Почему нас часто разочаровывают LCR-метры?

Почему нас часто разочаровывают LCR-метры?

LCR-метры (измерители иммитанса, измерители импеданса) – это прибор для измерения комплексного сопротивления электрических цепей. А по-простому, прибор для измерения катушек, конденсаторов и резисторов.

Вы когда-нибудь покупали такой прибор? Ну и как он вам? Полная чушь, показывает черт знает что, правда?

Почему же нас так часто разочаровывают LCR-метры?

Наши заказчики очень часто покупают простые недорогие LCR-метры типа Victor 6243+. Конкретно эта модель вообще очень популярна. После такой продажи наш менеджер через пару дней обычно получает звонок в стиле «мерил емкость, прибор показывает черт знает что, прибор не работает, китайским го...ом торгуете – людей обманываете». Дальше все идет по одному и тому же сценарию. Покупатель привозит свой «сломанный» прибор в ремонт. Тут выходит наш техник, из «широких штанин» достает несколько конденсаторов и демонстрирует вполне точные показания емкости «китайским го...ом». Под торжествующий взгляд техника удивленный заказчик безмолвно уходит.

В чем же секрет нашего фокусника техника? Его секрет в знании! Ну и в конденсаторах. У него точные высокодобротные керамические конденсаторы. Прибор их прекрасно измеряет, что и демонстрируется заказчику. Заказчик же, как правило, измеряет какие-нибудь старые электролитические конденсаторы с низкой добротностью.

Секрет в добротности!

Любой LCR-метр выполняет измерения следующим образом. Прибор пропускает через измеряемый элемент переменный ток/напряжения и фиксируют ответное напряжение/ток, после чего по полученному значению вычисляют измеряемый параметр. Принципиальная разница между дорогими и дешевыми LCR-метрами в одном – дорогие приборы, кроме величины тока и напряжения, учитывают еще и фазовый сдвиг между током и напряжением. Дешевые приборы фазовый сдвиг не учитывают.

Любой конденсатор или катушка – это не идеальные емкости и индуктивности из учебников, в которых фазовый сдвиг точно равен 90° (и отличается знаком соответственно). Любой реальный конденсатор или катушка имеют электрические потери. У конденсаторов диэлектрик не идеален, в нем могут возникать токи утечки, к тому же, в переменном электрическом поле в диэлектрике возникают дополнительные потери энергии. Потери увеличиваются с увеличением частоты и напряжения. В фольговых конденсаторах возникают потери на активном сопротивлении самой ленты фольги при протекании тока во время заряда или разряда. Прибавьте сюда сопротивление выводов конденсатора. В катушках потери возникают в активном сопротивлении проводов обмотки, потери при перемагничивании сердечника и токи Фуко, а также поверхностный эффект и эффект близости проводов с переменным током. В результате всего этого фазовый сдвиг между током и напряжением никогда не равен 90°, как в идеале. Степень отличия реального конденсатора или катушки от идеала характеризуется добротностью.

Соответственно, недорогие LCR-метры нормально измеряют характеристики только высокодобротных элементов. Например, керамические конденсаторы или катушки из толстого провода с небольшим числом витков и без сердечника наиболее близки к идеалу, поэтому с измерением их характеристик недорогой прибор справится прекрасно. А вот со старым электролитическим конденсатором из советского телевизора ..., ну вы уже поняли.

Иными словами, качественные LCR-метры умеют определять активную и реактивную составляющую полного сопротивления по отдельности, а дешевые нет. Поэтому, чем больше активное сопротивление (потери) в катушке или конденсаторе, тем больше погрешность измерения недорогими приборами.

Отсюда возникает простая рекомендация. Недорогие LCR-метры типа Victor 6243+ применяйте только для быстрой качественной оценки элементов, а не для количественной. То есть, если у 3 одинаковых конденсаторов из 4 прибор показывает близкие значения, а для 1 значение емкости сильно отличается, то этот один неисправен. Если вам действительно нужно знать значение емкости или индуктивности, то без дорогого прибора не обойтись.

А что значит дорогой LCR-метр?

Дорогой – значит качественный! Ну вот, например, DT-9935! Сравните цену с Victor 6243+.

«Дорогой» LCR-метр отличается рядом обязательных отличительных признаков:

  • Кроме емкости и индуктивности, прибор обязательно должен измерять добротность и тангенс угла диэлектрических потерь (отдельно учитывать активную составляющую полного сопротивления).
  • Прибор должен иметь параллельную и последовательную схему измерения.
  • Прибор должен иметь возможность измерять значения на разных частотах.
  • Прибор должен иметь малую амплитуду измерительного сигнала.
  • Прибор должен иметь 4-проводную схему измерения и соответствующие тестовые щупы Кельвина.

Рекомендации.

При измерении емкости конденсатор должен быть полностью разряжен. Подключение заряженного конденсатора к LCR-метру может привести к поломке прибора. Это касается любых измеряемых электрических цепей – перед измерениями цепь необходимо отключить и разрядить.

В силу разных неидеальностей, емкости и индуктивности реальных элементов зависят от частоты, напряжения и тока. Поэтому амплитуда измерительного сигнала должна быть как можно меньше, а частота измерительного сигнала должна быть как можно ближе к частоте, на которой используется элемент. Если элемент используется при постоянном смещении тока или напряжения и влияние этого смещения существенно, то нужно выбирать LCR-метр с возможностью обеспечения постоянного смещения (на такое способны очень немногие приборы!).

Значительное влияние на качество измерения оказывает выбор схемы измерения: параллельной или последовательной. «Параллельная или последовательная схема измерения» – так обычно пишут в паспортах на LCR-метры. На самом деле речь идет не о схеме измерения, а о параллельной или последовательной схеме замещения индуктивного или емкостного элемента. Схема замещения, если кратко, это математическая модель реального элемента. В такой модели катушки или конденсатора потери учитываются с помощью сопротивления, которое может быть подключено параллельно или последовательно с индуктивностью или емкостью соответственно. Почитайте информацию о схемах замещения и об эквивалентном последовательном сопротивлении конденсатора (ESR). Схема замещения может существенно влиять на погрешность измерений.

Многие качественные LCR-метры позволяют проводить измерение сопротивления как на постоянном, так и на переменном токе. Сопротивление резисторов зависит от частоты тока, протекающего по ним. LCR-метр с возможностью измерения сопротивления на переменном токе позволит учесть эту зависимость.

Ключевые слова новостей, статей и записей блога