СОЭ метр является двухполюсника электронный измерительный прибор разработан и используется в основном для измерения сопротивления эквивалентное последовательное (ESR) реальных конденсаторов ; обычно без необходимости отключать конденсатор от цепи, к которой он подключен. Другие типы измерителей, используемых для текущего обслуживания, включая обычные измерители емкости , не могут использоваться для измерения ESR конденсатора, хотя доступны комбинированные измерители, которые измеряют как ESR, так и емкость вне цепи. Стандартный ( DC ) миллиомметр или мультиметр нельзя использовать для измерения ESR, потому что постоянный постоянный токне может проходить через конденсатор. Большинство измерителей ESR можно также использовать для измерения неиндуктивных сопротивлений малых значений, независимо от того, связаны они с конденсатором или нет; это приводит к ряду дополнительных приложений, описанных ниже.
Необходимость измерения СОЭ
Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют относительно высокое ESR, которое увеличивается с возрастом, нагреванием и пульсациями тока ; это может привести к неисправности оборудования, в котором они используются. В более старом оборудовании это, как правило, приводило к гудению и ухудшению работы; современное оборудование, в частности импульсные источники питания , очень чувствительно к ESR, а конденсатор с высоким ESR может вызвать неисправность оборудования или вызвать необратимое повреждение, требующее ремонта, обычно из-за чрезмерно высокого напряжения источника питания. [1] Электролитические конденсаторы, тем не менее, очень часто используются, потому что они недороги и имеют очень высокую емкость на единицу объема или веса; Обычно эти конденсаторы имеют емкость от одной микрофарад до десятков тысяч микрофарад.
Конденсаторы с неисправностями, приводящими к высокому ESR, часто перегреваются, а затем вздуваются и протекают, поскольку химические вещества электролита разлагаются на газы, что позволяет легко определить их визуально; однако конденсаторы, которые выглядят безупречно визуально, могут все же иметь высокое ESR, которое можно обнаружить только путем измерения.
Точное измерение СОЭ редко требуется, и любой пригодный для использования измеритель подходит для поиска и устранения неисправностей. Когда требуется точность, измерения должны проводиться при надлежащим образом заданных условиях, поскольку ESR зависит от частоты, приложенного напряжения и температуры. Универсальный измеритель СОЭ, работающий с фиксированной частотой и формой волны, обычно не подходит для точных лабораторных измерений.
Методы измерения СОЭ
Измерение ESR может быть выполнено путем подачи переменного напряжения с частотой, при которой реактивное сопротивление конденсатора незначительно, в конфигурации делителя напряжения . Достаточно хорошо проверить ESR для поиска и устранения неисправностей с помощью импровизированного измерителя ESR, состоящего из простого генератора прямоугольных импульсов и осциллографа , или генератора синусоидальных сигналов на несколько десятков килогерц и вольтметра переменного тока , используя для сравнения заведомо исправный конденсатор, или используя немного математики. [2]
Профессиональный измеритель ESR более удобен для быстрой последовательной проверки нескольких конденсаторов. Стандартный измерительный мост и многие измерители LCR и Q также могут точно измерять ESR в дополнение ко многим другим параметрам цепи. Специализированный измеритель ESR - это относительно недорогой специализированный прибор со скромной точностью, используемый в основном для идентификации конденсаторов с недопустимо большим ESR, а иногда и для измерения других низких сопротивлений; измерения других параметров не производятся.
Принципы работы измерителя СОЭ
Большинство измерителей ESR работают, разряжая настоящий электролитический конденсатор (более или менее эквивалентный идеальному конденсатору, включенному последовательно с нежелательным сопротивлением, ESR), и пропускают через него электрический ток в течение короткого времени, слишком короткого для его значительной зарядки. Это создаст напряжение на устройстве, равное произведению тока и ESR плюс незначительный вклад небольшого заряда в конденсаторе; это напряжение измеряется, и его значение делится на ток (т. е. ESR), показываемое в омах или миллиомах на цифровом дисплее или положением указателя на шкале. Процесс повторяется десятки или сотни тысяч раз в секунду .
В качестве альтернативы можно использовать переменный ток с частотой, достаточно высокой, чтобы реактивное сопротивление конденсатора было намного меньше, чем ESR. Параметры схемы обычно выбираются так, чтобы дать значимые результаты для емкости от одной микрофарады и выше, диапазон, который охватывает типичные алюминиевые конденсаторы, ESR которых имеет тенденцию становиться неприемлемо высоким.
Интерпретация показаний
Приемлемое значение ESR зависит от емкости (конденсаторы большего размера обычно имеют более низкое ESR) и может быть считано из таблицы «типичных» значений или сравнено с новым компонентом. В принципе, спецификацию верхнего предела ESR производителя конденсатора можно найти в таблице данных, но обычно в этом нет необходимости. Когда конденсатор с критическим ESR ухудшается, рассеяние мощности по мере увеличения ESR обычно вызывает быстрое и значительное увеличение разгона, поэтому измерения по принципу `` годен / не годен '' обычно достаточно хорош, поскольку ESR часто быстро переходит от явно приемлемого к явно неприемлемому уровню. ; ESR более нескольких Ом (меньше для конденсатора большой емкости) недопустимо.
В практической схеме ESR будет намного ниже, чем любое другое сопротивление, подключенное параллельно конденсатору, поэтому нет необходимости отключать компонент, и можно провести внутрисхемное измерение. Практические измерители ESR используют слишком низкое напряжение для включения любых полупроводниковых переходов, которые могут присутствовать в цепи; это может означать низкий импеданс «на входе», который может помешать измерениям.
Ограничения
- Измеритель ESR не измеряет емкость конденсатора; конденсатор должен быть отключен от цепи и измерен с помощью измерителя емкости (или мультиметра с такой возможностью). Чрезмерное ESR гораздо более вероятно является идентифицируемой проблемой для алюминиевых электролитов, чем выход за пределы допустимой емкости, что редко встречается в конденсаторах с приемлемым ESR.
- Неисправный короткозамкнутый конденсатор будет неправильно идентифицирован измерителем ESR как имеющий идеально низкое ESR, но омметр или мультиметр могут легко обнаружить этот случай, что на практике гораздо реже, чем высокое ESR. Можно подключить измерительные щупы к измерителю ESR и омметру параллельно для проверки как короткого замыкания, так и ESR за одну операцию; некоторые измерители одновременно измеряют ESR и обнаруживают короткое замыкание.
- СОЭ может зависеть от условий эксплуатации (в основном, от приложенного напряжения, температуры); Конденсатор, который имеет чрезмерное ESR при рабочей температуре и напряжении, может быть испытан как хорошо, если его измерять в холодном состоянии и без питания. Некоторые сбои в цепи из-за таких прерывистых конденсаторов можно определить с помощью замораживающего спрея ; если охлаждение конденсатора восстанавливает правильную работу, он неисправен.
- Измеритель ESR может быть поврежден при подключении к конденсатору со значительным напряжением на нем либо из-за остаточного накопленного заряда , либо из-за наличия цепи под напряжением . Защитные диоды на входе минимизируют этот риск, но тогда измеритель больше не может использоваться для измерения внутреннего сопротивления батареи.
- Когда в качестве миллиомметра используется измеритель СОЭ, любая значительная индуктивность, присутствующая между тестовыми пробниками, сделает измерения бессмысленными. Например, измеритель ESR непригоден для измерения сопротивления обмоток трансформаторов из-за их индуктивных характеристик. Этот эффект достаточно значителен, что не следует использовать испытательные щупы со спиральными шнурами из-за их индуктивности.
Другое использование измерителей СОЭ
Измеритель СОЭ более точно описывается как импульсный или высокочастотный миллиомметр переменного тока (в зависимости от типа), и его можно использовать для измерения любого низкого сопротивления. Метр СОЭ с не спина к спине защитных диодов через его вход можно измерить внутреннее сопротивление от батарей (многие батарей конца их срок службы в значительной степени из - за увеличение внутреннего сопротивления, а не низкая EMF ). В зависимости от конкретной используемой схемы, измеритель ESR может также использоваться для измерения контактного сопротивления переключателей , сопротивления участков дорожки печатной платы (PCB) и т. Д.
Хотя существуют специализированные инструменты для обнаружения коротких замыканий между соседними дорожками печатной платы, измеритель ESR полезен, потому что он может измерять низкие сопротивления, подавая слишком низкое напряжение, чтобы запутать показания, включая полупроводниковые переходы в цепи. Измеритель ESR можно использовать для поиска коротких замыканий, даже для определения того, какая из группы конденсаторов или транзисторов, соединенных параллельно дорожками или проводами печатной схемы, закорочена. Многие обычные омметры и мультиметры не подходят для очень низких сопротивлений, а те, которые часто используют слишком высокое напряжение, рискуют повредить тестируемую цепь.
Щупы-пинцеты полезны, когда контрольные точки расположены близко друг к другу, например, в оборудовании, изготовленном с использованием технологии поверхностного монтажа . Щупы-пинцет можно держать в одной руке, а вторую руку можно держать свободной, чтобы удерживать или манипулировать тестируемым оборудованием.
История
Первое крупное устройство для измерения ESR в цепи было основано на "Патенте США № 4216424: Метод и устройство для тестирования электролитических конденсаторов" Карла В. Ветта .[3] под брендом Creative Electronics. Измеритель ESR Creative Electronics был основным устройством, которое многие использовали на протяжении срока действия патента. Срок действия патента истек в 1998 году, когда на рынок вышли многие другие компании.
Дополнительные патенты расширили оригинальную работу, в том числе Джона Г. Бахмана 2001 г. «Патент США № 6677764: Система защиты электронного испытательного оборудования от заряженных конденсаторов» . [4]
Смотрите также
- Q метр
- Измеритель LCR
Рекомендации
- ^ Пример конденсаторов с высоким ESR, вызывающих повышение напряжения в цепи и разрушение компонентов. Архивировано 29 октября 2013 г. на Wayback Machine. Конденсаторы с высоким ESR вызывают «падение 5 В довольно низкое, что приводит к тому, что все остальные напряжения становятся очень высокими (и такие вещи, как поджаривание жесткого диска с напряжением более 15 В, а не 12 В, и поджаривание настраиваемого транзистора AGC. с более чем 36В вместо 30В) ".
- ^ Стивен М. Пауэлл (2000). «Адаптер для проверки СОЭ на 99 центов» . Архивировано из оригинала на 2010-01-28 . Проверено 28 мая 2019 .
- ^ Карл В. Ветте (1978). «Патент США № 4216424: Способ и устройство для испытания электролитических конденсаторов».
- ^ Джон Г. Бахман (2001). «Патент США № 6677764: Система защиты электронного испытательного оборудования от заряженных конденсаторов»