Власне, як я вже колись дуже давно обіцяв, розповім про простого вимірника ESR. Надалі буду писати не ESR, а ЕРС (еквівалентну послідовний опір), Оскільки лінь перемикати розкладку. І так, коротко, що ж таке ЕРС.
ЕРС можна представити у вигляді резистора, включеного послідовно з Кондесатор.
На даній картинці - R. Власне, у справного конденсатора цей показник вимірюється частками Ома, для конденсаторів малої місткості(До 100мкф) може досягати 2-3 Ом. Більш докладно значення ЕРС для справних конденсаторів можна знайти в довідкових даних виробників. Згодом, через випаровування електроліту, це опір збільшується, що призводить до підвищення потужності втрат. Як результат конденсатор сильніше нагрівається, що ще сильніше прискорює процес випаровування електроліту і призводить до втрати ємності.
На практиці ремонту точне вимірювання ЕРС не потрібно. Досить вважати будь-який конденсатор з ЕРС вище 1-2 Ом несправним. Можна вважати це спірним твердженням, в інтернеті досить легко знайти цілі таблиці з значеннями ЕРС для конденсаторів різної ємності. Однак я переконувався неодноразово, що приблизної оцінки цілком достатньо. Не кажучи вже про те, що результати вимірювання ЕРС одних і тих же конденсаторів (нових), одного і того ж виробника сильно різняться в залежності від партії, пори року і фази місяця.
Я використовую простий вимірювач на копійчаної мікросхемі. Розробив його Manfred Mornhinweg. 
Конструкція досить проста, але приваблива своєю невибагливістю до трансформатора. З недоліків - шкала виходить «широка», в моєму випадку 0-20ом. Відповідно, потрібна велика вимірювальна головка, т.зв. «Магнітофонні» (з індикаторів рівня магнітофонів), не підійдуть - буде незручно працювати.
Як трансформатора автор намотав дві обмотки 400 і 20 витків на феритних кільці 19х16х5мм 2000НМ. Однак можна вчинити значно простіше - використовувати трансформатор вартівні з будь-якого ATX блоку живлення. Досить замінити R8 на підлаштування багатооборотний резистор 3296W опором 51К. За допомогою цього резистора можна буде збільшити коефіцієнт підсилення вимірювального підсилювача і компенсувати недостатній коефіцієнт трансформації. LM7805 необхідно замінити на LM1117-5, це знизить споживаний струм, плюс нижній поріг напруги харчування опуститься приблизно до 6.5В. Стабілізатор обов'язковий, інакше шкала буде плавати в залежності від напруги живлення. Для харчування я використовував звичайну «Крону». Саму мікросхему обов'язково поставте в панельку!
Налаштування приладу зводиться до установки «нуля» і калібрування шкали. Для калібрування шкали використовуються низькоомні резистори з допусками 0.5% і опорами від 0 до 2-5 Ом. Калібрування проводиться таким чином - знімаємо захисне склоз індикаторної головки. Включаємо прилад і вимірюємо опір еталонних резисторів. Дивимося, куди відхиляється стрілка і ставимо в цьому місці на шкалі мітку з відповідним опором. Так розмічаємо шкалу.
Вимірювані низьковольтні конденсатори (до 50-80 вольт без проблем) розряджаються резисторами R5, R6 і первинної обмоткою трансформатора. «Мережеві» ємності (ті, які після діодного моста в імпульсних БП) я попередньо розряджаю пристосуватися, зробленої з резистора 510 Ом / 1Вт, голки від шприца, крокодила і корпусу гелевою ручки. В теорії ланцюжок R5-R6 повинна розрядити і такі ємності, але на практиці, вибиває TL062 :) Саме тому її треба ставити в панельку -щоб швидко замінити. Але надійніше - попередньо розрядити «мережеву» ємність.
В цілому - дуже вдалий прилад - дешевий, простий, не вимогливий до трансформатора.
Equivalent Series Resistance (Еквівалентна Послідовне Опір - ЕРС), як один із значущих паразитних параметрів електролітичних конденсаторів, в останні роки набув широкої популярності серед ремонтників електронної апаратури. Вимірювачі та пробники ESR для багатьох майстрів стали приладом першої необхідності поряд з тестером або мультиметром.
Збільшення ESR конденсатора на кілька Ом, а іноді на кілька десятих часток Ома, може бути причиною не працювати, в якому він встановлений, що іноді неможливо виявити існуючими вимірювачами ємності, не здатними враховувати інші параметри конденсатора.
Зазвичай в ремонтній практиці не потрібно особливої точності у вимірюванні ESR, тому відчутна похибка пробників частіше не повинно викликати занепокоєння знаходженні несправних елементів, а визначення стану конденсатора пробником може спрощуватися до оцінки його якості за принципом - придатний або не придатний для роботи в конкретному вузлі пристрою.
Але, слід зазначити, для конденсаторів, що працюють при великих імпульсних токах, наприклад, в фільтрах перетворювачів, іноді потрібно більше об'єктивна оцінка якості, а похибка в десяті і навіть соті частки Ома може мати суттєве значення.
Більшість популярних і застосовуваних в ремонтній практиці приладів і пробників ESR засновані на вимірі повного опору змінному струмі на частоті 40 - 100 кГц. На частотах цього порядку для електролітичних конденсаторів великих номіналів такі прилади покажуть значення, максимально близькі до величини ESR, яка складе основну частину імпедансу на цих частотах.
Недоліком такого способу є значна похибка при вимірюванні малих номіналів ємностей (менше 10 uF), коли реактивний опір конденсатора на даній частоті можна порівняти і може перевищувати ESR.
Тоді прилад покаже значення імпедансу, а реальне значення ESR може бути в кілька разів менше.
Однією з вимог в плані практичності використання ESR-пробників є можливість проводити виміри без випоювання конденсатора з плати. Отже, процес вимірювання повинен відбуватися при досить низькому падінні напруги на підприємстві, що перевіряється конденсаторі, виключаючи відмикання переходів напівпровідникових елементів схеми.
У більшості випадків такі нехитрі вимірювачі імпедансу майстри збирають самостійно за схемами, широко поширеним в інтернеті, але хтось застосовує і свої розробки з урахуванням особистих переваг в плані зручності користування або точності вимірювань.
У продажу існують як прості пробники зі світлодіодним або стрілочної індикацією, так і вимірювачі з цифровою шкалою різного ступеня складності.
Докладно зупинятися на принципах і методах вимірювання імпедансу немає необхідності, таких обговорень і описів існує досить багато і їх неважко знайти в інтернеті. Але деякі особливості окремих конструкцій все ж можуть заслуговувати на увагу.
У цій статті пропонується розглянути один із способів вимірювання ESR і ємності, як окремих параметрів конденсатора.
Досить точний і нескладний метод, який використовується в багатьох аматорських і промислових приладах, реалізований у вимірювачі Micro, популярному серед майстрів - учасників ремонтних форумів monitor.net.ru і monitor.espec.ws.
Якщо випробовуваний конденсатор ємністю Cзаряджати від джерела постійного струму I, Напруга на його висновках буде лінійно наростати від значення U Rза законом:
C dU / dt = I = const.
U R- падіння напруги на активному опорі конденсатора (ESR).
В такому випадку ємність конденсатора буде визначатися виразом:
порахувати U Rдля обчислення ESR можна кількома способами, наприклад, склавши рівняння прямої по двох точках і знайти координату Y для нульового значення X, або геометрично, виходячи зі співвідношення сторін подібних трикутників ...
Активний опір конденсатора (ESR) в такому випадку складе:
Для реалізації такого методу немає необхідності в застосуванні АЦП, порогові значення напруг для управління таймером встановлюються компараторами, а математичні обчислення ємності і ESR виробляються мікро контролером з виведенням інформації на РК дисплей.
У деяких подібних конструкціях для вимірювання ESR використовується більш простий, але менш точний спосіб.
Проводиться вимір рівня напруги U Rза допомогою АЦП в початковий момент часу.
Незважаючи на те, що вимірювальний імпульс досить короткий (1-2 uS), конденсатори меншою ємності встигають зарядитися до більшого значення, ніж конденсатори великої ємності, Що створює деяку похибка у вимірі ESR різних номіналів конденсаторів.
Слід враховувати, що ESR, виміряний постійним струмом, є відносним показником якості електролітичного конденсатора.
Значущою складовою ESR є діелектричні втрати, які істотно змінюються зі зміною частоти змінного струму.
Існують більш складні і точні методики і способи вимірів, засновані на аналізі зсуву фаз в конденсаторі. В цьому випадку ESR визначиться твором імпедансу і тангенса кута втрат.
Зауваження та пропозиції приймаються і вітаються!
Який головний параметр для оцінки справності конденсаторів? Звичайно їх ємність. Але в міру поширення імпульсної високовольтної техніки, стало очевидно, що треба звернути увагу на ще один параметр, від якого залежить надійність і якість роботи імпульсних перетворювачів - це еквівалентний послідовний опір (ЕРС, по англ. ESR - equivalent series resistance). Застосування конденсаторів із збільшеним значенням ЕРС призводить до зростання пульсацій вихідної напруги в порівнянні з розрахунковими значеннями, і бстрому виходу їх з ладу через підвищений нагрівання за рахунок виділення тепла на ЕРС, трапляються навіть випадки закипання електроліту, деформація корпусу, а також вибухи конденсаторів. Особлива виразність негативного впливу ЕРС саме в силових імпульсних перетворювачах викликана, роботою на великих токах заряду-розряду, а також тим, що з ростом робочої частоти ЕРС зростає. Наявність ESR пояснюється конструкцією оксидного конденсатора і обумовлена опором обкладок, опором висновків, перехідним опором контактів між обкладинками та висновками, а також втратами в матеріалі діелектрика. З плином часу ESR конденсатора зростає, що зовсім не добре.ESR конденсаторів різних типів
Природно, проконтролювати звичайним Омметром еквівалентний послідовний опір конденсатора неможливо - тут потрібен спеціальний прилад. В інтернеті є кілька простих конструкцій ESR-метрів, але при бажанні, можна зібрати більш точний і зручний вимірювач на мікроконтролері. Наприклад з журналу Радіо 7-2010.
Схема вимірювача ESR конденсаторів на
Attiny2313
Всі необхідні файли і прошивки - в архіві. Після складання і включення крутимо регулятор контрастності до появи на екрані LCDнаписи у два рядки. Якщо її немає - перевіряємо монтаж і правильність прошивки МК ATtiny2313. Якщо все ОК - натискаємо кнопку "Калібрування" - в прошивку внесе поправка на швидкість спрацьовування вхідної частини вимірювача. Далі знадобиться кілька нових електролітичних конденсаторів високої якості ємністю 220 ... 470 мкФ різних партій, найкраще - на різні напруги. Підключаємо будь-який з них до вхідних гнізд приладу і починаємо підбирати резистор R2 в межах 100 ... 470 ом (у мене вийшло 300 ом; можна застосувати тимчасово ланцюжок постійний + підлаштування) так, щоб значення ємності на екрані РКІ приблизно було схоже на номінал конденсатора . До великої точності поки що прагнути не коштує - ще буде коригуватися; потім перевірити і з іншими конденсаторами.
Для настройки вимірювача ESR потрібна таблиця з типовими значеннями цього параметра для різних конденсаторів. Цю табличку рекомендується приклеїти на корпус приладу під дисплеєм.
У наступній табличці вказані максимальні значення еквівалентного послідовного опору для електролітичних конденсаторів. Якщо у вимірюваного конденсатора воно буде вище, то його вже не можна використовувати для роботи в згладжуючому фільтрі випрямляча:
Підключаємо конденсатор 220 мкФ і, незначним підбором опору резисторів R6, R9, R10 (на схемі і на моєму складальному кресленні позначені із зірочками), добиваємося показань Esr, близьких до вказаних в таблиці. Перевіряємо на всіх наявних заготовлених еталонних конденсаторах, в т.ч. вже можна використовувати і конденсатори від 1 до 100 мкФ.
Так як для вимірювання ємності конденсаторів від 150 мкФ і для вимірювача ESR застосовується один і той же ділянку схеми, після підбору опору цих резисторів дещо зміниться точність показань вимірювача ємності. Тепер можна підлаштувати ще опір резистора R2, щоб ці свідчення стали точніше. Іншими словами, потрібно підбираючи опір R2 - уточнити показання вимірювача ємності, підлаштовуючи резистори в дільнику компараторов - уточнити показання ESR-метра. Причому, пріоритет треба віддавати измерителю внутрішнього опору.
Тепер треба налаштувати фарадометр конденсаторів діапазону 0,1 ... 150 мкФ. Так як для цього в схемі передбачено окреме джерело струму, вимірювання ємності таких конденсаторів можна зробити дуже точним. Підключаємо конденсатори малої ємності до вхідних гнізд приладу і, підбором опору R1 в межах 3,3 ... 6,8 кОм добиваємося максимально точних показань. Цього можна досягти, якщо в якості еталонних можна застосувати не електролітичні, а високоточні конденсатори К71-1 ємністю 0,15 мкФ з гарантованим відхиленням 0,5 або 1%.
Коли зібрав даний вимірювач ESR - схема завелася відразу, знадобилася тільки калібрування. Цей вимірювач багато разів допомагав при ремонті БП, так що пристрій рекомендується до збірки. Схему розробив - DesAlex , Зібрав і випробував: sterc .
Обговорити статтю ИЗМЕРИТЕЛЬ ESR НА мікроконтролери
Що таке ESR?
теорія
ESR- Equivalent Series Resistance - один з параметрів конденсатора, що характеризує його активні втрати в колі змінного струму. В еквіваленті його можна уявити, як включений послідовно з конденсатором резистор, опір якого визначається, головним чином, діелектричними втратами, а так же опором обкладок, внутрішніх контактних з'єднань і висновків конденсатора. У російськомовній абревіатурі - Еквівалентна Послідовне Опір - ЕРС.
Втрати в діелектрику, зумовлені особливостями його поляризації, складають основну частину втрат в конденсаторі і визначаються матеріалом, а так же товщиною шару діелектрика.В електролітичних конденсаторах значущою частиною ESR є опір рідкого електроліту, який використовується в якості складової однієї з обкладок для забезпечення максимальної площі зіткнення з діелектриком.Якщо опір електроліту в конденсаторі розглянути як провідник з поперечним перерізом, рівним площі однієї з обкладок і довжиною провідника, приблизно рівній товщині просоченого паперу, можна припустити, що ця величина буде відносно невеликою. У реальних конденсаторах середніх розмірів типове значення складе 0.01Ом при 20 ° C. Але, слід враховувати, що для конденсаторів великої ємності, що використовуються у фільтрах випрямлячів ПІП на робочій частоті порядку 100кГц, коли його реактивний опір вимірюється тисячними частками Ома, ця величина буде складати досить великі втрати. Величина діелектричних втрат на таких частотах в електролітичних конденсаторах фільтрів ПІП зазвичай в кілька разів більше, і лише в найкращих випадках може бути приблизно дорівнює і навіть менше втрат в електроліті.
Опір електроліту істотно залежить від температури через зміну ступеня його в'язкості і рухливості іонів. У процесі роботи відбувається нагрів діелектрика і електроліту змінним струмом, в зв'язку з чим може істотно зменшуватися опір електроліту, тоді ESR конденсатора буде визначатися, головним чином, його діелектричними втратами.У випадках розігріву до температури кипіння, електроліт втрачає свої первинні властивості і при наступному охолодженні стає більш в'язким, що значно підвищує його опір. Подальша експлуатація буде викликати ще більший розігрів і погіршення якості електроліту, що надалі приведе до непридатності конденсатора для подальшої роботи в пристрої.Зазвичай несправні електролітичні конденсатори, в яких кипів електроліт, визначаються візуально по вздувшейся і розгерметизувався корпусу.
Для надійності роботи електролітичних конденсаторів дуже важливий правильний вибірйого типу, номіналу і максимальної напруги в залежності від режимів. Для фільтрів перетворювачів, що працюють на частотах десятків кілогерц, виробники випускають спеціальні конденсатори з малим ESR і вказують повне опір змінному струму (імпеданс Z) для всіх номіналів в таблицях. Тип таких конденсаторів супроводжується позначкою в технічній документації - Low impedanceабо Low ESR.
Практика
Електролітичні конденсатори це навереное єдині електронні елементи, які страждають від висихання. Якщо у вас є будь-які електронні пристрої, які протягом багатьох років працювали, але раптом перестали справно функціонувати, є хороші шанси, що один або кілька електролітичних конденсаторів всередині нього деградували і стали причиною проблеми. Електролітичні конденсатори виходять з ладу декількома способами: вони можуть стати електрично проводять, викликаючи постійний струмчерез них, що може навіть їх підірвати. Вони можуть зменшуватися в величині ємності. Але найбільш часто збільшується їх еквівалентний послідовний опір, яке є дуже небажаним.
ESRелектролітичного конденсатора зазвичай складає долі ома для конденсаторів низької напруги (таких як 1000μF, 16V), і може бути два або три Ома для малої місткості і високого робочої напруги (1uF, 450V). Коли конденсатор старіє, це опір зростає, і часто через це обладнання повністю припиняє функціонувати. Дуже часто конденсатори збільшують опір ESR до 100 разів від їх нормального опору, в той час як їх ємність залишається гарною! На вимірі ємності вони покажуть близьке до правильного значення, але вони вже не придатні! Для аналізу стану конденсатора застосовуються вимірювальні прилади та пробники ESR.ESR-метрможе перевірити конденсатори, навіть коли вони знаходяться в ланцюзі. Сполучені паралельно з ним інші деталі будуть мати мінімальний вплив на вимір. Скільки приблизно повинен мати опору той чи інший справний конденсатор - дивіться в таблиці. Такі особливості, які роблять ESR-метрнезамінним приладом для діагностики і ремонту електронного устаткування.
найбільш слабким місцемв будь-який радіосхеми є електролітичні конденсатори, які піддаються постійному висихання. І чим більші струми проходять через них - тим цей процес швидше. Звичайним омметром визначити поганий конденсатор не вийде, тому необхідний Спецприлад - esr вимірювач.Схема електрична esr вимірювача конденсаторів
Друковані плати - малюнок
У типовій схемі, може бути 10 або навіть 100 конденсаторів. Випаювати кожен для тестування дуже втомлює і існує великий ризик пошкодження плати. Цей тестер використовує низьку напругу (250 мВ) високої частоти (150 кГц), і він здатний міряти ESR конденсаторів прямо в схемі. Напруга вибрано досить низькими, щоб інші оточуючі радіоелементи схеми не впливали на результати вимірів. А якщо вам випадково доведеться випробувати заряджений конденсатор - не біда. Цей вимірювач витримує до 400В заряду на конденсаторі. Досвід показав, що ЕРС метр виявляє близько 95% конденсаторів з потенційними проблемами.
Особливості роботи приладу
- Тест електролітичних конденсаторів> 1 мкФ.
- Полярність не важлива для тестування.
- Переносить заряд конденсаторів до 400В.
- Низький струм споживання від батареї - близько 25 мА.
- Легко читати дані аналогового вимірювача.
- Міряє ЕРС в діапазоні від 0-75 Ом за розширеною шкалою за допомогою омметра.
Як використовувати ESR метр
Включаєте прилад. Переконайтеся, що перевіряється схема знаходиться не під напругою. Розрядіть конденсатор перед тестуванням - ЕРС метр не робить цього автоматично. Заблокуйте висновки конденсатора і утримуйте їх так протягом декількох секунд. За допомогою вольтметра переконайтеся, що конденсатор повністю розряджений. Вольтметр повинен показувати нульове значення. Доторкніться щупами ESR метра до конденсатору. Визначте сопростівленіе ESR. Чи є значення ESR прийнятним дізнаємося шляхом порівняння виміряного ESR з еталонними даними. Подивитися цю таблицю
