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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA testador C. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Em uma oficina de rádio amador, ao lado de vários instrumentos de medição, o "C-tester" (ST) pode ocupar um lugar modesto, mas bastante legítimo, para medir a capacitância elétrica de capacitores "microfarad". Nem sempre é necessário medir a capacitância de tais capacitores. Portanto, juntamente com o ST, deve-se usar dispositivos externos: um cronômetro ou um relógio com ponteiro de segundos e, em alguns casos, um miliamperímetro multilimite (testador). Isso alcança a máxima simplicidade, tamanho pequeno e baixo custo do ST. Montado de acordo com o esquema mostrado na Fig. 1, não requer ajuste, calibração, seleção de peças e fornecerá um erro de medição relativo não superior a ± 10% (excluindo o erro de dispositivos externos) na faixa de 5. ..10000 μF. Tal erro de medição para esses capacitores é aceitável na maioria dos casos práticos. Se necessário, pode ser significativamente reduzido.
O circuito ST implementa o princípio de determinação indireta da capacitância elétrica de um capacitor com base no tempo de sua descarga da tensão inicial até uma determinada tensão final, que está em uma relação fixa com a inicial. Com tensão inicial igual a E, a tensão no capacitor U durante sua descarga obedece à equação: U = E e -t/RC, (1) de onde C = t/R * 1/(/nE - /nU), (2) Vamos aceitar: t = RC. (3) Substituindo o valor de t de (3) na fórmula (1), obtemos: U = E / e, (4) ou seja, se as condições da fórmula (4) forem atendidas, a capacidade de (3) é determinada como segue: C = t / R. (5) Assim, conforme fórmula (5), com tensão inicial igual a E e tensão final calculada conforme fórmula (4), o valor da capacitância medida é diretamente proporcional ao tempo t. Vamos considerar a resistência do resistor R igual a 1 MOhm. Então a capacitância do capacitor de acordo com a fórmula (5) será determinada por C = t 10 -6 (F) = t (μF), (6) ou seja A capacitância do capacitor C em microfarads é numericamente igual ao seu tempo de descarga t em segundos. O TC fornece três faixas de medição de capacitância com multiplicadores de década x1, x10, x100 e resistores de descarga com resistências de 1 MOhm, 100 kOhm, 10 kOhm, respectivamente. Levando isso em consideração, a fórmula (6) ficará semelhante a C = tn, (7) onde: C - capacitância, μF; n - multiplicador de intervalo (1, 10 ou 100). ST é organizado e funciona da seguinte forma. O capacitor medido é conectado aos terminais "Cx" (observe a polaridade dos capacitores polares). O capacitor com uma de suas saídas através de uma cadeia de contatos normalmente fechados dos botões SB1, SB2, SB3, marcados "x1", "x10" e "x100", o resistor R4, que limita a corrente de carga do capacitor, e o interruptor de alimentação SA1 é conectado à fonte de alimentação G1. O outro terminal do capacitor é conectado ao fio comum através dos terminais "lut" e "case", fechados por um jumper (o jumper não é mostrado na Fig. 1). Quando a energia é ligada com a chave seletora SA1, o capacitor é carregado na tensão de alimentação. Esta é a tensão inicial. O amplificador operacional DA1 é conectado de acordo com o circuito comparador de tensão. Sua entrada inversora é conectada ao capacitor medido, e a entrada não inversora é conectada ao divisor de tensão R5, R6, em cujo ponto de divisão a tensão é igual a U = E / e, onde E é a fonte de alimentação tensão, V; e é a base do logaritmo natural (e=2,718). Esta é a tensão final. No estado inicial, com o capacitor totalmente carregado, a tensão na saída do comparador é baixa, o transistor VT1 está fechado e o LED HL1 não está aceso. Ao pressionar e segurar qualquer um dos botões (SB1, SB2 ou SB3), o capacitor a ser medido é conectado ao resistor correspondente R1, R2 ou R3, e sua descarga começa. Quando a tensão no capacitor se torna igual à tensão do divisor R5-R6, o comparador muda, a tensão em sua saída é ajustada para cerca de 6 V, o transistor VT1 abre e o LED HL1 acende. O tempo t em segundos é medido desde o momento em que o botão é pressionado até o LED acender. Agora você pode soltar o botão. O capacitor, através da cadeia de contatos normalmente fechados dos botões SB1, SB2, SB3 e do resistor R4, será carregado novamente e o LED apagará. Ao medir a capacidade, a escolha de um ou outro botão é arbitrária e determinada apenas pela conveniência do tempo. A medição pode ser iniciada a partir de qualquer botão, mas não antes de 10 s a partir do momento em que a energia é ligada ou o botão pressionado anteriormente é liberado. Este tempo é necessário para carregar de forma confiável o capacitor que está sendo medido. Após a medição, antes de desconectar o capacitor dos terminais “Cx”, desligue a alimentação com a chave seletora “ON”. Neste caso, o capacitor será descarregado através dos contatos fechados da chave seletora SA1, do resistor R4 e do jumper nos terminais “lyt”. Ao medir a capacitância de capacitores de óxido (eletrolíticos), às vezes é necessário levar em consideração sua corrente de fuga Iut, o que pode introduzir um erro significativo no resultado da medição (o resultado será inferior ao valor real). A situação pode ser corrigida introduzindo o coeficiente Kut, que depende do lyt do capacitor e da faixa selecionada de mudanças em n. Quando aplicada ao TC, levando em consideração a corrente de fuga do capacitor, a fórmula (7) fica assim: C = tn Kut, (8) onde: C é a capacitância do capacitor, μF; Kut - fator de correção Kut = 1 + (Iut/nE), n - multiplicador de faixa (1, 10 ou 100); Iut - corrente de fuga, μA; E - tensão da fonte de alimentação, V. A tensão da fonte de alimentação é de aproximadamente 9 V. Então Kut = 1 + (Iut/n9). O coeficiente Kut é fácil de calcular usando esta fórmula, mas é mais fácil usar o gráfico de sua dependência da corrente de fuga Iyt, mostrada na Fig. 2.
A corrente de fuga do capacitor é medida com um miliamperímetro conectado aos terminais "Iyt" em vez de um jumper. A conexão do miliamperímetro deve ser feita com a alimentação desligada. Quando o interruptor de alimentação é ligado, a corrente de carga do capacitor no primeiro momento pode atingir 20 mA e, em seguida, cai para um determinado valor determinado pelo vazamento do capacitor. Em estado estacionário, a corrente de fuga pode variar de frações de microampere a 20 mA (para um capacitor quebrado). Isso deve ser levado em consideração ao definir o limite de medição do miliamperímetro no momento da inicialização. Ao medir a corrente de fuga dos capacitores eletrolíticos, é necessário mantê-los energizados (trem) por algum tempo até que o valor da corrente seja estabelecido. Durante esse tempo, o capacitor não é apenas carregado, mas também "formado", alterando sua capacitância. Os tipos de peças utilizadas podem ser qualquer um. Os resistores R1, R2, R3, R5, R6 devem ter uma tolerância de resistência não superior a ±5%. O chip K140UD8 pode ser substituído por um chip K140UD6 ou K140UD12 (incluindo a pinagem). No painel do CT estão instalados: chave seletora SA1, botões SB1, SB2, SB3, terminais "Cx", "Iut" e LED HL1. O TC é alimentado por uma bateria de 9 V, consumindo uma corrente de 6 mA. Se você quiser reduzir o erro de medição, instale os resistores R1, R2, R3 com resistências o mais próximo possível dos valores especificados no diagrama. Também é necessário selecionar as resistências dos resistores R5 e R6 para que a condição R5 / R6 = 1,72 seja observada. Pode reduzir o erro de medição em 3%. E você pode fazê-lo. Conecte uma fonte de tensão constante ajustável aos terminais "Сх+" e "Housing", observando a polaridade, defina sua saída para uma tensão igual à tensão da bateria medida multiplicada por um fator de 0,368. Por exemplo, em E = 9,21 V, a tensão nos terminais "Cx" deve ser igual a U = 9,21 * 0,368 = 3,39 (V). Os botões não precisam ser pressionados, os terminais "Cx-" e "Iyt" devem estar livres. ST acende. Neste caso, se o LED estiver aceso, um resistor variável com resistência de 6 kOhm é ligado em série com o resistor R1 e, ajustando-o, encontra-se o limite no qual o LED acende e apaga. Se o LED estiver desligado, as etapas acima devem ser feitas conectando um resistor variável em série com o resistor R5. A resistência do resistor variável é medida e um resistor fixo com a mesma resistência é adicionado. Com este método de seleção, será compensado o viés tecnológico das tensões de entrada do amplificador operacional DA1, que também é uma fonte de erro, embora pequena. O método de medição do tempo t determina diretamente a precisão da medição de capacitância. Para medir o tempo, você pode usar um cronômetro, um ponteiro de segundos de um relógio, um ponto piscando em um mostrador de relógio digital ou pode, se não precisar de maior precisão, simplesmente contar os segundos. Uma diminuição na capacitância medida de um capacitor em relação ao seu valor nominal pode ser devido a um aumento da corrente de fuga. Se o LED não apagar quando o interruptor de alimentação for ligado, o capacitor medido está em curto ou tem um vazamento muito grande. Quando, após pressionar o botão "x1", o LED acende sem demora, o capacitor está aberto ou perdeu sua capacitância. Em qualquer caso, é possível tirar uma conclusão sobre a adequação do capacitor. A faixa de medição de capacitância fornecida no início do artigo é condicional. Em princípio, não se limita a essas figuras e pode ser expandido em ambas as direções sem nenhuma alteração no circuito. Apenas a faixa de medição de tempo por um instrumento externo será estendida. É possível que o erro de medição de pequenas capacidades aumente devido à dificuldade de medir pequenos intervalos de tempo. Literatura
Autor: V. Gusarov, Minsk; Publicação: radioradar.net
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