Ηλεκτρικό κύκλωμα συσκευής μέτρησης της χωρητικότητας πυκνωτών. Σπιτικά όργανα μέτρησης. Μικροφαραδόμετρα με σειριακά και παράλληλα κυκλώματα μέτρησης

Πριν από σχεδόν δύο χρόνια αγόρασα έναν ψηφιακό μετρητή χωρητικότητας και, θα έλεγε κανείς, πήρα το πρώτο πράγμα που συνάντησα. Ήμουν τόσο κουρασμένος από την αδυναμία του πολύμετρου Mastech MY62 να μετρήσει την χωρητικότητα πυκνωτών άνω των 20 μικροφαράντ και δεν μέτρησε σωστά λιγότερο από 100 picofarads. Μου άρεσαν δύο πράγματα σχετικά με το SM-7115A:

1. Μετρά ολόκληρο το απαιτούμενο εύρος
2. Συμπαγές και βολικό

Πληρώθηκε 750 ρούβλια. Πίστευα ειλικρινά ότι δεν άξιζε τα χρήματα και η τιμή ήταν "φουσκωμένη" λόγω της παντελούς έλλειψης ανταγωνιστικών προϊόντων. Η χώρα προέλευσης είναι φυσικά η Κίνα. Φοβόμουν μήπως θα «ψύχει» Επί πλέονΉμουν σίγουρος για αυτό, αλλά μάταια.

Ο μετρητής χωρητικότητας και τα καλώδια σε αυτό συσκευάστηκαν σε πολυαιθυλένιο, το καθένα στο δικό του κέλυφος και τοποθετήθηκαν σε ένα κουτί από χοντρό χαρτόνι, ελεύθερος χώροςγεμάτο με αφρό. Επίσης στο κουτί υπήρχαν οδηγίες για αγγλική γλώσσα. διαστάσειςσυσκευή 135 x 72 x 36 mm, βάρος 180 γραμμάρια. Το χρώμα του αμαξώματος είναι μαύρο, το μπροστινό πάνελ έχει λιλά απόχρωση. Διαθέτει οθόνη υγρών κρυστάλλων, εννέα περιοχές μέτρησης, δύο θέσεις απενεργοποίησης, κουμπί μηδενικής ρύθμισης, 15 εκατοστά, διαφορετικό χρώμα(κόκκινο - μαύρο) τα καλώδια με τα οποία είναι συνδεδεμένος ο μετρημένος πυκνωτής στη συσκευή τελειώνουν με κλιπ αλιγάτορα και οι υποδοχές στο σώμα της συσκευής για τη σύνδεσή τους επισημαίνονται με χρωματική ονομασία της αντίστοιχης πολικότητας· επιπλέον είναι δυνατή η μέτρηση χωρίς τα (που αυξάνει την ακρίβεια) , για τα οποία υπάρχουν δύο επιμήκεις υποδοχές, οι οποίες φέρουν ετικέτα με το σύμβολο του πυκνωτή που μετράται. Χρησιμοποιείται μπαταρία 9 volt και υπάρχει λειτουργία αυτόματης ένδειξης της αποφόρτισής της. Τριψήφιος δείκτης υγρών κρυστάλλων +1 δεκαδικό ψηφίο, το εύρος μέτρησης που δηλώνεται από τον κατασκευαστή είναι από 0,1 pF έως 20000 μF, με δυνατότητα προσαρμογής του εύρους μέτρησης από 0 έως 200 pF, για να ορίσετε το μηδέν, εντός +/- 20 pF , χρόνος μιας μέτρησης 2-3 δευτερόλεπτα.

Πίνακας επιτρεπόμενων σφαλμάτων στις μετρήσεις, μεμονωμένα κατά εύρος. Παρέχεται από τον κατασκευαστή.

Υπάρχει μια ενσωματωμένη βάση στο πίσω μισό της θήκης. Καθιστά δυνατή την πιο συμπαγή τοποθέτηση του μετρητή στο χώρο εργασίας και αλλάζει το καλύτερη πλευράανασκόπηση της οθόνης υγρών κρυστάλλων.

Η θήκη της μπαταρίας είναι εντελώς αυτόνομη· για να αλλάξετε την μπαταρία, απλώς μετακινήστε το κάλυμμά της στο πλάι. Η ευκολία είναι δυσδιάκριτη όταν υπάρχει.

Για να αφαιρέσετε το πίσω κάλυμμα της θήκης, απλώς ξεβιδώστε τη μία βίδα. Το βαρύτερο εξάρτημα στο PCB είναι η ασφάλεια 500 mA.

Η λειτουργία της συσκευής μέτρησης βασίζεται στη μέθοδο της διπλής ολοκλήρωσης. Συναρμολογείται σε λογικούς μετρητές HEF4518BT - 2 τεμ., κλειδί HEF4066BT, δεκαδικό μετρητή με αποκωδικοποιητή HCF4017 και τρανζίστορ SMD: J6 - 4 τεμ., M6 - 2 τεμ.

Ξεβιδώνοντας άλλες έξι βίδες μπορείτε να δείτε την άλλη πλευρά της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος. Η μεταβλητή αντίσταση που χρησιμοποιείται για να τη ρυθμίσετε στο "0" είναι τοποθετημένη έτσι ώστε να μπορεί να αντικατασταθεί εύκολα εάν είναι απαραίτητο. Αριστερά είναι οι επαφές για τη σύνδεση του πυκνωτή που μετράται, οι παραπάνω είναι για απευθείας σύνδεση (χωρίς καλώδια).

Η συσκευή δεν ρυθμίζεται αμέσως στο μηδενικό σημείο αναφοράς, αλλά η προσαρμοσμένη ένδειξη παραμένει. Είναι πολύ πιο εύκολο να το κάνετε αυτό με αποσυνδεδεμένα καλώδια.

Για να καταδειχθεί ξεκάθαρα η διαφορά στην ακρίβεια μέτρησης όταν διαφορετικοί τρόποιμετρήσεις (με και χωρίς καλώδια) Πήρα μικρούς πυκνωτές με εργοστασιακές σημάνσεις - 8,2 pF

Ανασκόπηση βίντεο της συσκευής

Χωρίς καλώδια Με καλώδια
№1 8 pF 7,3 pF
№2 7,6 pF 8,3 pF
№3 8,1 pF 9,3 pF

Όλα είναι ξεκάθαρα· οι μετρήσεις θα είναι σίγουρα πιο ακριβείς χωρίς καλώδια, αν και η απόκλιση είναι πρακτικά εντός 1 pF. Μέτρησα επίσης επανειλημμένα τους πυκνωτές στις πλακέτες - οι ενδείξεις μέτρησης των επισκευάσιμων είναι αρκετά επαρκείς σύμφωνα με την τιμή που αναγράφεται σε αυτούς. Χωρίς να είμαστε πολύ επιλεκτικοί, μπορούμε να πούμε ότι ο συντελεστής ποιότητας μέτρησης της συσκευής είναι αρκετά υψηλός.

Μειονεκτήματα της συσκευής

• ο μηδενισμός δεν γίνεται αμέσως,
• οι λεπίδες επαφής, για μέτρηση χωρίς καλώδια, δεν έχουν ελαστικότητα και δεν επιστρέφουν στην αρχική τους θέση μετά το ξεσφίξιμο,
• Ο μετρητής δεν είναι εξοπλισμένος με δοχείο βαθμονόμησης.

συμπεράσματα

Γενικά είμαι ικανοποιημένος από τη συσκευή. Μετράει καλά, είναι συμπαγές (χωράει εύκολα σε μια τσέπη), οπότε στην αγορά του ραδιοφώνου δεν παίρνω αυτό που δίνουν, αλλά αυτό που χρειάζομαι. Σκοπεύω να το τροποποιήσω όταν έχω χρόνο: αντικαταστήστε το ποτενσιόμετρο και τις απευθείας επαφές μέτρησης. Το διάγραμμα του, ή κάτι παρόμοιο, μπορείτε να το βρείτε στην ενότητα. Σου είπα "όλα όπως είναι" και αποφασίζεις μόνος σου αν αξίζει να το ανανεώσεις εργαστήριο στο σπίτιμια τέτοια συσκευή. Συγγραφέας - Babay.

Οι κύριες παράμετροι που χαρακτηρίζουν τους πυκνωτές είναι αυτές ηλεκτρική χωρητικότητακαι γωνία απώλειας.

Το επιτρεπόμενο σφάλμα στη μέτρηση των χωρητικοτήτων των πυκνωτών εξαρτάται από την περιοχή εφαρμογής του τελευταίου. Η χωρητικότητα των πυκνωτών που περιλαμβάνονται σε συστήματα ταλάντωσης πρέπει να προσδιορίζεται ιδιαίτερα προσεκτικά, με σφάλμα τουλάχιστον 1%. Κατά την επιλογή πυκνωτών μπλοκαρίσματος, απομόνωσης, σύζευξης κ.λπ., συνήθως επιτρέπεται μια σημαντική (έως 20-50%) διασπορά χωρητικοτήτων και μπορούν να μετρηθούν χρησιμοποιώντας τις απλούστερες μεθόδους.

Ρύζι. 1. Ισοδύναμα κυκλώματα (α, β) και διανυσματικό διάγραμμα (γ) κυκλώματος με πυκνωτή

Σε κάθε πυκνωτή που περιλαμβάνεται σε ηλεκτρικό κύκλωμα, υπάρχουν απώλειες ενέργειας που συμβαίνουν κυρίως στο διηλεκτρικό υλικό, καθώς και λόγω ατελούς μόνωσης μεταξύ των ακροδεκτών. Λαμβάνοντας υπόψη τις απώλειες, το ισοδύναμο κύκλωμα ενός πυκνωτή μπορεί να αναπαρασταθεί σε δύο εκδόσεις: είτε με τη μορφή χωρητικότητας C, συνδεδεμένης σε σειρά με αντίσταση απώλειας R p (Εικ. 1, α), είτε με τη μορφή ίδια χωρητικότητα C, διακλαδισμένη από αντίσταση διαρροής Ry (Εικ. 1, β). Όταν μετακινείστε από ένα ισοδύναμο κύκλωμα σε άλλο για να υπολογίσετε εκ νέου την τιμή ενεργητική αντίστασηχρησιμοποιήστε τον τύπο

R y = 1/((2*π*f*C) 2 * R p) ,

όπου f είναι η συχνότητα του ρεύματος στο κύκλωμα του πυκνωτή.

Από διανυσματικό διάγραμμαστο Σχ. 1, c, που ισχύει και για τις δύο εκδόσεις ισοδύναμων κυκλωμάτων, προκύπτει ότι σε ένα κύκλωμα με πυκνωτή, λόγω της παρουσίας απωλειών, η μετατόπιση φάσης φ μεταξύ του ρεύματος I και της τάσης U είναι πάντα μικρότερη από 90°. Οι απώλειες σε έναν πυκνωτή χαρακτηρίζονται συνήθως από τη γωνία απώλειας δ = 90° - &phi, που προσδιορίζεται σύμφωνα με τη σημείωση στο Σχ. 1 από τον τύπο

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

Οι απώλειες σε έναν πυκνωτή μερικές φορές εκφράζονται από τον συντελεστή ισχύος cos φ ή το ρεύμα διαρροής Iу, που προσδιορίζεται από τυπικές συνθήκες. Για τους περισσότερους πυκνωτές οι απώλειες είναι πολύ μικρές (tg δ< 0,001), поэтому можно считать

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

Οι μεγαλύτερες απώλειες συμβαίνουν σε ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές και πυκνωτές χαρτιού, η χρήση των οποίων περιορίζεται κυρίως στην περιοχή χαμηλής συχνότητας.

Με ορισμένες μεθόδους μέτρησης, οι απώλειες σε έναν πυκνωτή προσδιορίζονται ταυτόχρονα με τη μέτρηση της χωρητικότητάς του. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι με την αύξηση της συχνότητας, οι απώλειες αυξάνονται αισθητά (που αντιστοιχεί σε αύξηση της τιμής του Rp και μείωση του Ry), ενώ η χωρητικότητα C είναι πρακτικά ανεξάρτητη από τη συχνότητα. Σε πολύ υψηλές συχνότητες, είναι δυνατή μια αξιοσημείωτη αύξηση της αποτελεσματικής (μετρούμενης από όργανα) χωρητικότητας των πυκνωτών λόγω της επίδρασης της επαγωγής των πλακών και των συρμάτων μολύβδου.

Οι παράμετροι του πυκνωτή (C, R n, R y, δ) εξαρτώνται από εξωτερικές συνθήκεςη εργασία του - θερμοκρασία, υγρασία, ατμοσφαιρική πίεση, καθώς και την τάση που εφαρμόζεται σε αυτό. Επομένως, σε κρίσιμες περιπτώσεις, η δοκιμή των πυκνωτών πραγματοποιείται όχι μόνο στις συχνότητες λειτουργίας τους, αλλά και σε συνθήκες κοντά στις λειτουργικές.

Οι απλούστεροι έλεγχοι των πυκνωτών μπορούν να πραγματοποιηθούν χωρίς ειδικούς όργανα μέτρησης. Εύκολη ανίχνευση χρησιμοποιώντας ωμόμετρο ή αισθητήρα βραχυκύκλωμαή βλάβη μεταξύ των πλακών του πυκνωτή (θα πρέπει να ληφθεί υπόψη μόνο ότι η βλάβη εμφανίζεται μερικές φορές μόνο σε μια σημαντική τάση στον πυκνωτή, κοντά στην τάση λειτουργίας του). Ο έλεγχος για ανοιχτά κυκλώματα μη ηλεκτρολυτικών πυκνωτών με χωρητικότητα 0,01 μF και άνω γίνεται ευκολότερα συνδέοντας τον πυκνωτή στο κύκλωμα εναλλασσόμενο ρεύμα, για παράδειγμα, ένα φωτισμό ή εκπομπή, σε σειρά με οποιοδήποτε φορτίο - μια λάμπα πυρακτώσεως, ένα μεγάφωνο κ.λπ. Μια κανονική ή ελαφρώς εξασθενημένη λάμψη μιας λάμπας ή ο ήχος μιας ραδιοφωνικής εκπομπής θα υποδηλώνει την απουσία διακοπής.

Ένας πυκνωτής με υψηλή αντίσταση διαρροής είναι ικανός να διατηρήσει το φορτίο που δέχεται για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς να μειώνεται αισθητά. αυτό επιτρέπει με απλά μέσααξιολογήστε την ποιότητα των πυκνωτών με χωρητικότητα μεγαλύτερη από 0,01 μF. Όταν ένα ωμόμετρο είναι συνδεδεμένο σε έναν τέτοιο πυκνωτή, η βελόνα στο μετρητή θα αποκλίνει ελαφρά λόγω του ρεύματος φόρτισης και στη συνέχεια (με υψηλή αντίσταση διαρροής) θα επιστρέψει στην αρχική της θέση ή θα είναι κοντά σε αυτήν. Οι επακόλουθες βραχυπρόθεσμες συνδέσεις με τον πυκνωτή του ωμόμετρου, που επαναλαμβάνονται σε διαστήματα αρκετών δευτερολέπτων, δεν πρέπει να προκαλούν εκτροπή της βελόνας του μετρητή. Εάν η αντίσταση διαρροής είναι χαμηλή, θα παρατηρείται μια αξιοσημείωτη απόκλιση της βελόνας κάθε φορά που συνδέεται το ωμόμετρο. Για να ελέγξετε για διαρροή πυκνωτών με χωρητικότητα μεγαλύτερη από 100 pF, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ακουστικά συνδεδεμένα σε σειρά με μπαταρία χαμηλής τάσης. Με χαμηλή αντίσταση διαρροής, κάθε σύνδεση της ένδειξης με τον πυκνωτή προκαλεί ένα κλικ στα τηλέφωνα, ενώ με έναν καλό πυκνωτή, ένα κλικ ακούγεται μόνο την πρώτη φορά που συνδέεται. Μέτρηση τιμής αντίστασης διαρροής (στο DC) μπορεί να παραχθεί από επαγωγικά ή ηλεκτρονικά μεγόμετρα.

Οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές πρέπει να συνδέονται στη συσκευή δοκιμής λαμβάνοντας υπόψη την πολικότητα του τροφοδοτικού. Κατά τη μέτρηση της αντίστασης διαρροής τέτοιων πυκνωτών, συνιστάται η μέτρηση να γίνεται 10 λεπτά μετά την ενεργοποίησή τους υπό τάση, όταν η διαδικασία φόρτισης μπορεί να θεωρηθεί ολοκληρωμένη.

Για τη μέτρηση των παραμέτρων των πυκνωτών χρησιμοποιούνται οι μέθοδοι βολτόμετρου - αμπερόμετρου, άμεσης μέτρησης με χρήση μικροφαραδόμετρων, σύγκρισης (αντικατάστασης), γέφυρας και συντονισμού.

Η τάση που εφαρμόζεται στον πυκνωτή κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε δοκιμής δεν πρέπει να υπερβαίνει την επιτρεπόμενη τάση λειτουργίας. Εάν κατά τη διάρκεια της δοκιμής ο πυκνωτής φορτιστεί σε σημαντική τάση, είναι απαραίτητο να αποφορτιστεί στο τέλος της δοκιμής (για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ένα κουμπί συνδεδεμένο παράλληλα με τον πυκνωτή).

Μέτρηση χωρητικότητας με τη μέθοδο βολτόμετρο-αμπερόμετρο

Ρύζι. 2. Σχέδια μέτρησης χωρητικότητας με τη μέθοδο βολτόμετρου-αμπερόμετρου

Το σχήμα μέτρησης παρουσιάζεται σε δύο εκδόσεις στο Σχ. 2. Ο πυκνωτής Cx που δοκιμάζεται συνδέεται σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος γνωστής συχνότητας F και ένας ρεοστάτης (ή ποτενσιόμετρο) R χρησιμοποιείται για να ρυθμίσει την τιμή του ρεύματος I ή της τάσης U που απαιτείται από τις συνθήκες δοκιμής ή είναι κατάλληλη για ανάγνωση. οι ενδείξεις των συσκευών εναλλασσόμενου ρεύματος V και mAμπορείτε να υπολογίσετε την αντίσταση του πυκνωτή

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

όπου R και X = 1/(2*π*F*C x) είναι τα ενεργά και τα αντιδραστικά συστατικά του, αντίστοιχα.

Εάν οι απώλειες είναι μικρές, δηλ. R<< X, то измеряемая ёмкость определяется формулой

C x = I/(2*π*F*U). (2)

Σχέδιο στο Σχ. 2, α, δίνει αρκετά ακριβή αποτελέσματα κατά τη μέτρηση μεγάλων χωρητικοτήτων, η αντίσταση των οποίων X είναι σημαντικά μικρότερη από την αντίσταση εισόδου του βολτόμετρου V. Το κύκλωμα στο Σχ. 2, b, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση μικρότερων χωρητικοτήτων, η αντίσταση των οποίων είναι δεκάδες ή περισσότερες φορές υψηλότερη από την αντίσταση ενός χιλιοστόμετρου mA. Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να μετρήσετε χωρητικότητες στην περιοχή 0,1-1 μF σε συχνότητα 50 Hz με ένα χιλιοστόμετρο AC 3 mA. Δεδομένου ότι η αντίσταση αυτών των πυκνωτών X = 3200...32000 Ohm είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από οποιαδήποτε πιθανή αντίσταση ενός χιλιοστόμετρου, η μέτρηση θα πρέπει να πραγματοποιηθεί σύμφωνα με το διάγραμμα στο Σχ. 2, b, με τάση τροφοδοσίας U ≥ I*X = 0,003*3200 ≈ 10 V.

Σχέδιο στο Σχ. 2, και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση των χωρητικοτήτων των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών. Εάν η τάση τροφοδοσίας δεν υπερβαίνει τα 1-2 V, τότε η μέτρηση μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά την εγκατάσταση του διακόπτη ΣΕστη θέση 1. Σε υψηλές εναλλασσόμενες τάσεις, οι πυκνωτές μπορεί να καταστραφούν λόγω αποσύνθεσης ηλεκτρολύτη. Αυτός ο κίνδυνος εξαλείφεται εάν ο διακόπτης Β ρυθμιστεί στη θέση 2. Σε αυτήν την περίπτωση, μια πηγή συνεχούς ρεύματος ενεργοποιείται σε σειρά με την πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος συχνότητας F, η τάση στους ακροδέκτες της οποίας U 0 πρέπει να υπερβαίνει το πλάτος του εναλλασσόμενη τάση. Στη συνέχεια, στο κύκλωμα θα λειτουργήσει μια παλμική τάση, η οποία είναι ασφαλής για τον πυκνωτή, με την προϋπόθεση ότι η πολικότητα της ένταξής του στο κύκλωμα είναι σωστή. Μια παλμική τάση μπορεί επίσης να ληφθεί συνδέοντας μια δίοδο σε σειρά στο κύκλωμα μέτρησης. Σε όλες τις περιπτώσεις, βολτόμετρο V και χιλιοστόμετρο mAθα πρέπει να μετρούν μόνο τα εναλλασσόμενα στοιχεία τάσης και ρεύματος, για τα οποία εκτελούνται με κλειστό κύκλωμα εισόδου.

Μικροφαραδόμετρα με σειριακά και παράλληλα κυκλώματα μέτρησης

Οι συσκευές στις οποίες οι μετρούμενες χωρητικότητες εκτιμώνται απευθείας στην κλίμακα του μετρητή επιλογέα ονομάζονται μικροφαραδόμετρα. Η λειτουργία αυτών των συσκευών μπορεί να βασίζεται στην εξάρτηση του ρεύματος ή της τάσης σε ένα κύκλωμα που τροφοδοτείται από πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος από την τιμή της μετρούμενης χωρητικότητας του πυκνωτή που περιλαμβάνεται σε αυτό. Τα κυκλώματα τέτοιων συσκευών είναι από πολλές απόψεις παρόμοια με εκείνα των ωμόμετρου και των μεγόμετρων.

Τα μικροφαραδόμετρα μπορούν να έχουν σειριακό ή παράλληλο κύκλωμα μέτρησης. Το διαδοχικό κύκλωμα (Εικ. 3) χρησιμοποιείται για τη μέτρηση χωρητικοτήτων μέσες τιμές (από περίπου 100 pF έως 10 μF). Η τάση U της συχνότητας F τροφοδοτείται από την πηγή σε ένα κύκλωμα στο οποίο ένας πυκνωτής αναφοράς C o, ένας πυκνωτής δοκιμής C x και ένα αμπερόμετρο AC μικρο- (ή milli) συνδέονται σε σειρά mA. Πριν ξεκινήσετε τις μετρήσεις, με βραχυκύκλωμα των ακροδεκτών εισόδου (που ισοδυναμεί με C x = ∞), εγκαθίσταται ένας ρεοστάτης R στο κύκλωμα μικροαμπερόμετρου mAολική απόκλιση ρεύματος I p; Αυτό εξασφαλίζεται κατά την επιλογή της χωρητικότητας του πυκνωτή αναφοράς

C 0 ≥ I p (2*π*F*U). (3)

Όταν συνδέεται ένας πυκνωτής Cx, το ρεύμα μέσω του μικροαμπερόμετρου θα μειωθεί σε μια ορισμένη τιμή Ix, όσο μικρότερη τόσο μικρότερη είναι η χωρητικότητα Cx, η οποία επιτρέπει στον μετρητή να εξοπλιστεί με μια κλίμακα με σημάδια των τιμών των μετρούμενων χωρητικοτήτων. Το χαρακτηριστικό βαθμονόμησης της συσκευής δεν εξαρτάται από τη συχνότητα και το σχήμα της καμπύλης τάσης τροφοδοσίας και καθορίζεται κατά προσέγγιση από τον τύπο

I x /I p ≈ С x /(С о + С x), (4)

πανομοιότυπο με τον τύπο που καθορίζει το χαρακτηριστικό βαθμονόμησης των παράλληλων κυκλωμάτων ωμόμετρου. Το σφάλμα μέτρησης αλλάζει παρόμοια: είναι το μικρότερο στη μέση της κλίμακας, αυξάνεται προς τα άκρα της. Το μέσο της κλίμακας αντιστοιχεί στην χωρητικότητα C x ≈ C o και το εύρος μέτρησης περιορίζεται στις τιμές 0,1 C o και 10 C o. Η απαιτούμενη τάση τροφοδοσίας καθορίζεται από την κατάσταση

U ≥ I p /(2*π*F*C o).

Για παράδειγμα, με I p = 1 mA, F = 50 Hz και C o = 20000 pF, η πηγή ισχύος πρέπει να παρέχει τάση U ≥ 160 V, αλλά εάν η συχνότητα ταλάντωσης της πηγής είναι F = 1000 Hz, τότε η απαιτούμενη τάση τροφοδοσίας μειώνεται στα 8-10 V.

Για τη μέτρηση χωρητικοτήτων σε μεγάλο εύρος, ο μετρητής microfarad πρέπει να έχει πολλά όρια μέτρησης, τα οποία συνιστάται να ορίζονται από τις μέσες τιμές της κλίμακας C o με συντελεστή μετάβασης N διαιρούμενο με 10.

Ρύζι. 3. Κύκλωμα σειράς μικροφαραδόμετρου με μετρητή ρεύματος

Η πιο βολική πηγή ενέργειας για ένα μικροφαραδόμετρο είναι ένα δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος με συχνότητα 50 Hz, το οποίο σας επιτρέπει να αποκτήσετε οποιαδήποτε απαιτούμενη τάση χρησιμοποιώντας έναν μετασχηματιστή μικρού μεγέθους. Μια υψηλή τιμή του τελευταίου είναι απαραίτητη μόνο στα όρια με τις μικρότερες χωρητικότητες C. Εάν περιορίσετε τη μέγιστη τάση τροφοδοσίας στα 200 V, τότε εάν έχετε ένα μικροαμπερόμετρο ανορθωτή mAστα 100 μA μπορείτε να αποκτήσετε, σύμφωνα με το (3), χωρητικότητα 1600 pF. Το τροφοδοτικό υψηλής τάσης μπορεί να ενεργοποιηθεί μόνο αφού ο πυκνωτής C o έχει αποφορτιστεί και ο υπό δοκιμή πυκνωτής έχει συνδεθεί στο κύκλωμα. Συνιστάται να χρησιμοποιήσετε ένα κουμπί για να κλείσετε τους ακροδέκτες εισόδου για να ρυθμίσετε τη βελόνα του μετρητή στην ένδειξη "∞". Οι πυκνωτές C o και C x πρέπει να είναι σχεδιασμένοι για τάση λειτουργίας όχι μικρότερη από την τάση δοκιμής. Για να αποφευχθεί η βλάβη του μετρητή σε περίπτωση βλάβης του πυκνωτή C o, συνιστάται η κατασκευή του τελευταίου από δύο πυκνωτές συνδεδεμένους σε σειρά, ο καθένας με χωρητικότητα 2 C o. Είναι επίσης δυνατό να συμπεριληφθεί στο κύκλωμα ισχύος μια περιοριστική αντίσταση με αντίσταση 5-10 φορές μικρότερη από την χωρητικότητα του πυκνωτή C o.

Για να επεκτείνετε το εύρος μέτρησης προς μεγαλύτερες τιμές CO, η τάση τροφοδοσίας συνήθως μειώνεται Ν φορές στην αρχή (μέχρι να φτάσει αρκετά βολτ), χρησιμοποιώντας κρουνούς από τις περιελίξεις ενός μετασχηματιστή ισχύος ή χρησιμοποιώντας ένα ωμικό διαιρέτη τάσης. Η μετάβαση σε όρια με ακόμη υψηλότερη τιμή C o μπορεί να συνοδεύεται από μείωση της ευαισθησίας του δείκτη σβήνοντάς τον, παρόμοια με αυτό που γίνεται στα ωμόμετρο πολλαπλών ορίων. Το ανώτερο όριο των μετρούμενων χωρητικοτήτων συνήθως δεν υπερβαίνει τα 1-10 μF, καθώς όταν η αντίσταση του πυκνωτή C o είναι συγκρίσιμη με την εσωτερική αντίσταση του κυκλώματος ένδειξης και ισχύος, το σφάλμα μέτρησης αυξάνεται πολύ.

Κατά την επέκταση του εύρους μέτρησης προς μικρές τιμές C o, για να ληφθούν αποδεκτές τιμές της τάσης τροφοδοσίας U, το κύκλωμα πρέπει να τροφοδοτείται από μια εσωτερική ή εξωτερική γεννήτρια - μια πηγή τάσης υψηλής συχνότητας F χιλιάδων χέρτζ. Σε αυτή την περίπτωση, είναι απαραίτητο να ληφθούν μέτρα για την εξάλειψη της επίδρασης των χωρητικοτήτων του κυκλώματος και της εγκατάστασης.

Διάγραμμα μικροφαραδόμετρου σύμφωνα με το Σχ. 3 θα ισχύει επίσης κατά την αντικατάσταση του πυκνωτή αναφοράς C o με την αντίσταση αναφοράς R o. Στην περίπτωση αυτή, η επιλεγμένη μέση τιμή C o της κλίμακας μέτρησης χωρητικότητας θα επιτευχθεί στην αντίσταση

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

Μια τέτοια συσκευή μπορεί ταυτόχρονα να χρησιμοποιηθεί ως ωμόμετρο με ένα διαδοχικό κύκλωμα για κατά προσέγγιση μέτρηση (στη συχνότητα F) των ενεργών αντιστάσεων, υπό την προϋπόθεση ότι η ανάγνωση πραγματοποιείται σε ειδική κλίμακα, παρόμοια με την κλίμακα χωρητικότητας, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Ρύζι. 4. Διαδοχικό κύκλωμα μικροφαραδόμετρου πολλαπλών ορίων με μετρητή τάσης

Εάν διαθέτετε ηλεκτρονικό βολτόμετρο εναλλασσόμενου ρεύματος με υψηλή αντίσταση εισόδου Rv, το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. μπορεί να ληφθεί ως βάση για ένα μικροφαραδόμετρο. 4. Η εναλλασσόμενη τάση U, σταθεροποιημένη από την αλυσίδα R1, D1, D2 και περίπου ίση με το όριο μέτρησης U p του βολτόμετρου V, δρα στο βολτόμετρο όταν οι ακροδέκτες εισόδου είναι κλειστοί. Ρυθμίζοντας την ευαισθησία του τελευταίου, η βελόνα του μετρητή του εκτρέπεται στο άκρο της ζυγαριάς. Όταν ο υπό δοκιμή πυκνωτής C x περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, σχηματίζεται ένας διαιρέτης τάσης R o, C x, από τον οποίο η τάση U x τροφοδοτείται στο βολτόμετρο, όσο μικρότερη τόσο μικρότερη είναι η χωρητικότητα C x. Η επιλεγμένη μέση τιμή C o της κλίμακας χωρητικότητας θα επιτευχθεί με αντίσταση R o ≈ 1/(11*F*C o). Με την εναλλαγή αντιστάσεων R o διαφορετικών τιμών, αλλάζουν τα όρια μέτρησης των χωρητικοτήτων. Η ελάχιστη δυνατή τιμή της χωρητικότητας C o περιορίζεται από τη μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή αντίστασης R o ≈ 0,1 R o. Για παράδειγμα, με R o = 1 MOhm και συχνότητα F = 50 Hz, λαμβάνουμε χωρητικότητα C o ≈ 1/(11*F*R o) = 1820 pF.

Το μικροφαραδόμετρο στον εξεταζόμενο τρόπο λειτουργίας έχει τα ακραία σημάδια της κλίμακας χωρητικότητας "0" και "∞". Ωστόσο, εάν χρησιμοποιείτε ευαίσθητο μιλιβολτόμετρο με όριο μέτρησης U p στη συσκευή<< 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) ;

Ταυτόχρονα, η περιοχή εργασίας της κλίμακας επεκτείνεται σημαντικά. Σε αυτή την περίπτωση, με επιτρεπόμενη αντίσταση R o = 1 MOhm, συχνότητα F = 50 Hz και λόγο τάσης U p / U = 1/30, λαμβάνουμε C p ≈ 100 pF, γεγονός που καθιστά δυνατή τη μέτρηση χωρητικοτήτων από 10 pF ή περισσότερο. Εάν η σειρά της μετρούμενης χωρητικότητας C x είναι άγνωστη, τότε ο διακόπτης ΣΕΑρχικά θα πρέπει να ορίσετε το όριο για τη μέτρηση των μεγαλύτερων χωρητικοτήτων, στο οποίο περιορίζεται η πιθανή υπερφόρτωση του βολτόμετρου λόγω αύξησης της πτώσης τάσης στην αντίσταση R1.

Σε ένα μικροφαραδόμετρο με περιορισμένα όρια μέτρησης, είναι απαραίτητο να βαθμονομήσετε τη συσκευή πριν ξεκινήσετε τις μετρήσεις. Στο διάγραμμα στο Σχ. 4, η αλυσίδα R2, C1 εξυπηρετεί αυτόν τον σκοπό. Όταν πατάτε το κουμπί Kn από τον πυκνωτή C1, εφαρμόζεται μια τάση στην είσοδο του βολτόμετρου, στην οποία η βελόνα του μετρητή του πρέπει να αποκλίνει στο τέλος της κλίμακας (ή σε ένα συγκεκριμένο σημάδι στην κλίμακα), το οποίο επιτυγχάνεται με ρυθμιστή ευαισθησίας. Συνήθως παίρνουν R2 ίσο με την αντίσταση R o ενός από τα όρια μέτρησης και C 1 ίσο με την χωρητικότητα C n του ίδιου ορίου.

Στο Σχ. 5, και παρουσιάζεται μία από τις επιλογές για παράλληλο κύκλωμα μικροφαραδόμετρου. Με ελεύθερους ακροδέκτες εισόδου (που ισοδυναμεί με χωρητικότητα C x = 0), ρυθμίζοντας την ευαισθησία του βολτόμετρου V, η βελόνα του μετρητή του εκτρέπεται στο άκρο της κλίμακας. Η συμπερίληψη ενός πυκνωτή C x στο κύκλωμα οδηγεί στο γεγονός ότι η τάση στο βολτόμετρο, αρχικά ίση με U p, μειώνεται σε τιμή U x, όσο μικρότερη τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα C x. Το χαρακτηριστικό βαθμονόμησης ενός μικροφαραδόμετρου καθορίζεται από τον τύπο

U x /U p ≈ C o /(C o + C x), (5)

παρόμοια με τον τύπο που καθορίζει το χαρακτηριστικό βαθμονόμησης των κυκλωμάτων σειράς ωμόμετρου.

Η αντίσταση εισόδου του βολτομέτρου R in και η συχνότητα του ρεύματος τροφοδοσίας F περιορίζουν την επιλογή της χωρητικότητας αναφοράς του πυκνωτή C περίπου, η οποία καθορίζει τη μέση τιμή της κλίμακας, από την συνθήκη

C o ≥ 1,5/(F*R in) .

Για παράδειγμα, με Rв = 1 MΩ και F = 50 Hz λαμβάνουμε Со ≥ 30000 pF, δηλαδή η συσκευή αποδεικνύεται κατάλληλη για τη μέτρηση μόνο σχετικά μεγάλων χωρητικοτήτων (όχι ηλεκτρολυτικές!) Με μια πηγή ισχύος υψηλής συχνότητας, είναι δυνατόν για να μειώσετε τις επιτρεπόμενες τιμές του Со σε εκατοντάδες picofarads, αλλά το σφάλμα μέτρησης μπορεί να είναι μεγάλο εάν δεν λάβετε υπόψη την χωρητικότητα εισόδου του βολτόμετρου.

Ρύζι. 5. Παράλληλα κυκλώματα μικροφαραδόμετρων

Για τη μέτρηση των χωρητικοτήτων των ηλεκτρολυτικών πυκνωτών, το διάγραμμα στο Σχ. 5 Β. Λόγω της συμπερίληψης της διόδου D, μια παλμική τάση U o λειτουργεί στο διαιρέτη τάσης R1, R2. Στο C x = 0, η πλήρης τάση απόκλισης U p εφαρμόζεται από την αντίσταση R2 στο βολτόμετρο V (μπορεί να είναι σχετικά χαμηλής αντίστασης, για παράδειγμα, ανορθωτής). Η ενεργοποίηση του πυκνωτή C x οδηγεί σε μείωση της τάσης στο το βολτόμετρο σύμφωνα με τον τύπο (5). Με την επιλεγμένη μέση τιμή της κλίμακας χωρητικότητας C o και συχνότητα F = 50 Hz, οι απαιτούμενες τιμές της αντίστασης του διαιρέτη τάσης καθορίζονται από τους τύπους:

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

Η αλλαγή των ορίων μέτρησης πραγματοποιείται με τη χρήση πολλών διαιρετών τάσης με τον ίδιο συντελεστή διαίρεσης U o / U a, αλλά διαφορετικές τιμές αντίστασης R1 και R2. Το βολτόμετρο AC V πρέπει να έχει κλειστό κύκλωμα εισόδου, διαφορετικά η τάση πρέπει να τροφοδοτείται σε αυτό μέσω ηλεκτρολυτικού πυκνωτή μεγάλης χωρητικότητας.

Όλα τα θεωρούμενα κυκλώματα μικροφαραδόμετρου επιτρέπουν τη μέτρηση των χωρητικοτήτων των πυκνωτών με σφάλμα 5-10%, και μερικές φορές περισσότερο. Δεν είναι πάντα δυνατή η κλιμάκωση τους με βάση τον υπολογισμό του χαρακτηριστικού βαθμονόμησης λόγω της επίδρασης διαφόρων παραγόντων που είναι δύσκολο να ληφθούν υπόψη, για παράδειγμα, οι εσωτερικές αντιστάσεις της πηγής ισχύος και των οργάνων μέτρησης, η μη γραμμικότητα της κλίμακας τάσης το βολτόμετρο κ.λπ. Επομένως, κατά τη ρύθμιση και τη βαθμονόμηση μικροφαραδόμετρων, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιείτε αποθήκες δοχείων ή σετ πυκνωτών με ανοχές χωρητικότητας όχι μεγαλύτερες από 5%.

Παράδειγμα 1. Υπολογίστε το διαδοχικό κύκλωμα ενός μικροφαραδόμετρου σύμφωνα με το Σχ. 3 για το όριο μέτρησης από C n = 200 pF έως C m = 20000 pF, με την προϋπόθεση ότι η τάση τροφοδοσίας δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 10 V. Χρησιμοποιήστε ένα χιλιοστόμετρο 1 mA ως μετρητή στη συσκευή.

Σημείωση. Το μέσο της κλίμακας αντιστοιχεί στη χωρητικότητα C o ≈ (C n C m) 0,5.

Απάντηση: C o = 2000 pF, F ≥ 8 kHz. Όταν επιλέγετε F = 10 kHz U ≥ 8V, R = 3...5 kOhm

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

Μικροφαραδόμετρα με ομοιόμορφη κλίμακα

Ένα μικροφαραδόμετρο με ομοιόμορφη κλίμακα μπορεί να κατασκευαστεί σύμφωνα με ένα κύκλωμα παρόμοιο με αυτό των χωρητικών μετρητών συχνότητας, το οποίο διαφέρει κατ' αρχήν από το τελευταίο μόνο στο ότι το αντικείμενο μέτρησης δεν είναι η συχνότητα, αλλά η χωρητικότητα. Η λειτουργία τέτοιων συσκευών βασίζεται στη μέτρηση της μέσης τιμής του ρεύματος φόρτισης ή εκφόρτισης του πυκνωτή που δοκιμάζεται, που επαναφορτίζεται από μια τάση γνωστής συχνότητας.

Στο Σχ. 6, a, δείχνει ένα διάγραμμα της μονάδας μέτρησης ενός μικροφαραδόμετρου, που τροφοδοτείται από μια ορθογώνια παλμική τάση u. Κατά τη δράση του παλμού, ο πυκνωτής C x φορτίζεται μέσω της διόδου D στη μέγιστη τάση U m. Στο διάστημα μεταξύ των παλμών, ο πυκνωτής εκφορτίζεται μέσω ενός μετρητή (μαγνητοηλεκτρικό μικροαμπερόμετρο) και στην αρχική τάση U n. Σε σταθερή κατάσταση, σε μια συχνότητα επανάληψης των παλμών εισόδου f και το πλάτος τους U p = U m - U n, η μέση τιμή του ρεύματος που διαρρέει το μετρητή I x = C x U p f. Με σταθερές τιμές U p και f, ο μετρητής μπορεί να εξοπλιστεί με ομοιόμορφη κλίμακα με ένδειξη σε τιμές C x σύμφωνα με τον τύπο

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

Οριακή τιμή μετρούμενων χωρητικοτήτων

C p = I και /(U p f),

όπου I και είναι το συνολικό ρεύμα εκτροπής του μετρητή. Για την εξομάλυνση των κυματισμών και την εξάλειψη των ταλαντώσεων της βελόνας του μετρητή, χρησιμοποιείται ένας πυκνωτής C, η αντίσταση του οποίου στη συχνότητα f πρέπει να είναι σημαντικά μικρότερη από την αντίσταση R και τον μετρητή.

Τα αποτελέσματα δεν θα αλλάξουν εάν ο μετρητής συνδεθεί στο κύκλωμα ρεύματος φόρτισης σε σειρά με τη δίοδο D2 (Εικ. 6, b). τότε το ρεύμα εκφόρτισης του πυκνωτή C x θα κλείσει μέσω της διόδου D1. Κατά τη μέτρηση μικρών χωρητικοτήτων, χρησιμοποιείται μερικές φορές ένα κύκλωμα πλήρους κύματος για την ενεργοποίηση του μετρητή (Εικ. 6, γ). Σε αυτήν την περίπτωση, τόσο τα ρεύματα φόρτισης όσο και εκφόρτισης ρέουν μέσω του μετρητή, γεγονός που καθιστά δυνατή την απόκτηση του απαιτούμενου ορίου μέτρησης σε τάση U p ή συχνότητα f που είναι η μισή από αυτήν σε κυκλώματα με σύνδεση μισού κύματος του μετρητή.

Ρύζι. 6. Σχέδια μπλοκ μέτρησης μικροφαραδόμετρων με ομοιόμορφη κλίμακα

Τα όρια μέτρησης της συσκευής καθορίζονται από τις τιμές C p και για να διασφαλιστούν, κατά την εναλλαγή των ορίων, αλλάζει ο ρυθμός επανάληψης παλμού της πηγής ισχύος, που καθορίζεται από τον τύπο

f = I και (U p C p) . (6)

Πριν ξεκινήσετε τις μετρήσεις σε κάθε όριο, πρέπει να βαθμονομηθεί το μικροφαραδόμετρο, για το οποίο ένας πυκνωτής με χωρητικότητα C o = C p συνδέεται με αυτό πατώντας το κουμπί Kn (Εικ. 6, a). Σε αυτήν την περίπτωση, η βελόνα του μετρητή εκτρέπεται προς το τέλος της κλίμακας ρυθμίζοντας ομαλά τη συχνότητα f, το πλάτος παλμού U p ή την ευαισθησία του μετρητή (για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας έναν ρεοστάτη διακλάδωσης R w). Δεδομένου ότι η κλίμακα της συσκευής είναι ομοιόμορφη, το σφάλμα στη μέτρηση των χωρητικοτήτων καθορίζεται κυρίως από το σφάλμα στην επιλογή της χωρητικότητας αναφοράς C o, η απόκλιση της οποίας από την απαιτούμενη ονομαστική τιμή (C p) δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1...5% .

Για να ληφθούν σωστά αποτελέσματα μέτρησης, είναι απαραίτητο κατά τη διάρκεια μιας περιόδου της τάσης εισόδου ο πυκνωτής C x να έχει χρόνο να φορτίσει και να εκφορτιστεί πλήρως (εντός των ορίων τάσης U m - U n). Αυτό επιτυγχάνεται πιο εύκολα με ένα ορθογώνιο σχήμα των παλμών εισόδου και μια σωστή επιλογή της συχνότητας επανάληψης f.

Όπως είναι γνωστό, σε ένα κύκλωμα που αποτελείται από στοιχεία R και C, η διάρκεια φόρτισης (εκφόρτισης) του πυκνωτή C στην τιμή της άμεσης τάσης που εφαρμόζεται σε αυτό το κύκλωμα καθορίζεται από τη σταθερά χρόνου τ = RC και πρακτικά δεν υπερβαίνει τα 5τ. . Για να τερματιστεί η φόρτιση (εκφόρτιση) κατά τη διάρκεια του μισού κύκλου T/2 της συχνότητας τάσης f, πρέπει να πληρούται η ακόλουθη προϋπόθεση:

5RC = 5 τ<= T/2 = 1/(2*f),

που ικανοποιείται στη συχνότητα

φά<= 1/(10*RС). (7)

Λαμβάνοντας τη μέγιστη δυνατή αντίσταση των κυκλωμάτων φόρτισης και εκφόρτισης R = 10 kOhm (λαμβάνοντας υπόψη την αντίσταση εξόδου Rout της γεννήτριας παλμών), λαμβάνουμε έναν πρακτικό τύπο για την επιλογή της συχνότητας επανάληψης παλμών (σε kilohertz):

f ≤ 10 4 / C p (8)

(όπου το C p είναι σε picofarads). Στην τελευταία συνθήκη, συχνά λαμβάνεται το πρόσημο της ισότητας. Τότε τα ανώτερα όρια μέτρησης C p - 100, 1000, 10.000 pF και 0,1 μF θα αντιστοιχούν αντίστοιχα σε συχνότητες f = 100, 10, 1 και 0,1 kHz.

Η συνθήκη (8) και ο τύπος (6) καθορίζουν το απαιτούμενο πλάτος παλμού (σε βολτ):

U p ≥ 0,1*I και

(όπου εγώ και είμαι σε μικροαμπέρ). Για παράδειγμα, όταν εργάζεστε με μετρητή που έχει ολικό ρεύμα απόκλισης I u = 100 μA, απαιτείται πλάτος U p ≥ 10 V.

Η αντίσταση της αντίστασης R d (Εικ. 6, α) λαμβάνεται έτσι ώστε η αντίσταση του κυκλώματος μετρητή R d + R να υπερβαίνει σημαντικά (τουλάχιστον δεκάδες φορές) την άμεση αντίσταση της διόδου D. Ταυτόχρονα, δεν θα πρέπει να αυξάνει τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος εκφόρτισης πέρα ​​από την επιτρεπόμενη τιμή (10 kOhm). Εάν και οι δύο συνθήκες δεν μπορούν να ικανοποιηθούν ταυτόχρονα, τότε η αντίσταση Rd αντικαθίσταται με μια δίοδο που περνά το ρεύμα εκφόρτισης. Σε αυτήν την περίπτωση, ο μετρητής ενεργοποιείται σύμφωνα με το διάγραμμα στο Σχ. 6, β. Κατά τον υπολογισμό της συσκευής, λαμβάνεται επίσης υπόψη η φύση της αντίστασης εξόδου R έξω από τη γεννήτρια ερεθισμάτων, η οποία, ανάλογα με το κύκλωμα της γεννήτριας, μπορεί να είναι σταθερή, ρυθμιζόμενη ή ακόμη και μη γραμμική (μεγάλη κατά τη διάρκεια του παλμού και μικρή στο διάστημα μεταξύ παλμών).

Εκτός από μια ομοιόμορφη κλίμακα χωρητικότητας, τα μικροφαραδόμετρα μπορούν να έχουν μια ανομοιόμορφη κλίμακα με εύρος ανάγνωσης από 0 έως ∞, παρόμοια με τις κλίμακες των παράλληλων κυκλωμάτων ωμόμετρου. Η φύση της κλίμακας (ομοιόμορφη - P, ανομοιόμορφη - H) στο διάγραμμα στο Σχ. 6, α, που καθορίζεται από τη ρύθμιση του διακόπτη Β1. Στη θέση του τελευταίου «Η», ο πυκνωτής υπό τη δοκιμή C x συνδέεται σε σειρά με τον πυκνωτή αναφοράς C o, η χωρητικότητα του οποίου θέτει το όριο μέτρησης της συσκευής και αντιστοιχεί περίπου στο μέσο της μη γραμμικής κλίμακας.

Μια ομοιόμορφη κλίμακα για τη μέτρηση των χωρητικοτήτων μπορεί να ληφθεί με ορισμένες άλλες μεθόδους. Έτσι, εάν ένα κύκλωμα διαφοροποίησης R, C x συνδέεται στην έξοδο του πολυδονητή, τότε η μέση τάση των παλμών της ίδιας πολικότητας που λαμβάνονται από την αντίσταση R αποδεικνύεται ανάλογη της χωρητικότητας C x. Για τη λειτουργία μιας τέτοιας συσκευής, απαιτείται ένα ευαίσθητο millivoltmeter DC. Τα όρια μέτρησης μπορούν να τεθούν από την αντίσταση της αντίστασης R. Σε συχνότητα επανάληψης παλμών f = 100 kHz, λήφθηκαν τα ανώτερα όρια για τη μέτρηση των χωρητικοτήτων C p = 10 και 100 pF.

Παράδειγμα 3. Κάντε έναν κατά προσέγγιση υπολογισμό της μονάδας μέτρησης ενός μετρητή microfarad με ομοιόμορφη κλίμακα (Εικ. 6, α) για τη μέτρηση χωρητικοτήτων με ανώτερα όρια 300 και 3000 pF, 0,03 και 0,3 μF, εάν ο μετρητής της συσκευής έχει τα δεδομένα : I και = 50 μA , R και = 2600 Ohm.

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

Μέτρηση χωρητικοτήτων με τη μέθοδο σύγκρισης (υποκατάστασης).

Αυτή η μέθοδος βασίζεται στη σύγκριση της επίδρασης της μετρούμενης χωρητικότητας C x και της γνωστής χωρητικότητας C o στον τρόπο λειτουργίας του κυκλώματος μέτρησης.

Το απλούστερο σχήμα μέτρησης, στο οποίο οι χωρητικότητες C x και C o συγκρίνονται σύμφωνα με την τιμή της αντίστασής τους στο εναλλασσόμενο ρεύμα, φαίνεται στο Σχ. 7. Όταν ενεργοποιείτε τον πυκνωτή C x ποτενσιόμετρο R, ρυθμίστε ένα ρεύμα στο κύκλωμα που είναι βολικό για ανάγνωση ή παρακολούθηση χρησιμοποιώντας ένα χιλιοστόμετρο AC mAή άλλο δείκτη χαμηλής αντίστασης. Στη συνέχεια, αντί για τον πυκνωτή C x, συνδέεται στο κύκλωμα μια αποθήκη πυκνωτών ή ένας πυκνωτής μοντέλου (αναφοράς) μεταβλητής χωρητικότητας και αλλάζοντας την χωρητικότητά του C o επιτυγχάνεται η προηγούμενη ένδειξη ένδειξης. Αυτό θα γίνει όταν C o = C x. Το σφάλμα μέτρησης εξαρτάται από την ευαισθησία του δείκτη και το σφάλμα στην ανάγνωση της χωρητικότητας C o. μπορεί να ληφθεί ίσο με περίπου 1% ή λιγότερο.

Ρύζι. 7. Σχέδιο μέτρησης χωρητικοτήτων

Όταν μετράτε χωρητικότητες πάνω από 5000 pF χρησιμοποιώντας τη μέθοδο σύγκρισης, το κύκλωμα μέτρησης μπορεί να τροφοδοτηθεί από ένα δίκτυο εναλλασσόμενου ρεύματος με συχνότητα 50 Hz. Για τη μέτρηση μικρότερων χωρητικοτήτων, απαιτείται μια γεννήτρια που λειτουργεί σε υψηλότερες συχνότητες. Σε όλες τις περιπτώσεις, για να διασφαλιστεί η ασφάλεια του δείκτη, πρέπει να περιλαμβάνεται στο κύκλωμα ένας περιοριστικός πυκνωτής (C1) ή μια αντίσταση.

Η μέθοδος σύγκρισης σε διάφορες εκδόσεις χρησιμοποιείται ευρέως σε μετρητές χωρητικότητας γέφυρας και συντονισμού. Μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε μικροφαραδόμετρα που συζητήθηκαν στις προηγούμενες παραγράφους, με σημαντική μείωση του σφάλματος μέτρησης.

Γέφυρες μέτρησης AC

Οι ισορροπημένες γέφυρες AC χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μέτρηση πυκνωτών και επαγωγέων.

Στη γενική περίπτωση, οι βραχίονες της γέφυρας μέτρησης AC (Εικ. 8) έχουν σύνθετες αντιστάσεις Ζ1, Ζ2, Ζ3 και Ζ4, μία από τις οποίες, για παράδειγμα το Ζ4, είναι το αντικείμενο μέτρησης. Η γέφυρα τροφοδοτείται από πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος συχνότητας F, η τάση της οποίας τροφοδοτείται απευθείας ή μέσω μετασχηματιστή Tr σε μία από τις διαγώνιους της γέφυρας. Η ένδειξη μηδενικού AC περιλαμβάνεται στην άλλη διαγώνιο ΣΕ.

Ρύζι. 8. AC Bridge Circuit

Όπως και στις γέφυρες DC, η διαδικασία μέτρησης καταλήγει στην εξισορρόπηση της γέφυρας AC, η οποία χαρακτηρίζεται από την απουσία διαφοράς δυναμικού μεταξύ των κορυφών ΕΝΑΚαι σι; Για αυτό είναι απαραίτητο οι πτώσεις τάσης στους βραχίονες Ζ1 και Ζ4 (καθώς και στους βραχίονες Ζ2 και Ζ3) να είναι ίσες σε πλάτος και σε φάση. Η ισορροπία επιτυγχάνεται όταν πληρούνται δύο προϋποθέσεις:
1) η ισότητα των γινομένων των απόλυτων αντιστάσεων των απέναντι βραχιόνων, δηλ.

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

2) ισότητα των αθροισμάτων των γωνιών φάσης των ίδιων βραχιόνων, δηλ.

φ4 + φ2 = φ1 + φ3. (10)

Εάν ο βραχίονας γέφυρας έχει ενεργές αντιστάσεις R και αντιδραστικές (χωρητικές ή επαγωγικές) Χ που δρουν σε σειρά, τότε ο συντελεστής σύνθετης αντίστασης βραχίονα

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

και η γωνία φάσης του φ προσδιορίζεται από τον τύπο

ταν φ = X/R. (12)

Για αμιγώς ενεργούς βραχίονες (X = 0), η γωνία φάσης είναι φ = 0. για αμιγώς χωρητικούς και επαγωγικούς βραχίονες (R = 0) φ = -90° και φ = +90°, αντίστοιχα. Εάν η αντίσταση του βραχίονα έχει μικτό (σύνθετο) χαρακτήρα, τότε η γωνία φάσης |φ|< 90°.

Εάν οι αντιστάσεις R και X παρουσιάζονται σε παράλληλη σύνδεση, τότε το μέτρο της σύνθετης αντίστασης του βραχίονα

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

και η γωνία φάσης φ βρίσκεται από τον τύπο

ταν φ = R/X . (14)

Στην περίπτωση αυτή, η γωνία φ = 0 απουσία αντίδρασης (X = ∞) και φ = +-90° απουσία ενεργού αντίστασης (R = ∞).

Για να ικανοποιηθούν ταυτόχρονα και οι δύο συνθήκες ισορροπίας, είναι απαραίτητο να ρυθμιστούν δύο παράμετροι των γνωστών βραχιόνων γέφυρας. Σε αυτή την περίπτωση, αποδεικνύεται ότι είναι δυνατός ο προσδιορισμός δύο παραμέτρων του υπό μελέτη βραχίονα, για παράδειγμα, τα ενεργά και τα αντιδραστικά συστατικά της συνολικής του αντίστασης.

Η συνθήκη (9) μπορεί πάντα να εκπληρωθεί ρυθμίζοντας τα στοιχεία των βραχιόνων γέφυρας. Η δεύτερη προϋπόθεση (10) πληρούται μόνο με μια συγκεκριμένη διάταξη του κυκλώματος γέφυρας, για παράδειγμα, εάν και οι τέσσερις βραχίονες αποτελούνται από πανομοιότυπα στοιχεία - αντιστάσεις, πυκνωτές ή επαγωγείς. Συνήθως, για να απλοποιηθεί το κύκλωμα, οι δύο βραχίονες της γέφυρας AC αποτελούνται από στοιχεία ενεργής αντίστασης - αντιστάσεις. Εάν αυτοί οι βραχίονες είναι γειτονικοί (Εικ. 9), τότε οι άλλοι δύο βραχίονες πρέπει να έχουν αντιδράσεις της ίδιας φύσης, δηλαδή και οι δύο πρέπει να περιέχουν είτε πυκνωτές είτε επαγωγείς. Εάν οι βραχίονες ενεργητικής αντίστασης είναι αντίθετοι, τότε οι άλλοι δύο βραχίονες πρέπει να έχουν αντιδράσεις διαφορετικής φύσης: ο ένας είναι χωρητικός και ο άλλος επαγωγικός, με γωνίες φάσης διαφορετικών σημείων, το άθροισμα των οποίων μπορεί να γίνει ίσο με μηδέν.

Στις γέφυρες μέτρησης εναλλασσόμενου ρεύματος, αποφεύγεται η χρήση επαγωγέων (εκτός φυσικά εάν οι τελευταίοι αποτελούν αντικείμενο μέτρησης), καθώς έχουν αξιοσημείωτη ενεργό αντίσταση και είναι ευαίσθητα σε μαγνητικά πεδία. Επιπλέον, με έναν πυρήνα χάλυβα, η αυτεπαγωγή του πηνίου δεν είναι σταθερή. Μεταβλητές αντιστάσεις και πυκνωτές, καθώς και αποθήκες αντίστασης και χωρητικότητας, χρησιμοποιούνται ως ρυθμιζόμενα στοιχεία σε γέφυρες.

Στις απλούστερες γέφυρες που τροφοδοτούνται από πηγές συχνότητας ήχου, τα ακουστικά συχνά χρησιμεύουν ως μηδενικοί δείκτες. Η γέφυρα είναι ισορροπημένη με βάση την ελάχιστη ακουστότητα του βασικού τόνου συχνότητας, η οποία μειώνει τα σφάλματα μέτρησης λόγω αρμονικών και μειώνει τις απαιτήσεις για τη γεννήτρια ισχύος.

Στις βιομηχανικές γέφυρες μέτρησης, ως μηδενικοί δείκτες χρησιμοποιούνται ανορθωτές ή ηλεκτρονικά χιλιοβολτόμετρα, καθώς και παλμογραφικοί δείκτες σε μικρούς σωλήνες καθόδου. Οι τελευταίοι, σε αντίθεση με άλλους δείκτες, έχουν ευαισθησία φάσης, γεγονός που καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης στην οποία πρέπει να εξισορροπηθεί η γέφυρα.

Τα πλεονεκτήματα των ισορροπημένων γεφυρών AC είναι ένα μικρό σφάλμα μέτρησης, που δεν υπερβαίνει το 1% στα καλύτερα δείγματα, τα μεγάλα όρια μέτρησης και η δυνατότητα καθολικής χρήσης για μέτρηση διαφόρων ηλεκτρικών μεγεθών. Το κύριο μειονέκτημά τους είναι η πολυπλοκότητα και η διάρκεια της διαδικασίας εξισορρόπησης. Από την άποψη αυτή, οι μη ισορροπημένες και αυτόματες γέφυρες AC έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα.

Σε μη ισορροπημένες γέφυρες εναλλασσόμενου ρεύματος, το πλάτος και η φάση της τάσης εξόδου στους ακροδέκτες της διαγωνίου του δείκτη εξαρτώνται τόσο από τη μονάδα όσο και από τη σύνθεση του αντικειμένου μέτρησης Zx. Με μια σχετικά μικρή απόκλιση από την κατάσταση ισορροπίας, τα ενεργά και τα ενεργά συστατικά της τάσης εξόδου αποδεικνύονται περίπου ανάλογα με τις αυξήσεις παρόμοιων συνιστωσών της μιγαδικής αντίστασης Zx σε σχέση με εκείνες τις τιμές στις οποίες ισορροπεί η γέφυρα. δύο συστήματα ευαίσθητα στη φάση, είναι δυνατό να διαχωριστούν τα στοιχεία της τάσης εξόδου, μετατοπισμένα στη φάση κατά 90°, τα οποία στη συνέχεια διαχωρίζονται μετρούμενα με δύο δείκτες. η αναφορά για τις κλίμακες του τελευταίου παράγεται ανάλογα στις τιμές των ενεργών και αντιδραστικών συστατικών της αντίστασης Zx.

Στις αυτόματες γέφυρες εναλλασσόμενου ρεύματος, τα εξαρτήματα της τάσης εξόδου που απομονώνονται από συστήματα ευαίσθητα στη φάση κινούν δύο ηλεκτρικούς κινητήρες, οι οποίοι, μέσω ηλεκτροκινητήρων, δρουν στα στοιχεία ρύθμισης του κυκλώματος γέφυρας μέχρι να επιτευχθεί κατάσταση ισορροπίας.

Μέθοδος γέφυρας για τη μέτρηση των παραμέτρων του πυκνωτή

Οι γέφυρες που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των παραμέτρων των πυκνωτών χωρίζονται σε γεμιστήρα και ρεόχορδο (γραμμικό). Η απλούστερη γέφυρα γεμιστήρα (ενός ορίου), κατάλληλη για τη μέτρηση χωρητικοτήτων δεκάδων και εκατοντάδων picofarads, μπορεί να αποτελείται από τέσσερις πυκνωτές: έναν μετρημένο πυκνωτή, έναν μεταβλητό με κλίμακα χωρητικότητας (στον διπλανό βραχίονα) και δύο σταθερούς με την ίδια χωρητικότητα (εκατοντάδες picofarads). Όταν χρησιμοποιείται ως ένδειξη ακουστικών, η πηγή ενέργειας της γέφυρας μπορεί να είναι ένα δίκτυο ραδιοφωνικής εκπομπής. Οι γέφυρες γεμιστήρα ευρείας εμβέλειας είναι πιο περίπλοκες από τις γέφυρες ροής, αλλά παρέχουν λιγότερα σφάλματα μέτρησης και μπορούν να έχουν ομοιόμορφες κλίμακες ανάγνωσης. Το εύρος των χωρητικοτήτων που μετράται με τη μέθοδο της γέφυρας κυμαίνεται περίπου από 10 pF έως 10...30 μF.

Στο Σχ. 9, εμφανίζεται ένα διάγραμμα μιας γέφυρας αποθήκευσης πολλαπλών ορίων. Ισορροπείται χρησιμοποιώντας μεταβλητό πυκνωτή C1 και μεταβλητή αντίσταση R1. Εφαρμόζοντας τη συνθήκη ισορροπίας (9) σε αυτό το σχήμα, λαμβάνουμε

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

Λαμβάνοντας υπόψη ότι φ 2 = φ 3 = 0, η δεύτερη συνθήκη ισορροπίας (10) μπορεί να γραφτεί ως η ισότητα φ x = φ 1 ή tan φ x = tan φ 1 ή, σύμφωνα με τον τύπο (12),

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

Λύνοντας μαζί τις παραπάνω εξισώσεις, βρίσκουμε:

Cx = C1(R2/R3); (15)

Rx = R1(R3/R2). (16)

Με μια σταθερή αναλογία αντιστάσεων βραχίονα R2/R3, ο πυκνωτής C1 και ο αντιστάτης R1 μπορούν να εξοπλιστούν με κλίμακες που υποδεικνύουν, αντίστοιχα, τις τιμές της χωρητικότητας C x και της αντίστασης απώλειας Rx. Η επέκταση του εύρους μέτρησης επιτυγχάνεται με τη χρήση μιας ομάδας εναλλασσόμενων αντιστάσεων R3 (ή R2) διαφορετικών τιμών, που συνήθως διαφέρουν κατά 10. Η γέφυρα ισορροπεί γρήγορα, αφού οι ρυθμίσεις που γίνονται από τον πυκνωτή C1 και την αντίσταση R1 είναι αμοιβαία ανεξάρτητες. Εάν η γέφυρα προορίζεται για μέτρηση χωρητικότητας μικρότερης από 0,01 μF, για τις οποίες οι απώλειες σε χαμηλές συχνότητες είναι πολύ μικρές, τότε η αντίσταση R1 μπορεί να απουσιάζει.

Ρύζι. 9 Αποθηκεύστε κυκλώματα γέφυρας για τη μέτρηση των παραμέτρων του πυκνωτή

Για να απλοποιηθεί ο σχεδιασμός, σε ορισμένες γέφυρες μέτρησης ο πυκνωτής C1 λαμβάνεται με σταθερή χωρητικότητα και δύο μεταβλητές αντιστάσεις, για παράδειγμα R1 και R2, χρησιμοποιούνται ως ρυθμιζόμενα στοιχεία (Εικ. 9, β). Από τους τύπους (15) και (16) προκύπτει ότι και οι δύο ρυθμίσεις μιας τέτοιας γέφυρας είναι αλληλένδετες, επομένως η εξισορρόπησή της, ελεγχόμενη από τις ενδείξεις του δείκτη ανορθωτή, θα πρέπει να πραγματοποιείται προσεγγίζοντας διαδοχικά το ελάχιστο, αλλάζοντας εναλλάξ τις αντιστάσεις R1 και R2. Οι τιμές των χωρητικοτήτων C x βρίσκονται στην κλίμακα της αντίστασης R2, λαμβάνοντας υπόψη τον πολλαπλασιαστή που καθορίζεται από τη ρύθμιση του διακόπτη ΣΕ. Δεδομένου ότι η άμεση εκτίμηση της αντίστασης απώλειας Rx αποδεικνύεται αδύνατη, η ανάγνωση στην κλίμακα της αντίστασης R1 πραγματοποιείται συνήθως σε τιμές της εφαπτομένης απώλειας:

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

η οποία, σε μια σταθερή συχνότητα F, καθορίζεται μοναδικά από την τιμή της αντίστασης R1. Είναι εύκολο να επαληθεύσετε την εγκυρότητα του τελευταίου τύπου εάν πολλαπλασιάσετε την αριστερή και τη δεξιά πλευρά των ισοτήτων (15) και (16), αντίστοιχα.

Οι απλοί μετρητές χωρητικότητας κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα γέφυρας ροής, το οποίο συνήθως παρέχει τη δυνατότητα μέτρησης αντιστάσεων και μερικές φορές επαγωγής. Το διάγραμμα μιας καθολικής γέφυρας ρεόχορδου φαίνεται στο άρθρο Μέτρηση των παραμέτρων των επαγωγέων στο Σχήμα. 5.

Παράδειγμα 4. Εκτελέστε έναν υπολογισμό επαλήθευσης του διαγράμματος γέφυρας γεμιστήρα σύμφωνα με το Σχ. 9, b, για μέτρηση χωρητικότητας σε τρία όρια με ανώτερες τιμές 10000 pF, 0,1 και 1 μF, καθώς και την εφαπτομένη απώλεια από 0 έως 0,01, εάν χωρητικότητα C1 = 0,01 µF και συνολική αντίσταση R2 - 10 kOhm Τάση τροφοδοσίας 10 V, συχνότητα 50 Hz. Μετρητής ΚΑΙέχει παραμέτρους: I και = 100 μA, R και = 900 Ohm.

Τα αποτελέσματα των υπολογισμών φαίνονται στο διάγραμμα.

Μετρητές χωρητικότητας συντονισμού

Εκτός από τη μέτρηση της συχνότητας των ηλεκτρικών ταλαντώσεων, οι μέθοδοι συντονισμού χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μέτρηση μικρών χωρητικοτήτων και επαγωγών, συντελεστή ποιότητας, φυσικής ή συντονισμένης συχνότητας συντονισμού και άλλων παραμέτρων ραδιοεξαρτημάτων και ταλαντωτικών συστημάτων.

Το κύκλωμα συντονισμού για τη μέτρηση χωρητικοτήτων (Εικ. 10) συνήθως περιλαμβάνει μια γεννήτρια υψηλής συχνότητας, με το κύκλωμα της οποίας το LC συνδέεται ασθενώς επαγωγικά (ή μέσω χωρητικότητας) με ένα κύκλωμα μέτρησης που αποτελείται από έναν επαγωγέα αναφοράς L o και έναν πυκνωτή δοκιμής C x. Με την αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή C, η γεννήτρια συντονίζεται σε συντονισμό με τη φυσική συχνότητα f o του κυκλώματος μέτρησης σύμφωνα με τις ακραίες ενδείξεις ενός δείκτη συντονισμού, για παράδειγμα, ενός ηλεκτρονικού βολτόμετρου V. Με μια γνωστή συχνότητα συντονισμού γεννήτριας f o Η μετρούμενη χωρητικότητα προσδιορίζεται από τον τύπο

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

Με σταθερή τιμή L o, ο πυκνωτής C μπορεί να εξοπλιστεί με μια κλίμακα με ένδειξη στις τιμές των χωρητικοτήτων C x.

Τα όρια μέτρησης χωρητικότητας καθορίζονται από την τιμή αυτεπαγωγής L o και το εύρος συχνοτήτων της γεννήτριας. Για παράδειγμα, με L o = 100 μH και εύρος γεννήτριας 160-3500 kHz, η συσκευή θα μετρήσει χωρητικότητες από δεκάδες picofarads έως εκατοστά των microfarads. Για την επέκταση των ορίων των μετρήσεων χωρητικότητας με ένα περιορισμένο εύρος συχνοτήτων της γεννήτριας, χρησιμοποιούνται πολλά αντικαταστάσιμα πηνία L με διαφορετικές επαγωγές και οι υπό δοκιμή πυκνωτές περιλαμβάνονται επίσης στο κύκλωμα μέτρησης σε σειρά με πυκνωτές γνωστής χωρητικότητας. Χωρητικότητες άνω των 0,01-0,05 μF συνήθως δεν μετρώνται με τη μέθοδο συντονισμού, καθώς σε χαμηλές συχνότητες οι καμπύλες συντονισμού των ταλαντωτικών κυκλωμάτων γίνονται αμβλύτερες, γεγονός που καθιστά δύσκολη την ανίχνευση συντονισμού.

Ως δείκτες συντονισμού χρησιμοποιούνται ευαίσθητες συσκευές υψηλής συχνότητας που ανταποκρίνονται στο ρεύμα ή την τάση που ενεργεί στο κύκλωμα μέτρησης, για παράδειγμα, ηλεκτρονικά βολτόμετρα με ένδειξη καντράν ή φωτός ηλεκτρονίων, παλμογράφοι δέσμης ηλεκτρονίων, θερμοηλεκτρικές συσκευές κ.λπ. Ο δείκτης συντονισμού δεν πρέπει εισάγετε αισθητή εξασθένηση στο κύκλωμα μέτρησης.

Ρύζι. 10. Σχέδιο μέτρησης χωρητικότητας με τη μέθοδο συντονισμού

Το ανώτερο όριο των χωρητικοτήτων που μετρούνται με αυτή τη μέθοδο είναι ίσο με τη διαφορά μεταξύ της μέγιστης χωρητικότητας C m και της αρχικής χωρητικότητας C του πυκνωτή C o. Οι πυκνωτές των οποίων η χωρητικότητα υπερβαίνει την τιμή C m - C n μπορούν να συνδεθούν στο κύκλωμα σε σειρά με μόνιμο πυκνωτή γνωστής χωρητικότητας Cx. Σε αυτή την περίπτωση, η σειρά των μετρήσεων παραμένει η ίδια, αλλά η μετρούμενη χωρητικότητα υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο

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

Για παράδειγμα, με C 1 = 600 pF, C o1 = 500 pF και C o2 = 100 pF, λαμβάνουμε C x = 1200 pF. Χρησιμοποιώντας αρκετούς αντικαταστάσιμους πυκνωτές C1 διαφορετικών χαρακτηριστικών, μπορείτε να αποκτήσετε έναν αριθμό ορίων μέτρησης. Εάν ορίσουμε το ανώτερο όριο των μετρούμενων χωρητικοτήτων C p, τότε η απαιτούμενη χωρητικότητα C x προσδιορίζεται από τον τύπο:

C1 = Cp (Cm-Cn)/(Cp-Cm + Cn).

Για παράδειγμα, με C p = 2000 pF, C m = 500 pF και C CH = 20 pF, ο πυκνωτής πρέπει να έχει χωρητικότητα C1 = 630 pF.

Διάφορες εκδόσεις μεθόδων συντονισμού εφαρμόζονται σε ειδικά όργανα μέτρησης ή μέσω προσαρτήσεων μικρού μεγέθους σε τυπικό ραδιοεξοπλισμό με κλίμακες συχνότητας (οι τελευταίες περιλαμβάνουν γεννήτριες μέτρησης υψηλής συχνότητας, ραδιοδέκτες κ.λπ.).

Ρύζι. 11. Σχέδιο μετρητή χωρητικότητας συντονισμού με χρήση του φαινομένου της απορρόφησης

Στο Σχ. Το σχήμα 11 δείχνει ένα διάγραμμα ενός μετρητή χωρητικότητας συντονισμού με βάση τη χρήση του φαινομένου της απορρόφησης. Η συσκευή περιέχει μια γεννήτρια χαμηλής ισχύος σύμφωνα με ένα χωρητικό κύκλωμα τριών σημείων, με το κύκλωμα ταλάντωσης της οποίας το κύκλωμα μέτρησης L2, C6, C7 συνδέεται επαγωγικά. Η σύνδεση μεταξύ των κυκλωμάτων δημιουργείται σχετικά ισχυρή (για παράδειγμα, μέσω της χρήσης ενός κοινού πυρήνα φερρίτη για τα πηνία L1 και L2) προκειμένου να διασφαλιστεί μια αισθητή επίδραση του κυκλώματος μέτρησης στη λειτουργία της γεννήτριας. Ο δείκτης συντονισμού είναι ένα μικροαμπερόμετρο συνεχούς ρεύματος mA, περιλαμβάνεται στο κύκλωμα βάσης του τρανζίστορ Τ. Όταν το κύκλωμα μέτρησης συντονίζεται σε συντονισμό με τη συχνότητα της γεννήτριας, η ενέργεια που απορροφάται από το κύκλωμα είναι μεγαλύτερη. Αυτό προκαλεί μια απότομη μείωση της συνιστώσας συνεχούς ρεύματος του βασικού ρεύματος, που μετράται με ένα μικροαμπερόμετρο mA, που εξασφαλίζει μια σαφή στερέωση της κατάστασης συντονισμού.

Για να μειώσετε το σφάλμα στη μέτρηση μικρών χωρητικοτήτων, μπορείτε να συμπεριλάβετε δύο μεταβλητούς πυκνωτές στο κύκλωμα μέτρησης (C6 και C7 στο Σχ. 11) με μέγιστες χωρητικότητες, για παράδειγμα, 500 και 50 pF. Πριν από τις μετρήσεις, και οι δύο πυκνωτές ρυθμίζονται στη μέγιστη χωρητικότητα και, χρησιμοποιώντας τον πυρήνα συντονισμού ενός από τα πηνία, επιτυγχάνεται συντονισμός συντονισμού της γεννήτριας και του κυκλώματος μέτρησης. Στη συνέχεια, συνδέοντας τον πυκνωτή Cx στο κύκλωμα, ανάλογα με την αναμενόμενη χωρητικότητα του τελευταίου, ένας από τους πυκνωτές C6 ή C7 αποκαθιστά τον συντονισμό. Συνιστάται να υπολογίζετε στις κλίμακες των πυκνωτών C6 και C7 απευθείας στις τιμές των χωρητικοτήτων C x.

Σχήμα 12. Σχέδιο μέτρησης χωρητικοτήτων με τη μέθοδο συντονισμού με χρήση ραδιοφωνικού δέκτη

Η εξεταζόμενη έκδοση της μεθόδου συντονισμού μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας την απλούστερη σύνδεση σε έναν ραδιοφωνικό δέκτη που διαθέτει εσωτερική μαγνητική κεραία. Το εξάρτημα (Εικ. 12) είναι ένα κύκλωμα μέτρησης L, C o, του οποίου η φυσική συχνότητα, στη μέγιστη τιμή της χωρητικότητας C o, πρέπει να βρίσκεται εντός κάποιας υποπεριοχής συχνοτήτων του δέκτη. Ο δέκτης συντονίζεται στη συχνότητα ενός από τους ραδιοφωνικούς σταθμούς εκπομπής με καλή λήψη σε αυτήν την υποζώνη και στη συνέχεια το πηνίο L τοποθετείται κοντά στον δέκτη, παράλληλα με τη μαγνητική κεραία του. Στην υψηλότερη χωρητικότητα C, ο πυρήνας συντονισμού του πηνίου L χρησιμοποιείται για να συντονίσει το κύκλωμα σε συντονισμό με τη συχνότητα συντονισμού του δέκτη, η οποία ανιχνεύεται από την εξασθένηση της ακουστικότητας των ηχητικών σημάτων του ραδιοφωνικού σταθμού και στη συνέχεια η χωρητικότητα C Το x μετριέται με τη μέθοδο αντικατάστασης.

Υψηλή ακρίβεια καταγραφής της κατάστασης συντονισμού επιτυγχάνεται με τη χρήση της ετερόδυνης μεθόδου (μέθοδος μηδενικού παλμού). Σε έναν ετερόδυνο μετρητή χωρητικότητας υπάρχουν δύο πανομοιότυποι τοπικοί ταλαντωτές υψηλής συχνότητας, οι ταλαντώσεις των οποίων αναμειγνύονται στον καταρράκτη ανιχνευτή που είναι φορτωμένος στα τηλέφωνα. Στη μέγιστη χωρητικότητα των πυκνωτών κυρίου βρόχου μεταβλητής χωρητικότητας, και οι δύο τοπικοί ταλαντωτές ρυθμίζονται στην ίδια συχνότητα, η οποία ελέγχεται με μηδενικούς παλμούς. Στη συνέχεια, ένας πυκνωτής C x συνδέεται παράλληλα με έναν από αυτούς τους πυκνωτές, η χωρητικότητα του οποίου προσδιορίζεται με τη μέθοδο αντικατάστασης.

Εάν και οι δύο τοπικοί ταλαντωτές είναι εντελώς πανομοιότυποι, τότε η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για την εξίσωση των χωρητικοτήτων των διπλών και τριπλών μπλοκ μεταβλητών πυκνωτών. Για να γίνει αυτό, ένα τμήμα του δοκιμασμένου μπλοκ πυκνωτών συνδέεται ταυτόχρονα με τα κυκλώματα και των δύο τοπικών ταλαντωτών και, με τη μέγιστη εισαγόμενη χωρητικότητα, επιτυγχάνονται μηδενικοί παλμοί. Εάν και τα δύο τμήματα είναι πανομοιότυπα, τότε με μια συζευγμένη μείωση στις ικανότητές τους, θα πρέπει να διατηρηθούν μηδενικοί παλμοί.

Μια σαφής σχέση μεταξύ της χωρητικότητας του ταλαντωτικού κυκλώματος της γεννήτριας και της συχνότητας των διεγερμένων ταλαντώσεων καθιστά δυνατή τη δημιουργία ενός μετρητή χωρητικότητας που αποτελείται από μια γεννήτρια στο κύκλωμα της οποίας περιλαμβάνονται οι πυκνωτές C x και ένας μετρητής συχνότητας με μια κλίμακα με άμεση ανάγνωση τιμών C x.

Σε όλες τις εφαρμογές της μεθόδου συντονισμού, η προκαταρκτική ρύθμιση του κυκλώματος μέτρησης θα πρέπει να γίνεται με αγωγούς επικοινωνίας συνδεδεμένους σε αυτό με το αντικείμενο μέτρησης, το μήκος του οποίου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερο.