Принцип действия прибора для проверки конденсаторов
Перед тем, как производить измерение, нужно выполнить разрядку конденсатора. Для этого его выводы соединяют друг с другом.
Щупы мультиметра обеспечивают разность потенциалов, которая может быть использована для зарядки конденсатора. По времени зарядки можно приблизительно оценить емкость. Измеряя сопротивление, можно определить наличие повреждений или пробой конденсатора.
Вам это будет интересно Все об проводах для сварки
При измерении параметра ESR используются сложные алгоритмы. В таком тестере используются специальные микросхемы для управления процессом проверки.
Виды конденсаторов
Теория
Итак, обо всем по порядку.
Для начала позвольте немного теории, чтобы полнее представлять суть проблемы. ESR — это аббревиатура от английских слов Equivalent Serial Resistance, в переводе означает «эквивалентное последовательное сопротивление».
В упрощенном виде электролитический (оксидный) конденсатор представляет собой две алюминиевые ленточные обкладки, разделенные прокладкой из пористого материала, пропитанного специальным составом — электролитом.
Диэлектриком в таких конденсаторах является очень тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности алюминиевой фольги при подаче на обкладки напряжения определенной полярности.
К этим ленточным обкладкам присоединяются проволочные выводы. Ленты сворачиваются в рулон, и все это помещается в герметичный корпус. Благодаря очень малой толщине диэлектрика и большой площади обкладок оксидные конденсаторы при малых габаритах имеют большую емкость.
В процессе работы внутри конденсатора протекают электрохимические процессы, разрушающие место соединения вывода с обкладками.
Контакт нарушается, и в результате появляется так называемое переходное сопротивление, достигающее значения десятков ом и более, что эквивалентно включению последовательно с конденсатором резистора, причем последний находится в самом конденсаторе.
Зарядные и разрядные токи вызывают нагрев этого «резистора», что еще больше усугубляет разрушительный процесс. Другая причина выхода из строя электролитического конденсатора — это известное радиолюбителям «высыхание», когда из-за плохой герметизации происходит испарение электролита.
В этом случае возрастает реактивное емкостное (Хс) сопротивление конденсатора, так как емкость последнего уменьшается.
Наличие последовательного сопротивления негативно сказывается на работе устройства, нарушая логику работы конденсатора в схеме. (Если включить, например, последовательно с конденсатором фильтра выпрямителя резистор сопротивлением 10…20 Ом, на выходе последнего резко возрастут пульсации выпрямленного напряжения.).
Особенно сильно сказывается повышенное значение ESR конденсаторов (причем всего до 3…5 Ом) на работе импульсных блоков питания, выводя из строя более дорогостоящие транзисторы или микросхемы.
Принцип работы описываемых измерителей ESR основан на измерении емкостного сопротивления конденсатора, т.е., по сути, это омметр, работающий на переменном токе. Из курса радиотехники известна формула:
где Хс — емкостное сопротивление, Ом; f -частота, Гц; С — емкость, Ф. Например, конденсатор емкостью 10 мкФ на частоте 100 кГц будет иметь емкостное сопротивление 0,16 Ом, 100 мкФ — 0,016 Ом и т.д. В реальном конденсаторе это значение будет несколько выше из-за наличия паразитной индуктивности (сопротивления потерь), однако для наших целей особая точность измерений не нужна.
Выбор частоты измерения 100 кГц обусловлен тем, что многие фирмы, производящие конденсаторы с низким ESR, максимальный импеданс конденсатора (т.е. ESR) задают именно на этой частоте.
Следует отметить, что формула (1) справедлива для переменного тока синусоидальной формы, описываемые же измерители работают с генераторами прямоугольных импульсов. Но, как было замечено выше, нам нужно не точность измерений, а возможность различать конденсаторы с ESR, например, 0,5 и 5 Ом.
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.
Почему вредно большое значение ESR
На нулевой частоте (постоянный ток) и низких частотах, как вы помните из статьи конденсатор в цепи постоянного и переменного тока, конденсатор сам оказывает большое сопротивление электрическому току. В этом случае какие-то паразитные доли Ома сопротивления ESR не будут влиять на параметры электрической цепи. Все самое интересное начинается тогда, когда конденсатор работает в высокочастотных цепях (ВЧ).
Мы с вами знаем, что конденсатор пропускает через себя переменный ток. И чем больше частота, тем меньше сопротивление самого конденсатора. Вот вам формула, если позабыли:
где, ХС – это сопротивление конденсатора, Ом
П – постоянная и равняется приблизительно 3,14
F – частота, измеряется в Герцах
С – емкость, измеряется в Фарадах
Но, одно то мы не учли… Сопротивление выводов и пластин с частотой не меняется! Так… и если пораскинуть мозгами, то получается, что на бесконечной частоте сопротивление конденсатора будет равняться его ESRу? Получается, наш конденсатор превращается в резистор? А как ведет себя резистор в цепи переменного тока? Да точно также как и в цепи постоянного тока: греется! Следовательно на этом резисторе будет рассеиваться мощность P в окружающую среду. А как вы помните, мощность через сопротивление и силу тока выражается формулой:
P=I2xR
где
I – это сила тока, в Амперах
R – сопротивление резистора ESR, в Омах
Значит, если ESR будет больше, то и мощность рассеивания тоже будет больше! То есть этот резистор будет хорошенько нагреваться.
Догоняете о чем я вам толкую?
Из всего выше сказанного можно сделать простенький вывод: конденсатор с большим ESR в высокочастотных цепях с большими токами будет нагреваться. Ну да ладно, пусть себе греется… Резисторы и микросхемы тоже ведь греются и ничего! Но весь косяк заключается в том, что с увеличением температуры конденсатора меняется и его емкость! Есть даже такой интересный параметр конденсатора, как ТКЕ или Температурный Коэффициент Емкости. Этот коэффициент показывает, насколько поменяется емкость при изменении температуры. А раз уже “плавает” емкость, то вслед за ней “плывет” и схема.
Схема измерения
Для определения ёмкости неизвестного конденсатора следует включить его в цепь из резистора и источника питания. Входное напряжение выбирается несколько меньшим номинального напряжения конденсатора, если оно неизвестно — достаточно будет 10–12 вольт. Ещё необходим секундомер. Для исключения влияния внутреннего сопротивления источника питания на параметры цепи, на входе надо установить выключатель.
Сопротивление подбирается экспериментально, больше для удобства отсчёта времени, в большинстве случаев в пределах пяти — десяти килоом. Напряжение на конденсаторе контролируется вольтметром. Время отсчитывается с момента включения питания — при зарядке и выключении, если контролируется разряд. Имея известные величины сопротивления и времени, по формуле t = RC вычисляется ёмкость.
Удобнее отсчитывать время разрядки конденсатора и отмечать значения в 90 % или 95 % от начального напряжения, в этом случае расчёт ведётся по формулам 2.2t = 2.2RC и 3t = 3RC. Таким способом можно узнать ёмкость электролитических конденсаторов с точностью, определяемой погрешностями измерений времени, напряжения и сопротивления. Применение его для керамических и других малой ёмкости, с использованием трансформатора 50 Hz, вычислением емкостного сопротивления — даёт непрогнозируемую погрешность.
Определение ёмкости конденсатора
Ёмкость — это основополагающая характеристика конденсатора. Её требуется измерять для определения того, что накапливает сам элемент, а также удовлетворительно ли удерживает заряд.
Для того, чтобы удостовериться в работоспособности компонента, надлежит измерить данный параметр и сравнить его обозначенным на самом корпусе
Перед проверкой любого конденсатора на эффективность и функциональность, требуется принять во внимание некоторую особенность данной процедуры
Пытаясь произвести измерение при помощи щупов, возможно не добиться желаемых результатов. Доступным может стать только проверка общей работоспособности обследуемого конденсатора. Для чего выставляют режим прозвона, затем прикасаются к ножкам щупами.
Если требуются точные результаты, то наилучшим выходом в подобной ситуации является применение модели, которая имеет особые контактные площадки, а также способность регулировки вилки, которая вычисляет емкость элемента.
Прибор следует переключить на номинальное значение, которое прописано на корпусе. Затем требуется вставить электрический компонент в посадочные «гнезда», произведя перед этим его разрядку при помощи металлического предмета.
На экране будут высвечиваться показатели ёмкости, приблизительно равные номинальным. Если этого не наблюдается, тогда надлежит сделать вывод, что конденсатор неисправен. Следует отследить, чтобы в мультиметре была новая и работоспособная батарейка. Это предоставит наиболее точные показания.
ESR электролитических конденсаторов
В основном параметр ESR касается именно электролитических конденсаторов. Электролит, который там есть, теряет часть своих свойств при нагреве и конденсатор меняет свою емкость, что, конечно же, нежелательно. После приличного нагрева конденсатор начинает тупить, вздувается и быстро стареет.
У вздувшихся конденсаторов в первую очередь как раз ESR и растёт, тогда как ёмкость до определённого времени может оставаться практически номинальной ( ну той, которая написана на самом конденсаторе)
Чаще всего они вспухают в импульсных блоках питания и на материнках, обычно рядом с процессором (там выше на них нагрузка, да и тепло от процессора, вероятно, свою роль играет). Один из характерных симптомов: техника (комп, монитор) начинает включаться всё хуже и хуже. Либо с паузой (до нескольких часов после включения в сеть), либо с -дцатой попытки.
Ещё симптом: если отрубить питание на некоторое время (сетевой фильтр выключить, или из розетки выдернуть) – то снова начинает включаться не с первой попытки, или после паузы. А если не выключать питание, то комп может включаться сразу (но это тоже до поры, до времени, разумеется). Но бывает, что конденсаторы не вспухли, а ESR уже в десятки раз выше нормы. Тогда, понятно, заменяем. По опыту – очень частая проблема. И весьма легко диагностируемая (особенно, при наличии чудо-приборчика от китайских товарищей).
Как проверить конденсатор мультиметром
В данном материале я расскажу, как можно проверить исправность конденсатора с применением мультиметра. Итак, давайте приступим.
Определяем полярный или неполярный конденсатор
Существуют две разновидности конденсаторов: полярный и неполярный. К полярным конденсаторам относятся в основном электролитические и у них есть плюс и минус.
Подобные конденсаторы крайне чувствительны к полярности. Если вы ее перепутаете и впаяете такой элемент наоборот, то при первом же включении конденсатор просто выйдет из строя. И если вы установили современный конденсатор с так называемыми насечками,
то он просто вздуется и раскроется по этим насечкам, которые как раз и предназначены для того, чтобы предотвратить взрыв. Если же был впаян старый советский электролитический конденсатор, то тут есть вероятность взрыва
Так что будьте внимательны и всегда обращайте внимание на полярность изделия
Кстати, определить ее легко. На полярных конденсаторах минусовая ножка выделяется черной птичкой или светлой полосой, например, как здесь:
К чему это я все рассказываю? К тому, что при проверке нам тоже важна полярность или неполярность конденсатора.
Итак, с полярностью понятно, давайте теперь разберемся, как проверять конденсатор. Вспоминаем главное свойство конденсаторов. Оно заключено в том, что он пропускает постоянный ток только в первые секунды времени (пока идет заряд конденсатора) и как только конденсатор набрал свою емкость, ток перестает течь.
Важно. Для проверки мультиметром подойдут конденсаторы емкостью от 0,25 мкФ
Приступаем к проверке полярного конденсатора
Итак, сегодня мы будем проверять этот конденсатор:
Берем мультиметр, выставляем на приборе прозвонку или же измерение сопротивления. Так как в таком режиме измерительный прибор выдает постоянное напряжение, то прислонив щупы и строго соблюдая полярность (черный щуп на минус, а красный на плюс), мы начнем заряжать наш испытуемый конденсатор.
Поэтому вначале на приборе будет минимальное значение сопротивления, которое будет расти по мере зарядки конденсатора, и в конце концов на приборе загорится «1». Это значит, что достигнут предел измерения на вашем мультиметре.
Если же прислонив щупы к выводам конденсатора вы на дисплее обнаружили нули и стоит писк, значит в конденсаторе было короткое замыкание и он пробит. Если же сразу увидели «1», то значит внутри конденсатора обрыв.
Данное изделие признается неисправным и поэтому его нужно выкинуть.
Проверяем неполярный конденсатор
В таком варианте проверка будет предельно проста. На мультиметре выставляем измерение сопротивления на Мегомы и прислоняем щупы к выводам конденсатора, при этом полярность не играет никакой роли. И если на дисплее вы увидите сопротивление менее двух МегаОм, то данный конденсатор негоден, его также следует выкинуть.
Если же в вашем приборе присутствует следующий разъем,
То проверка конденсаторов упрощается в разы, вы просто вставляете концы в разъем и видите емкость конденсатора.
Заключение
Это все, что я хотел вам рассказать о проверке конденсатора с применением мультиметра. Если статья была вам интересна и полезна, то оцените ее пальцем вверх
Спасибо за ваше внимание!
Проверка мультиметром
При помощи мультиметра проверяют два параметра конденсатора: внутреннее сопротивление и емкость.
Внутреннее сопротивление (проверка на пробой и обрыв цепи)
Мультиметр переводят в режим измерения сопротивления путем установки переключателя в сектор «Ω» на верхнюю позицию — у разных моделей это 2 или 20 МОм.
Далее касаются щупами выводов конденсатора. Если тот исправен, происходит следующее:
- вначале мультиметр показывает низкое сопротивление — конденсатор заряжается подаваемым на щупы напряжением;
- по мере увеличения заряда в конденсаторе, сопротивление постепенно возрастает и в конце концов достигает очень высокой величины: на дисплее — значение свыше 2 МОм или «1» (символ бесконечности).
Иное поведение прибора свидетельствует о неисправности элемента, когда сопротивление:
- оказалось ниже 2 МОм: конденсатор пробит (появилась проводимость в диэлектрике между обкладками);
- сразу стало бесконечно большим: обрыв вывода.
Конденсаторы делятся на два типа: полярные и неполярные. Первые чувствительны к полярности измерений и если ее перепутать, подав на «минусовый» вывод положительный потенциал, а на «плюсовой» — отрицательный, выходят из строя. «Минусовый» вывод распознают по отметке в виде «птички» на корпусе конденсатора.
В мультиметре потенциалы распределяются так:
- порт «COM» — отрицательный: по негласному правилу сюда включают черный щуп;
- порт «V/ Ω» — положительный: принято включать красный щуп.
При измерении сопротивления неполярного конденсатора полярность можно поменять. Элемент перезаряжается и показания на мультиметре снова возрастают от малых величин до 2 МОм и более.
При наличии заведомо исправного конденсатора той же марки, состояние исследуемого проверяют методом сравнения:
- замеряют сопротивление исправного конденсатора;
- то же самое выполняют для исследуемого элемента;
- сравнивают скорость изменения показаний на мультиметре.
https://youtube.com/watch?v=TqVy64XTrp8
Для этого метода более подходит аналоговый (стрелочный) тестер: плавно отклоняющаяся стрелка четко отражает изменение сопротивления в режиме реального времени.
Конденсатор проверяется в разряженном состоянии, иначе возможна электротравма или повреждение мультиметра.
Способ разряда зависит от емкости:
- малая (низкое напряжение): закорачивают выводы отверткой;
- большая (высокое напряжение): замыкают выводы резистором сопротивлением 10 кОм.
Резистор удерживают инструментом с изолированными ручками.
Емкость
Измерение емкости возможно при наличии в мультиметре специальной функции. У таких приборов на лицевой панели имеется сектор «CX».
Конденсатор подключается двумя способами:
- у некоторых моделей имеются разъемы для щупов с пометкой «CX»;
- у других в сектор «CX» выведены две контактные площадки с пометками «+» и «-».
При контакте щупов или площадок с выводами конденсатора на дисплее отображается значение емкости. Полученные данные сравнивают с числовым показателем, указанным на корпусе конденсатора, после чего делают вывод о его пригодности.
Мультиметр
Переключатель должен быть установлен в секторе «CX» на позиции с ближайшим большим значением по отношению к ожидаемой емкости. Обычно в секторе имеется 5 позиций со данными от 20 нФ до 200 мкФ.
Данный способ контроля не подходит для конденсаторов емкостью менее 0,25 мкФ. Их проверяют специальным устройством — LC-метром.
При отсутствии функции определения емкости, конденсатор проверяют так:
- Заряжают его от источника постоянного тока. Напряжение источника — примерно вдвое меньше напряжения конденсатора. Для элемента на 25 В достаточно источника на 9 – 12 В.
- Выждав несколько секунд, чего обычно достаточно для полной зарядки, радиодеталь отключают от питания и мультиметром замеряют напряжение на ее выводах.
Измеритель настраивается следующим образом:
- черный щуп включен в порт «COM»;
- красный — в порт «V/Ω»;
- переключатель: в сектор измерения постоянного напряжения («DCV» или «V-») на позицию с ближайшим большим значением относительно ожидаемого напряжения конденсатора.
Важно успеть прочитать первые показания, поскольку напряжение постепенно будет снижаться — конденсатор разряжается через мультиметр.
Как измерить ESR
Давайте замеряем некоторые наши китайские конденсаторы на ESR. Для этого берем наш многофункциональный универсальный R/L/C/Transistor-metr и проведем несколько замеров:
Первым в бой идет конденсатор на 22 мкФ х 25 Вольт:
Емкость близка к номиналу. ESR=1,9 Ом. Если посмотреть по табличке, то максимальный ESR=2,1 Ом. Наш конденсатор вполне укладывается в этот диапазон. Значит его можно использовать в высокочастотных цепях.
Следующий конденсатор 100 мкФ х 16 Вольт
ESR=0,49 Ом, смотрим табличку… 0,7 максимальный. Значит тоже все ОК. Можно тоже использовать в ВЧ цепях.
И возьмем конденсатор емкостью побольше 220 мкФ х 16 Вольт
Максимальный ESR для него 0,33 Ом. У нас же высветило 0,42 Ома. Такой конденсатор уже не пойдет в ВЧ часть радиоаппаратуры. А в простые схемки, где гуляют низкие частоты (НЧ) сгодится в самый раз! ;-).
Как сделать прибор для проверки конденсаторов своими руками
Провести измерение емкости можно с помощью несложного прибора. Для него необходимы следующие детали:
- источник постоянного тока;
- резистор;
- конденсатор;
- вольтметр.
Эта схема подойдет для проверки электролитических конденсаторов. Нужно выбрать входное напряжение таким, чтобы оно было немного меньше по сравнению с номинальным напряжением конденсатора. Один из выводов конденсатора к источнику питания подсоединяют через резистор. Вольтметр присоединяют к выводам конденсатора.
Схема проверки
После подключения измерителя начинается процесс зарядки конденсатора. Нужно засечь время, в течение которого он будет длиться. Величину сопротивления можно подобрать в значительной степени произвольно. При этом нужно ориентироваться на скорость зарядки. Нужно, чтобы она была такой, которую удобно измерять.
При проведении зарядки на вольтметре можно будет увидеть возрастание напряжения. В какой-то момент оно достигнет предельной величины и перестанет расти. Это будет конечный момент отсчета времени. Для вычисления емкости достаточно воспользоваться формулой: t=RC. В ней известно время и величина сопротивления резистора. Емкость можно определить из соотношения C=t/R.
Использование мультиметра
Проверяют конденсатор на наличие пробоя с помощью схемы самоделки — последовательно соединенной с ним лампочки 40 Вт, включенных в обычную сеть переменного тока. Если лампочка светит в половину накала, то деталь исправна. При ярком свете имеется пробой, при отсутствии — повреждены контакты.
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.
Заключение
Ну что еще можно сказать про ESR? В настоящее время идет битва среди производителей за рынок. Кто предложит конденсатор с минимальным ESR и хорошей емкостью, тот молоток ;-). Не поленитесь также купить или собрать прибор ESR-метр. Особенно он будет очень актуален для ремонтников радиоэлектронной аппаратуры. Мультиметр может показать вам емкость и ток утечки, но вот внутреннее сопротивление покажет именно ESR-метр.
Бывало очень много случаев, когда аппаратура ну никак не хотела работать, хотя все элементы в ней были целые. В этом случае просто замеряли ESR-метром конденсаторы и выявляли их сопротивление. После замены дефектных конденсаторов с большим ESR на конденсаторы с низким ESR (LOW ESR), аппаратура оживала и работала долго и счастливо.
Итоги и практические рекомендации
Нет особого смысла покупать сложное и дорогостоящее оборудование для того, чтобы произвести тестирование конденсаторов. Вполне возможно применять с данной целью обычный мультиметр с подходящим диапазоном
Самое важное — это грамотно и правильно использовать его возможности
Хотя мультиметр не является узкоспециализированным прибором и его возможности ограничены, для диагностических мероприятий и ремонта огромного количества популярных радиоэлектронных приборов, этого вполне хватит.
Дополняйте, пожалуйста, своим комментариями расположенный ниже блок, публикуйте фотографии и задавайте вопросы любой сложности по предложенной теме статьи. Расскажите о своём опыте, как вы проводили диагностику конденсаторов на эффективность и работоспособность. Делитесь рекомендациями и полезной информацией, которая может пригодится пользователям сайта.
Также вам может быть интересно как соединять провода между собой.
