Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

В этом форуме обсуждаются статьи напечатанные в журнале "Радио"

Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение VladimirT » 27 мар 2017, 09:12

Измерение емкости и ЭПС конденсаторов комбинированным прибором (статья в журнале №2 за 2017г). Вопрос автору: за 3 секунды измеряемый конденсатор разряжается полностью?
VladimirT
 
Сообщения: 51
Зарегистрирован: 21 дек 2015, 09:53

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение Нафис » 27 мар 2017, 21:23

Конденсатор заряжается (разряжается) на 99% за время 5 постоянных времени. Экзотический конденсатор с емкостью 99999 мкф разряжается на сопротивление 1 Ом в течении 0,5 секунды. Не помню данных по диэлектрической абсорбции оксидных конденсаторов, но по моему 3 секунды даже излишне.
Нафис
 
Сообщения: 281
Зарегистрирован: 12 апр 2015, 12:28

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение VladimirT » 31 мар 2017, 08:11

Я с Вами согласен, для измерения емкости 3 секунд более чем достаточно, так как в схеме измеряемый конденсатор разряжается на открытый n-канальный MOSFET с 50 мОм-ным каналом (время разряда ориентировочно составит t=rC=0.05Ом x 0.1Ф=5 мс). Но у меня вопрос по измерению ЭПС. Хотелось бы получить у автора. По его описанию для измерения ЭПС конденсатор должен разрядиться полностью. Но реально конденсатор полностью не разрядится (за счет абсорбции тоже).
VladimirT
 
Сообщения: 51
Зарегистрирован: 21 дек 2015, 09:53

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение AAS » 01 апр 2017, 14:37

Уважаемый VladimirT! Понятие "разрядиться полностью" в некотором смысле философское. Если быть предельно строгим, то в реальных условиях полностью разрядить конденсатор невозможно - для этого требуется слишком много невыполнимых условий - таких например, как отсутствие внешних электромагнитных полей, равное нулю сопротивление между обкладками, длительное время...
С точки зрения достижения приемлемой в радиолюбительской практике точности измерения на мой взгляд вполне достаточно снять не менее 95% заряда с измеряемого конденсатора. Правда остается еще нескомпенсированная диэлектрическая абсорбция, коэффициент которой достаточно велик у электролитических конденсаторов - может достигать 10% (а в ряде случаев и более). В практике измерений избавиться от нее нереально, так как требуется очень долго выдерживать конденсатор в закороченном состоянии - согласитесь, что если Вам предложат прибор, в котором время измерения параметров конденсатора составляет скажем полчаса, то вряд ли Вам он понравится. Однако не все так печально. К счастью заряд на конденсаторе, обусловленный свойством диэлектрической абсорбции появляется после размыкания перемычки не не мгновенно, - напряжение на нем нарастает достаточно медленно - в течение нескольких десятков секунд (ГОСТ 28885-90, регламентирующий правила измерения параметров конденсаторов предписывает измерять напряжение на нем через три минуты после размыкания перемычки). Поэтому если выполнить измерение в течение нескольких секунд сразу после выключения MOSFET'а, дополнительная погрешность будет весьма небольшой. Вот что я могу ответить Вам как автор этой конструкции.
AAS
 
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 04 апр 2016, 14:18

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение VladimirT » 03 апр 2017, 15:22

Здравствуйте AAS.

Хочу сделать себе измеритель ЭПС, но со схемным решением пока еще не определился, поэтому и задаю вопросы.
В статье Вы пишите, что напряжение на идеальном конденсаторе (с ЭПС равным нулю) линейно нарастает с нулевого значение (что подтверждает график на рис.2). Но реально напряжение начинает нарастать не с нулевого значения (за счет не полного разряда конденсатора и абсорбции, об этом Вы пишите в форуме). При разной емкости конденсатора и при разном времени разряда получается разное остаточное напряжение. Тогда в формуле расчета ЭПС R=U2/I-t2/Cx, t2 будет зависеть от емкости конденсатора и от времени разряда (а эти величины нестабильны), что не должно быть. Может я чего то не понимаю?

Спасибо за ответ.
VladimirT
 
Сообщения: 51
Зарегистрирован: 21 дек 2015, 09:53

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение AAS » 03 апр 2017, 18:21

Здравствуйте VladimirT.

В предложенной мной схеме конденсатор перед проведением измерения подвергается достаточно глубокой разрядке - более 99% во всем диапазоне измеряемых емкостей - в сообщении уважаемого Нафис'а уже приводились расчеты. Таким образом остаточное напряжение на нем мизерное и в общем случае им можно пренебречь и считать что заряд при измерении начинается с нулевого уровня (кстати Вы неправы, утверждая, что время разряда нестабильно - оно всегда равно 3 секундам). В любом случае суммарная погрешность измерения вызванная всеми возможными причинами (в том числе и абсорбцией) вписывается в приведенные в статье значения.

Если Вы ищете приемлемое схемное решение для своего измерителя и Вас заинтересовала данная схема, то имейте ввиду, что предложенная приставка разрабатывалась для работы с вполне конкретным прибором.

Желаю удачи.
AAS
 
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 04 апр 2016, 14:18

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение VladimirT » 04 апр 2017, 13:41

Здравствуйте, AAS.

Спасибо, с Вашей помощью разобрался с разрядом конденсатора. Действительно, за 3 секунды он разряжается до нуля и это не влияет на погрешность измерений. Мне Ваш метод измерения понравился и я хочу применить в своей разработке (частотомер до 1250 МГц "Радио" №2 2016г). Но появился еще один вопрос. В формуле R=U/I-t2/Cx величина R=U/I постоянная и равна 33 Ома (для номиналов, указанных в схеме). Для измерения ЭПС от 10 мОм, нестабильность данного параметра не должна превышать 0,0001-0,0002. Сюда входит и компаратор и стабилизатор тока заряда конденсатора. При небольшом прогреве VT2 ток уйдет и при изменении напряжения питания +5В сместятся пороги компаратора. Стабилизатор LM7805 не дает такой стабильности.

Может Вы мне поможете разобраться с этим параметром?
VladimirT
 
Сообщения: 51
Зарегистрирован: 21 дек 2015, 09:53

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение Нафис » 04 апр 2017, 14:43

Здравствуйте! Уважаемый AAS, Ваша приставка годится для работы с другими устройствами на МК с соответствующим ПО. Вопрос следующий, почему ошибка отработки компаратором порога дает существенную ошибку ЭПС? Теперь по основной теме, если увеличить пороги U1 и U2, то можно снизить влияние остаточного напряжения на результаты измерения. При этом придется увеличить ток зарядки, чтобы не затягивать процесс измерения.
Несколько лет назад я тоже разработал и изготовил прибор для измерения емкости и ЭПС. Проверял работу измерителя ЭПС известным способом, подключал последовательно с конденсатором сопротивления. Эталонный (идеальный) конденсатор выбрал по методу товарища Сухова из фильма.
Нафис
 
Сообщения: 281
Зарегистрирован: 12 апр 2015, 12:28

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение AAS » 04 апр 2017, 18:11

Здравствуйте.

Уважаемый VladimirT, что касается Вашего вопроса. Каскад на VT2 не что иное как эмиттерный повторитель. Как известно это каскад с глубокой ООС, которая стабилизирует его параметры. Поэтому его коллекторный ток (ток стабилизации) мало зависит от напряжения коллектор-эмиттер и температуры кристалла. Основной источник нестабильности тока - изменение параметров стабилитрона DA1. Именно поэтому я применил в его качестве прецизионный стабилитрон. Что касается смещения порогов компаратора при изменении питающего напряжения - да это имеет место. Налаживая приставку, я проводил эксперимент, нагревая корпус стабилизатора градусов примерно на 20, но честно говоря, не заметил разницы в измерениях. Впрочем, Вы подали мне хорошую идею, до которой я не додумался раньше - ведь при изменении Uпит изменятся оба порога - значит, если вести расчет не по значению одного из порогов, а по из разности - то можно принципиально избавиться от влияния изменения Uпит на измерение ЭПС. Спасибо - на досуге постараюсь переработать программу.

Уважаемый Нафис, спасибо за уточнение о возможности использования приставки с другими микроконтроллерными устройствами. Я именно это имел ввиду, правда из-за спешки написал кратко и возможно непонятно. По поводу влияния ошибки установки напряжения порога на ЭПС. Влияние действительно сильное (проверено на практике )из-за того, что само падение напряжения на ЭПС очень мало -например при величине ЭПС 0,1 Ом и токе зарядки конденсатора 20 мА оно составить всего 2 мВ, а смещение порога в ту или иную сторону фактически добавляет или вычитает эту величину к падению напряжения на ЭПС - это объяснение не совсем корректное, но в целом, думаю должно пояснить суть.
Что касается увеличения значения порогов. Конечно увеличение их величин с одной стороны позволит снизить влияние остаточного напряжения на результат измерения. Но с другой стороны при этом увеличится поляризация диэлектрика и абсорбция, о которой уже много сказано, проявит себя сильнее. Кроме того есть еще одно препятствие к увеличению порогов - требуется увеличивать максимальное выходное напряжение ГСТ при котором сохраняется линейность зарядного, а значит повышать напряжение питания ГСТ, которое выше 5-ти вольт без применения дополнительных преобразователей не поднять.
AAS
 
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 04 апр 2016, 14:18

Re: Измерение емкости и ЭПС конденсаторов

Сообщение Нафис » 05 апр 2017, 10:51

Самый "простой" метод измерения ЭПС. Заряжаем конденсатор известным током до известного напряжения. По достижении порога зарядки быстро отключаем ток и измеряем напряжение на конденсаторе. Далее производим простейшие вычисления и искомая величина определена. Метод работает.
Нафис
 
Сообщения: 281
Зарегистрирован: 12 апр 2015, 12:28

След.

Вернуться в Журнал "РАДИО"

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

cron