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测量介电吸收以评估电容器的质量

文章作者:Peter Demchenko

通过测量介电吸收来评估电容器的质量或识别其介电类型。

电容器的关键参数是它们的介质吸收（DA）。如果您想估计电容器的质量或识别其类型的电介质，可以简单地测量其DA。这个简单的电路可以帮助避免使用适当的DA选择电容器的耗时的标准程序。它甚至可以容易地区分聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）电容器，该电容器具有近距离的DA值，而不会破坏盖子以查看电介质内。

估计或测量DA值有几种方法。对于经典的直接测量，对被测电容(切)进行充电(“浸泡”)，然后短暂放电。电容器在等待一段时间后恢复的电压是介电吸收电压(DAV)。标准精确地定义了流程的所有阶段的持续时间，而这个过程非常耗时。另一个选择是估计DA给RC积分器带来的失真。您还可以估计DA在RC网格上的纯正弦信号中引起的扭曲。严格地说，后两种方法的区别主要在于所涉及的测量程序。

下面的电路与经典测量技术的要求一致。它们可以维持类似于经典方法的定时，该方法非常大（按时为一小时），但是，定时可以截短到几秒钟或更短。

的电路图1包含两个簧片继电器(S₁,年代₂）控制切割的充电和放电。它还包含样品和保持电路（簧片中继_3.和电容器C.₁），其在电容器C上执行DAV的采样₁。所有继电器触点显示为非激活。

图1该电路可以通过适当控制簧片继电器开关的时间来测量被测电容的介电吸收。

电阻R₁和R.₂限制CUT和C的充放电电流₁。它们应被额定处理充电电压e电阻R_3.是可选的。如果通过继电器泄漏，则可以增加它₂当切割断开时，情况足够高，以使切割时的非零读数，即切割= 0。

采样和保持电路会增加剪切输出脉冲持续时间，允许您更容易地检查它。因为采样导致系统错误，但是，您需要通过将它们乘以（1 + C.）来校正读数（1 + C.₁/ 切）。电容器C.₁应具有低泄漏和低吸收。大多数PP，PS或NP0陶瓷应符合要求。

柜台图2控制交换机的定时。可以使用微控制器来控制定时，但选择电路以避免需要任何编程。

图2为了控制图1电路中的开关，计时器激活继电器驱动器。

定时电路由一个振荡器和纹波进位二进制计数器(CD4060B)组成，它们与两个4023与非门一起产生开关的控制序列(图3.）。在电路中不使用4023的第三栅极，并且它的任何未使用的输入应该连接到逻辑电平。

图3.这是图2中的电路产生的定时序列。

对Q.₁/ Q.₂问：₁/ Q._3.相应地创建逻辑的“A-or-notB”和“A-and-notB”电路。这有助于减少元件的总数，并保持这部分电路的电阻较少。具体地说,问_3.使用是因为继电器（与所有其他开关）较慢释放，而不是致动。晶体管Q.₁问：_4.应有足够的增益来控制簧片继电器;在大多数情况下，2N3906、BC560或BC327会符合要求。

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电压V的值对于继电器来说应该足够，同时不超过CMOS逻辑(20V为“B”级)和MOSFET栅源额定值的限制。簧片接力₁（SPDT）和S₂/ s._3.（SPST-NO）的线圈电压应低于+ v。继电器在其端子之间也应该具有较低的泄漏;当线圈到接触电阻在不超过数十的MΩ的范围内时，我注意到了一个问题。

测试循环时间取决于振荡器频率，并且使用四个4060'输出。（这些产出应在严格的继承中进行，因此输出Q_12.- 问：_14.不能使用。）对于所示的CD4060b，使用v = 10v，时钟周期（t）是：

T = 2.2 × R_4.×C_3.

因此，T约为7毫秒(ms)，故测试周期长度= 0.007 × 1024，约为7秒。

时间t并不重要，可以通过选择C的较低值来减少十倍（或更多）₁。这在测试低电容切割设备时可能特别方便。

这些电路可用于估计不太小的电容器DA（对于所示的元件值低至10 NF）。电路电容也有一个上限可以测试，因为如果电容太大，切割可能没有足够的时间来完全放电。

放电时间（t）该电路提供的是CD4060计数器输出Q的一个半周期_7.。因为大多数电容器的DA是在最佳情况下，我们可以估计切割所需的最小放电时间（T）：

t > R₁×切割× ln (10000)

或大约：

10 × R₁×削减,

其中R1是电流限制电阻的值。

因此，如果t（q_7.)为70 ms，放电时间(t)为35 ms, R₁= 300 ω，则切割的上限为:

切<35×10³/ (10 × 300)，约为12 μF。

DAV，您将测量大致与充电电压e成比例，因此E足够高以使DAV明显。图1的继电器类型和电阻值也取决于E.的值。

您可以使用如图1所示的任何高电阻（RI>10MΩ）电压表直接测量DAV估计，如图1所示。没有小于4.5位分辨率的电压表是优选的，因为它是可能的DAV将非常小。然而，有稳定的读数，电视表的时间常数c₁×RI应该大于循环持续时间（t）。在某些情况下，这可能是一个问题，因此对于电压表可能优选范围。在比较相同电容的两个电容器时，范围也可以提供更明显的读数。

图4.相同值的三个电容器的代表性DA测量清楚地显示了它们介电类型的差异。

用这种电路进行DA测量的例子见图4.，使用范围而不是电压表。结果显示了具有相同电容（CUT = 220 NF）但不同电介质 - 聚酯薄膜（PET / MYLAR），PP和PS的电容器。范围设定为10 mV /划分，测试电路参数为：e = 100V和C.₁= 100 nF。

对于PE电容，DAV输出脉冲幅度约为85 mV，对于PP电容，该幅度约为18 mV，并且对于PS电容器仅为约9mV。因此，介电类型之间的区别非常明显。

使用采样纠错计算DA值（DAV / E），我们得到：

PET：（0.085 / 100）×（1+ 0.1 / 0.22）= 0.0012或0.12％;
PP:(0.018/100)×(1 + 0.1/0.22)= 0.0003或0.03%;
PS:(0.009/100)×(1 + 0.1/0.22)= 0.00013或0.013%。

该数据与数据表的参考数据一致。

安全注意事项

在电源打开时，测量将连续重复。当电源关闭时，切口将通过常闭合的S₁。它的放电时间取决于它的电容，但是，如果电容和充电电压E都足够高，一定要遵守安全规则时，(断开)切断。在这样做之前，应该把电路关好。此外，请观察正确的极性电解切割。

最终的想法

使用一些已知容量和电介质的库存电容器，你可以很容易地校准电路。此外，通过改变振荡器的频率，也就是改变C的值，来扩展电路可以处理的合适电容范围也是一个好主意_3.。增加C的值_3.到100 NF（或更大）使工作周期容易观察，如果发生问题，可以帮助调试。最后，代替4060，您可以使用4040芯片并用振荡器补充电路。

-Peter Demchenko.在维尔纽斯大学学习数学，从事软件开发工作。

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