Чем измерить емкость конденсатора без выпаивания
ПРОВЕРКА КОНДЕНСАТОРОВ БЕЗ ВЫПАЙКИ
Прошло примерно полтора года, с тех пор, как я начал регулярно заниматься ремонтами электроники. Как оказалось дело это не менее интересное, чем конструирование электронных конструкций. Понемногу появились люди, желающие, кто время от времени, а кто и регулярно, сотрудничать со мной как с мастером. В связи с тем что рентабельность большинства производимых ремонтов не позволяет снимать помещение, иначе аренда съедает большую часть прибыли, работаю в основном на дому либо выезжаю с инструментами к знакомым ИП имеющим скупку бытовой электроники и мастерскую.
Параллельно со знакомым, выкупаем технику на местном форуме и Авито, ремонтируем и знакомый реализует, оба в долях с реализации. Но суть не в этом. Сегодня решил поделиться с читателями схемой простого, но очень полезного для любого ремонтника – электронщика устройства, ESR метра, позволяющего корректно измерять этот параметр, в большинстве случаев без выпаивания электролитических конденсаторов. ESR, оно же ЭПС (Эквивалентное Последовательное Сопротивление) – параметр конденсатора очень сильно влияющий на его работоспособность при работе в высокочастотных цепях. Какие же это устройства?
Это абсолютно любые схемы с применением стабилизаторов, DC-DC преобразователей питания, импульсные блоки питания для любой техники, от компьютерной – до мобильных зарядок.
Без этого устройства значительная часть ремонтов выполняемых мною либо вообще не могла бы быть выполнена, либо все же была выполнена, но с большими неудобствами в виде постоянного выпаивания и запаивания обратно электролитических конденсаторов небольшого номинала, с целью измерения эквивалентного последовательного сопротивления с помощью транзистор тестера. Мой же прибор, позволяет измерять этот параметр не выпаивая деталь, просто прикоснувшись пинцетом к выводам конденсатора.
Данные конденсаторы номиналом 0.33-22 мкФ, как известно очень редко имеют насечки в верхней части корпуса, по которым конденсаторы большего номинала, вздуваются и раскрываются розочкой, например всем знакомые конденсаторы на материнских платах и блоках питания. Дело в том, что конденсатор, не имеющий этих насечек для выпускания излишнего образовавшегося давления, визуально, без измерения прибором, даже для опытного электронщика ничем не отличим от полностью рабочего.
Компьютерный блок питания
Конечно, если домашнему мастеру предстоит разовый ремонт, например компьютерного блока питания АТХ формата, собирать данный прибор не имеет смысла, проще заменить сразу все конденсаторы мелкого номинала на новые, но если вы ремонтируете хотя бы пять блоков питания в полгода вам этот прибор уже желателен к сборке. Какие альтернативы есть, сборке этого измерителя? Покупной прибор стоимостью порядка 2000 рублей, ESR micro.
Из отличий и достоинств покупного прибора могу назвать только то, что у него показания выводятся сразу в миллиОмах, а у моего прибора нужно переводить из миллиВольт в миллиОмы. Что впрочем не вызывает затруднений, достаточно откалибровать прибор по значениям низкоомных точных резисторов и составить для себя таблицу. Поработав с прибором пару месяцев, уже визуально, безо всяких таблиц, просто взглянув на дисплей мультиметра уже видишь нормальное значение ESR конденсатора – на грани либо уже необходима замена. Схема моего прибора, кстати, в свое время была взята из журнала Радио.
Схема принципиальная прибора
Изначально прибор был собран с самодельными щупами – пинцетом, имеющим широкие губки, неудобным при измерении на платах, с плотным монтажом. Затем присмотрел себе на Али экспресс щупы – пинцет для измерения SMD, подключаемые к мультиметру. Заказав пинцет, провод был безжалостно укорочен, для того чтобы точность не сильно пострадала при измерении, из-за длины проводов щупов. Не забывайте, там счет идет на миллиОмы.
Сначала прибор у меня подключался щупами к мультиметру и был выполнен в виде приставки, но постепенно надоело крутить каждый раз ручку мультиметра, вырабатывая тем самым ресурс переключений. Мне тогда как раз товарищ подарил мультиметр, в связи с тем что свой я временно попалил на неразрядившемся электролитическом конденсаторе. Впоследствии прибор был восстановлен, резисторы были перепаяны, а этот мультиметр, у него были отломлены разъемы для подключения щупов на плате, и были кем-то брошены перемычки, но точность измерений уже была не та.
ESR метр открытый корпус
Но для моих целей погрешность 1-2 процента ничего не решала и решил сделать прибор полностью автономным. Для этого скрепил корпус мультиметра и корпус ESR метра на винты, и сделал для большего удобства коммутацию одновременного включения, встроенного мультиметра и ESR метра с помощью выключателя на две группы контактов. Соединения мультиметра и ESR метра, ранее осуществляемые с помощью щупов, были сделаны проводами, внутри соединенных корпусов.
Прибор испытатель конденсаторов – внешний вид
Как показала практика, времени на приведение прибора в боевую готовность, а затем, после проведения измерений, отключения, стало уходить существенно меньше, а соответственно повысилось удобство использования. Из дальнейших доработок планируемых в данном приборе – это перевести его на аккумуляторное питание, от Li-ion аккумулятора от телефона, с возможностью подзарядки от платы адаптера заряда через встроенное Mini USB гнездо, от любого зарядного устройства от смартфона с возможностью подключения USB кабеля.
Как показала практика, ранее мною уже был переделан на аккумуляторное питание с помощью аналогичного способа Транзистор тестер Т4, также имеющий, как и ESR метр, высокое потребление благодаря установленному в нем графическому дисплею. Ощущения от переделки остались только положительные. За полгода заряжал всего один раз. В устройстве был установлен повышающий DC-DC преобразователь превращающий 3.7 вольта на выходе аккумулятора в 9 вольт, необходимые для работы прибора.
Макетная плата ESR метра
В данном случае, в моем приборе будет двойное преобразование напряжения: сначала с 3.7 вольта в 9 вольт, хотя возможно я выставлю и минимально допустимое для входа стабилизатора 7805 CV напряжение 7.5 вольт, от данного стабилизатора сейчас запитана схема прибора. Сам прибор, как можно видеть на фото, изначально питается от батареи Крона, которая, как известно, имеет относительно небольшую емкость.
Напряжение питания данной микросхемы позволяет питать ее напрямую от 9 вольт, но дело в том, что по мере разряда батареи заметил, что показания при измерении начинают потихоньку уплывать. Для борьбы с этим, и был установлен стабилизатор 7805, который, как известно, выдает у нас стабильные 5 вольт на выходе.
Выключатель с защитой от случайных включений
Также в связи с тем, что прибор приходится часто носить с собой в дипломате, на ремонты на выездах, и уже были случаи самопроизвольного включения выключателя, и соответственно высаживании батареи Крона в ноль, что сейчас, при коммутации данным выключателем 2 линий питания, мультиметра и самого прибора, было бы уже более нежелательным, так как в таком случае, придется покупать уже две кроны, стоимостью 45 рублей.
Коммутация выключателем на 2 группы контактов
Решено было просто приклеить на термоклей, по краям выключателя, два самореза, от крепления кулера, в компьютерном блоке питания. Микросхема, применяемая в приборе, широко распространенная, и довольно дешевая, я приобретал ее, по стоимости, всего порядка 15-20 рублей.
Весь прибор, обошелся мне, с учетом бесплатного мультиметра, щупов – пинцета с Али экспресс, стоимостью 100 рублей, и стоимости деталей для сборки прибора, и батареи крона, всего ушло порядка 150 рублей, итого все необходимое обошлось в смешную сумму 250 рублей.
Пинцет для измерения конденсаторов на плате
Что окупилось уже с применением прибора в ремонтах давно и многократно. Конечно кто нибудь, имеющий возможность и желание приобрести ESR micro, может сказать сейчас, зачем мне эти неудобства, каждый раз переводить из миллиВольт, в миллиОмы, хотя это и не требуется, как я уже выше писал, если на покупном приборе я могу сразу видеть, уже готовые значения.
Таблица значений ESR
Дело в том, что подобные приборы имеют в своем составе микроконтроллер, и при измерении подключаются напрямую, условно говоря “портом” микроконтроллера к измеряемому конденсатору. Что крайне нежелательно, достаточно один раз не разрядить конденсатор после обесточивания схемы перед измерением, путем замыкания его выводов металлическим предметом, например отверткой, как мы рискуем получить нерабочий прибор.
Первая версия щупов
Что при его немаленькой стоимости, согласитесь, не лучший вариант. В моем же приборе, параллельно измеряемому конденсатору подключается резистор 100 Ом, что означает если конденсатор все-же и будет заряжен, то он при подключении щупов начнет разряжаться. В самом же крайнем случае, если микросхема применяемая в моем приборе выгорит, вам для произведения ремонта достаточно будет лишь вынуть микросхему из DIP панельки и воткнуть новую.
Апгрейд прибора
Все, ремонт прибора окончен, можно снова производить измерения. А учитывая низкую стоимость микросхемы это не становится проблемой, достаточно лишь приобрести одну – две микросхемы про запас при закупе деталей для сборки данного ЭПС-метра.
Финальная версия
В целом прибор получился просто шикарным и очень удобным, и даже если бы детали для его сборки стоили в 2 раза больше – я бы все-равно смело мог бы рекомендовать этот ЭПС-метр к сборке всем начинающим мастерам имеющим скромный бюджет, либо желающим сэкономить и не переплачивать лишнего. Всем удачных ремонтов! AKV.
Проверка емкости конденсатора тестерами
Чтобы убедиться в исправности конденсаторов, необходимо провести определение их исправности и соответствия номинальных параметров. Для этой цели можно использовать тестер конденсаторов. Существует несколько видов таких приборов. Для определения исправности этих деталей возможно использовать более простые способы.
Что такое тестер конденсаторов
Конденсатор представляет собой радиодеталь, состоящую из двух обкладок, сделанных из проводников и диэлектрического слоя между ними. Электрическая емкость элемента измеряется в фарадах. Эта величина очень большая, поэтому на практике используются микрофарады или пикофарады.
Выполнение измерения емкости
Конденсаторы обычно бывают электролитическими или пленочными. В последних параметры мало меняются с течением времени. У электролитических ситуация другая. Жидкий состав, находящийся внутри, постепенно высыхает, и деталь теряет свои полезные свойства. Часто по внешнему виду нельзя судить по его исправности. Для проверки его нужно выпаивать.
Другая ситуация, когда важно проверить емкость, — это нарушение его работы от различных причин случайного характера — скачков напряжения или работы в условиях повышенной температуры. Неисправный элемент может послужить причиной неисправной работы всего устройства.
Чтобы изучить ситуацию, необходимо определить, соответствует ли емкость конденсатора номинальному значению. Для этой цели применяют тестеры конденсаторов.
Они могут быть цифровыми или аналоговыми. Во время проверки может определяться емкость или ESR, параметр, который представляет собой последовательное эквивалентное сопротивление.
Высокоточное измерение
В некоторых мультиметрах имеется возможность непосредственной проверки емкости.
ESR-измерители производят определение эквивалентного последовательного сопротивления. Здесь речь идет о реактивном сопротивлении, которое обусловлено емкостью. Оно может существенно возрастать при увеличении частоты. Этот параметр оценивают с помощью сложных алгоритмов. Если он принимает слишком большую величину, то в некоторых ситуациях может быть нарушен температурный режим работы элемента. Это особенно опасно для электролитических элементов.
Существуют специальные измерители емкости.
Аналоговое устройство
ESR-метр
Такой измерительный прибор оснащен жидкокристаллическим дисплеем. У него имеются 2 щупа: красный и черный. Первый считается положительным, второй — отрицательным. Перед тем, как проверять, элемент разряжают, закорачивая выводы друг на друга. Чтобы провести измерение, щупы соединяют с выводами конденсатора. Если используется полярная модель, необходимо при этом учитывать полярность щупов.
Затем прибор включают и через несколько секунд на экране появляются величины емкости и параметра ESR.
Измеритель емкости
Мультиметр
Для определения исправности конденсатора мультиметр можно перевести в режим определения сопротивления. Переключатель нужно установить на 2 МОм или 200 Ком. Нужно подобрать этот параметр таким образом, чтобы зарядка происходила не сразу, а в течение нескольких секунд.
К его выводам элемента, который нужно выпаять из схемы, подключают красный и черный щупы. Теперь необходимо следить за данными на дисплее. Если там 0, то это означает обрыв контактов или другое механическое повреждение. Если tester показывает увеличивающиеся цифры и в конце концов появляется 1, то это говорит о работоспособности детали. Если сразу появляется единица, то это означает, что в конденсаторе произошел пробой.
При использовании аналогового прибора у исправной детали можно будет увидеть постепенное движение стрелки. Мгновенная установка минимального значения говорит об обрыве, а максимального — свидетельствует о пробое.
В мультиметре предусмотрена возможность непосредственного измерения емкости. Для этого нужно установить переключатель аппарата для ее измерения и выбрать наиболее подходящую шкалу. Обычно для контактов конденсатора предусматриваются особые клеммы. Если их нет, надо воспользоваться красным и черными щупами. В последнем случае необходимо воспользоваться такими же клеммами, как при измерении сопротивления.
Если значение емкости равно или близко к номинальному, то элемент исправен и может быть использован. В противном случае он неработоспособен. Считается, что совпадение с разницей не более 20% говорит о радиотехнической пригодности детали.
Протечка электролита
Принцип действия прибора для проверки конденсаторов
Перед тем, как производить измерение, нужно выполнить разрядку конденсатора. Для этого его выводы соединяют друг с другом.
Щупы мультиметра обеспечивают разность потенциалов, которая может быть использована для зарядки конденсатора. По времени зарядки можно приблизительно оценить емкость. Измеряя сопротивление, можно определить наличие повреждений или пробой конденсатора.
При измерении параметра ESR используются сложные алгоритмы. В таком тестере используются специальные микросхемы для управления процессом проверки.
Виды конденсаторов
Параметры приборов
У каждого конденсатора предусмотрено использование номинального напряжения. При тестировании его работы нужно, чтобы измерительный прибор был настроен именно на эту величину.
Для косвенных измерений можно использовать омметр или вольтметр. Некоторые радиолюбители собирают самодельный измерительный прибор.
Как сделать прибор для проверки конденсаторов своими руками
Провести измерение емкости можно с помощью несложного прибора. Для него необходимы следующие детали:
Эта схема подойдет для проверки электролитических конденсаторов. Нужно выбрать входное напряжение таким, чтобы оно было немного меньше по сравнению с номинальным напряжением конденсатора. Один из выводов конденсатора к источнику питания подсоединяют через резистор. Вольтметр присоединяют к выводам конденсатора.
После подключения измерителя начинается процесс зарядки конденсатора. Нужно засечь время, в течение которого он будет длиться. Величину сопротивления можно подобрать в значительной степени произвольно. При этом нужно ориентироваться на скорость зарядки. Нужно, чтобы она была такой, которую удобно измерять.
При проведении зарядки на вольтметре можно будет увидеть возрастание напряжения. В какой-то момент оно достигнет предельной величины и перестанет расти. Это будет конечный момент отсчета времени. Для вычисления емкости достаточно воспользоваться формулой: t=RC. В ней известно время и величина сопротивления резистора. Емкость можно определить из соотношения C=t/R.
Использование мультиметра
Проверяют конденсатор на наличие пробоя с помощью схемы самоделки — последовательно соединенной с ним лампочки 40 Вт, включенных в обычную сеть переменного тока. Если лампочка светит в половину накала, то деталь исправна. При ярком свете имеется пробой, при отсутствии — повреждены контакты.
Как правильно использовать прибор
Если номинальное напряжение неизвестно, то можно действовать исходя из того, что оно составляет 10-12 В. Обычно используют резисторы, имеющие сопротивление 5-10 КОм.
Чтобы проверить деталь, не выпаивая ее из схемы, параллельно с ней можно подсоединить конденсатор с такими же параметрами в рабочем состоянии. Если схема восстановит свою работу, то это означает, что деталь была неисправна и ее следует заменить.
Измерение емкости без выпаивания с платы сложно и доступно только профессиональному специалисту. Прибор для проверки электролитических конденсаторов без выпайки может быть использован только с учетом схемы подключения конденсатора. Дело в том, что полученный результат будет существенно зависеть от способа подключения детали и в различных ситуациях может показать труднообъяснимые результаты. Например, если параллельно с ним включена катушка, то при измерении емкости без выпайки будет показано нулевое сопротивление.
Если неисправен конденсатор, надо его проверить, применив один из имеющихся методов. В случае неисправности потребуется его заменить, чтобы плата восстановила свою работоспособность.
Цифровой измеритель емкости электролитических конденсаторов (без выпаивания из схемы)
На элементах DD4.4, VD6, R14 выполнен индикатор разряда батареи. При уменьшении напряжения ниже 7В, на выводе 12 DD4.4 устанавливается низкий уровень и “зажигаются” запятые 1-го и 2-го разрядов, тем самым сигнализируя о разряде батареи. Элемент DD3.3 играет роль буфера-инвертора.
На микросхемах DD5-DD8 выполнен счетчик импульсов с выводом на ЖК-индикатор. При подаче на вывод 6 счетчика импульсов 63 Гц той же фазы, что и на индикатор, на выходах присутствуют импульсы с фазой, зависящей от включения сегмента и на индикаторе видно соответствующую цифру.
В приборе не предусмотрено переключения пределов измерения, однако, при необходимости измерения емкостей до 10000 мкф, можно навесным монтажом ввести еще один счетчик и переключатель по схеме, изображенной на рис.6. Для этого необходимо удалить перемычку, соединяющую вывод 4 элемента DD3.4 и 4-й же вывод микросхемы DD5 и соответственно между этими точками переключателем S2 подключается счетчик DD9. Вторая группа контактов подачей логического 1 на вывод 9 DD4.2 отключает индикацию запятой 3-го разряда (на печатной плате для этого предусмотрен контакт, обозначенный “х”). Следует отметить, что при измерении емкостей свыше 1000 мкФ, считывание показаний становится не совсем удобным из-за заметности “бега” показаний в период счета. Однако, при этом, показания вполне можно прочесть безошибочно.
Практически все детали устройства размещены на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1мм размерами 60х95 мм, которая представлена во вложенном файле (также в формате Sprint Layout). Индикатор установлен поверх микросхем К176ИЕ4 на колодках, которые изготовляются из розетки для микросхем с 40 выводами и шагом 2.5 мм. Розетка делится вдоль на 2 части (получаются две узкие однорядные колодки) и каждая укорачивается до 17 контактов. Выводы индикатора формуются в виде буквы “Г” с расстоянием межу загибами, равным 35 мм.
Сначала следует впаять перемычки и дискретные элементы, а потом уже микросхемы и колодки для индикатора. Перемычки изготовляются из луженого провода диаметром 0.3-0.5 мм. Все резисторы, кроме R4, применены типа МЛТ-0.125. Конденсаторы, керамические и электролитические, применены малогабаритные. Стабилитрон можно применить импортный на 3.3 В. Диоды VD1, VD2, VD5 любые из серий КД521, КД522. Диоды VD3,VD4 можно применить любые серий HER10x – HER20x. Из отечественных подойдут КД212, но могут быть сложности с установкой из-за больших габаритов и толщины выводов. Кварцевый резонатор можно применить от неисправных настольных и даже наручных часов. Микросхему DA1, в случае ее отсутствия, можно заменить почти любым сдвоенным ОУ импортного производства, но с изменением рисунка платы (или установить навесным монтажом), например, LM358. DA2 можно заменить на КР544УД1, КР140УД6 с небольшим увеличением погрешности на малых значениях. DD1 вполне можно заменить на К176ИЕ12 с изменением рисунка платы, в крайнем случае три раздельных генератора на 1, 63 и 32768 можно собрать на микросхеме К561ЛН2 по известным схемам на двух инверторах, причем стабильным должен быть только генератор на 32768 Гц, остальные можно применить на RC. К176ТМ2 меняется без изменения рисунка на К176ТМ1 или соответствующие 561 серии. Также К176ЛП2 и К176ЛЕ5 меняются на К561ЛП2 и К561ЛЕ5. Индикатор можно заменить на ИЖЦ21-4/7.
При правильном монтаже, прибор не нуждается в наладке и калибровке. Только необходимо подобрать резисторы R3, R5, R7 с точностью, как минимум, 1 % (R7 можно составить из резисторов 1 кОм и 3.3 кОм, включенных параллельно).
В заключении, отмечу, что прибор предназначен для измерения емкости, а не ЭПС (ESR), однако, при возрастании эквивалентного последовательного сопротивления, показания прибора резко снижаются (примерно в два раза при сопротивлении 10-15 Ом). Данное свойство прибора позволяет успешно применять его для ремонта радиоаппаратуры – просто бракуем конденсаторы, емкость которых по показаниям прибора более чем в 2 раза ниже номинала, независимо от истинной причины низких показаний.