万用表--检测电容器

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万用表--检测电容器

　　电容器是一种最为常用的电子元件。电容器的外形及电路符号缤?-10所示。电容器的通用文字符号为“C”。电容器主要由金属电极、介质层和电极引线组成，两电极是相互绝缘的。因此，它具有“隔直流通交流”的基本性能。
　　用数字万用表检测电容器，可按以下方法进行。

                               
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　　一、用电容档直接检测
　　某些数字万用表具有测量电容的功能，其量程分为2000p、20n、200n、2μ和20μ五档。测量时可将已放电的电容两引脚直接插入表板上的Cx插孔，选取适当的量程后就可读取显示数据。
　　2000p档，宜于测量小于2000pF的电容；20n档，宜于测量2000pF至20nF之间的电容；200n档，宜于测量20nF至200nF之间的电容；2μ档，宜于测量200nF至2μF之间的电容；20μ档，宜于测量2μF至20μF之间的电容。
　　经验证明，有些型号的数字万用表（例如DT890B＋）在测量50pF以下的小容量电容器时误差较大，测量20pF以下电容几乎没有参考价值。此时可采用串联法测量小值电容。方法是：先找一只220pF左右的电容，用数字万用表测出其实际容量C1,然后把待测小电容与之并联测出其总容量C2，则两者之差（C1－C2）即是待测小电容的容量。用此法测量1～20pF的小容量电容很准确。
　　二、用电阻档检测
　　实践证明，利用数字万用表也可观察电容器的充电过程，这实际上是以离散的数字量反映充电电压的变化情况。设数字万用表的测量速率为n次/秒，则在观察电容器的充电过程中，每秒钟即可看到n个彼此独立且依次增大的读数。根据数字万用表的这一显示特点，可以检测电容器的好坏和估测电容量的大小。下面介绍的是使用数字万用表电阻档检测电容器的方法，对于未设置电容档的仪表很有实用价值。此方法适用于测量0.1μF～几千微法的大容量电容器。
　　1． 测量操作方法
　　如图5-11（a）所示，将数字万用表拨至合适的电阻档，红表笔和黑表笔分别接触被测电容器Cx的两极，这时显示值将从“000”开始逐渐增加，直至显示溢出符号“1”。若始终显示“000”，说明电容器内部短路；若始终显示溢出，则可能时电容器内部极间开路，也可能时所选择的电阻档不合适。检查电解电容器时需要注意，红表笔（带正电）接电容器正极，黑表笔接电容器负极。

　　2． 测量原理
　　用电阻档测量电容器的测量原理如图5-11（b）所示。测量时，正电源经过标准电阻R0向被测电容器Cx充电，刚开始充电的瞬间，因为Vc ＝0，所以显示“000”。随着Vc 逐渐升高，显示值随之增大。当Vc ＝2VR 时，仪表开始显示溢出符号“1”。充电时间t为显示值从“000”变化到溢出所需要的时间，该段时间间隔可用石英表测出。

                               
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　　3． 使用DT830型数字万用表估测电容量的实测数据
　　使用DT830型数字万用表估测0.1μF～几千微法电容器的电容量时，可按照表5-1选择电阻档，表中给出了可测电容的范围及相对应的充电时间。表中所列数据对于其他型号的数字万用表也有参考价值。
　　选择电阻档量程的原则是：当电容量较小时宜选用高阻档，而电容量较大时应选用低阻档。若用高阻档估测大容量电容器，由于充电过程很缓慢，测量时间将持续很久；若用低阻档检查小容量电容器，由于充电时间极短，仪表会一直显示溢出，看不到变化过程。

　　三、用电压档检测
　　用数字万用表直流电压档检测电容器，实际上是一种间接测量法，此法可测量220pF～1μF的小容量电容器，并且能精确测出电容器漏电流的大小。
　　1． 测量方法及原理
　　测量电路如图5-12所示，E为外接的1.5V干电池。将数字万用表拨到直流2V档，红表笔接被测电容Cx的一个电极，黑表笔接电池负极。 2V档的输入电阻RIN＝10MΩ。接通电源后，电池E经过RIN向Cx充电，开始建立电压Vc。Vc与充电时间t的关系式为

                               
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　　在这里，由于RIN两端的电压就是仪表输入电压VIN，所以RIN实际上还具有取样电阻的作用。很显然，
　　VIN（t）＝E－Vc（t）＝Eexp（－t/RINCx） （5-2）
　　图5-13是输入电压VIN(t)与被测电容上的充电电压Vc（t）的变化曲线。由图可见，VIN（t）与Vc（t）的变化过程正好相反。VIN（t）的变化曲线随时间的增加而降低，而Vc（t）则随时间的增加而升高。仪表所显示的虽然是VIN-（t）的变化过程，但却间接地反映了被测电容器Cx的充电过程。测试时，如果Cx开路（无容量），显示值就总是“000”，如果Cx内部短路，显示值就总是电池电压E，均不随时间改变。

                               
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　　式（5-2）表明，刚接通电路时，t＝0，VIN=E，数字万用表最初显示值即为电池电压，尔后随着Vc（t）的升高，VIN（t）逐渐降低，直到VIN＝0V，Cx充电过程结束，此时 。

                               
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　　使用数字万用表电压档检测电容器，不但能检查220pF～1μF的小容量电容器，还能同时测出电容器漏电流的大小。设被测量电容器的漏电流为ID，仪表最后显示的稳定值为VD（单位是V），则

                               
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　　2．实例举例
　　例一：
　　被测电容为一只1μF/160V的固定电容器，使用DT830型数字万用表的2VDC档（RIN＝10MΩ）。按图5-12连接好电路。最初，仪表显示1.543V，然后显示值慢慢减小，大约经过2min左右，显示值稳定在0.003V。据此求出被测电容器的漏电流

                               
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　　被测电容器的漏电流仅为0.3nA，说明质量良好。
　　例二：
　　被测电容器为一只0.022μF/63V涤纶电容，测量方法同例一。由于该电容的容量较小，测量时，VIN（t）下降很快，大约经过3秒，显示值就降低到0.002V。将此值代入式（5-3），算出漏电流为0.2nA。
　　3． 注意事项
　　（1） 测量之前应把电容器两引脚短路，进行放电，否则可能观察不到读数的变化过程。
　　（2） 在测量过程中两手不得碰触电容电极，以免仪表跳数。
　　（3） 测量过程中，VIN（t）的值是呈指数规律变化的，开始时下降很快，随着时间的延长，下降速度会越来越缓慢。当被测电容器Cx的容量小于几千皮法时，由于VIN（t）一开始下降太快，而仪表的测量速率较低，来不及反映最初的电压值，因而仪表最初的显示值要低于电池电压E。
　　（4） 当被测电容器Cx大于1μF时，为了缩短测量时间，可采用电阻档进行测量。但当被测电容器的容量小于200pF时，由于读数的变化很短暂，所以很难观察得到充电过程。

　　一、用蜂鸣器档检测
　　利用数字万用表的蜂鸣器档，可以快速检查电解电容器的质量好坏。测量方法如图5-14所示。将数字万用表拨至蜂鸣器档，用两支表笔分别与被测电容器Cx的两个引脚接触，应能听到一阵短促的蜂鸣声，随即声音停止，同时显示溢出符号“1”。接着，再将两支表笔对调测量一次，蜂鸣器应再发声，最终显示溢出符号“1”，此种情况说明被测电解电容基本正常。此时，可再拨至20MΩ或200MΩ高阻档测量一下电容器的漏电阻，即可判断其好坏。

                               
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　　上述测量过程的原理是：测试刚开始时，仪表对Cx的充电电流较大，相当于通路，所以蜂鸣器发声。随着电容器两端电压不断升高，充电电流迅速减小，最后使蜂鸣器停止发声。
　　测试时，如果蜂鸣器一直发声，说明电解电容器内部已经短路；若反复对调表笔测量，蜂鸣器始终不响，仪表总是显示为“1”，则说明被测电容器内部断路或容量消失。
　　二、用数字万用表测量大于20μF的电容
　　常见的数字万用表，其电容档的测量值最大为20μF，有时不能满足测量要求。为此，可采用下述简单的方法，用数字万用表的电容档测量大于20μF的电容，最大可测量几千微法的电容。采用此法测量大容量电容时，无需对数字万用表原电路做任何改动。
　　此方法的测量原理是以两只电容串联公式C串＝C1C2/(C1+C2)为基础的。由于容量大小不同的两只电容串联后，其串联后的总容量要小于容量小的那只电容的容量，因此，如果待测电容的容量超过了20μF，则只要用一只容量小于20μF的电容与之串联，就可以直接在数字万用表上测量了。根据两只电容串联公式，很容易推导出C1＝C2C串/(C2-C串)，利用此公式即可算出被测电容的容量值。下面举一测试实例，说明运用此公式的具体方法。
　　被测元件是一只电解电容器，其标称容量为220μF，设其为C1。选取一只标称值为10μF的电解电容作为C2，选用数字万用表20μF电容档测出此电容的实际值为9.5μF，将这两只电容串联后，测出C串为9.09μF。将C2＝9.5μF、C串＝9.09μF代入公式，则
　　C1＝C2C串/(C2-C串)＝9.5 9.09/(9.5-9.09)≈211(μF)
　　注意，无论C2的容量选取为多少，都要在小于20μF的前提下选取容量较大的电容，且公式中的C2应代入其实测值，而非标称值，这样可减小误差。将两电容串联起来用数字万用表实测，由于电容本身的容量误差及测量误差，只要实测值与计算值相差不多即可认为待测电容C1是好的，根据测量值即可进一步推算出C1的实际容量。
　　从理论上讲，用这种方法可测量任意容量的电容，但如果待测电容器的容量过大，则误差也会增大。其误差大小与待测电容的大小成正比。

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