Приборы, у которых отсчет измеряемой емкости конденсатора производится по шкале стрелочного измерителя, называют фарадометрами или микрофарадометрами. Конденсаторный микрофарадометр, описанный ниже, отличается широким диапазоном измеряемых емкостей, простотой схемы и налаживания.
Принцип действия микрофарадометра основан на измерении среднего значения силы разрядного тока измеряемого конденсатора, периодически перезаряжаемого с частотой F. На рис. 1 приведена упрощенная схема измерительной части прибора, питаемого импульсным напряжением прямоугольной формы, поступающим от генератора импульсов Г. При наличии напряжения
Рис. 1. Упрощенная схема измерительной части прибора
Uимп на выходе генератора через диод Д1 происходит быстрый заряд конденсатора Сх. Параметры схемы выбираются таким образом, что время заряда конденсатора значительно меньше длительности импульса tи, поэтому конденсатор Сх успевает зарядиться полностью до напряжения Uимп еще до окончания действия последнего. В интервале времени tи между импульсами конденсатор разряжается через внутреннее сопротивление генератора Rг и микроамперметр μА1, измеряющий среднее значение силы разрядного тока. Постоянная времени разрядной цепи конденсатора Сх значительно меньше времени паузы tп, поэтому конденсатор практически полностью успевает разрядиться за время перерыва между импульсами, частота которых
Таким образом, в установившемся режиме количество электричества, накопленное конденсатором Сх за один период и отдаваемое им при разряде, Q = СхUимп. При частоте следования импульсов F среднее значение силы тока, проходящего через микроамперметр при периодических разрядах конденсатора Сх, равно:
Iи = QF = СхUимп • F, откуда
Из полученной формулы следует, что измеряемая емкость конденсатора Сх пропорциональна силе разрядного тока и, следовательно, при стабильных значениях Uимп и F стрелочный измеритель μА1 можно снабдить равномерной шкалой, проградуированной в значениях Сх (практически используют имеющуюся линейную шкалу микроамперметра магнитоэлектрической системы).
На рис. 2 приведена принципиальная схема микрофарадометра, который позволяет измерять емкости конденсаторов примерно от 5 до 100 000 пФ на шкалах: 0—100; 0—1000; 0—10 000 и 0—100 000 пФ. Отсчет величины измеряемой емкости производится непосредственно по имеющейся шкале микроамперметра, что позволяет быстро и достаточно точно производить измерение. В качестве источника питания микрофарадомет-ра используется аккумулятор 7Д-0,1 или батарея «Крона». На шкале 0—100 пФ ток значительно меньше и сила его не превышает 4 мА. Погрешность измерения не более 5—7% от верхнего предела шкалы.
Заряд конденсатора Сх осуществляется прямоугольными импульсами напряжения, создаваемыми несим-
метричным мультивибратором, смонтированным на транзисторах T1, Т2 с различной проводимостью. Мультивибратор генерирует периодическую последовательность прямоугольных импульсов напряжения с большой скважностью. Скачкообразное изменение частоты по-
Рис. 2. Принципиальная схема микрофарадометра
вторения импульсов производится секцией В1а переключателя В1, включающего в цепь положительной обратной связи один из конденсаторов С1—С4 плавное — переменным резистором R3. Этим же переключателем производится переход с одного предела измерения на другой.
Прямоугольные импульсы напряжения, выделяемые на резисторе R1, через контакты 1—2 кнопки В2 и диод Д1 заряжают один из образцовых конденсаторов С5— С8 или измеряемый конденсатор Сх (при нажатой кнопке В2). В промежутках между импульсами один из указанных конденсаторов (в зависимости от предела измерения и положения кнопки В2) разряжается через резисторы R1, R5 и микроамперметр μА1. Диод Д1 на показания микроамперметра не влияет, так как его обратное сопротивление значительно больше сопротивления цепи измерителя (Rп + R5). Конденсаторы С5—С8 предназначены для калибровки прибора и должны быть подобраны возможно точнее, с отклонением от номинала не более чем на ±2%.
В конструкции применены малогабаритные резисторы ВС = 0,125, конденсаторы КСО, СГМ, КБГИ. Пере
Рис. 3. Передняя панель прибора
менный резистор R3 типа СП-1. Переключатель В1 галетного типа на 4 положения и 2 направления. Микроамперметр — магнитоэлектрической системы на 50 мкА.
Один из вариантов расположения органов управления на передней панели приведен на рис. 3. Габариты конструкции определяются размерами микроамперметра и переключателя В1 и поэтому не приводятся. В случае необходимости прибор можно питать от сети переменного тока с помощью стабилизированного выпрямителя, обеспечивающего на выходе напряжение 9 В при силе тока нагрузки не менее 10 мА. Выпрямитель в этом случае целесообразно расположить в корпусе прибора.
Шкала измерителя емкости, как уже указывалось, практически линейна, поэтому нет необходимости наносить на имеющуюся шкалу микроамперметра специальные метки между нулем и последним делением. Шкала
микроамперметра, имеющая, например, оцифрованные отметки 0, 20, 40... 1000 мкА, верна на любом пределе измерения емкости конденсаторов. Изменяется только цена деления. Так на пределах 0—100; 0—1000; 0—10 000 и 0—100 000 показания микроамперметра надо соответственно умножать на 1; 10; 102 и 103. Если шкала микроамперметра имеет всего 50 делений, то показания микроамперметра, в зависимости от указанных пределов измерения надо умножать на 2; 2 •10; 2 •102; 2 • 103
Налаживание прибора обычно каких-либо затруднений не вызывает, если он собран из заведомо исправных деталей и при монтаже не допущено ошибок. О работе мультивибратора можно судить по шкале микроамперметра, показания которого должны изменяться при изменении положения движка переменного резистора R3 на любом из четырех пределов измерения.
Установив переключатель В1 в положение 1 (шкала 0—100 пФ), переменным резистором R3 добиваются отклонения стрелки микроамперметра на всю шкалу. Если этого получить не удается, движок резистора R3 устанавливают в среднее положение и подбирают величину емкости конденсатора С1. Более точно стрелку на конец шкалы устанавливают резистором R3. После этого переключатель В1 переводят в положение 2 (шкала 0—1000 пФ) и, не трогая резистор R3, подбирают емкость конденсатора С2 так, чтобы стрелка микроамперметра находилась вблизи конца шкалы. Аналогично уточняют значение емкости конденсаторов СЗ и С4 в положениях 3 и 4 переключателя В1 (на шкалах 0—10 000 и 0—100 000 пФ).
На этом налаживание прибора заканчивается. Порядок измерения емкости конденсаторов следующий. Подключив конденсатор Сх к гнездам Гн1, выключателем В3 включают прибор и переключателем В1 устанавливают нужный предел измерения. Затем резистором R3 стрелку микроамперметра устанавливают на последнее деление шкалы и, нажимая кнопку В2, производят отсчет измеряемой емкости по шкале с учетом цены ее деления. Если при нажатой кнопке стрелка микроамперметра зашкаливает, переключатель В1 переводят на более высокий предел измерения и повторяют измерения. Если же стрелка устанавливается в самом начале
шкалы, переключатель переводят на более низкий предел измерения.
В заключение укажем, что минимальное значение емкости, измеряемой на шкале 0—100 пФ, зависит от начальной емкости между гнездами Гн1, которую при монтаже следует свести к минимуму. Перед подключением конденсатора к прибору следует убедиться в отсутствии в нем пробоя, так как последний может привести к повреждению микроамперметра и диода. Если порядок измеряемой емкости неизвестен, процесс измерения следует начинать с наиболее высокого предела измерения (0—100 000 пФ).
При желании повысить точность измерения можно увеличить число пределов (шкал). Для этого надо использовать переключатель В1 с большим числом положений (равным числу пределов), установить новые образцовые конденсаторы, емкости которых должны соответствовать верхнему значению выбранных пределов измерения, а также подобрать номиналы конденсаторов (вместо C1—С4), определяющих частоту следования импульсов напряжения мультивибратора.