Каталог огранизаций по электромонтажу и электролабораторий:
Москва
Санкт-Петербург

Измеритель емкости конденсаторов

Электрические цепи, состоящие из проводников и полупроводников, включают в себя элементы, позволяющие накапливать заряды и отдавать их в нужный момент. Из-за этой особенности такие элементы изначально стали называть ёмкостью. Название пришло со времён, когда электричество считали жидкостью, а её накопитель – сосудом. Это не совсем удачное определение применяется до сих пор, хотя сам элемент называется конденсатор.

Типы конденсаторов и их внешний вид
Типы конденсаторов и их внешний вид

Устройство и характеристики конденсатора

Конструкция конденсатора представляет собой две токопроводящие пластины, разделённые диэлектриком. Если приложить к пластинам напряжение от источника постоянного тока, то ток короткое время будет протекать через конденсатор, и он зарядится. На его пластинах (обкладках) накопится напряжение, равное напряжению источника. Длительность протекания тока и ёмкость его заряда зависят от площади обкладок и расстояния между ними. Ёмкость обозначается буквой С и измеряется в фарадах. Единица измерения в системе СИ – 1Ф (F). Обозначение принято в честь физика из Англии М. Фарадея.

Внимание! Ёмкость 1Ф – очень большая величина. Если рассматривать Землю как уединённый проводник в форме шара, то ёмкость составила бы около 700 мкФ. Поэтому электротехнические элементы измеряют в малых величинах: пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ), микрофарадах (мкФ).

Единицы измерения ёмкости
Единицы измерения ёмкости

В цепях постоянного и переменного тока ёмкостной элемент ведёт себя по-разному. Если постоянный ток конденсатор через себя не пропускает, то переменному току, проходящему через него, оказывает определённое сопротивление. Это ещё одна важная характеристика конденсатора – ёмкостное сопротивление RC.

Сопротивление из разряда реактивных сопротивлений, рассчитывается по формуле:

Rс =1/6,28*f*C,

где:

  • Rc – емкостное сопротивление, Ом;
  • 6,28 – 2 π;
  • f – частота тока, Гц;
  • C – емкость данного конденсатора, Ф.

Важно! Как видно из формулы, для токов разной частоты сопротивление одного и того же элемента меняется. Чем выше частота тока, тем ниже ёмкостное сопротивление конденсатора.

Различают конденсаторы постоянной и переменной ёмкости. Вторые имеют конструкцию, в результате которой изменяется расстояние между пластинами.

По типу исполнения конденсаторы постоянной ёмкости бывают:

  • полярные электролитические;
  • однослойные и многослойные керамические;
  • высоковольтные керамические;
  • полиэстеровые;
  • танталовые;
  • полипропиленовые конденсаторы.

Конструкция зависит от порядкового разряда ёмкости элемента, применяемого материала для пластин и диэлектрика.

Обозначения на конденсаторах

От размеров элемента зависит количество данных, характеризующих его параметры. На корпус элемента наносятся обязательные электрические характеристики:

  • ёмкость конденсатора, С;
  • максимальное напряжение, на которое рассчитан элемент, В.

На очень мелких деталях может быть отмечена только ёмкость, по стандарту EIA. Если нарисованы только цифры и буква, то цифры обозначают ёмкость, буквы могут иметь расшифровку, применимую к типу конструкции. При наличии трёх цифр первые две – это ёмкость. Третья цифра, лежащая в пределах 0-6, – это множитель нуля (505 – 55*100000). Когда третья цифра 8, значение умножают на 0,01, если 9 – на 0,1.

К сведению. Буква, обозначающая ёмкость, может стоять как после числового значения, так перед ним и между цифрами. Например, Н15; 1Н5; 15Н. Таким образом, может обозначаться десятичный разряд числа – 0,15нФ; 1,5нФ; 15нФ.

Дополнительно могут быть обозначены значения:

  • тип – конструктивное исполнение;
  • вид тока – постоянный, переменный, AC – DC;
  • рабочая частота, Гц;
  • величина допустимых отклонений ёмкости, %;
  • полярность выводов у электролитических конденсаторов, « + » и « – ».
Обозначения на корпусе электролитического конденсатора
Обозначения на корпусе электролитического конденсатора

Вычисления с помощью формул электротехники

Определить ёмкость конденсатора можно с помощью формулы, известной из школьной программы по физике:

С = q / U,

где:

  • q – заряд (Кл);
  • U – разность потенциалов (ϕ1 и ϕ2) между обкладками (В).

Из формулы следует, что конденсатор, имеющий ёмкость в 1 фарад, собирает на пластинах заряд в 1 кулон, создавая напряжение между ними в 1 вольт.

Возможные неисправности конденсатора

Как и всякие элементы электрических схем, ёмкостные тоже выходят из строя, что влечёт за собой отказ в работе аппаратуры. Чаще отказываются работать электролитические конденсаторы. К их основным неисправностям можно отнести:

  • обрыв конденсатора, в этом случае ёмкости нет вообще, или она снижена;
  • пробой элемента в результате короткого замыкания обкладок;
  • снижение максимально возможного напряжения;
  • увеличение ёмкостного сопротивления Rc.

Неисправный элемент обнаружить не всегда просто, но возможно.

Как проверить исправность конденсатора

Перед измерением конденсатор желательно выпаять из гнезда. Подключить измерительный прибор к выводам. По показаниям, отображаемым на дисплее, определяют исправность радиодетали.

Схема измерения

Для производства измерений необходимо выпаять хотя бы один вывод. Выпаивание делается для того, чтобы другие детали цепи не вносили искажений в результат проверки. Контрольные приборы подключаются щупами непосредственно к контактам конденсатора.

Измерительные приборы

Как и любую радиодеталь, ёмкостной элемент можно измерить. Для этого используются измерительные приборы: омметр или мультиметр. В ходе работы неисправный конденсатор можно определить на вид ещё до того, как выпаивать из платы.

Проверка конденсатора мультиметром

Выявить обрыв детали по снижению или полному отсутствию ёмкости можно мультиметром с опцией измерителя емкости электролитических конденсаторов. Если в результате проверки ёмкость отсутствует или понижена, элемент цепи не исправен.

Когда ёмкость детали больше 20 мкФ, то проверку поможет провести любой тестер в режиме омметра. Выставляется предел измерения «200 кОм».  После выпаивания для снятия остаточного заряда выводы детали кратковременно закорачиваются между собой.

На выводах измеряется сопротивление, которое будет расти в зависимости от ёмкости. Чем она меньше, тем быстрее растёт величина сопротивления и достигает бесконечности. Бесконечность показывает полностью заряженный конденсатор. Если этого не происходит, а на дисплее сразу значение бесконечности, значит, у детали есть обрыв.

Важно! При значении ёмкости менее 20 мкФ такой способ не годится. Увеличение сопротивления до бесконечной величины в этом случае происходит быстро, его невозможно заметить.

Измерение фактических емкостных значений

Пробой между пластинами происходит в результате внутреннего короткого замыкания. Измерение емкости омметром при этом показывает ноль или некоторое сопротивление, которое не растёт. Даже если чуть увеличивается, то не достигает бесконечности.

При внешнем осмотре такие элементы заметны. У электролитических конденсаторов на верхней части корпуса имеются насечки крестом. При коротком замыкании пластин электролит внутри закипает и выделяет газ. Газ пытается выйти наружу и в этом месте раскрывает деталь. Верхушки неисправных элементов разорваны или вспучены.

Измерение прибором ESR

Для измерения емкости конденсатора для определения увеличения внутреннего сопротивления применяют особый прибор – ESR. При его использовании деталь выпаивать не обязательно.

При заряде или разряде неисправного конденсатора увеличение этого параметра указывает на снижение пикового тока через элемент. Картина такая, как будто в цепи с измеряемым элементом находится последовательно подключенный резистор и вносит задержку.

Это называется эквивалентное последовательное сопротивление – ЭПС. В английском языке – ESR.

Самодельный С – метр

Собрать простой измеритель емкости конденсаторов своими руками можно на интегральной микросхеме серии 155ЛА3.

Схема измерителя ёмкости на микросхемах серии 155ЛА3
Схема измерителя ёмкости на микросхемах серии 155ЛА3

На самодельную печатную плату устанавливается микросхема К155ЛА3. Плату предварительно отмывают от грязи и флюса, которые останутся после изготовления. Используемые детали:

  • микросхема К155ЛА3;
  • диоды КД 509;
  • подобранные резисторы 47 кОм;
  • резисторы 11 кОм;
  • конденсатор 0,1 мкФ;
  • подобранные ёмкости: С1 0-50 пФ, С2 0-500 пФ, С3 0-5000 пФ, С4 0-0,05 мкФ.

К выводам присоединяется питание 5 В. На вывод 7 – минус, на вывод 14 – плюс. Выводы считаются от ключа, нанесённого на корпус. Источник питания – 5 В при токе 0.1 А.

Проводники, которые соединяют резисторы с переключателем, выполняются по возможности короче. Переменные резисторы после подбора заменяются постоянными эквивалентами. Настройку выполняют с измерительным прибором, который будет использоваться.

Регулировка сводится к установке максимальных границ каждого диапазона при помощи подбора резисторов 47 К.

Снижение напряжения пробоя конденсатора

Снижение максимально возможного напряжения – это так называемый обратимый пробой. Его не определить тестером. Но в схеме при работе при номинально допустимом значении напряжения элемент ведёт себя как пробитый. При этом он будет измеряться тестером как рабочий.

Определить можно постепенной подачей напряжения от отдельного источника питания до величины, указанной на корпусе. У неисправного конденсатора пробой будет происходить раньше этой величины. Электролит закипит, и корпус начнёт греться.

Внимание! Если на маркировке стоит значение «60V», то при плавной подаче напряжения на выводы от нуля до 50V элемент должен вести себя нормально. Пробоя быть не должно.

Измерение ёмкости конденсаторов с помощью измерительных приборов заводского изготовления или самодельных устройств позволяет производить ремонт и наладку электронных схем. Выявление неисправного конденсатора путём измерения его физических ёмкостных значений сохранит работоспособность электронного устройства и снизит время, затраченное на ремонт.

Видео