При конструировании аппаратуры возникает необходимость в
проверке или подборе конденсаторов из БУ деталей. Для таких целей хорошо
подходит испытатель оксидных конденсаторов. Схему простого испытателя оксидных конденсаторов был а предложен а в литературе [1, 2]. Однако значительная погрешность прибора (-20% и +40%) при очень трудоемкой настройке, видимо, отпугнула многих
радиолюбителей от повторения конструкции.
Между тем предложенный принцип использования для измерений небольшого переменного напряжения, которое не открывает р-n переходы полупроводников и меньше собственной поляризации оксидных конденсаторов, весьма интересен. Он, кстати, применяется в промышленных приборах и позволяет проводить измерения непосредственно в готовой конструкции, не выпаивая конденсатора.
Автор представляет вашему вниманию несколько упрощенный вариант (рис. 1) прибора, имеющий погрешность не хуже единиц процентов в середине шкалы и удобный для повторения. Тем, кто уже сделал прибор по описаниям в [1 или 2], даются рекомендации по их модернизации и градуировке.
Рис.1.
Принцип действия прибора заключается в измерении напряжения на комплексном сопротивлении Zx, состоящем из параллельно соединенных образцового сопротивления Ro6p и измеряемой емкости Сх:
Zx = 1/[(1/2pf*Cx)2 + (1/Rо6p)2]1/2, (1) где:
- f — частота напряжения питающей сети (50 Гц);
- Сх — измеряемая емкость, Ф;
- Rобp., Zx — сопротивления, Ом.
Поскольку токозадающее сопротивление много больше образцового, то измеряемое на конденсаторе напряжение прямо пропорционально Zx:
Ux = I*Zx. (2)
При измерении напряжения Ux линейным милливольтметром можно применить заранее рассчитанную и отградуированную в единицах емкости шкалу, в то время как для приборов в [1, 2] требуется индивидуальная градуировка. Напряжение Ux также прямо пропорционально сетевому напряжению, и при его колебаниях требуется калибровка прибора (установка "нуля").
Рис.2.
Схема простого милливольтметра была опубликована [3] — она взята за основу при разработке предлагаемого прибора, причем использован только один диапазон — 10 мВ. Для установки "нуля" использован переменный резистор R8, определяющий коэффициент усиления ОУ DA1. Если сопротивление рамки микроамперметра РА1 отличается от 1 кОм, то и номинал переменного резистора должен быть соответственно изменен. Для уменьшения чувствительности усилителя к "наводкам" от сетевого напряжения разделительный конденсатор С1 применен в 10 раз большей емкости (1 мкФ).
Для градуировки шкалы индикатора рассчитывают отклонения стрелки (в процентах от всей шкалы) для каждой емкости из ряда Е12 (от 2,2 мкФ до 220 мкФ) по формуле:
(Zx/Rо6p)*100%. (3)
Новую шкалу к прибору удобно изготовить с помощью ксерокса или переводного шрифта. На рис.2 представлены такие шкалы к распространенным стрелочным индикаторам М24 (а), М2003-01 (б), на рис. 3 - от авометра Ц20-05.
Рис.3.
Для правильной установки шкалы нужно пробить иглой небольшие отверстия в первом и последнем делениях "родной" шкалы, сошлифовать образовавшиеся на обратной стороне подшкальника выпуклости и, совместив на просвет отверстия с делениями новой шкалы, наклеить ее по все плоскости клеем "Момент".
Образцовые резисторы R4—R6 подбирают с максимально возможной точностью. Желательно, чтобы резисторы R1—R3 отличались друг от друга по сопротивлению точно в 10 раз, иначе придется устанавливать стрелку индикатора на "нуль" при каждой смене диапазона.
Операционный усилитель должен быть с полной внутренней коррекцией и высоким входным сопротивлением (К140УД8, К140УД18, К140УД22). Диоды VD1—VD4 — германиевые с малым прямым напряжением, VD5.VD6 — любые с обратным напряжением более 30В. Конденсатор С1 — любой малогабаритный, а С2 — обязательно с малым током утечки (К52, К53). Переключатель диапазонов SA1 — галетный или П2К. Для более плавной установки "нуля" резистор R8 рекомендуется заменить цепочкой из последовательно соединенных переменного и постоянного таких сопротивлений, чтобы переменным можно было компенсировать любые изменения сетевого напряжения.
Сетевой трансформатор не должен быть источником "наводок". Поэтому расчет числа витков на один вольт в зависимости от площади сечения магнитопровода производится по формуле: WI = 60/S, как это рекомендуется в [4]. Переменное напряжение вторичной обмотки должно быть около 9 В.
Для приборов, описанных в [1, 2], также желателен сетевой трансформатор с увеличенным числом витков на вольт. Конденсатор С1 в них нужно использовать емкостью 1 мкФ, резистор R3 заменить переменным ("установка нуля"), а переменное и подстроечные — постоянными. Резистором R8 устанавливать стрелку на нуль нельзя, поскольку будет "растягиваться" или "сжиматься" шкала из-за нелинейности характеристики диода VD3.
Рис.4.
На рабочем месте автора измерителем емкости является приставка (рис. 4,а) к генератору 34 типа Г3 —118 и милливольтметру В3 —38Б (он работает на диапазоне 10 мВ), состоящая из полистиролового "тройника", в который, с одной стороны, входят два кабеля, соединяющие приставку с указанными приборами, а с другой — выходят щупы Х1 и Х2. Внутри тройника находятся токозада-ющий (12 кОм) и образцовый (15 Ом) резисторы.
Ручкой "установка нуля" является регулятор выходного сигнала (около 10 В) генератора, а переключателем диапазонов - переключатель частоты (100 Гц, 1кГц, 10 кГц). На шкалу милливольтметра "допечатана" шкала микрофарад (рис. 4,6).
При измерении малых емкостей (до 2,2 мкФ) появляется дополнительная погрешность из-за ухудшения частотных свойств конденсаторов на частоте 10 кГц. Для конденсаторов разных серий и заводов-изготовителей дополнительная погрешность составляет от 2 до 7%. Учитывая, что отказом у конденсаторов К50-16 и К50-35 считается уменьшение емкости до 50% от номинальной, точность получившегося "прибора" для практических целей вполне достаточна.
Этой же приставкой можно проверять бумажные и другие конденсаторы емкостью от 0,022 мкФ на частоте 100 кГц.
С. Михайлов
Литература:
1. Болгов А. Испытатель оксидных конденсаторов. — Радио, 1989, № 6, с. 44.
2. Болгов А. Замена микросхемы и расширение пределов измерения емкости. — Радио, 1990, № 9, с. 76.
3. Ярченко В. Милливольтметр переменного тока. — Радио, 1990, № 1, с. 58, 59.
4. Поляков В. Уменьшение поля рассеяния трансформатора. - Радио, 1983, № 7, с. 28, 29.
