Električno kolo uređaja za mjerenje kapacitivnosti kondenzatora. Domaći mjerni instrumenti. Mikrofaradmetri sa serijskim i paralelnim mjernim krugovima

Prije skoro dvije godine kupio sam digitalni mjerač kapaciteta i, moglo bi se reći, uzeo prvo na što sam naišao. Bio sam toliko umoran od nemogućnosti Mastech MY62 multimetra da izmjeri kapacitet kondenzatora većeg od 20 mikrofarada, a nije ispravno izmjerio manje od 100 pikofarada. Kod SM-7115A su mi se svidjele dvije stvari:

1. Mjeri cijeli traženi raspon
2. Kompaktan i praktičan

Plaćeno 750 rubalja. Iskreno sam vjerovao da nije vrijedan novca, a cijena je bila “naduvana” zbog potpunog nedostatka konkurentnih proizvoda. Zemlja porijekla je, naravno, Kina. Plašio sam se da će se "fibati" Nadalje Bio sam siguran u ovo, ali uzalud.

Merač kapacitivnosti i žice do njega bili su upakovani u polietilen, svaki u svom omotaču i smešteni u kutiju od debelog kartona, slobodan prostor punjene penom. U kutiji su bile i upute za engleski jezik. dimenzije uređaj 135 x 72 x 36 mm, težina 180 grama. Boja karoserije je crna, prednja ploča ima lila nijansu. Ima displej sa tečnim kristalima, devet mernih opsega, dve pozicije za isključenje, dugme za podešavanje nule, 15 centimetara, različite boje(crveno-crno) žice kojima je mjerni kondenzator povezan sa uređajem završavaju se aligator štipaljkama, a utičnice na tijelu uređaja za njihovo povezivanje označene su oznakom boje odgovarajućeg polariteta; dodatno je moguće mjeriti i bez njih (što povećava preciznost), za koje postoje dvije duguljaste utičnice, koje su označene simbolom kondenzatora koji se mjeri. Koristi se 9-voltna baterija i postoji funkcija za automatsko označavanje njenog pražnjenja. Trocifreni indikator tečnih kristala +1 decimalno mesto, opseg merenja deklarisan od strane proizvođača je od 0,1 pF do 20000 μF, sa mogućnošću podešavanja opsega merenja od 0 do 200 pF, za postavljanje nule, unutar +/- 20 pF , vrijeme jednog mjerenja 2-3 sekunde.

Tabela dozvoljenih grešaka u mjerenjima, pojedinačno po opsegu. Obezbeđuje proizvođač.

Na zadnjoj polovini kućišta nalazi se integrisani stalak. Omogućava kompaktnije postavljanje brojila na radno mjesto i mijenja bolja strana pregled displeja sa tečnim kristalima.

Odeljak za baterije je potpuno autonoman; da biste promenili bateriju, samo pomerite njen poklopac u stranu. Pogodnost je neprimjetna kada postoji.

Da biste uklonili stražnji poklopac kućišta, samo odvrnite jedan vijak. Najteža komponenta na PCB-u je osigurač od 500mA.

Rad mjernog uređaja zasniva se na metodi dvostruke integracije. Montira se na logičke brojače HEF4518BT - 2 kom., ključ HEF4066BT, decimalni brojač sa dekoderom HCF4017 i SMD tranzistori: J6 - 4 kom., M6 - 2 kom.

Odvrtanjem još šest šrafova možete vidjeti drugu stranu štampane ploče. Varijabilni otpornik koji se koristi za postavljanje na “0” postavljen je tako da se može lako zamijeniti ako je potrebno. Na lijevoj strani su kontakti za spajanje kondenzatora koji se mjeri, oni iznad su za direktno povezivanje (bez žica).

Uređaj se ne postavlja odmah na nultu referentnu tačku, ali podešeno očitanje ostaje. Mnogo je lakše to učiniti ako su žice isključene.

Da bi se jasno pokazala razlika u preciznosti mjerenja kada Različiti putevi mjerenja (sa i bez žica) uzeo sam male kondenzatore sa fabričkim oznakama - 8,2 pF

Video pregled uređaja

Bez žica Sa žicama
№1 8 pF 7,3 pF
№2 7,6 pF 8,3 pF
№3 8,1 pF 9,3 pF

Sve je jasno, mjerenja će sigurno biti preciznija bez žica, iako je odstupanje praktički unutar 1 pF. Također sam više puta mjerio kondenzatore na pločama - očitanja mjerenja ispravnih su sasvim adekvatna prema vrijednosti naznačenoj na njima. Bez previše izbirljivosti, možemo reći da je faktor kvaliteta mjerenja uređaja prilično visok.

Nedostaci uređaja

• nuliranje se ne vrši odmah,
• kontaktne oštrice, za mjerenje bez žica, nemaju elastičnost i ne vraćaju se u prvobitni položaj nakon otpuštanja,
• Mjerač nije opremljen spremnikom za kalibraciju.

zaključci

Generalno, zadovoljan sam uređajem. Dobro mjeri, kompaktan je (lako staje u džep), tako da na radio tržištu ne uzimam ono što mi daju, već ono što mi treba. Planiram da ga modifikujem kada budem imao vremena: zameniti potenciometar i kontakte za direktno merenje. Njegov dijagram, ili nešto slično, možete pronaći u odjeljku. Rekao sam ti „sve kako jeste“, a ti odluči da li se isplati dopuniti kućna laboratorija takav uređaj. Autor - Babay.

Glavni parametri koji karakteriziraju kondenzatore su njihovi električni kapacitet i ugao gubitka.

Dozvoljena greška u mjerenju kapacitivnosti kondenzatora ovisi o području primjene potonjih. Kapacitet kondenzatora uključenih u oscilatorne sisteme mora se posebno pažljivo odrediti, sa greškom od najmanje 1%. Prilikom odabira kondenzatora za blokiranje, izolacijskih kondenzatora, kondenzatora za spajanje itd., obično je dopušteno značajno (do 20-50%) raspršivanje kapacitivnosti koje se mogu mjeriti najjednostavnijim metodama.

Rice. 1. Ekvivalentna kola (a, b) i vektorski dijagram (c) kola sa kondenzatorom

U svakom kondenzatoru uključenom električni krug, postoje gubici energije koji nastaju uglavnom u dielektričnom materijalu, kao i zbog nesavršene izolacije između stezaljki. Uzimajući u obzir gubitke, ekvivalentno kolo kondenzatora može se predstaviti u dvije verzije: ili u obliku kapacitivnosti C, povezanog u seriju s otporom gubitka R p (slika 1, a), ili u obliku isti kapacitivnost C, šantovana otporom curenja R y (slika 1, b). Prilikom prelaska s jednog ekvivalentnog kola na drugo preračunati vrijednost aktivni otpor koristite formulu

R y = 1/((2*π*f*C) 2 * R p) ,

gdje je f frekvencija struje u krugu kondenzatora.

Od vektorski dijagram na sl. 1, c, što vrijedi za obje verzije ekvivalentnih kola, slijedi da je u kolu sa kondenzatorom, zbog prisustva gubitaka, fazni pomak φ između struje I i napona U uvijek manji od 90°. Gubici u kondenzatoru se obično karakterišu uglom gubitka δ = 90° - &phi, određen u skladu sa oznakama na sl. 1 iz formule

tg δ = U p /U c = Iu/Is = 2*π*f*C*R p = 1/(2*π*f*C*R y).

Gubici u kondenzatoru se ponekad izražavaju faktorom snage cos φ ili strujom curenja Iu, određen kao standardni uslovi. Za većinu kondenzatora gubici su vrlo mali (tg δ< 0,001), поэтому можно считать

tan δ ≈ δ ≈ sin δ = sin (90° - φ) = cos φ.

Najveći gubici se javljaju kod elektrolitičkih i papirnih kondenzatora, čija je upotreba uglavnom ograničena na područje niske frekvencije.

Kod nekih metoda mjerenja gubici u kondenzatoru se određuju istovremeno s mjerenjem njegovog kapaciteta. Treba imati na umu da se sa povećanjem frekvencije gubici primjetno povećavaju (što odgovara povećanju vrijednosti R p i smanjenju R y), dok je kapacitivnost C praktično nezavisna od frekvencije. Na vrlo visokim frekvencijama moguće je primjetno povećanje efektivne (instrumentalno mjerene) kapacitivnosti kondenzatora zbog utjecaja induktivnosti ploča i vodećih žica.

Parametri kondenzatora (C, R n, R y, δ) zavise od spoljni uslovi njegov rad - temperatura, vlaga, atmosferski pritisak, kao i napon koji se na njega primjenjuje. Stoga se u kritičnim slučajevima testiranje kondenzatora provodi ne samo na njihovim radnim frekvencijama, već iu uvjetima bliskim radnim.

Najjednostavnije provjere kondenzatora mogu se izvršiti bez posebne potrebe merni instrumenti. Lako se detektuje pomoću ohmmetra ili sonde kratki spoj ili kvar između ploča kondenzatora (treba samo uzeti u obzir da se kvar ponekad javlja samo pri značajnom naponu na kondenzatoru, blizu njegovog radnog napona). Provjera otvorenih kola neelektrolitskih kondenzatora kapaciteta 0,01 µF i više najlakše se vrši spajanjem kondenzatora na kolo naizmjenična struja, na primjer, rasvjetna ili radiodifuzna, u seriji s bilo kojim opterećenjem - žarulja sa žarnom niti, zvučnik itd. Normalan ili malo oslabljeni sjaj svjetiljke ili zvuk radio emisije će ukazati na odsustvo prekida.

Kondenzator s velikom otpornošću na curenje je sposoban zadržati naboj koji primi dugo vremena bez primjetnog smanjenja; ovo dozvoljava jednostavnim sredstvima procijeniti kvalitetu kondenzatora kapaciteta većeg od 0,01 µF. Kada je ohmmetar spojen na takav kondenzator, igla na mjeraču će malo odstupiti zbog struje punjenja, a zatim se (uz visoku otpornost na curenje) vratiti u prvobitni položaj ili blizu njega. Naknadna kratkotrajna povezivanja na kondenzator ohmmetra, koja se ponavljaju u intervalima od nekoliko sekundi, ne bi trebala uzrokovati skretanje igle mjerača. Ako je otpor curenja nizak, primjetan otklon igle će se primijetiti svaki put kada se ohmmetar poveže. Za provjeru curenja kondenzatora kapaciteta većeg od 100 pF, možete koristiti slušalice spojene u seriju s niskonaponskom baterijom. Uz nisku otpornost na curenje, svako spajanje indikatora na kondenzator uzrokuje klik u telefonima, dok se kod dobrog kondenzatora klik čuje samo pri prvom spajanju. Mjerenje vrijednosti otpornosti na curenje (at DC) može se proizvesti induktorskim ili elektronskim megoommetrima.

Elektrolitičke kondenzatore treba priključiti na uređaj za ispitivanje uzimajući u obzir polaritet napajanja. Prilikom mjerenja otpornosti na curenje takvih kondenzatora, preporučuje se očitavanje 10 minuta nakon što su uključeni pod naponom, kada se proces punjenja može smatrati završenim.

Za mjerenje parametara kondenzatora koriste se metode voltmetar - ampermetar, direktno mjerenje pomoću mikrofaradmetara, poređenje (supstitucija), premosni i rezonantni.

Napon koji se primjenjuje na kondenzator tokom bilo kojeg ispitivanja ne smije premašiti dozvoljeni radni napon. Ako je tokom testa kondenzator napunjen do značajnog napona, potrebno ga je isprazniti na kraju testa (na primjer, pomoću dugmeta spojenog paralelno sa kondenzatorom).

Mjerenje kapacitivnosti metodom voltmetar-ampermetar

Rice. 2. Šeme za mjerenje kapacitivnosti metodom voltmetar-ampermetar

Šema mjerenja je predstavljena u dvije verzije na Sl. 2. Kondenzator Cx koji se ispituje povezan je na krug naizmjenične struje poznate frekvencije F, a reostat (ili potenciometar) R se koristi za postavljanje vrijednosti struje I ili napona U koja je potrebna prema uslovima ispitivanja ili pogodna za očitavanje. očitanja uređaja naizmjenične struje V i mA možete izračunati impedanciju kondenzatora

Z = (R 2 +X 2) 0,5 =U/I, (1)

gdje su R i X = 1/(2*π*F*C x) njegove aktivne i reaktivne komponente, respektivno.

Ako su gubici mali, tj. R<< X, то измеряемая ёмкость определяется формулой

C x = I/(2*π*F*U). (2)

Šema na sl. 2, a daje prilično precizne rezultate pri mjerenju velikih kapacitivnosti, čiji je otpor X znatno manji od ulaznog otpora voltmetra V. Kolo na sl. 2, b, koristi se za mjerenje manjih kapacitivnosti čiji je otpor desetine ili više puta veći od otpora miliampermetra mA. Pretpostavimo da želite izmjeriti kapacitete u rasponu od 0,1-1 μF na frekvenciji od 50 Hz sa 3 mA AC miliampermetrom. Budući da je otpor ovih kondenzatora X = 3200...32000 Ohm višestruko veći od bilo kojeg mogućeg otpora miliampermetra, mjerenje treba izvršiti prema dijagramu na sl. 2, b, sa naponom napajanja U ≥ I*X = 0,003*3200 ≈ 10 V.

Šema na sl. 2, a može se koristiti i za mjerenje kapacitivnosti elektrolitskih kondenzatora. Ako napon napajanja ne prelazi 1-2 V, mjerenje se može izvršiti prilikom ugradnje prekidača IN na poziciju 1. Pri visokim naizmjeničnim naponima kondenzatori se mogu oštetiti zbog raspadanja elektrolita. Ova opasnost je otklonjena ako se prekidač B postavi u položaj 2. U tom slučaju, izvor jednosmjerne struje se uključuje u seriju sa izvorom izmjenične struje frekvencije F, napon na čijim stezaljkama U 0 mora biti veći od amplitude naizmenični napon. Tada će u krugu raditi pulsirajući napon, koji je siguran za kondenzator, pod uvjetom da je polaritet njegovog uključivanja u krug ispravan. Pulsirajući napon se također može dobiti spajanjem diode u seriju na mjerni krug. U svim slučajevima voltmetar V i miliampermetar mA treba mjeriti samo naizmjenične komponente napona i struje, za koje se izvode sa zatvorenim ulaznim krugom.

Mikrofaradmetri sa serijskim i paralelnim mjernim krugovima

Uređaji u kojima se izmjerene kapacitivnosti procjenjuju direktno na skali brojčanika nazivaju se mikrofaradmetri. Rad ovih uređaja može se temeljiti na ovisnosti struje ili napona u kolu koje napaja izvor naizmjenične struje o vrijednosti izmjerene kapacitivnosti kondenzatora uključenog u njega. Sklopovi takvih uređaja su na mnogo načina slični onima kod ommetara i megoommetara.

Mikrofaradmetri mogu imati serijski ili paralelni mjerni krug. Sekvencijalno kolo (slika 3) se koristi za mjerenje kapacitivnosti prosječnih vrijednosti (od približno 100 pF do 10 μF). Napon U frekvencije F dovodi se iz izvora u kolo u kojem su referentni kondenzator C o, ispitni kondenzator C x i mikro- (ili mili) AC ampermetar povezani u seriju mA. Prije početka mjerenja, uz kratki spoj ulaznih stezaljki (što je ekvivalentno C x = ∞), u krug mikroampermetra se ugrađuje reostat R mA ukupna struja devijacije I p; ovo je osigurano pri odabiru kapacitivnosti referentnog kondenzatora

C 0 ≥ I p (2*π*F*U). (3)

Kada je spojen kondenzator Cx, struja kroz mikroampermetar će se smanjiti na određenu vrijednost Ix, što je manji kapacitet Cx, što omogućava da se mjerač opremi skalom s oznakama vrijednosti izmjerenih kapacitivnosti. Kalibracijska karakteristika uređaja ne ovisi o frekvenciji i obliku krivulje napona napajanja i približno je određena formulom

I x /I p ≈ S x /(S o + S x), (4)

identična formuli koja određuje kalibracijsku karakteristiku paralelnih ohmmetarskih kola. Slično se mijenja i greška mjerenja: najmanja je u sredini skale, povećava se prema njenim rubovima. Sredina skale odgovara kapacitivnosti C x ≈ C o, a opseg mjerenja je ograničen na vrijednosti 0,1 C o i 10 C o. Potreban napon napajanja određuje se iz stanja

U ≥ I p /(2*π*F*C o).

Na primjer, sa I p = 1 mA, F = 50 Hz i C o = 20000 pF, izvor napajanja mora osigurati napon U ≥ 160 V, ali ako je frekvencija oscilacije izvora F = 1000 Hz, tada je potreban napon napajanja smanjuje se na 8-10 V.

Za mjerenje kapacitivnosti u širokom rasponu, mikrofarad metar mora imati nekoliko granica mjerenja, koje je preporučljivo postaviti prosječnim vrijednostima C o skale s prijelaznim koeficijentom N djeljivim sa 10.

Rice. 3. Serijsko kolo mikrofaradmetra sa strujomjerom

Najprikladniji izvor napajanja za mikrofaradmetar je mreža naizmjenične struje frekvencije od 50 Hz, koja vam omogućava da dobijete bilo koji potrebni napon pomoću transformatora male veličine. Visoka vrijednost potonjeg je neophodna samo na granicama s najmanjim C o kapacitetima. Ako ograničite maksimalni napon napajanja na 200 V, onda ako imate mikroampermetar ispravljača mA na 100 μA možete dobiti, prema (3), kapacitivnost od 1600 pF. Napajanje visokog napona može se uključiti tek nakon što je kondenzator C o ispražnjen i kondenzator koji se ispituje spojen na kolo. Preporučljivo je koristiti dugme za zatvaranje ulaznih terminala kako bi se igla merača postavila na oznaku “∞”. Kondenzatori C o i C x moraju biti projektovani za radni napon koji nije manji od ispitnog napona. Kako bi se spriječilo oštećenje brojila u slučaju kvara kondenzatora C o, preporučljivo je napraviti potonji od dva kondenzatora spojena u seriju, svaki kapaciteta 2 C o. Također je moguće uključiti u strujni krug ograničavajući otpornik s otporom 5-10 puta manjim od kapacitivnosti kondenzatora C o.

Za proširenje mjernog opsega prema većim vrijednostima CO, napon napajanja se obično smanjuje N puta na početku (sve dok ne dostigne nekoliko volti), koristeći odvojke iz namotaja energetskog transformatora ili korištenjem otpornog djelitelja napona. Prijelaz na granice s još većom vrijednošću C o može biti popraćen smanjenjem osjetljivosti indikatora ranžiranjem, slično onome što se radi u višegraničnim ommetrima. Gornja granica izmjerenih kapacitivnosti obično ne prelazi 1-10 μF, jer s otporom kondenzatora CO uporedivim s unutarnjim otporom indikatora i strujnog kruga, greška mjerenja se uvelike povećava.

Prilikom proširenja mjernog opsega prema malim vrijednostima C o, da bi se dobile prihvatljive vrijednosti napona napajanja U, kolo se mora napajati iz unutrašnjeg ili eksternog generatora - izvora napona visoke frekvencije F od hiljada hertz. U tom slučaju potrebno je poduzeti mjere za eliminaciju utjecaja kruga i vlastitih kapaciteta instalacije.

Dijagram mikrofaradmetra prema sl. 3 će se također primijeniti kada se referentni kondenzator C o zamijeni referentnim otpornikom R o. U ovom slučaju, odabrana prosječna vrijednost C o skale mjerenja kapacitivnosti će se postići na otporu

R o ≈ (4*U 2 / I 2 p - 1/(2*π*F*C o) 2) 0,5

Takav uređaj može se istovremeno koristiti kao ohmmetar sa sekvencijalnim krugom za približno mjerenje (na frekvenciji F) aktivnih otpora, pod uvjetom da se očitavanje vrši na posebnoj skali, sličnoj skali kapacitivnosti, ali u suprotnom smjeru.

Rice. 4. Sekvencijalno kolo višegraničnog mikrofaradmetra sa mjeračem napona

Ako imate elektronski voltmetar naizmjenične struje s visokim ulaznim otporom Rv, krug prikazan na slici može se uzeti kao osnova za mikrofaradmetar. 4. Naizmjenični napon U, stabiliziran lancem R1, D1, D2 i približno jednak graničnoj vrijednosti U p voltmetra V, djeluje na voltmetar kada su ulazne stezaljke zatvorene. Podešavanjem osetljivosti potonjeg, igla njegovog merača se skreće do kraja skale. Kada je kondenzator C x koji se testira, uključen u krug, formira se djelitelj napona R o, C x iz kojeg se napon U x dovodi do voltmetra, što je manji kapacitet C x. Odabrana prosječna vrijednost C o na skali kapacitivnosti će se postići sa otporom R o ≈ 1/(11*F*C o). Prebacivanjem otpornika R o različitih vrijednosti mijenjaju se granice mjerenja kapacitivnosti. Minimalna moguća vrijednost kapacitivnosti C o ograničena je maksimalnom dopuštenom vrijednošću otpora R o ≈ 0,1 R o. Na primjer, sa R ​​o = 1 MOhm i frekvencijom F = 50 Hz, dobijamo kapacitivnost C o ≈ 1/(11*F*R o) = 1820 pF.

Mikrofaradmetar u razmatranom načinu rada ima ekstremne oznake kapacitivne skale “0” i “∞”. Međutim, ako u uređaju koristite osjetljivi milivoltmetar sa granicom mjerenja od U p<< U, допускающий кратковременную случайную перегрузку до напряжения, равного U, то верхние пределы измерения прибора могут быть ограничены выбранными значениями ёмкостей С п, которым должны соответствовать сопротивления

R o ≈ U p /(U*2*π*F*C p) ;

istovremeno se radna površina vage značajno proširuje. U ovom slučaju, uz dozvoljeni otpor R o = 1 MOhm, frekvenciju F = 50 Hz i omjer napona U p / U = 1/30, dobijamo C p ≈ 100 pF, što omogućava mjerenje kapacitivnosti od 10 pF ili više. Ako je red izmjerene kapacitivnosti C x nepoznat, onda prekidač IN U početku biste trebali postaviti granicu za mjerenje najvećih kapaciteta, na kojoj je moguće preopterećenje voltmetra ograničeno zbog povećanja pada napona na otporniku R1.

U mikrofaradmetru sa ograničenim granicama mjerenja, potrebno je kalibrirati uređaj prije početka mjerenja. U dijagramu na sl. 4, lanac R2, C1 služi ovoj svrsi. Kada pritisnete dugme Kn sa kondenzatora C1, na ulaz voltmetra se dovodi napon pri kojem igla njegovog merača treba da odstupi do kraja skale (ili do određene oznake na skali), što se i postiže sa regulatorom osetljivosti. Obično uzimaju R2 jednak otporu R o jedne od mjernih granica, a C 1 jednak kapacitivnosti C n iste granice.

Na sl. 5, a prikazana je jedna od opcija za paralelno kolo mikrofaradmetra. Sa slobodnim ulaznim terminalima (što je ekvivalentno kapacitivnosti C x = 0), podešavanjem osjetljivosti voltmetra V, igla njegovog mjerača se skreće do kraja skale. Uključivanje kondenzatora C x u krug dovodi do činjenice da se napon na voltmetru, u početku jednak U p, smanjuje na vrijednost U x, što je manji što je veći kapacitet C x. Kalibracijska karakteristika mikrofaradmetra određena je formulom

U x /U p ≈ C o /(C o + C x), (5)

slično formuli koja određuje kalibracijske karakteristike serijskih ohmmetarskih kola.

Ulazni otpor voltmetra R in i frekvencija struje napajanja F ograničavaju izbor referentne kapacitivnosti kondenzatora C o, koja određuje prosječnu vrijednost skale, uslovom

C o ≥ 1,5/(F*R in) .

Na primjer, sa Rv = 1 MΩ i F = 50 Hz dobijamo So ≥ 30000 pF, tj. uređaj se ispostavi da je pogodan za mjerenje samo relativno velikih kapacitivnosti (ne elektrolitičkih!) Sa izvorom napajanja visoke frekvencije, moguće je smanjiti dopuštene vrijednosti So na stotine pikofarada, ali greška mjerenja može biti velika ako se ne uzme u obzir ulazni kapacitet voltmetra.

Rice. 5. Paralelna kola mikrofaradmetara

Za mjerenje kapacitivnosti elektrolitskih kondenzatora, dijagram na sl. 5 B. Zbog uključivanja diode D, pulsirajući napon U o djeluje na razdjelniku napona R1, R2. Kod C x = 0, puni napon devijacije U p se primjenjuje sa otpornika R2 na voltmetar V (može biti relativno malog otpora, na primjer, ispravljač). Uključivanje kondenzatora C x dovodi do smanjenja napona na voltmetar u skladu sa formulom (5). Uz odabranu prosječnu vrijednost skale kapacitivnosti C o i frekvenciju F = 50 Hz, potrebne vrijednosti otpora djelitelja napona određuju se formulama:

R1 = U o / (U p * 180*C o); R2 = R1*U p (U o -U p).

Promjena granica mjerenja vrši se korištenjem nekoliko djelitelja napona sa istim koeficijentom podjele U o /U a, ali različitim vrijednostima otpora R1 i R2. AC voltmetar V mora imati zatvoren ulazni krug, inače mu se napon mora dovoditi preko elektrolitičkog kondenzatora velikog kapaciteta.

Svi razmatrani krugovi mikrofaradmetra omogućuju mjerenje kapaciteta kondenzatora s greškom od 5-10%, a ponekad i više. Nije uvijek moguće skalirati ih na osnovu proračuna kalibracijske karakteristike zbog utjecaja različitih faktora koje je teško uzeti u obzir, na primjer, unutarnji otpori izvora napajanja i mjernih instrumenata, nelinearnost naponske skale voltmetar itd. Stoga je pri podešavanju i kalibraciji mikrofaradmetara potrebno koristiti spremnike ili setove kondenzatora sa tolerancijom kapaciteta ne većom od 5%.

Primjer 1. Izračunajte sekvencijalno kolo mikrofaradmetra prema sl. 3 za granicu mjerenja od C n = 200 pF do C m = 20000 pF, pod uslovom da napon napajanja ne smije prelaziti 10 V. Koristite miliampermetar od 1 mA kao mjerač u uređaju.

Bilješka. Sredina skale odgovara kapacitetu C o ≈ (C n C m) 0,5.

Odgovor: C o = 2000 pF, F ≥ 8 kHz. Pri odabiru F = 10 kHz U ≥ 8V, R = 3...5 kOhm

Odgovor: C o = 3 μF, R1 = 37 kOhm, R2 = 2 kOhm; C" o = 30 μF, R"1 = 3,7 kOhm, R"2 ≈ 200 Ohm.

Mikrofaradmetri sa ujednačenom skalom

Mikrofaradmetar sa ujednačenom skalom može se izraditi po krugu sličnom onom kod kapacitivnih frekventnih mjerača, koji se u principu razlikuje od potonjih samo po tome što predmet mjerenja nije frekvencija, već kapacitivnost. Rad takvih uređaja zasniva se na mjerenju prosječne vrijednosti struje punjenja ili pražnjenja kondenzatora koji se ispituje, dopunjenog naponom poznate frekvencije.

Na sl. 6, a, prikazan je dijagram mjerne jedinice mikrofaradmetra, napajanog pravokutnim impulsnim naponom u. Za vrijeme djelovanja impulsa, kondenzator C x se puni preko diode D do maksimalnog napona U m. U intervalu između impulsa kondenzator se prazni kroz mjerač (magnetoelektrični mikroampermetar) I do početnog napona U n. U stacionarnom stanju, pri frekvenciji ponavljanja ulaznih impulsa f i njihovoj amplitudi U p = U m - U n, srednja vrijednost struje koja teče kroz mjerač I x = C x U p f. Sa fiksnim vrijednostima U p i f, mjerač može biti opremljen uniformnom skalom s očitavanjem vrijednosti C x u skladu sa formulom

C x = I x /(U p f).

Granična vrijednost izmjerenih kapacitivnosti

C p = I i /(U p f),

gdje je I i ukupna struja otklona brojila. Za izglađivanje mreškanja i uklanjanje oscilacija igle mjerača koristi se kondenzator C, čiji otpor na frekvenciji f treba biti znatno manji od otpora R i mjerača.

Rezultati se neće promijeniti ako je mjerač spojen na strujni krug punjenja u seriji sa diodom D2 (slika 6, b); tada će se struja pražnjenja kondenzatora C x zatvoriti kroz diodu D1. Prilikom mjerenja malih kapacitivnosti ponekad se koristi punovalno kolo za uključivanje brojila (slika 6, c). U ovom slučaju kroz mjerač teku i struje punjenja i pražnjenja, što omogućava postizanje potrebne granice mjerenja pri naponu U p ili frekvenciji f koja je upola manja u krugovima s poluvalnom vezom brojila.

Rice. 6. Šeme mjernih blokova mikrofaradmetara sa ujednačenom skalom

Granice mjerenja uređaja postavljene su vrijednostima C p i kako bi se osiguralo, prilikom prebacivanja granica, brzina ponavljanja impulsa izvora napajanja se mijenja, određena formulom

f = I i (U p C p) . (6)

Prije početka mjerenja na svakoj granici, mikrofaradmetar se mora kalibrirati, za šta se na njega priključuje kondenzator kapaciteta C o = C p pritiskom na dugme Kn (Sl. 6, a); u ovom slučaju, igla merača se skreće do kraja skale glatkim podešavanjem frekvencije f, amplitude impulsa U p ili osetljivosti merača (na primer, korišćenjem šanta reostata R w). Budući da je skala uređaja ujednačena, greška u mjerenju kapacitivnosti uglavnom je određena greškom u odabiru referentne kapacitivnosti C o čije odstupanje od tražene nazivne vrijednosti (C p) ne bi trebalo biti veće od 1...5% .

Da bi se dobili tačni rezultati mjerenja, potrebno je da tokom jednog perioda ulaznog napona kondenzator C x ima vremena da se potpuno napuni i isprazni (u granicama napona U m - U n). To se najlakše postiže pravokutnim oblikom ulaznih impulsa i pravilnim izborom njihove frekvencije ponavljanja f.

Kao što je poznato, u kolu koje se sastoji od elemenata R i C, trajanje punjenja (pražnjenja) kondenzatora C do vrijednosti jednosmjernog napona primijenjenog na ovo kolo određeno je vremenskom konstantom τ = RC i praktično ne prelazi 5τ . Da bi se punjenje (pražnjenje) završilo tokom poluperioda T/2 frekvencije napona f, mora biti ispunjen sljedeći uvjet:

5RC = 5 τ<= T/2 = 1/(2*f),

koji je zadovoljen na frekvenciji

f<= 1/(10*RС). (7)

Uzimajući najveći mogući otpor krugova punjenja i pražnjenja R = 10 kOhm (uzimajući u obzir izlazni otpor Rout generatora impulsa), dobijamo praktičnu formulu za odabir frekvencije ponavljanja impulsa (u kilohercima):

f ≤ 10 4 / C p (8)

(gdje je C p u pikofaradima). U posljednjem stanju često se uzima znak jednakosti. Tada će gornje granice mjerenja C p - 100, 1000, 10 000 pF i 0,1 μF odgovarati frekvencijama f = 100, 10, 1 i 0,1 kHz.

Uvjet (8) i formula (6) određuju potrebnu amplitudu impulsa (u voltima):

U p ≥ 0,1*I i

(gdje su I i u mikroamperima). Na primjer, kada se radi s mjeračem koji ima struju ukupne devijacije I u = 100 μA, potrebna je amplituda U p ≥ 10 V.

Otpor otpornika R d (slika 6, a) uzima se tako da otpor mjernog kruga R d + R značajno premašuje (najmanje desetine puta) direktni otpor diode D; istovremeno, ne bi trebao povećati ukupni otpor kruga pražnjenja iznad dozvoljene vrijednosti (10 kOhm). Ako oba uslova ne mogu biti zadovoljena istovremeno, tada se otpornik Rd zamjenjuje diodom koja propušta struju pražnjenja; u ovom slučaju, mjerač se uključuje prema dijagramu na sl. 6, b. Prilikom proračuna uređaja uzima se u obzir i priroda izlaznog otpora R iz generatora impulsa, koji, ovisno o strujnom krugu generatora, može biti konstantan, podesiv ili čak nelinearan (veliki u toku impulsa i mali u intervalu). između impulsa).

Pored uniformne kapacitivne skale, mikrofaradmetri mogu imati neujednačenu skalu s opsegom očitavanja od 0 do ∞, slično skali paralelnih ohmmetarskih kola. Priroda skale (ujednačena - P, neujednačena - H) na dijagramu na sl. 6, a, određeno podešavanjem prekidača B1. U položaju posljednjeg “H”, kondenzator koji se ispituje C x je povezan serijski sa referentnim kondenzatorom C o, čiji kapacitet postavlja granicu mjerenja uređaja i približno odgovara sredini njegove nelinearne skale.

Ujednačena skala za mjerenje kapacitivnosti može se dobiti i nekim drugim metodama. Dakle, ako je diferencirajući krug R, C x spojen na izlaz multivibratora, tada će se prosječni napon impulsa istog polariteta uzetih iz otpornika R pokazati proporcionalnim kapacitivnosti C x. Za rad sa takvim uređajem potreban je osjetljiv DC milivoltmetar. Granice mjerenja se mogu postaviti otporom otpornika R. Pri frekvenciji ponavljanja impulsa od f = 100 kHz, dobivene su gornje granice za mjerenje kapacitivnosti C p = 10 i 100 pF.

Primer 3. Izvršiti približan proračun merne jedinice mikrofaradnog merača sa ujednačenom skalom (slika 6, a) za merenje kapaciteta sa gornjim granicama od 300 i 3000 pF, 0,03 i 0,3 μF, ako merilo uređaja ima podatke : I i = 50 μA , R i = 2600 Ohm.

Odgovor: C o = 300 i 3000 pF, 0,03 i 0,3 μF; f = 30 i 3 kHz, 300 i 30 Hz; R d = 1,5 kOhm; R w = 10 kOhm; C = 5..10 µF; U p = 5 V; Rut ≤ 6 kOhm.

Mjerenje kapacitivnosti metodom poređenja (supstitucije).

Ova metoda se zasniva na upoređivanju uticaja izmjerene kapacitivnosti C x i poznatog kapaciteta C o na način rada mjernog kola.

Najjednostavnija shema mjerenja, u kojoj se kapaciteti C x i C o upoređuju prema vrijednosti njihovog otpora naizmjenične struje, prikazana je na Sl. 7. Kada uključite kondenzator C x potenciometar R, postavite struju u kolu koja je pogodna za očitavanje ili praćenje pomoću AC miliampermetra mA ili drugi indikator niske impedancije. Tada se umjesto kondenzatora C x na kolo priključuje skladište kondenzatora ili model (referentni) kondenzator promjenjivog kapaciteta i promjenom njegove kapacitivnosti C o postiže se prethodno očitanje indikatora. Ovo će se dogoditi kada je C o = C x. Greška merenja zavisi od osetljivosti indikatora i greške u očitavanju kapaciteta C o; može se dobiti jednak oko 1% ili manje.

Rice. 7. Šema za mjerenje kapacitivnosti

Prilikom mjerenja kapacitivnosti iznad 5000 pF metodom poređenja, mjerni krug se može napajati iz mreže naizmjenične struje frekvencije od 50 Hz. Za mjerenje manjih kapaciteta potreban je generator koji radi na višim frekvencijama. U svim slučajevima, kako bi se osigurala sigurnost indikatora, u krug treba uključiti ograničavajući kondenzator (C1) ili otpornik.

Metoda poređenja u različitim verzijama široko se koristi u mostnim i rezonantnim mjeračima kapacitivnosti. Takođe se može implementirati u mikrofaradmetre o kojima se govorilo u prethodnim paragrafima, uz značajno smanjenje greške mjerenja.

AC mjerni mostovi

Balansirani AC mostovi se široko koriste za mjerenje kondenzatora i induktora.

U opštem slučaju, krakovi mjernog mosta naizmjenične struje (slika 8) imaju složene otpore Z1, Z2, Z3 i Z4, od kojih je jedan, na primjer Z4, objekt mjerenja. Most se napaja iz izvora naizmjenične struje frekvencije F čiji se napon dovodi direktno ili preko transformatora Tr na jednu od dijagonala mosta. AC nulti indikator je uključen u drugu dijagonalu IN.

Rice. 8. Premosni krug naizmjenične struje

Kao i kod DC mostova, proces mjerenja se svodi na balansiranje AC mosta, koji se odlikuje odsustvom razlike potencijala između vrhova A I b; za ovo je potrebno da padovi napona u kracima Z1 i Z4 (kao i u krakovima Z2 i Z3) budu jednaki po amplitudi i po fazi. Ravnoteža se postiže kada su ispunjena dva uslova:
1) jednakost proizvoda apsolutnih otpora suprotnih krakova, tj.

Z 4 Z 2 = Z 1 Z 3; (9)

2) jednakost zbira faznih uglova istih krakova, tj.

φ4 + φ2 = φ1 + φ3. (10)

Ako krak mosta ima aktivni R i reaktivni (kapacitivni ili induktivni) X otpori koji djeluju serijski, tada modul impedance kraka

Z = (R 2 -X 2) 0,5, (11)

a njegov fazni ugao φ se određuje iz formule

tan φ = X/R. (12)

Za čisto aktivne krakove (X = 0), fazni ugao je φ = 0; za čisto kapacitivno i induktivno krake (R = 0) φ = -90° i φ = +90°, respektivno. Ako otpor ruke ima mješoviti (složeni) karakter, tada je fazni ugao |φ|< 90°.

Ako su otpori R i X prikazani u paralelnoj vezi, onda je modul impedanse kraka

Z = 1/(1/R 2 +1/X 2) 0,5, (13)

a fazni ugao φ se nalazi iz formule

tan φ = R/X . (14)

U ovom slučaju, kut φ = 0 u odsustvu reaktanse (X = ∞) i φ = +-90° u odsustvu aktivnog otpora (R = ∞).

Da bi se istovremeno zadovoljila oba uslova ravnoteže, potrebno je podesiti dva parametra poznatih krakova mosta; u ovom slučaju se ispostavlja da je moguće odrediti dva parametra ruke koja se proučava, na primjer, aktivnu i reaktivnu komponentu njenog ukupnog otpora.

Uvjet (9) se uvijek može ispuniti podešavanjem elemenata krakova mosta. Drugi uvjet (10) je ispunjen samo uz određeni raspored mosnog kola, na primjer, ako se sva četiri kraka sastoje od identičnih elemenata - otpornika, kondenzatora ili induktora. Obično, kako bi se pojednostavilo kolo, dva kraka AC mosta se sastoje od aktivnih otpornih elemenata - otpornika. Ako su ovi krakovi susjedni (slika 9), onda druga dva kraka moraju imati reaktanse iste prirode, odnosno oba moraju sadržavati ili kondenzatore ili induktore. Ako su krakovi aktivnog otpora suprotni, onda druga dva kraka moraju imati reaktanse različite prirode: jedan je kapacitivan, a drugi induktivan, s faznim uglovima različitih predznaka, čiji se zbir može učiniti jednakim nuli.

Kod mernih mostova naizmenične struje izbegava se upotreba induktora (osim, naravno, ako nisu predmet merenja), budući da imaju primetan aktivni otpor i podložni su magnetnim poljima; Osim toga, sa čeličnom jezgrom, induktivnost zavojnice nije stabilna. Promjenjivi otpornici i kondenzatori, kao i skladišta otpora i kapacitivnosti, koriste se kao podesivi elementi u mostovima.

U najjednostavnijim mostovima koji se napajaju iz izvora audio frekvencije, slušalice često služe kao nulti indikatori. Most je balansiran na osnovu minimalne čujnosti tona osnovne frekvencije, što smanjuje grešku mjerenja zbog harmonika i smanjuje zahtjeve za generatorom energije.

U industrijskim mjernim mostovima kao nulti indikatori koriste se ispravljački ili elektronski milivoltmetri, kao i oscilografski indikatori na malim katodnim cijevima; potonji, za razliku od drugih indikatora, imaju faznu osjetljivost, što omogućava određivanje smjera u kojem bi most trebao biti uravnotežen.

Prednosti balansiranih AC mostova su mala greška mjerenja, koja ne prelazi 1% u najboljim uzorcima, široke granice mjerenja i mogućnost univerzalne upotrebe za mjerenje različitih električnih veličina. Njihov glavni nedostatak je složenost i trajanje procesa balansiranja. U potonjem pogledu, neuravnoteženi i automatski AC mostovi imaju određene prednosti.

Kod neuravnoteženih AC mostova, amplituda i faza izlaznog napona na stezaljkama dijagonale indikatora zavise i od modula i od sastava mjernog objekta Zx. Uz relativno malo odstupanje od ravnotežnog stanja, aktivna i reaktivna komponenta izlaznog napona ispada približno proporcionalna priraštajima sličnih komponenti kompleksnog otpora Zx u odnosu na one vrijednosti na kojima je most uravnotežen. dva fazno osetljiva sistema, moguće je odvojiti komponente izlaznog napona, pomerene u fazi za 90°, koje se zatim razdvoje mereno sa dva indikatora; izvještaj o skali potonjeg se proizvodi u skladu s vrijednostima aktivne i reaktivne komponente otpora Zx.

Kod automatskih AC mostova, komponente izlaznog napona izolovane fazno osetljivim sistemima pokreću dva elektromotora, koji preko pogona deluju na elemente za podešavanje mosnog kola dok se ne postigne stanje ravnoteže.

Metoda mosta za mjerenje parametara kondenzatora

Mostovi koji se koriste za mjerenje parametara kondenzatora dijele se na magacinske i reokordne (linearne). Najjednostavniji (jednogranični) magazni most, pogodan za mjerenje kapacitivnosti od desetina i stotina pikofarada, može se sastojati od četiri kondenzatora: mjernog kondenzatora, promjenjivog sa skalom kapacitivnosti (u susjednom kraku) i dva konstantna sa isti kapacitet (stotine pikofarada). Kada se koristi kao indikator za slušalice, izvor napajanja mosta može biti mreža radio emitovanja. Mostovi širokog dometa su složeniji od flux mostova, ali daju manje greške mjerenja i mogu imati ujednačene skale očitavanja. Raspon kapacitivnosti mjerenih metodom mosta je otprilike od 10 pF do 10...30 μF.

Na sl. 9, prikazan je dijagram multi-limit store mosta. Balansira se pomoću varijabilnog kondenzatora C1 i promjenjivog otpornika R1. Primenom uslova ravnoteže (9) na ovu šemu dobijamo

R2*(R x 2 + 1/(2*π*F*C x) 2) 0,5 = R3*(R1 2 +1/(2*π*F*C 1) 2) 0,5

S obzirom da je φ 2 = φ 3 = 0, drugi uslov ravnoteže (10) može se zapisati kao jednakost φ x = φ 1 ili tan φ x = tan φ 1 ili, prema formuli (12),

1/(2*π*F*C x *R x) = 1/(2*π*F*C 1 *R 1).

Zajedno rješavajući gornje jednačine, nalazimo:

C x = C1(R2/R3) ; (15)

R x = R1(R3/R2) . (16)

Sa fiksnim omjerom otpora kraka R2/R3, kondenzator C1 i otpornik R1 mogu biti opremljeni skalama koje pokazuju vrijednosti kapacitivnosti C x i otpora gubitka R x. Proširenje opsega mjerenja postiže se korištenjem grupe preklopnih otpornika R3 (ili R2) različitih vrijednosti, koje se obično razlikuju za faktor 10. Most se brzo balansira, jer su podešavanja koja vrše kondenzator C1 i otpornik R1 međusobno nezavisna. Ako je most namijenjen za mjerenje kapacitivnosti manjih od 0,01 μF, za koje su gubici na niskim frekvencijama vrlo mali, tada otpornik R1 može izostati.

Rice. 9 Spremite sklopove mosta za mjerenje parametara kondenzatora

U cilju pojednostavljenja dizajna, u nekim mjernim mostovima kondenzator C1 uzima se konstantnog kapaciteta, a dva varijabilna otpornika, na primjer R1 i R2, koriste se kao podesivi elementi (slika 9, b). Iz formula (15) i (16) proizilazi da su oba podešavanja takvog mosta međusobno povezana, pa bi njegovo balansiranje, kontrolirano očitanjima indikatora ispravljača, trebalo izvršiti uzastopnim približavanjem minimumu naizmjeničnim mijenjanjem otpora R1 i R2. Vrijednosti kapacitivnosti C x nalaze se na skali otpornika R2, uzimajući u obzir množitelj određen postavkom prekidača IN. Budući da se direktna procjena otpora gubitka R x pokaže nemogućom, očitavanje na skali otpornika R1 obično se vrši u vrijednostima tangenta gubitka:

tg δ = 2*πF*C x *R x = 2*π*F*C 1 *R 1 ,

koja je, na fiksnoj frekvenciji F, jednoznačno određena vrijednošću otpora R1. Lako je provjeriti valjanost posljednje formule ako pomnožite lijevu i desnu stranu jednakosti (15) i (16), respektivno.

Jednostavni mjerači kapacitivnosti izrađuju se pomoću fluks mosta, koji obično pruža mogućnost mjerenja otpora, a ponekad i induktivnosti. Dijagram univerzalnog reohordnog mosta prikazan je u članku Mjerenje parametara induktora na Sl. 5.

Primer 4. Izvršite verifikacioni proračun dijagrama mosta magacina prema sl. 9, b, za mjerenje kapacitivnosti na tri granice sa gornjim vrijednostima od 10000 pF, 0,1 i 1 µF, kao i tangenta gubitka od 0 do 0,01, ako je kapacitet C1 = 0,01 µF i ukupni otpor R2 - 10 kOhm Napon napajanja 10 V, frekvencija 50 Hz. Meter I ima parametre: I i = 100 μA, R i = 900 Ohm.

Rezultati proračuna su prikazani na dijagramu.

Rezonantni mjerači kapacitivnosti

Pored mjerenja frekvencije električnih oscilacija, rezonantne metode se široko koriste za mjerenje malih kapacitivnosti i induktivnosti, faktora kvaliteta, prirodne ili rezonantne frekvencije podešavanja i drugih parametara radio komponenti i oscilatornih sistema.

Rezonantno kolo za mjerenje kapacitivnosti (slika 10) obično uključuje visokofrekventni generator, sa čijim je krugom LC slabo povezan induktivno (ili preko kapacitivnosti) mjernim krugom koji se sastoji od referentne prigušnice L o i ispitnog kondenzatora. C x. Promjenom kapacitivnosti kondenzatora C, generator se podešava u rezonanciju sa prirodnom frekvencijom f o mjernog kola prema ekstremnim očitanjima indikatora rezonancije, na primjer, elektronskog voltmetra V. Sa poznatom frekvencijom podešavanja generatora f o izmjereni kapacitet se određuje po formuli

S x = 1/((2*π*f o) 2 *L o) ≈ 0,0253/(f o 2 L o) (17)

Uz fiksnu vrijednost L o, kondenzator C može biti opremljen skalom za očitavanje vrijednosti kapacitivnosti C x.

Granice mjerenja kapacitivnosti određene su vrijednošću induktivnosti L o i frekvencijskim opsegom generatora. Na primjer, sa L o = 100 μH i opsegom generatora od 160-3500 kHz, uređaj će mjeriti kapacitete od desetina pikofarada do stotinih mikrofarada. Za proširenje granica mjerenja kapacitivnosti sa ograničenim frekvencijskim opsegom generatora, koristi se nekoliko zamjenjivih zavojnica L različitih induktiviteta, a kondenzatori koji se testiraju također su uključeni u mjerni krug u seriji sa kondenzatorima poznate kapacitivnosti. Kapacitivnosti veće od 0,01-0,05 μF obično se ne mjere rezonantnom metodom, jer na niskim frekvencijama rezonantne krivulje oscilatornih kola postaju tupe, što otežava otkrivanje rezonancije.

Kao indikatori rezonancije koriste se osjetljivi visokofrekventni uređaji koji reagiraju na struju ili napon koji djeluje u mjernom kolu, na primjer, elektronski voltmetri sa točkićom ili indikatorom elektronskog svjetla, osciloskopi sa elektronskim snopom, termoelektrični uređaji itd. Rezonantni indikator ne bi trebao uvesti primjetno slabljenje u mjerni krug.

Rice. 10. Šema za mjerenje kapacitivnosti rezonantnom metodom

Gornja granica kapacitivnosti mjerenih ovom metodom jednaka je razlici između maksimalnog C m i početnih C kapacitivnosti kondenzatora C o. Kondenzatori čiji kapacitet prelazi vrijednost C m - C n mogu se priključiti u kolo serijski sa trajnim kondenzatorom poznatog kapaciteta Cx. U ovom slučaju redoslijed mjerenja ostaje isti, ali se izmjerena kapacitivnost izračunava pomoću formule

C x = C1 (C o1 - C o2)/(C 1 - C o1 + C o2).

Na primjer, sa C 1 = 600 pF, C o1 = 500 pF i C o2 = 100 pF, dobijamo C x = 1200 pF. Korištenjem nekoliko zamjenjivih kondenzatora C1 različitih nazivnih vrijednosti, možete dobiti brojna ograničenja mjerenja. Ako postavimo gornju granicu izmjerenih kapacitivnosti C p, tada se potrebni kapacitet C x određuje formulom:

C 1 = C p (C m -C n)/(C p -C m + C n).

Na primjer, sa C p = 2000 pF, C m = 500 pF i C CH = 20 pF, kondenzator mora imati kapacitet C1 = 630 pF.

Različite verzije rezonantnih metoda implementiraju se u posebnim mjernim instrumentima ili putem malih priključaka na standardnu ​​radio opremu sa frekvencijskim skalama (potonje uključuju visokofrekventne mjerne generatore, radio prijemnike itd.).

Rice. 11. Šema rezonantnog mjerača kapacitivnosti koristeći fenomen apsorpcije

Na sl. Slika 11 prikazuje dijagram rezonantnog merača kapacitivnosti zasnovanog na upotrebi fenomena apsorpcije. Uređaj sadrži generator male snage prema kapacitivnom krugu u tri tačke, sa oscilatornim krugom kojeg je induktivno spregnuto mjerno kolo L2, C6, C7. Veza između krugova uspostavlja se relativno jaka (na primjer, korištenjem zajedničkog feritnog jezgra za zavojnice L1 i L2) kako bi se osigurao primjetan utjecaj mjernog kruga na režim rada generatora. Indikator rezonancije je mikroampermetar jednosmjerne struje mA, uključen u osnovno kolo tranzistora T. Kada je mjerni krug podešen u rezonanciju sa frekvencijom generatora, energija koju kolo apsorbira je najveća. Ovo uzrokuje oštro smanjenje jednosmjerne komponente struje baze, mjerene mikroampermetrom mA, što osigurava jasnu fiksaciju rezonantnog stanja.

Da biste smanjili grešku u mjerenju malih kapacitivnosti, u mjerni krug možete uključiti dva varijabilna kondenzatora (C6 i C7 na slici 11) s maksimalnim kapacitetom, na primjer, 500 i 50 pF. Prije mjerenja, oba kondenzatora se postavljaju na maksimalni kapacitet i, korištenjem jezgre za podešavanje jedne od zavojnica, postiže se rezonantno podešavanje generatora i mjernog kruga. Zatim, spajanjem kondenzatora Cx na kolo, ovisno o očekivanom kapacitetu potonjeg, jedan od kondenzatora C6 ili C7 vraća rezonanciju. Preporučljivo je računati na skale kondenzatora C6 i C7 direktno u vrijednostima kapacitivnosti C x.

Slika 12. Šema za mjerenje kapacitivnosti rezonantnom metodom uz pomoć radio prijemnika

Razmatrana verzija rezonantne metode može se implementirati korištenjem najjednostavnijeg priključka na radio prijemnik koji ima internu magnetnu antenu. Priključak (Sl. 12) je mjerni krug L, C o, čija prirodna frekvencija, pri maksimalnoj vrijednosti kapacitivnosti C o, mora biti unutar nekog frekvencijskog podopsega prijemnika. Prijemnik se podešava na frekvenciju jedne od dobro primljenih radio stanica u ovom podopsegu, a zatim se zavojnica L postavlja u blizini prijemnika, paralelno sa njegovom magnetskom antenom. Pri najvećem kapacitetu C, jezgro za podešavanje L zavojnice se koristi za podešavanje kola u rezonanciju sa frekvencijom podešavanja prijemnika, što se detektuje slabljenjem čujnosti zvučnih signala radio stanice, a zatim i kapacitivnosti C x se mjeri metodom supstitucije.

Visoka tačnost snimanja rezonantnog stanja postiže se heterodinskom metodom (metoda nula otkucaja). U heterodinskom mjeraču kapacitivnosti nalaze se dva identična visokofrekventna lokalna oscilatora, čije su oscilacije pomiješane u kaskadi detektora napunjenom na telefone. Pri maksimalnom kapacitetu kondenzatora glavne petlje promjenjivog kapaciteta, oba lokalna oscilatora su podešena na istu frekvenciju, koja se kontrolira nultim udarcima. Zatim je kondenzator C x spojen paralelno sa jednim od ovih kondenzatora, čiji se kapacitet određuje metodom supstitucije.

Ako su oba lokalna oscilatora potpuno identična, tada se uređaj može uspješno koristiti za izjednačavanje kapacitivnosti dvojnih i trostrukih blokova promjenjivih kondenzatora. Da bi se to postiglo, jedan dio testiranog bloka kondenzatora se istovremeno povezuje na krugove oba lokalna oscilatora i, uz njihovu maksimalnu uvedenu kapacitivnost, postiže se nula otkucaja. Ako su oba odjeljka identična, tada s konjugiranim smanjenjem njihovih kapaciteta treba sačuvati nula otkucaja.

Nedvosmislen odnos između kapaciteta oscilatornog kruga generatora i frekvencije pobuđenih oscilacija omogućava kreiranje merača kapaciteta koji se sastoji od generatora u čijem su krugu uključeni kondenzatori C x, i merača frekvencije sa skalom sa direktnim očitavanjem C x vrijednosti.

U svim primenama rezonantne metode, prethodno podešavanje mernog kola treba da se izvede sa komunikacijskim provodnicima koji su na njega povezani sa mernim objektom, čija dužina treba da bude što kraća.