ESR / ЭПС измеритель на стрелочном индикаторе М4761

Перечень необходимых приборов для домашней лаборатории радиолюбителя был бы неполным без измерителя эквивалентного последовательного сопротивления (ЭПС) оксидных конденсаторов.

Сейчас трудно представить ремонтника без такого прибора, причем каждый по-разному приходит к «своей» схеме.

Давным-давно для проверки электролитов я пользовался стрелочным мультиметром, включенным в режиме омметра. Потом появился С-метр, и этого хватало, как говорится, «выше крыши». Нынешние же реалии (развитие импульсной техники) предъявляют совсем другие требования. Конденсаторы, проверенные старыми тестерами наотрез отказываются работать в современных схемах.

↑ Очень немного теории

Идеальный конденсатор при работе в цепи переменного тока имеет только реактивное (емкостное) сопротивление. Реальный же конденсатор, можно представить в виде идеального конденсатора и последовательно соединенного с ним резистора. Этот резистор называют эквивалентным последовательным сопротивлением конденсатора (далее ЭПС). При работе конденсатора в силовых импульсных устройствах ему приходиться очень быстро заряжаться-разряжаться, это сопровождается протеканием через конденсатор значительных реактивных токов. Наличие ЭПС приводит к выделению тепловой энергии внутри такого конденсатора, что в свою очередь приводит к нарушению уплотнений, испарению электролита и еще большему увеличению ЭПС. Со временем такой конденсатор становится совсем непригодным для работы. Электрическая емкость такого конденсатора может при этом измениться незначительно. Поскольку ЭПС имеет нормированные значения, неисправный конденсатор можно легко вычислить при помощи простейшего ЭПС-метра.

↑ Принципиальная схема

Чем я руководствовался при выборе схемы? Хотелось, чтобы это был малогабаритный прибор с автономным питанием, очень простой, собранный из доступных деталей.
Конструкции на МК были отвергнуты сразу – из-за неоправданной сложности. Конечно, это выглядит очень эффектно, но зачем мерить ЭПС до третьего знака после запятой, если точность измерений для определения дефектных конденсаторов особой роли не играет. Вполне допустимой можно считать погрешность до 1,5...2 раз. Проверенные конденсаторы при этом можно условно разделить на три группы: хорошие – сомнительные - плохие.

Как обычно, перед воплощением проекта в «железо», прорабатывались литературные и интернет-источники по заданным критериям. Варианты ЭПС-метров с применением индуктивностей (частотозадающие контуры, разделительные трансформаторы) после сборки в макете тоже были решительно отвергнуты. Выяснилось, что у таких устройств «под нагрузкой» меняется форма и частота измерительного сигнала, что влияет на достоверность измерений. Кроме того, скажу вам, это довольно утомительное занятие – мотать обмотки на малогабаритных колечках.
В результате проб и ошибок остановился на слегка доработанном варианте ЭПС-метра из «Радио» №8 за 2008г.

Принцип работы конструкции основан на измерении падения напряжения достаточно большой частоты на проверяемом конденсаторе. Условно считается, что в этом случае ёмкостное сопротивление конденсатора значительно меньше ЭПС и, стало быть, падение напряжения пропорционально ЭПС.

На микросхеме DD1 собран задающий генератор, элементы INV4…INV6 буферизируют сигнал генератора. Цепочка R3, C2 сглаживает фронты выходного сигнала генератора, считается, что такой сигнал лучше подходит для тестирования конденсаторов. R4, R5 – измерительный делитель напряжения. Тестовое напряжение выделяется на резисторе R5, усиливается элементами DA1.1 и DA1.2 и подается на измерительную головку, вызывая полное отклонение стрелки. При подключении тестируемого конденсатора к щупам Х1, Х2 происходит шунтирование резистора R5 по переменному току и, как следствие, уменьшению напряжения на нем. Изменение напряжения на резисторе R5 вызывает пропорциональное отклонение стрелки измерительной головки. Диоды VD1, VD2 защищают прибор в случае подключения к неразряженным конденсаторам. Применение стабилизатора напряжения VR1 позволило добиться долговременной стабильности показаний прибора в процессе разрядки гальванического элемента. Рабочее напряжение на измерительных щупах Х1, Х2 составляет порядка 40..50 мВ, что позволяет проверять конденсаторы не выпаивая из печатной платы.

↑ Основные технические характеристики

Верхний предел измеряемого сопротивления, Ом...10
Рабочая частота, кГц...100
Потребляемый ток, мА...10
Почему именно 100 кГц? Потому что именно эту частоту обычно указывают производители конденсаторов в описании своей продукции.

↑ Конструкция

Самое сложное в ней - индикатор и, как в любой другой конструкции, корпус.
За основу я взял индикатор М4761, ибо их скопилось много у меня.

Его особенность в том, что он имеет логарифмическую характеристику из-за особенностей магнитной системы. И если в других конструкциях его применение ограничено, то здесь он как нельзя кстати: характеристика в начале растянутая, а в конце шкалы сжатая – то, что нам нужно.

В качестве корпуса решил применить корпус от неисправного китайского тестера, вот такой:

Их тоже поднакопилась пара штук.

Адаптируем наш индикатор, выпилив из корпуса все «ненужные» запчасти.

↑ Градуировка индикатора

Ее выполняют, подключив индикатор к собранной схеме.
Очень важный момент: градуируют прибор с теми щупами и проводами, с которыми он будет эксплуатироваться в дальнейшем. Связано это с тем, что чувствительность прибора в начале шкалы десятые доли Ома и другие провода просто вызовут смещение нуля. По этой же причине следует отказаться от разъемных соединений.
Включив прибор, резистором R9 устанавливаем стрелку на «бесконечность». Это будет последняя отметка индикатора, в непосредственной близости от правого ограничителя хода стрелки. Далее надежно замыкаем щупы и отмечаем нулевую отметку.
Градуировку остальной части шкалы выполняют подключая резисторы или комбинации резисторов (лучше SMD) к щупам Х1, Х2 и нанося на шкалу тонкие отметки.
Применять для градуировки магазины сопротивлений недопустимо.

Далее подготавливаем лицевую сторону для крепления таблицы ЭПС. Все выпуклости срезаем ножичком, ненужное окно заклеиваем пластиной из полистирола.

Внутренности:


Изначально прибор собирался мной для работы. После того как я оценил его в действии, на следующий день, был собран второй экземпляр – для дома. Так что можно сказать, что конструкция имеет высокую повторяемость. :yes:

↑ Файлы

Схема, платы, ридми, статья из "Радио" и табличка ESR в формате Visio
🎁fayly.rar  214.78 Kb ⇣ 396

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации