Фарадометр

Фарадометр (фарадметр) — прилад для вимірювання електричної ємності.

Фарадометр
Виміряє	ємність
Фарадометр у Вікісховищі

Цифровий вимірювач ємності

Фарадометри зазвичай створюють на основі логометричних механізмів і живлять змінним струмом. Покази логометричного фарадометра залежать від відношення реактивного опору зразкового конденсатора фарадометра до реактивного опору конденсатора, приєднаного для вимірювання.

Деякі складні вимірювальні прилади можуть, крім ємності, вимірювати ряд інших паразитних параметрів конденсаторів, таких як витік, еквівалентний послідовний опір^[ru] (ЕПО) та індуктивність. Здебільшого під час вимірювання конденсатор має бути відключений від електричного кола, наприклад, ланцюгів пристрою, в якому його застосовано. Вимірювачі ЕПО зазвичай допускають вимірювання без відключення конденсатора від ланцюга.

Мостові вимірювачі ємності та паразитних опорів конденсаторів

Мостові методи — найпоширеніші методи вимірювання ємності. За допомогою мостів змінного струму можна вимірювати не лише ємність, а й інші параметри конденсатора. В мостах змінного струму використовують зразкові резистори, конденсатори та котушки індуктивності для порівняння невідомих величин (у цьому разі ємності, паразитних параметрів) з відомими параметрами зразкових компонентів моста. Найпоширенішими для вимірювання ємності є мости з плечима опір-ємність, з'єднані послідовно, мости опір-ємність, з'єднані паралельно, міст Віна^[ru] та міст Шеринга^[ru].

Під час вимірювання шляхом варіювання зразкових (відомих) компонентів моста домагаються балансу моста — отримання нульової змінної напруги на його діагоналі, контрольованої високочутливим вольтметром змінної напруги.^[1] При цьому міст живиться від джерела змінної напруги з частотою кілька кілогерц (у більшості промислових вимірювачів ємності — 1 кГц). Остаточний результат вимірювання розраховується за формулами, які включають параметри зразкових компонентів, за яких досягнуто балансування моста; формули різні для кожної структури моста.

Міст із послідовно з'єднаними зразковими резистором та конденсатором

Міст із послідовними резистором та конденсатором

Цей тип моста використовується для вимірювання невідомої ємності, моделлю якої є конденсатор ${\displaystyle Cx}$ та резистор ${\displaystyle Rx}$. Як правило, цей тип моста використовують, коли ${\displaystyle Rx}$ відносно великий.

При балансі моста невідомі параметри знаходять із виразів:

${\displaystyle Rx={\frac {R1\ R3}{R2}}}$

і

${\displaystyle Cx={\frac {C1\ R2}{R3}}.}$

Міст із паралельно з'єднаними резистором та конденсатором

Міст із паралельними резистором та конденсатором

Цей тип моста схожий на попередній. Відмінність полягає в тому, що модель для невідомого конденсатора — це конденсатор із увімкненим паралельно до нього резистором. Таке увімкнення робить цей міст більш придатним для вимірювання ємностей конденсаторів із низьким еквівалентним опором, тобто з більшими втратами.

При балансі мосту невідомі параметри знаходять із виразів, які збігаються з попереднім випадком:

${\displaystyle Rx={\frac {R1\ R3}{R2}}}$

і

${\displaystyle Cx={\frac {C1\ R2}{R3}}.}$

Міст Віна

Міст Віна

Міст Віна^[ru] є своєрідною «комбінацією» двох описаних мостів. Найчастіше його застосовують для вимірювання частоти у селективних RC-ланцюгах.

При балансі моста виконуються співвідношення:

${\displaystyle Rx={\frac {R3\ (1+\omega ^{2}\ R1^{2}\ C1^{2})}{\omega ^{2}\ R1\ R2\ C1^{2}}},}$

${\displaystyle Cx={\frac {C1\ R2}{R3\ (1+\omega ^{2}\ R1^{2}\ C1^{2})}},}$

і ${\displaystyle \omega ^{2}={\frac {1}{R1\ Rx\ C1\ Cx}}.}$

Невідомі ${\displaystyle \omega ^{2},\ Rx,\ Cx}$ знаходять, розв'язуючи цю систему трьох рівнянь із трьома невідомими.

Міст Шеринга

Міст Шеринга^[ru]

Міст Шеринга^[ru] використовується у випадках, коли потрібні високі напруги та / або високі робочі частоти.

При балансі моста невідомі параметри знаходять із виразів:

${\displaystyle Cx={\frac {C3\ R2}{R1}},}$

${\displaystyle Rx={\frac {C2\ R1}{C3}}.}$

Зазвичай, при використанні такого моста ємність конденсаторів. ${\displaystyle C2}$ і ${\displaystyle C3}$ роблять змінюваною під час балансування, а резистори ${\displaystyle R2}$ і ${\displaystyle R3}$ — з фіксованими опорами.

Точність та діапазон вимірювання мостових вимірювачів ємності

Перевага використання мостових схем полягає в тому, що електричні величини можна вимірювати за допомогою вимірювачів напруги та набору зразкових конденсаторів і резисторів. Тобто такі вимірювання зводяться до вимірювання напруги. Завдяки розвитку електроніки (як аналогової, так і цифрової) стало можливим створювати високочутливі підсилювачі змінної напруги. Застосування такої техніки дозволяє досягти дуже високої точності, яка визначається, переважно, точністю параметрів зразкових компонентів. Наприклад, існують комерційні вимірювачі ємності, що забезпечують точність до 10⁻¹⁸ Ф при вимірюванні ємності та до 10⁻¹⁵ См при вимірюванні електричної провідності.^[2]

Прості вимірювання без застосування вимірювача ємності

Деякі перевірки конденсатора можна здійснити без спеціального обладнання, наприклад, перевірку електролітичного конденсатора, який має велику ємність та малі витоки.

Мультиметром можна виявити коротке замикання в конденсаторі (дуже низький опір) або значний витік (конденсатор має великий опір, але менший, ніж у справного конденсатора). Простий метод прикидки ємності електролітичного конденсатора полагає в застосуванні аналогового мультиметра в режимі вимірювання опору постійному струму на високій межі вимірювання. При підключенні до мультиметра конденсатора з великою ємністю, мультиметр спочатку показує малий опір, що поступово збільшується. Швидкість збільшення опору характеризує ємність конденсатора: що повільніше він збільшується, то більша ємність. Це зумовлено поступовим заряджанням конденсатора тестувальним струмом мультиметра. Така прикидка ємності вимагає певної навички, або наявності для порівняння справного конденсатора відомої ємності.

Цифрові мультиметри

Більшість цифрових мультиметрів мають функцію вимірювання ємності. Звичайні недорогі мультиметри можуть вимірювати ємність у межах від десятків пікофарад до декількох сотень мікрофарад, але існують мультиметри з ширшим діапазоном вимірюваних ємностей.

• Приклад: Вимірювання ємності конденсатора змінної ємності з ротором за допомогою цифрового мультиметра
• 
  C_мін = 29 пФ
• 
  C = 269 пФ
• 
  C_макс = 520 пФ

Див. також

• Вимірювач імітансу
• Електровимірювальні прилади
• Фарад