В прошлой статье я писал о проверке адекватности своих приборов на измерении индуктивностей. В этот раз, как вы наверное догадались речь пойдет об измерении конденсаторов.
В этот раз в тесте участвовало меньшее количество приборов. Я решил исключить старичка UT50D из «соревнований». Дело в том, что у него, по современным меркам очень низкий верхний предел измерения — всего 100 мкФ. Вот сказал! «Низкий верхний» предел. :) Это что-то типа «отрицательный рост». Шучу. До 200 мкФ, при 100 заявленных прибор показывает адекватно, но больше — увы нет.
Поэтому в тесте будут следующие приборы:
1. Референс АКИП 6108 — максимальный предел измерения в явном виде не указан. Судя по косвенным признакам 20 мФ (миллифарад) — 20 000 мкФ (микрофарад). Но в любом случае погрешность измерения ёмкости выше 400 мкФ (микрофарад) не нормирована. Весь диапазон 0,001 пФ (пикофарад) — 20 мФ (миллифарад);
2. Измерительный пинцет АКИП 6107 — верхний предел 6000 мкФ. Весь диапазон 0,1 пФ — 6000 мкФ;
3. Широко известный в узких кругах китайский показометр LCR-T4. Верхний предел, согласно скудной документации 100 000 мкФ или 100 мФ. Весь диапазон 25 пФ — 100 мФ;
4. Мультиметр Testo 760-2. Диапазон измерений 1 пФ — 60 мФ.
Читая документацию на приборы я обратил внимание на одну странность у приборов АКИП.
У измерительного пинцета погрешность измерения свыше 400 мкФ нормирована, а казалось бы у более крутого и точного АКИП 6108 нет. Может на момент сертификации не было нужных эталонов?
В измерениях участвовали следующие конденсаторы:
Как видите каких-либо высокоточных конденсаторов у меня нет. Разве что конденсаторы №11, 12. Но год их выпуска скорее всего между 1970 и 1980.
Все измерения будут проводиться в порядке указанном на картинке.
Здесь стоит остановиться на параметрах конденсаторов и способе измерения ёмкости конденсатора тем или иным прибором.
Начнем с заявленных параметров конденсаторов. К сожалению, не на все из них удалось найти полную документацию. Все параметры, для удобства, я свел в таблицу.
Если кому-то вдруг нужно кликнуть на ссылку на документацию на конденсатор, вот ссылка на оригинальный файл. Там сможете кликнуть. Здесь ссылки не привожу, чтобы не загромождать статью.
Как видно из таблицы только один производитель нормирует ЭПС своих конденсаторов.
ЭПС — эквивалентное последовательное сопротивление. Те кто скурил учебники называют его ESR. :) Но почти все производители нормируют тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ).
ЭПС связано с tg δ следующей формулой: ЭПС = tg δ / 2*Pi*f*C
Данная формула справедлива только для электролитических конденсаторов, так как у них потери в основном обусловлены ЭПС. Это связано с тем, что электролитические конденсаторы не используются на высоких частотах. Электролиты используются в основном во входных и выходных фильтрах — для сглаживания пульсаций. Пульсации в свою очередь делятся на два типа:
1. Разряд ёмкости током нагрузки;
2. Падение напряжения на внутреннем сопротивлении конденсатора — не зависит от ёмкости.
Для первого случая снижение пульсаций достигается увеличением ёмкости конденсатора, для второго случая пульсации снижают, выбирая конденсатор с низким ЭПС. Второй случай характерен для импульсных источников питания. Там пульсации обусловленные ЭПС конденсатора превышают пульсации вызванные разрядом-зарядом ёмкости. Поэтому в импульсные источники питания абы какие конденсаторы ставить не рекомендуется. В обычные фильтры питания можно ставить любой электролитический конденсатор подходящей ёмкости.
Способы измерения ёмкости разными приборами
Приборы АКИП 6107 и АКИП 6108 измеряют ёмкость и другие параметры конденсаторов «промышленным» способом — на фиксированной частоте. Форма сигнала синусоидальная.
Мультиметр Testo 760-2 слишком больно умный. Небольшие ёмкости, примерно до 10 мкФ он измеряет частотным способом, а вот большие ёмкости, судя по всему, измеряет уже с помощью заряда и контрольного разряда фиксированным током. Если посмотреть осциллографом измерение ёмкости, например, 470 мкФ, то можно увидеть как повышается и понижается напряжение на конденсаторе с частотой порядка 5-10 Гц.
Каким образом измеряет ёмкость мультитестер LCR-T4 доподлинно не известно.
Подключение осциллографа не проясняет ситуацию. Видно проскакивающую пачку импульсов, но назначение импульсов в пачке непонятно. Если появится желание, как ни будь попробую отдебажить. Почти все приборы такого типа базируются на одной и той же прошивке кем-то когда-то написанной. Если надумаете перешивать свой показометр, то имейте в виду, последние пару лет на Али не всегда продаются приборы на микроконтроллере Atmega. Китайцы ставят свой клон, который не совместим с Atmega. Если собираетесь купить, в надежде не перепрошивку, то сначала убедитесь, что там точно Atmega.
Условия измерений
Все конденсаторы емкостью более 10 мкФ измеряем на частоте 120Гц, все которые менее 10 мкФ измерялись на частоте 10кГц. Разумеется теми приборами, которые позволяют выбрать частоту. ЭПС, тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ) на фотографиях приводить не буду (но попасть может).
При измерениях, где это возможно использовалась последовательная схема замещения. Все данные будут сведены в общую таблицу в конце статьи.
Приборы АКИП 6108, Testo 760-2 использовались с родными щупами. Мультитестер LCR-T4 использовался с родной измерительной колодкой. Измерительный пинцет АКИП 6107 использовался как есть. В случае с неудобными компонентами они крепились на пинцет следующим образом:
Довольно теории. Пора приступать к практике.
1. JB JNE 22 000 мкФ
Начнем по порядку с самого «жирного» конденсатора, который у меня есть: JB JNE 22 000 мкФ. Согласно документации ёмкость у него может быть ± 20%, ЭПС (эквивалентное последовательное сопротивление, кто-то еще называет ESR) — не нормировано. Максимальный тангенс угла диэлектрических потерь — 0,3. Полное сопротивление — Z, нормируется только в разделе температурной стабильности и то как максимум в диапазоне -20 +20 градусов Цельсия, и составляет максимум 4 Ом (из документации не понятно, что Ом’ы).
Первое измерение внесло сумятицу в мои ряды:
Ясно понятно, что пинцет со своими максимальными 6000 микрофарад в пролете. Ясно, что все остальные приборы показывают немного разную ёмкость — это нормально. Но вот китайский показометр LCR-T4 показывает ЭПС 0,47 Ом и загадочный параметр Vloss 1.3%. При сопротивлении 0,47 Ом такой конденсатор надо выкидывать. Но беда в том, что он новый, а «референсный» прибор показывает 13,43 мОм. Ну ладно, не выкидывать, и не сразу. :) Разница, на минуточку, бляха-муха, в 35 раз. Ну хоть ёмкость показал в пределах разумного.
Обратите внимание, что все приборы показывают в миллифарадах.
Решил я не продолжить измерения, а разобраться что же такое нам показывает китайский показометр. То что он безбожно врет ЭПС конденсатора — это уже понятно, бог с ним. Оно производителем и не нормировано. А вот что за параметр Vloss? Может это тангенс угла диэлектрических потерь? Вроде и единицы измерения похожи. Иногда его указывают в процентах. АКИП 6108 тоже показывает тангенс угла диэлектрических потерь, в документации не указано в каких единицах, значит по умолчанию в безразмерных. Для получения процентов значение надо умножить на 100. В общем, примем за гипотезу, что это тангенс угла диэлектрических потерь, указанный в процентах, поэтому, чтобы привести к общим значениям будем делить на 100.
* Только для 1-го измерения. Значения на картинке выше расходятся с таблицей измеренных характеристик, так как фото было сделано раньше. В таблице актуальные значения.
2. CapXon 220 мкФ
Смущает и нервирует меня этот Vloss у китайского показометра. ЭПС судя по всему завышает. Либо измеряет каким-то своим особенным способом.
3. К50-35 220 мкФ
Старый советский конденсатор. Ни бит, ни крашен. Хранился в бабушкином гараже. :)
4. Epcos B41851 470 мкФ
Единственный конденсатор у которого ЭПС нормировано производителем. По данным производителя ЭПС должно быть не более 0,42 Ом.
В этот раз все приборы отработали в рамках заявленного.
5. JB JRB 470 мкФ
Может производитель этого конденсатора и не указывает ЭПС в своей документации, но зато ёмкости «закидывает» близко к номиналу, в отличие от EPCOS, которые экономят и «кидают» по нижнему пределу. Жмоты. Кстати по измеренным параметрам конденсатор JB лучше, а стоит дешевле.
6. К53-18В 100мкФ
Танталовый красавчик прибывший к нам из далекого прошлого. Подробной документации на него не нашлось. Их до сих пор производят, например, у нас в Новосибирске на заводе Оксид.
Я, если честно, логику работы китайского мультитестера не пойму. ЭПС он то завышает, то занижает. Загадочный Vloss я вообще не понимаю. Ладно, черт с ним. Хоть ёмкость измеряет адекватно. Это уже неплохо. Все остальные его соперники за такие деньги должны еще уметь за пивом бегать.
7. К52-2 30 мкФ.
Тоже танталовый красавчик из СССР. На этот раз с характерным ромбиком военной приемки. Видимо поэтому и выжил. :)
Установил я этот конденсатор в китайский мультитестер и получил советский мирный трактор:
В общем, советский мирный конденсатор прикинулся буржуйским полевым транзистором. :) Путем хитрых манипуляций типа: сунул-высунул, измерения сделать удалось.
На этом шутки заканчиваются. Начинаем измерение пикофарадных конденсаторов.
Здесь уже важно не накосячить и при измерении всё сделать по правилам. Если конечно такое возможно. Также, необходимо провести калибровку прибора, если такая возможность предусмотрена. Из всех присутствующих только АКИП 6108 имеет возможность калибровки. Разумеется, что я делал калибровку прибора как того требует инструкция — при смене частоты или схемы замещения.
8. H70 2200 пФ
Про этот керамический конденсатор даже сказать нечего. На нем кроме H70 и 2200 ничего не написано.
Как по мне мультиметр Testo 760-2 начинает привирать. Оно и понятно. Он единственный прибор, который измеряет такую ёмкость через обычные щупы. Никакой калибровки не предусмотрено. На таких измерениях щупы вносят существенную погрешность. Посмотрим что будет дальше. В инструкции заявлено, что минимальный предел измерения 1 пФ. Вряд ли такую емкость возможно измерить без калибровки либо без специального адаптера.
9. Конденсатор неизвестного типа, но известной ёмкости 120 пФ
Интрига. Но я думаю, что «посыпется» Testo. Такие ёмкости на обычных щупах нормально не измерить.
Сдулся ваш хваленый дорогой Testo. Врет в два раза. Купите наш адаптер для измерения выводных компонентов за 300 евро. Не. Фиг вам. Да и нет такого аксессуара. :) Я уж лучше пинцетом АКИПовским попользуюсь. Вот зачем было заявлять измерение от 1 пФ если обеспечить не можете? «Китайскими ваттами» грешат даже хорошие производители.
10. М1300 240 пФ
Testo продолжает закономерно лажать. Но если от показаний отнять емкость щупов, которая составляет 141 пФ, то получим вполне адекватные 222 пФ. А так, китайский показометр уделал не дешевый мультиметр из госреестра. Ну бывает. :(
11. М47 2,2 пФ отмеченный военной приёмкой и с допуском ±0.4%
Такие мелкие ёмкости, если мы хотим измерить точно, требуют особого подхода. Необходимо минимизировать влияние щупов, а лучше вообще обходится без них. У пинцета АКИП 6107 щупов нет. Каким образом я подключал конденсатор — писал выше. В случае с АКИП 6108 пользуемся методом прямого измерения на разъеме. Перед этим прибор необходимо откалибровать. На фото ниже слева можно увидеть блестючую специальную закоротку, которая вставляется в разъем.
В общем приборы отстрелялись вот так:
Итог в общем-то закономерен. У LCR-T4 нижний предел заявлен 25 пФ, а у Testo 760-2 хоть и заявлено амбициозная 1 пФ, но щупы этому танцору мешают. Получается этакое преимущество трехметрового члена: впечатлять-то впечатляет, а вот засунуть некуда. АКИПЫ оба на высоте. Статью надо было назвать: АКИП 6107 — пинцет, который смог!
Ладно, остался гражданский конденсатор такой-же ёмкости. Измерим и будем подводить итоги.
12. М47 2,2 пФ, гражданский. Допуск ±0.4%
Итог интересный. АКИП 6108 упорно показывает ёмкость больше допуска, написанного на конденсаторе. Специально проделал несколько измерений, но нет. 2.31 пФ и всё тут!
Пинцет оба конденсатора измерил ровно по номиналу. LCR-T4 не должен, а Testo должен, но не может. :)
Как и обещал, собрал все данные в одну таблицу:
Красным отметил те случаи, когда измеренное значение не укладывалось в допуск указанный на конденсаторе. Не стоит относиться к этому серьёзно. Эти конденсаторы хоть и советские, но не являются эталоном. Да и задача у меня стояла совсем другая — понять каким приборам и в каких рамках можно доверять, а каким не очень.
Выводы на этот раз будут более развернутые.
1. Производители конденсаторов не всегда нормируют ЭПС. Может случиться так, что более дешевые конденсаторы имеют лучшие параметры.
2. Измерение ЭПС актуально только для электролитических конденсаторов, и для конденсаторов которые применяются в фильтрующих цепях. Обычно их ёмкость составляет от 0.1 и выше микрофарад. Для других на этот параметр можно забить. Поэтому в таблице я не отметил красным значения в 710 и 690 кОм. Для керамических конденсаторов ЭПС не имеет смысла. На тех частотах, на которых они работают больше актуальна паразитная индуктивность.
3. Китайскому показометру LCR-T4 можно доверять только в рамках измерения ёмкости. В измерениях ЭПС он лажает. На значения ЭПС можно полагаться только при сравнительной проверке конденсаторов. Например, когда стоит задача отобрать из партии конденсатор с самым низким ЭПС. Также прибор может неадекватно себя вести при измерении каких-то экзотических конденсаторов. В моём случае прибор сломал зубы об оксидно-электролитический объёмно-пористый танталовый конденсатор. С обычным танталовым конденсатором проблем не возникло.
4. Загадочный параметр Vloss у LCR-T4, который как я думал, является тангенсом угла диэлектрических потерь, на самом деле является какой-то непонятной лажей. Он не имеет никакой корреляции с референсными измерениями. Так что использовать этот показатель можно только на свой страх и риск.
5. Мультиметру Testo 760-2 нельзя доверять измерение емкостей ниже тысячи пикофарад. Либо, как вариант, когда измерить надо, а толкового прибора под рукой нет, измерять без щупов, напрямую в разъеме. Но в случае с Testo 760-2 такой финт ушами не прокатит. Прибор автоматически определяет наличие щупов. Без щупов он ничего измерять не будет. Так что ничего другого не остаётся как отнимать показания ёмкости щупов от показаний прибора. Либо изготавливать адаптер для измерения малых ёмкостей самостоятельно.
6. Если нет возможности заиметь профессиональный измеритель RLC, то купить измерительный пинцет АКИП 6107 вполне по силам. Этот пинцет - реально пинцет который смог.
7. С учетом того, что конденсаторы ёмкостью 2,2 пФ не являются эталоном, считаю, что приборы АКИП справились с измерением в рамках заявленных погрешностей.
8. В ряде случаев, чтобы добиться от пинцета АКИП точных измерений, необходимо прикрутить компонент к щупам пинцета. Ориентированность на работу с SMD деталями даёт о себе знать.
9. По-прежнему хочу себе в домашнюю лабораторию АКИП 6108. Прибор очень достойный.
Файл с таблицами можно скачать здесь.
На этом всё. По традиции: хороших конденсаторов вам в ленту и в домашнюю лабораторию.
