В можно собрать простой стабилизатор на одном транзисторе. Эти схемы показаны на рис. 5 и 6 соответственно.

Кремниевые диоды VD1-VD3 здесь применены в качестве стабилитрона, примерно на 1,5 В. В отличие от стабилитрона, включать диоды следует в прямом направлении.

При желании можно дополнить прибор модулем для быстрой проверки работоспособности и цоколёвки транзисторов. С его помощью можно проверять любые биполярные транзисторы, а также полевые транзисторы малой и средней мощности. Причём биполярные транзисторы можно проверять без выпайки их из схемы. Схема представлена на рис.7.

В зависимости от применённых светодиодов нужно подобрать сопротивление R5 по оптимальной яркости их свечения (или же поставить дополнительный гасящий резистор в цепь питания 9 В, а вообще эта схема работает с питающим напряжением, начиная от 2 В). Когда к клеммам «Э», «Б», «К» ничего не подключено, оба светодиода мигают (частота миганий может быть изменена номиналами конденсаторов С1 и С2). При подключении к клеммам исправного транзистора, один из светодиодов погаснет (в зависимости от типа его проводимости p-n-p / n-p-n). Если транзистор неисправен, то оба светодиода будут мигать (внутренний обрыв) или оба погаснут (замыкание).

Прибор с применением всех перечисленных модулей был собран в корпусе размерами 140х110х40 мм и позволяет проверить практически все основные типы радиодеталей чаще всего используемых на практике, с достаточной для радиолюбителей точностью. Используется несколько лет и нареканий не вызывает.

↑ Градуировка шкал

Как я уже говорил, внешний вид шкал и измерительные диапазоны могут меняться в широких пределах. Здесь основные определяющие элементы – чувствительность измерительной головки, сопротивления резисторов R10, R12 и R11, R13. Еще больше комбинаций может появиться, если вдобавок к этому поэкспериментировать с сопротивлениями резисторов измерительной схемы (R5, R6) и коэффициентом трансформации Tr1 (в разумных пределах конечно).
Перед градуировкой вместо резисторов R10, R12 (R11, R13) ставят переменные резисторы с номиналами близкими к ожидаемым значениям, а движок резистора R14 устанавливают в среднее положение. Затем к измерительным щупам присоединяют резистор с сопротивлением соответствующим концу измерительного диапазона и резистором R10 (R11) устанавливают стрелку ближе к левой части шкалы, там, где будет последняя точка измерительного диапазона. По понятным причинам она не может быть на месте механического нуля микроамперметра. Далее соединяют щупы накоротко и резистором R12 (R13) выставляют стрелку на крайнюю правую отметку шкалы. Эти операции повторяют несколько раз, пока стрелка не станет точно вставать на точки начала и конца диапазона без нашей помощи. Теперь, когда мы «нащупали» границы измерительного диапазона, измеряем сопротивления соответствующих переменных резисторов и впаиваем на их место постоянные.

Промежуточные точки шкалы находим, подсоединяя к щупам резисторы соответствующих сопротивлений. Чтобы упростить процесс допустимо для этих целей применять магазин сопротивлений с бифилярной намоткой катушек. В последствие проверял собранный прибор с магазином Р33 – отклонения показаний оказались незначительными. Чтобы запомнить местоположение промежуточных точек не обязательно наносить карандашом отметки не шкале, достаточно записывать числовые значения, полученные по заводской шкале на листочек бумаги, затем ставить риски на соответствующее место шаблона в программе.

Во вложении мои варианты шкал, выполненные в Спринте. В файле уже присутствует шаблон заводской шкалы, который можно включить, поставив галку в окне «отобразить». Полученную таким образом шкалу приклеивают на заводскую при помощи клеящего канцелярского карандаша.

Вычисления с помощью формул электротехники

Простейшая RC — цепь состоит из параллельно включённых резистора и конденсатора.
Выполнив математические преобразования (здесь не приводятся), определяются свойства цепи, из которых следует, что если заряженный конденсатор подключить к резистору, то он будет разряжаться так, как показано на графике.

Произведение RC называют постоянной времени цепи. При значениях R в омах, а C — в фарадах, произведение RC соответствует секундам. Для ёмкости 1 мкФ и сопротивления 1 кОм, постоянная времени — 1 мс, если конденсатор был заряжен до напряжения 1 В, при подключении резистора ток в цепи будет 1 мА. При зарядке напряжение на конденсаторе достигнет Vo за время t ≥ RC. На практике применяется следующее правило: за время 5 RC, конденсатор зарядится или разрядится на 99%. При других значениях напряжение будет изменяться по экспоненциальному закону. При 2.2 RC это будет 90 %, при 3 RC — 95 %. Этих сведений достаточно для расчёта ёмкости с помощью простейших приспособлений.

↑ Внешний вид

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Ftike A6243L

Основные характеристики измерителя ESR
Диапазон измерения емкости	2 нФ, 20 нФ, 200 нФ, 2 мкФ, 20 мкФ с шагом 1 пФ, точность ± (1,5% + 5d) 20 мкФ, точность ± (2,0% + 5d)
Диапазон измерения индуктивности	2 мГн, 20 мГн, 200 мГн с шагом 1мкГн, точность ± (2,0% + 5d) 2 Гн, 20 Гн ± (5,0% + 5d)
Тестируемые компоненты	полярные и неполярные конденсаторы; катушки индуктивности; дроссели;
Функция удержания данных Hold	есть
Общие характеристики
Дисплей	LCD 1999 разрядов, 44 мм х 28 мм
Питание	DC 9 В, батарея 6F22 «Крона»
Габариты	140 мм х 70,6 мм х 31 мм
Вес прибора	200 г
Комплектация	измеритель esr конденсаторов Ftike A6243L – 1 шт батарея 6F22 «Крона» – 2 шт щупы с зажимами типа «крокодилы»– 1 шт

Укладчик витков

Укладчик проволоки служит для равномерной намотки, виток к витку, обмоточного провода на каркас изготавливаемого трансформатора или катушки. Плотность намотки зависит от того, с какой скоростью вращаются оси, а так же от диаметра выбранной проволоки. Необходимое соотношение скорости вращения первой и второй оси можно достичь с помощью шкивов и ременной передачи. При работе отлаженного механизма станка происходит одновременное перемещение ролика укладчика с определенным шагом и укладка проволоки на каркас наматываемого трансформатора. В двух словах не объяснить, но при дальнейшем прочтении статьи станет все понятно.

В рассматриваемой конструкции использована шпилька-штанга заводского изготовления М6 с шагом резьбы 1мм. В боковины станины намоточного станка параллельно друг другу закрепляют подшипники в заранее просверленные для них отверстия, далее в них вставляют шпильку. Для наилучшего скольжения смазываем подшипники. На шпильке перемещается направляющий ролик, через который продевается проволока.

Направляющий ролик для укладки проволоки можно изготовить самостоятельно, имея небольшой отрезок П-образного алюминиевого профиля, удлиненную гайку-втулку, соответствующую по резьбе шпильке, и подающий ролик с канавкой посередине.

В П-образном профиле сверлятся отверстия параллельные друг другу. Верхняя пара отверстий — для ролика, а нижняя — для удлиненной гайки. Диаметр верхних отверстий в стенках профиля подбирается по оси, на которой будет закреплен ролик, а нижние на миллиметр больше диаметра резьбы шпильки. Под расстояние между стенками профиля впритирку подгоняется по размеру удлиненная гайка. Затем эта конструкция наворачивается на шпильку укладчика.

Шпилька фиксируется гайками по бокам так, чтобы она могла вращаться без смещений. С одной из сторон оставляется запас шпильки, чтобы на нее накручивать шкивы для сопряжения первой и второй оси.

Метод баллистического гальванометра.

а затем и ис

Замкнуть накоротко зажимы	Измерить емкость между выводами	Обозначение измеренной емкости
2 к 3	1 — (2 и 3)
1 и 3	2— (I и 3)	Cs_ 13
1 к 2	3 — U и 2)	С 3-12

Из таблицы следует, что при измерении следует поочередно соединять попарно выводы и измерять емкость между ними и третьим выводом. При повторном автоматическом отключении конденсаторной установки от действия реле или перегорания предохранителя включение конденсаторов разрешается только после выявления и устранения причин, вызвавших повторное отключение, с обязательной проверкой емкости каждого конденсатора. При подключении конденсаторов непосредственно к выводам асинхронных двигателей возможно самовозбуждение последних при отключении от сети и повышение напряжения сверх нормального. Во избежание этого рекомендуется подбирать емкость конденсатора такой величины, чтобы емкостный ток был меньше тока намагничивания двигателя. После испытания напряжением рекомендуется замерить емкость конденсаторов, имеющих последовательное соединение секций, для проверки отсутствия частичного пробоя. Перед установкой в каркас рекомендуется подобрать однофазные конденсаторы так, чтобы емкость по фазам была равномерной (с точностью до 5%). Конденсаторы в каркас следует располагать так, чтобы маркировочные таблички были видны обслуживающему персоналу.

• Назад
• Вперед

Обозначения на конденсаторах

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

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

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

Ёмкости до 100 пФ маркируются, за редкими исключениями, соответствующим числом. Этого достаточно для получения данных об изделии, так маркируется подавляющее число конденсаторов. Производитель может придумать свои, уникальные обозначения, расшифровать которые не всегда удаётся. Особенно это относится к цветовому коду отечественной продукции. По стёртой маркировке узнать ёмкость невозможно, в такой ситуации не обойтись без измерений.

Порядок проверки

Касание контактов щупами

Мультиметр может выявить такие причины неисправности, как пробой, влекущее за собой разрушение диэлектрика, разделяющего пластины, и ток идёт напрямую, при этом, сам конденсатор, по сути, становится простым проводником. Либо делает это частично, теряя свою ёмкость, становясь дополнительно активным сопротивлением в электрической цепи.

Сам конденсатор в силу своего принципа работы пропускает только переменный ток, а постоянный ни в коем случае, поэтому его сопротивление, замеряемое между выводами, достаточно большое и ограничивается очень малым током утечки через диэлектрик, разделяющий его рабочие пластины, накапливающие в себе заряд.

В неполярных конденсаторах, роль диэлектрика которых играет слюда, керамика, бумага, стекло, воздух ток утечки бесконечно мал, а сопротивление очень большое и при его измерении между выводами цифровым мультиметром прибор покажет бесконечность в виде 1 на цифровом табло. Поэтому, в случае пробоя, его сопротивление, замеряемое на выводах, составляет довольно малую величину — до нескольких десятков Ом.

Счетчик оборотов для подсчета витков

Один оборот равен одному витку — так раньше в уме подсчитывал, мотая трансформатор на примитивном приспособлении. С появлением полноценного намоточного станка с предусмотренным счетчиком стало намного проще, но самое важно, что при намотке витков процент на ошибку свелся практически к нулю.

В рассматриваемом намотчике использован механический счетчик УГН-1 (СО-35) от советской аппаратуры. Его можно заменить на велосчетчик или механический счетчик от старого бытового магнитофона, где он отмерял расход ленты. Также можно собрать простой счетчик своими руками, имея только калькулятор, геркон, два провода и магнит.

Разберите калькулятор на два контакта, замыкаемых кнопкой «равно», припаяйте два провода, а на концы проводов запаяйте геркон. Если поднести магнит к геркону, то его пластины внутри стеклянной колбы замкнутся и на калькуляторе произойдет имитация нажатия кнопки. Используя функцию сложения калькулятора 1+1 можно подсчитывать обороты.

Далее закрепляем самодельный диск на первую ось. К диску приклеиваем магнит, а на корпусе станка или кронштейне крепим геркон. Геркон располагаем так, чтобы при обороте диска магнит проходил рядом с герконом и смыкал его контакты.

По такому принципу можно заменить геркон на концевой выключатель, а диск сделать в виде эксцентрика. Диск-эксцентрик, вращаясь своей выпуклой частью, будет нажимать на концевик

Электрическая емкость и ее единица измерения

Свойство проводящих тел накапливать и удерживать электрический заряд, измеряемое отношением заряда уединенного проводника к его потенциалу, называется электрической емкостью, или просто емкостью, и обозначается буквой С.

Приведенная формула электрической емкости позволяет установить единицу электрической емкости.

Практически заряд измеряется в кулонах, потенциал в вольтах, а емкость в фарадах:

Емкостью в 1 фараду обладает проводник, которому сообщают заряд в 1 кулон и при этом потенциал проводника увеличивается на 1 вольт.

Единица измерения электрической емкости – фарада (обозначается ф или F) очень велика. Поэтому чаще пользуются более мелкими единицами – микрофарадой (мкф или μF), составляющей миллионную часть фарады:

1 мкф = 10-6ф ,

и пикофарадой (пф), составляющей миллионную часть микрофарады:

1 пф = 10-6мкф = 10-12ф .

Найдем выражение практической единицы – фарады в абсолютных единицах:

Наладка измерительного прибора

Чтобы произвести правильную наладку, следуйте инструкции:

1. Сперва достигается симметричность колебаний при помощи резистора R 1. «Бегунок» у резистора R 5 находится посередине.
2. Следующим действием будет подключение эталонного конденсатора 10 пф к клеммам, отмеченным значком сх. При помощи резистора R 5, переставляют стрелу микроамперметра на соответственную шкалу ёмкости эталонного конденсатора.
3. Далее проверяется форма колебания при выходе генератора. Тарировка проводится на всех поддиапазонах, здесь применяют резисторы R 7 и R 11.

Механизм устройства может быть разным. Параметры размеров зависят от типа микроамперметра. Каких-то особенностей при работе с прибором не выделяется.