ЛР4. Измерение ёмкости электролитических конденсаторов

• Название: Измерение ёмкости электролитических конденсаторов
• Дата: 22.12.2022
• Размер: 1.83 Mb.
• Имя файла: ЛР4.docx
• Тип: Документы; #859181

Тема: Измерение ёмкости электролитических конденсаторов

Цель: Изучение принципов, назначения и сравнение прямых, косвенных и совокупных измерений (на примере измерения емкости электролитических конденсаторов).

Оборудование, приборы и инструмент:

• 
  лабораторный стенд;
  
• 
  конденсаторы;
  
• 
  прибор измерительный цифровой ЦК4800;
  
• 
  вольтметр универсальный В7 – 16А, 2 штуки;
  
• 
  генератор сигналов Г3 – 33;
  
• 
  источник питания Б5 – 7.
  

Таблица 1 – Паспортные данные конденсаторов

Конденсатор	Марка	Номинальное значение, мкФ	Допуск, %
С1	К50 – 3Б	10	+30 –80
С2	К50 – 6	20	+30 –80

Лабораторные стенд построен по следующей схеме:



Рисунок 1 – Схема лабораторного стенда

I Измерение емкости микрофарадометром (прямое измерение ёмкости)

1. Собрать схему (Рисунок 2). Для этого:

1.1. Один конец соединительного провода вставить в клемму 1’, а другой конец в клемму «+» прибора ЦК4800.

1.2. Один конец соединительного провода вставить в клемму 2’, а другой конец в клемму «−» прибора ЦК4800.



Рисунок 2 - Схема прямого измерения ёмкости.
2. Выполнить калибровку прибора ЦК4800 по приложению (2).

3. Выполнить измерение ёмкости конденсатора C1. Для этого:

3.1. Перевести прибор ЦК4800 в режим АВТ нажатием кнопки.

3.2. Установить конденсатор C1 в гнёзда 1 и 2. При этом обратить внимание на то, что положительный вывод должен быть встав- лен в клемму

3.3. Считать полученный результат с прибора ЦК4800 и занести его в таблицу 2.

3.4. Снять с клемм первый конденсатор.

4. Выполнить измерение ёмкости конденсатора C2 тем же способом.

5. Определить погрешность измерения ёмкости, зная, что погрешность прибора ЦК4800 может быть определена по формулам из таблицы 5.2. Пределы измерения определяются в зависимости от положения десятичной точки на табло прибора по таблице 5.1. Предел допускаемой относительной основной погрешности вычисляется по формуле:


мКФ
Зная предел допускаемой относительной погрешности, найдем погрешность по следующей формуле:

мкФ

Полученные значения погрешностей занесем в таблицу 2.2.

6. Выключить приборы и разобрать схему.

Таблица 2 – Результаты прямых измерений емкости

Конденсатор	Номинальное значение, мкФ	Измеренное значение С, мкФ	Погрешность, мкФ
С1	10,00	8,857	0,477
С2	20,00	20,13	0,501

2 Измерение емкости по падению на ней напряжения (косвенное измерение ёмкости)

Измерить действительное значение сопротивления делителя R

вольтметром В7-16А. Для этого:

1.1. Включить вольтметр.

1.2. Установить рукоятку режима работы в положение «R».

1.3. Установить рукоятку предела измерения в положение «10».

1.4. Соединить клемму «0» вольтметра с клеммой 7, а клемму

«c100 V, R» вольтметра с клеммой 8.

1.5. Считать с прибора значение R (в кОм) и записать его в табли- цу 2.3.

1.6. Определить погрешность ∆R по таблице 5.3 при пределе измерения 10 кОм.



1.7. Выключить вольтметр и разобрать схему.
2. Собрать схему (рисунок 3). Для этого:

2.1. Клемму «−» источника Б5-7 соединить с клеммой 8.

2.2. Клемму «+» источника Б5-7 соединить с верхней клеммой вы- хода генератора Г3-33.

2.3. Нижнюю клемму выхода генератора Г3-33 соединить с клем- мой 1’.

2.4. Клемму 1’’ соединить с клеммой « 100 V, R» вольтметра В7- 16А.

2.5. Клемму 2’’ соединить с клеммой «0» вольтметра В7-16А.

2.6. Клемму 2’ соединить с клеммой 7.

3. Установить:



Рисунок 3 - Схема косвенного измерения ёмкости.

3.1. На источнике Б5-7 установить предел 12 В и вывернуть рукоятку плавной регулировки вправо до предела.

3.2. На вольтметре В7-16А выбрать режим работы — «измерение

∼ U », предел измерения 100 В.

3.3. На генераторе Г3-33 установить рукоятку расстройки в положение «0», выбрать частоту f = 400 Гц. Для этого множитель установить на отметке «10», а частоту задать равной 40 Гц. Внести частоту в таблицу 2.3.

Погрешность определяется по формуле:



3.4. Переключатель «внутренняя нагрузка» перевести в положение

«выключить».

4. Включить вольтметр, источник и генератор. Прогреть генератор в течение примерно 3 минут.

5. Настроить напряжение генератора. Для этого:

5.1. Рукояткой плавной регулировки напряжения генератора «рег. выхода» добиться показаний вольтметра 10 В.

5.2. Считать с прибора и занести в таблицу 2.3 значение напряжения Uвх.

5.3. Определить погрешность ∆Uвх по таблице 5.3 с пределом измерения 100 В.



6. Выполнить измерение ёмкости конденсатора C1. Для этого:

6.1. Установить конденсатор C1 в клеммы 1 и 2.

Обратить особое внимание на то, что положительный вывод конденсатора должен быть вставлен в гнездо 1.

6.2. Выбрать подходящий предел измерения вольтметра (при помощи рукоятки переключения режимов) и считать падение напряжения на конденсаторе Uвых с табло прибора В7-16А. Предел измерения выбирается так, чтобы значащая цифра (т. е. не «0») была бы во втором слева разряде (например, «0,147»).
6.3. Определить погрешность ∆Uвых по таблице 5.3 с выбранным пределом измерения.



6.4. Определить ёмкость конденсатора по формуле:



6.5 Определить погрешность измерения ёмкости по формуле:

мкФ

7. Выполнить измерение ёмкости конденсатора C2 (способом, показанным в предыдущем пункте).

Занесем результаты расчётов в таблицу 3.

8. Выключить приборы и разобрать схему.

Таблица 3 – Результаты косвенных измерений ёмкости

	R, кОм	R, кОм	F, Гц	f, Гц	Uвх, В	Uвх, В	Uвых, В	Uвых, В	C, мкФ	C, мкФ
C1	1,510	0,481	400	9	10,08	0,055	0,120	0,4	2,18	0,00000009
C2							0,283	0,18	9,257	0,000000004

1.3 Определение ёмкостей конденсаторов С₁ и С₂ по результатам совокупных измерений

1. Измерив ёмкость конденсатора C1 прямым способом, получили ре- зультат измерения X1.

1.1. Собрали схему (рисунок 4). Для этого:

а) один конец соединительного провода вставили в клемму 1’, а другой конец в клемму «+» прибора ЦК4800,

б) один конец соединительного провода вставить в клемму 2’, а другой конец в клемму «−» прибора ЦК4800.



Рисунок 4 - Схема прямого измерения ёмкости.

1.2. Выполнить калибровку прибора ЦК4800 по приложению.

1.3. Выполнить измерение ёмкости конденсатора C1. Для этого:

а) перевести прибор ЦК4800 в режим АВТ нажатием кнопки, б) установить конденсатор C1 в гнёзда 1 и 2. При этом об- ратить внимание на то, что положительный вывод должен

быть вставлен в клемму 1,

в) считать полученный результат с прибора ЦК4800 и зане- сти его в таблицу 2.4,

г) снять с клемм первый конденсатор.

2. Измерить ёмкость конденсатора C2 — X2 тем же способом.

3. Измерить ёмкости конденсаторов C1 и C2, включённых последова- тельно. Результат измерения — X3.

3.1. Собрать схему последовательного соединения конденсаторов согласно рисунку 5. Для этого:



Рисунок 5 - Последовательное соединение конденсаторов.

а) соединить клеммы 2’ и 3’,

б) соединить клемму 1’ с клеммой «+» для измерения ёмкости прибора ЦК4800.

в) соединить клемму 4’ с клеммой « » для измерения ёмко- сти прибора ЦК4800.

г) выполнить калибровку ЦК4800 по приложению) в гнёзда 1 и 2 вставить конденсатор C1.

Обратить внимание на то, что положительный вывод

должен быть вставлен в гнездо 1.

е) в гнёзда 3 и 4 вставить конденсатор C2.

Обратить внимание на то, что положительный вывод должен быть вставлен в гнездо 3.

3.2. Выполнить измерение ёмкости конденсаторов (считать резуль- таты с ЦК4800) — X3. Для этого:

а) перевести ЦК4800 в режим АВТ нажатием кнопки,

б) считать полученный результат с прибора ЦК4800 и зане- сти его в таблицу 2.4,

в) снять с клемм конденсаторы.
4. Измерить ёмкости параллельно подключенных конденсаторов C1 и

C2. Результат измерения — X4. Для этого:

4.1. Собрать схему последовательного соединения конденсаторов согласно рисунку 6.



Рисунок 6 - Параллельное соединение конденсаторов.

Не разбирая уже собранной схемы:

а) снять провод, соединяющий клеммы 2’ и 3’,

б) соединить клеммы 1’ и 3’,

в) соединить клеммы 2’ и 4’,

г) выполнить калибровку ЦК4800 по приложению,

д) в гнёзда 1 и 2 вставить конденсатор C1. Положительный вывод должен быть вставлен в гнездо 1.

е) в гнёзда 3 и 4 вставить конденсатор C2. Положительный вывод должен быть вставлен в гнездо 3.

4.2. Выполнить измерение ёмкости конденсаторов (считать результаты с ЦК4800) — X4. Для этого:

а) перевести ЦК4800 в режим АВТ нажатием кнопки,

б) считать полученный результат с прибора ЦК4800 и занести его в таблицу 2.4,

в) снять с клемм конденсаторы.

4.3. Выключить приборы и разобрать схему.

5. Определить погрешность измерения ёмкостей C1 и C2, их последовательного и параллельного соединений, зная, что погрешность прибора ЦК4800 может быть определена по формулам из таблицы 5.2. Пределы измерения определяются в зависимости от положения десятичной точки на табло прибора по таблице 5.1.

Значения погрешностей занести в таблицу 4.

6. Определить значения ёмкостей конденсаторов C1 и C2:

C1 = C01 + δC1 мкФ

C2 = C02 + δC2 мкФ

где C01 и C02 — номинальные значения ёмкости конденсаторов

C1 и C2;

δC1 и δC2 — поправки, определяемые из решения системы уравнений:


По результатам расчётов заполнить таблицу 5 и сделать вывод о годности конденсаторов.

Таблица 4 – Результаты совокупных измерений ёмкости

	X1	X2	X3	X4
Значение, мкФ	8,867	20,91	6,233	29,86
Погрешность, мкФ	0,526	0,509	0,620	0,97

Погрешность вычисляется по формуле:

мкФ

Таблица 5 – Результаты расчета значения ёмкости конденсаторов

C01, мкФ	C1, мкФ	C1, мкФ	C1, мкФ	C02, мкФ	C2, мкФ	C2, мкФ	C2, мкФ
10	-1,249	8,751		20	1,154	21,154

Вывод: по результатам проведенных измерений конденсаторы С1 и С2 являются годными, так как полученные значения емкостей конденсаторов С1 и С2 находятся в пределах поля допуска.