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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK C-Tester. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik In einer Amateurfunkwerkstatt kann neben diversen Messgeräten der „C-Tester“ (ST) einen bescheidenen, aber durchaus legitimen Platz einnehmen, um die elektrische Kapazität von „Mikrofarad“-Kondensatoren zu messen. Es ist nicht oft notwendig, die Kapazität solcher Kondensatoren zu messen. Daher soll es zusammen mit ST externe Geräte verwenden: eine Stoppuhr oder eine Uhr mit Sekundenzeiger und in einigen Fällen ein Multi-Limit-Milliamperemeter (Tester). Dadurch werden größtmögliche Einfachheit, kleine Abmessungen und niedrige Kosten des ST erreicht. Zusammengebaut nach dem in Abb. 1 gezeigten Schema, erfordert es keine Einstellung, Kalibrierung, Auswahl von Teilen und liefert einen relativen Messfehler von nicht mehr als ±10 % (ohne den Fehler externer Geräte) im Bereich von 5. ..10000 μF. Ein solcher Messfehler für diese Kondensatoren ist in den meisten praktischen Fällen akzeptabel. Bei Bedarf kann sie deutlich reduziert werden.
Im ST-Schema wird das Prinzip der indirekten Bestimmung der elektrischen Kapazität eines Kondensators durch den Zeitpunkt seiner Entladung von der Anfangsspannung auf eine Endspannung umgesetzt, die in einem festen Verhältnis zur Anfangsspannung steht. Bei einer Anfangsspannung gleich E folgt die Spannung am Kondensator U während seiner Entladung der Gleichung: U \uXNUMXd E e -t/RC, (1) woraus C = t/R * 1/(/nE - /nU), (2) Nehmen wir an: t = RC. (3) Wenn wir den Wert von t aus (3) in Formel (1) einsetzen, erhalten wir: U = E / e, (4), d. h. unter der Bedingung von Formel (4) wird die Kapazität aus (3) wie folgt bestimmt : C = t / R. (5) Somit ist nach Formel (5) bei einer Anfangsspannung gleich E und einer nach Formel (4) berechneten Endspannung der Wert der gemessenen Kapazität direkt proportional zur Zeit t. Nehmen wir den Widerstandswert des Widerstands R gleich 1 MΩ. Dann wird die Kapazität des Kondensators gemäß Formel (5) durch C = t 10 bestimmt -6 (F) = t (µF), (6) d.h. Die Kapazität des Kondensators C in Mikrofarad ist numerisch gleich der Zeit seiner Entladung t in Sekunden. Der ST bietet drei Bereiche der Kapazitätsmessung mit Zehn-Tage-Multiplikatoren x1, x10, x100 und Entladewiderständen mit Widerständen von 1 MΩ, 100 kΩ bzw. 10 kΩ. Vor diesem Hintergrund sieht Formel (6) wie folgt aus: C = tn, (7) wobei: C – Kapazität, μF; n ist der Bereichsmultiplikator (1, 10 oder 100). ST ist wie folgt angeordnet und funktioniert wie folgt. Der gemessene Kondensator wird an die Klemmen „Cx“ angeschlossen (Polarität bei gepolten Kondensatoren beachten). Der Kondensator mit einem seiner Ausgänge durch eine Kette von Öffnerkontakten der Tasten SB1, SB2, SB3, die mit "x1", "x10" und "x100" gekennzeichnet sind, der Widerstand R4, der den Ladestrom des Kondensators begrenzt, und der Leistungsschalter SA1 ist mit der Leistungsquelle G1 verbunden. Der andere Anschluss des Kondensators ist über die Anschlüsse "lut" und "case" mit dem gemeinsamen Draht verbunden, die durch eine Brücke geschlossen sind (die Brücke ist in Fig. 1 nicht gezeigt). Beim Einschalten der Stromversorgung mit dem Kippschalter SA1 wird der Kondensator auf die Versorgungsspannung aufgeladen. Dies ist die Anfangsspannung. Der Operationsverstärker DA1 ist entsprechend der Spannungskomparatorschaltung angeschlossen. Sein invertierender Eingang ist mit dem gemessenen Kondensator verbunden, und der nicht invertierende Eingang ist mit dem Spannungsteiler R5, R6 verbunden, an dessen Teilungspunkt eine Spannung gleich U \u2,718d E / e eingestellt wird, wobei E die Leistung ist Versorgungsspannung, V; e ist die Basis des natürlichen Logarithmus (e=1). Dies ist die Endspannung. Im Ausgangszustand, bei voll geladenem Kondensator, ist die Spannung am Ausgang des Komparators niedrig, der Transistor VT1 ist geschlossen und die HL1-LED ist aus. Durch Drücken und Halten einer der Tasten (SB2, SB3 oder SB1) wird der gemessene Kondensator mit dem entsprechenden Widerstand R2, R3 oder R5 verbunden und seine Entladung beginnt. Wenn die Spannung am Kondensator gleich der Spannung des R6-R6-Teilers wird, schaltet der Komparator, die Spannung an seinem Ausgang wird auf etwa 1 V eingestellt, der Transistor VT1 öffnet und die HL1-LED leuchtet. Die Zeit t in Sekunden wird vom Drücken der Taste bis zum Aufleuchten der LED gemessen. Jetzt können Sie die Taste loslassen. Der Kondensator wird über die Kette der Öffnerkontakte der Tasten SB2, SB3, SB4 und den Widerstand RXNUMX wieder aufgeladen und die LED erlischt. Bei der Kapazitätsmessung ist die Wahl der einen oder anderen Taste willkürlich und wird nur durch die Zweckmäßigkeit des Timings bestimmt. Die Messung kann von jeder Taste aus gestartet werden, jedoch nicht früher als 10 s nach dem Einschalten der Stromversorgung oder dem Loslassen der zuvor gedrückten Taste. Diese Zeit ist für eine zuverlässige Ladung des gemessenen Kondensators erforderlich. Schalten Sie nach der Messung die Stromversorgung mit dem Kippschalter „ON“ aus, bevor Sie den Kondensator von den „Cx“-Klemmen trennen. In diesem Fall wird der Kondensator über die geschlossenen Kontakte des SA1-Kippschalters, den Widerstand R4 und die Brücke an den „lyt“-Klemmen entladen. Bei der Messung der Kapazität von Oxidkondensatoren (Elektrolytkondensatoren) muss manchmal deren Leckstrom Iut berücksichtigt werden, was zu einem erheblichen Fehler im Messergebnis führen kann (das Ergebnis wird niedriger als der wahre Wert sein). Die Korrektur der Situation ermöglicht die Einführung des Koeffizienten Kut, abhängig vom Kondensator-Lyt und dem gewählten Bereich von n. Bei Anwendung auf ST sieht Formel (7) unter Berücksichtigung des Leckstroms des Kondensators wie folgt aus: С = tn Kut, (8) wobei: С die Kapazität des Kondensators, μF ist; Kut – Korrekturfaktor Kut = 1 + (Iut / nE), n – Bereichsmultiplikator (1, 10 oder 100); Iut - Leckstrom, μA; E - Versorgungsspannung, V. Die Versorgungsspannung beträgt ungefähr 9 V. Dann ist Kut = 1 + (Iut / n9). Es ist einfach, den Kut-Koeffizienten mit dieser Formel zu berechnen, aber es ist einfacher, das Diagramm seiner Abhängigkeit vom Leckstrom Iyt zu verwenden, das in Abb. 2 gezeigt ist.
Der Kondensatorableitstrom wird mit einem Milliamperemeter gemessen, das anstelle einer Brücke an die Klemmen „Iyt“ angeschlossen wird. Das Anschließen des Milliamperemeters sollte im ausgeschalteten Zustand erfolgen. Wenn der Netzschalter eingeschaltet wird, kann der Ladestrom des Kondensators im ersten Moment 20 mA erreichen und fällt dann auf einen bestimmten Wert ab, der durch die Leckage des Kondensators bestimmt wird. Im stationären Zustand kann der Leckstrom von Bruchteilen eines Mikroampere bis zu 20 mA (bei einem defekten Kondensator) reichen. Dies muss beim Einstellen der Milliamperemeter-Messgrenze beim Einschalten berücksichtigt werden. Bei der Messung des Ableitstroms von Elektrolytkondensatoren sollten diese einige Zeit (Zug) bestromt bleiben, bis sich der Stromwert eingestellt hat. Während dieser Zeit wird der Kondensator nicht nur geladen, sondern auch "geformt", wodurch sich seine Kapazität ändert. Die Arten der verwendeten Teile können beliebig sein. Die Widerstände R1, R2, R3, R5, R6 dürfen eine Widerstandstoleranz von maximal ±5 % haben. Der K140UD8-Chip kann durch einen K140UD6- oder K140UD12-Chip (einschließlich Pinbelegung) ersetzt werden. Auf dem CT-Panel sind installiert: Kippschalter SA1, Tasten SB1, SB2, SB3, Klemmen "Cx", "Iut" und LED HL1. Der Stromwandler wird von einer 9-V-Batterie gespeist, die einen Strom von 6 mA verbraucht. Wenn Sie den Messfehler reduzieren möchten, sollten Sie die Widerstände R1, R2, R3 mit Widerständen installieren, die möglichst nahe an den im Diagramm angegebenen Werten liegen. Außerdem müssen die Widerstandswerte der Widerstände R5 und R6 so gewählt werden, dass die Bedingung R5 / R6 = 1,72 eingehalten wird. Es kann Messfehler um 3% reduzieren. Und das können Sie. Schließen Sie eine einstellbare Konstantspannungsquelle an die Klemmen "Сх+" und "Gehäuse" an, beachten Sie die Polarität und stellen Sie ihren Ausgang auf eine Spannung ein, die der gemessenen Batteriespannung multipliziert mit dem Faktor 0,368 entspricht. Beispielsweise muss bei E = 9,21 V die Spannung an den Klemmen „Cx“ gleich U = 9,21 * 0,368 = 3,39 (V) eingestellt werden. Die Tasten müssen nicht gedrückt werden, die Klemmen „Cx-“ und „Iyt“ müssen frei sein. ST schaltet sich ein. In diesem Fall wird bei eingeschalteter LED ein variabler Widerstand mit einem Widerstandswert von 6 kOhm in Reihe mit dem Widerstand R1 geschaltet und durch dessen Einstellung die Schwelle gefunden, bei der die LED aufleuchtet und erlischt. Wenn die LED aus ist, müssen die obigen Schritte durchgeführt werden, indem ein variabler Widerstand in Reihe mit dem Widerstand R5 eingefügt wird. Der Widerstandswert des variablen Widerstands wird gemessen und ein fester Widerstand mit demselben Widerstandswert wird hinzugefügt. Mit dieser Auswahlmethode wird die technologische Vorspannung der Eingangsspannungen des Operationsverstärkers DA1 kompensiert, was ebenfalls eine Fehlerquelle ist, wenn auch eine kleine. Das Verfahren zum Messen der Zeit t bestimmt direkt die Genauigkeit der Kapazitätsmessung. Um die Zeit zu messen, können Sie eine Stoppuhr, einen Sekundenzeiger einer Uhr, einen blinkenden Punkt auf einer Digitaluhranzeige verwenden oder, wenn Sie keine größere Genauigkeit benötigen, einfach Sekunden zählen. Eine Abnahme der gemessenen Kapazität eines Kondensators gegenüber seinem Nennwert kann auf einen erhöhten Leckstrom zurückzuführen sein. Wenn die LED beim Einschalten des Netzschalters nicht erlischt, hat der gemessene Kondensator entweder einen Kurzschluss oder ein sehr großes Leck. Wenn nach dem Drücken der Taste „x1“ die LED unverzögert aufleuchtet, ist der Kondensator entweder offen oder hat seine Kapazität verloren. In jedem Fall ist ein Rückschluss auf die Eignung des Kondensators möglich. Der am Anfang des Artikels angegebene Kapazitätsmessbereich ist bedingt. Sie ist grundsätzlich nicht auf diese Figuren beschränkt und kann ohne Änderungen in der Schaltung in beide Richtungen erweitert werden. Lediglich der Bereich der Zeitmessung durch ein externes Instrument wird erweitert. Es ist möglich, dass sich der Messfehler kleiner Kapazitäten erhöht, da es schwierig ist, kleine Zeitintervalle zu messen. Literatur
Autor: V. Gusarov, Minsk; Veröffentlichung: radioradar.net
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