В чём измеряется ёмкость конденсатора: как измерить

Конденсаторы являются важнейшими пассивными компонентами электрических цепей. Любая электрическая схема содержит в своем составе такие элементы различных типов и номиналов.

Что это такое

Конденсатор — электрический двухполюсник (элемент с двумя выводами) с постоянным или изменяемым значением емкости. Обладает бесконечно большим сопротивлением постоянному току.

Простейший конденсатор

Важно! Бесконечно большим сопротивлением обладает идеальный конденсатор. Реальные устройства имеют ток утечки, который необходимо учитывать во многих случаях применения.

Основное назначение устройства — накопление энергии электрического поля и заряда.

Обратите внимание! Несмотря на то, что конденсаторы являются самостоятельными элементами, емкостью обладают любые другие устройства, даже диод и транзистор.

Характеристики

Как элемент электрической цепи, конденсатор имеет такие параметры:

• Электрическая емкость, которая характеризует свойство накапливания электрического заряда.
• Номинальное напряжение. Значение напряжения на обкладках, при котором элемент в течении срока службы сохраняет свои параметры.

При работе с электрическими цепями необходимо учитывать паразитные параметры, которые являются нежелательными:

• Ток утечки, который появляется из-за несовершенства диэлектрика, качества изоляции обкладок.
• Последовательное эквивалентное сопротивление, которое складывается из сопротивления выводов, сопротивление контакта вывод-обкладка, внутренних свойств диэлектрика.
• Эквивалентная индуктивность, в которую входят индуктивность выводов и обкладок.
• Тангенс угла диэлектрических потерь, характеризующий электрические потери в конденсаторе на высоких частотах.
• Температурный коэффициент емкости, показывающий, как она меняется в зависимости от температуры.
• Паразитный пьезоэффект, проявляющийся как генерация напряжения при физическом воздействии на диэлектрик (тряска, вибрация).

Эквивалентная схема

Устройство конденсатора

Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных слоем диэлектрика. Емкость (способность накапливать электрический заряд) увеличивается с ростом площади пластин и с уменьшением толщины изолирующего слоя.

Параметры простейшей конструкции слишком малы. Для ее увеличения есть два пути:

• Увеличение площади обкладок, что приводит к увеличению габаритов.
• Уменьшение толщины диэлектрика, приводящее к снижению номинального рабочего напряжения из-за электрического пробоя.

Для того, чтобы избежать перечисленных проблем, разработаны специальные конструкции. Например, если сделать обкладки небольшой ширины и большой длины, то их можно вместе с гибким диэлектриком свернуть в плотный цилиндр, получится цилиндрический конденсатор. Размещая пластины с диэлектриком попеременно, в виде слоеного пирога и чередуя подключение к выводам, получается прямоугольный компонент с большой эффективной площадью обкладок.

Разные типы конструкции

Еще один путь — использование в качестве диэлектрика тонкого оксидного слоя на поверхности металлической фольги и раствора проводящего электролита в качестве второй обкладки. Таким образом получается электролитический конденсатор, конструкция которого обладает самой большой емкостью.

Важно! Такие устройства имеют недостаток — соблюдение полярности подключения, что ограничивает их применение только в цепях постоянного тока в качестве сглаживающих фильтров.

В чем измеряется

Единицей емкости служит фарада. Но это очень большая величина и лишь некоторые специальные типы устройств имеют величину несколько фарад.

Обычно используются кратные величины:

• Микрофарада — 10-6 фарады— мкФ, µF.
• Нанофарада — 10-9 фарады— нФ, nF.
• Пикофарада — 10-12 фарады— пФ, pF.

Довольно часто в устройствах встречается последовательное и параллельное соединение. Как определить емкость соединенных конденсаторов? Результирующее значение для таких соединений рассчитывается по-разному.

Параллельное и последовательное соединение

Параллельное соединение

При параллельном соединении емкости всех элементов суммируется. Номинальное рабочее напряжение равняется наименьшему из соединенных элементов

Последовательное соединение

В данном случае, чтобы узнать результирующую емкость, придется прибегнуть к расчетам.

Для двух элементов:

С = С1·С2/(С1+С2)

Для трех элементов:

С=(С1·С2+С1·С3+С2·С3)/(С1+С2+С3)

Напряжение равняется сумме напряжений на каждом элементе.

Важно! Напряжение на отдельных конденсаторах распределяется неравномерно, а пропорционально емкости.

Приборы для измерения емкости

Специальные приборы для измерения емкости используют различные принципы. Наиболее распространены такие:

• Измерение реактивного сопротивления;
• Измерение частоты резонанса колебательного контура.

Первый тип приборов наиболее распространен. Принцип их работы основан на том, что конденсатор обладает реактивным сопротивлением, обратно пропорциональным частоте приложенного напряжения. То есть, чем выше частота сигнала, тем меньше сопротивление.

На клеммах прибора присутствует напряжение заданной величины и частота, а шкала уже откалибрована в единицах емкости, поэтому никаких вычислений производить не надо, за исключением учета положения входных переключателей.

Цифровые приборы для измерения емкости в эксплуатации еще проще. На цифровом индикаторе сразу показывается значение измеряемого параметра.

Цифровой измеритель

Для устройств второго типа используется явление резонанса — скачкообразное измерение параметров колебательного контура из соединенных конденсатора и катушки индуктивности.

Для определения емкости измеряемый элемент подключается к катушке индуктивности с точно определенными параметрами. Изменяя частоту сигнала, добиваются резонанса и отсчитывают в этот момент емкость конденсатора на шкале прибора.

Также как и первые, эти устройства могут быть аналоговыми или цифровыми.

Наиболее часто используются комбинированные измерительные устройства, которыми можно измерять дополнительно индуктивность и сопротивление — RLC-метры.

Измеритель RLC

Специальный измеритель может определять эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, ESR) и тангенс угла потерь.

Оценить емкость электролитического конденсатора можно, используя обычный мультиметр в режиме измерения сопротивления. Время заряда косвенно будет свидетельствовать о величине емкости (Чем больше величина, тем медленнее будут изменения показаний).

Как правильно измерять емкость

Как измерить ёмкость конденсатора, не имея специального оборудования? Нужно определить величину тока, протекающую через цепь с конденсатором и падение напряжения на нем. Значение измеряемого параметра вычисляют на основании формулы:

Xc = 1/2·π·f·C,

Где Хс — реактивное сопротивление конденсатора,

π — число пи, равное 3.14,

f — частота тока.

Из приведенной формулы можно найти значение емкости:

С = 1/2·π·f·Хс

Реактивное сопротивление Хс находят из показаний измерительных приборов:

Хс = U/I.

Самостоятельное измерение емкости конденсаторов при помощи простейших приборов достаточно трудоемкое и не дает необходимой точности. Лучшие результаты можно получить, используя специализированные измерительные устройства.

Перевод единиц измерения Ёмкости электрической, электрической емкости, маркировка конденсаторов — таблица

	Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Алфавиты, номиналы, единицы / / Перевод единиц измерения величин. Перевод единиц измерения физических величин. Таблицы перевода единиц величин. Перевод химических и технических единиц измерения величин. Величины измерения. Таблицы соответствия величин.  / / Перевод единиц измерения Ёмкости электрической, электрической емкости, маркировка конденсаторов — таблица Поделиться:    Перевод единиц Ёмкости электрической, электрической емкости, маркировка конденсаторов — таблица + Таблица перевода величин емкостей и обозначений конденсаторов Перевести из: Перевести в: Ф абФ Ф до 1948 г. μФ статФ 1 Ф = фарада = F = farad (единица СИ) это: 1,0 1.0×10-9 1.000495 1.0×106 8.987584×1011 1 абФ = Абфарад = Abfarad = единица СГСМ = EM unit это: 1.0×109 1,0 1.000495×109 1.0×1015 8.987584×1020 1Ф до 1948 г. = «farad international»: 0.999505 9.995052×10-10 1,0 9.995052×105 8.9831369×1011 1 микрофарад = μФ = μF: 1.0×10-6 1.0×10-15 1.000495×10-6 1,0 8.987584×105 1 Статфарад = статФ = Statfarad = единица СГСЭ = ES unit это: 1.112646×10-12 1.112646×10-21 1.131968×10-12 1.112646×10-6 1,0 Таблица перево

как найти, отчего зависит напряжение на этом элементе

Конденсатор — это электротехнический элемент, позволяющий накапливать заряд. Самая простая его форма представляет две пластины, разделенные слоем диэлектрика. Если на пластины подать напряжение, то оно сохранится какое-то время после его снятия. Важно знать, в чем измеряется емкость конденсатора, для правильного построения схем с этими элементами.

Применение в технике

Конденсаторы применяются в различной электро- и радиоаппаратуре. Эти элементы способны накапливать заряд и поддерживать напряжение (например, сетевое) на должном уровне во время незначительных перебоев с питанием. Конденсаторы большой емкости сами используются как питающие элементы для малогабаритной мобильной аппаратуры. Они еще называются ионисторы. Их недостатком является необходимость частого подзаряда.

Большое значение имеют эти элементы и в фильтрующих устройствах, приборах, задача которых не пропустить помехи в полезный сигнал, или уловить нужный сигнал в постоянном напряжении повышенного уровня.

Без конденсаторов не обходится ни один генератор переменного сигнала. Их назначение — задать частоту генерации, период и другие временные параметры. Здесь используются очень точные элементы, с допуском по номиналу не более 1%.

Конденсаторы бывают как постоянной, так и переменной емкости. Элементы переменной емкости используются в аппаратуре, требующей настройки на разные частоты. Например, это широко используется в настройке радиочастот в FM -приемниках.

Формулы для расчета конденсаторов

Для решения задач техники и прикладных теоретических расчетов нужно знать законы, по которым электрические величины взаимодействуют друг с другом. Эти законы выражаются формулами. Например, напряжение на конденсаторе зависит от его емкости и заряда, накопленного им.

Определение емкости

Это значение зависит от нескольких параметров. Чтобы его рассчитать, нужно знать, в чем измеряется емкость конденсатора. Эта величина эквивалентна тому, сколько кулон заряда накапливается элементом при напряжении в 1 вольт, приложенном к нему. Измеряется она в фарадах. Емкость этих элементов зависит также и от их формы.

• Плоские конденсаторы — самая простая разновидность накопителей заряда. Как найти емкость конденсатора, имеющего плоскую форму, можно узнать, если определить все параметры, влияющие на это. На его емкость влияет расстояние между его обкладками (токопроводящие пластины) d, площадь самих обкладок S, диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками ε и электрическая постоянная ε0, которая равна 8,85 ⋅ 10^-12 фарад на метр. Формула конденсатора такова:

С = ε ⋅ ε0 ⋅ S/d

• Цилиндрический конденсатор также состоит из двух заряженных обкладок, обе они имеют форму цилиндров, расположенных один внутри другого. Внутренний цилиндр цельный, внешний — полый. Расстояние между обкладками равно разности радиусов этих цилиндров. Формулу емкости конденсатора можно представить такой же, как в предыдущем случае, с той разницей, что площадь обкладок рассчитывается исходя из их высоты и радиуса:

С = 2 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ h ⋅ R вн /(R нар — R вн) = ε ⋅ ε0 ⋅ S / d

где h — высота обкладки,

Rвн — внутренний радиус, R нар — наружный радиус,

π = 3,14.

• Зарядом может обладать не только тело с двумя обкладками, но и проводящий шарообразный объект. Если подать на него напряжение, а потом измерить потенциал между ним и землей, то потенциал будет ненулевым. Формула для расчета шарообразного накопителя заряда:

С = 4 ⋅ π ⋅ ε ⋅ ε0 ⋅ R

где R — радиус шара.

Если в формулу подставить радиус Земли и диэлектрическую проницаемость воздуха, можно получить значение емкости Земли в фарадах. После расчетов:

С (Земли) = 700 микрофарад

Такую емкость могут иметь современные электролитические конденсаторы.

Если разместить один шар внутри другого и подать между ними напряжение, то полученная конструкция тоже будет накапливать заряд между поверхностями шаров. Определение емкости такой конструкции можно провести по формуле:

С = ε ⋅ ε0 ⋅4⋅π ⋅ R1 ⋅ R2 / (R2 — R1)

где R2 и R1 — радиусы соответствующих шарообразных поверхностей.

Емкость конденсатора зависит также и от типа используемого диэлектрика. Наиболее распространены керамические, электролитические, бумажные, воздушные и слюдяные наполнители.

Вычисление энергии

Накопители заряда обладают и другими параметрами. Один из них — это энергия. При зарядке конденсатора на его обкладках накапливается потенциальная энергия.

Она создаёт силу, притягивающую разноименно заряженные пластины, а также ток, который питает электроприборы, если использовать ионистор как источник питания. Энергию можно выразить как зависимость от напряжения обкладок и емкости:

W = C ⋅ U ² /2

Ток утечки через диэлектрик

Ток утечки появляется в элементе, если есть пути протекания электрического тока с одной обкладки на другую. Чем менее изолирующими свойствами обладает диэлектрик, тем больше будет ток утечки. Особенно это применимо к конденсаторам с диэлектриком в виде промасленной бумаги. Этот параметр зависит и от конструкции элемента, и от загрязненности его корпуса. Если элемент негерметичен, ток утечки может увеличиваться при проникании влаги внутрь корпуса. Этот ток можно рассчитать по закону Ома:

I ут = U/R d

где I ут — ток утечки,

U — напряжение на обкладках,

R d — сопротивление изоляции диэлектрика.

Соединение элементов

При создании схем применяется различное соединение элементов. Элементы схемы могут быть соединены:

• Параллельно;
• Последовательно;
• Параллельно — последовательно (смешанно).

Как найти ёмкость параллельно соединенных элементов? Нужно понять, что является общим при таком типе соединения. Так как напряжение прикладывается одновременно ко всем обкладкам, то оно является общим. Заряд же будет для каждого своим. По формуле:

q = C ⋅ U, здесь q — суммарный заряд, то есть

q = ΣC i ⋅ U = U ⋅ ΣC i

С общее будет равняться сумме всех С.

При последовательном соединении элементов общим для всех них будет заряд. В то же время напряжение будет для каждого из них разным, и общее будет складываться из всех по отдельности.

U = q / C, здесь U — сумма напряжений на всех элементах

U общее = q ⋅ Σ (1/ C i)

1/С общее = 1/С 1 +1/С 2 +… +1/C i

При таком соединении значение общей емкости будет меньше самого маленького значения этой величины в группе.

В случае использования смешанного соединения необходимо вычислить отдельно общую емкость для параллельного и отдельно для последовательного соединения. После этого по формуле последовательного соединения найти общее для двух получившихся величин значение.

В чем измеряется емкость конденсатора?

Давайте начнем с предложенной Вами задачи. Основой для ее решения является формула, определяющая емкость:

   

Переведем данные из задачи в единицы системы СИ: нКл=Кл; кВ=В. Теперь можно вычислить емкость конденсатора:

   

Теперь разберемся, в чем измеряется емкость конденсатора. Емкость конденсатора, как и емкость любого другого проводящего тела, измеряется в фарадах. Обозначается фарада буквой (Ф). Название данная единица получила в честь М. Фарадея. 1Ф равен емкости конденсатора, если заряд его пластин равен 1 Кл, а напряжение между обкладками 1 В. Если фарад выражать через основные единицы системы СИ, то получим: Ф=Aкг м.
1 Ф – это очень большая емкость. Если рассматривать уединенный проводник в виде шара, то электроемкость проводника, радиус которого был бы равен радиусу Земли, составил бы всего около Ф.
Поэтому часто на практике используют пикофарады (пФ): 1 пФ=Ф; нанофарады: 1 нФ=Ф; микрофарфды 1 мкФ=Ф.

Тогда ответ в нашей задаче удобнее записать как пФ.
Подробнее о конденсаторах можно прочитать в ответах на вопросы: «Как работает конденсатор?», «Каково обозначение конденсаторов на схеме?», «Для чего нужен конденсатор?», «Как измерить емкость конденсатора?».

Что такое емкость конденсатора? :: SYL.ru

Конденсатор является одной из самых важных частей любой мало-мальски сложной схемы. Наибольшую ценность для нас представляет его емкость. Что это такое? Как она измеряется? Какие есть нюансы? Эти, а также и другие вопросы будут рассмотрены в рамках статьи.

Это название характеристики проводника, которая обозначает возможность накопления электрического заряда. В теории электрических цепей так называют взаимную ёмкость, существующую между двумя разными проводниками. Она определяется как соотношение размера заряда к разности потенциалов между ними.

Измерение емкости

Международная система единиц для обозначения использует фарады, а СГС – сантиметры. Одиночный проводник имеет ёмкость, которая равна отношению заряда к потенциалу. При этом считается, что все другие подобные устройства находятся на бесконечном расстоянии и что их потенциал равен нулю.

Что такое конденсатор?

Это двухполюсник, обладающий переменным или определенным значением ёмкости и малой проводимостью. Данное устройство может копить заряд и энергию электрического поля. Конденсатор относится к пассивным электронным компонентам. Его примитивная конструкция может иметь два электрода, выполненных в форме пластин, которые разделены диэлектриком. Последний имеет малую толщину (если сравнивать его с обкладками). Но на практике широкое распространение нашли устройства, которые обладают многослойными диэлектриками и электродами. Они могут быть выполнены в виде ленты, где чередуются обе части, или сворачиваются в параллелепипед, у которого скруглены четыре ребра, или цилиндр.

Ёмкость

Давайте более детально рассмотрим этот параметр. Напомню, что он характеризирует возможность накапливания конденсатором электрического заряда. На приборы всегда наносят номинальную ёмкость. А вот реальная может сильно варьироваться в зависимости от многих факторов. Данный показатель говорит о реальных электрических свойствах. Он может быть размером как в несколько единиц пикофарад, так и в тысячи микрофарад. Отдельный класс конденсаторов (ионисторы) могут похвастаться значениями вообще в несколько фарад. Отдельного внимания заслуживает каждый тип, но в конце будет рассмотрен только плоский как пример реализации. Чтобы получить большую емкость, чем есть в наличных конденсаторах, их соединяют параллельно. Напряжение между обкладками у них всегда одинаковое. Чтобы получить ёмкость батареи, необходимо просуммировать характеристики каждого из конденсаторов. Если устройства, расположенные параллельно, имеют ещё и одинаковое расстояние между своими обкладками, и их диэлектрики действуют по одному принципу, то они все рассматриваются как одно целое. Для достижения одинаковых зарядов необходимо устройства соединять последовательно. В таких случаях емкость будет всегда меньше, чем у конденсатора с минимальным значением. Но и возможность пробоя значительно уменьшается благодаря тому, что на одно устройство приходится только часть потенциала источника напряжения. При одинаковой площади обкладок все конденсаторы представляются в виде одного большого прибора.

Удельная ёмкость

Это соотношение ёмкости к массе или объему диэлектрика. Чем он тоньше, тем выше будет показатель. Негативной стороной повышения удельной ёмкости является то, что возрастают риски пробоя.

Плотность энергии

Она зависит от особенностей конструктивного исполнения электролитического конденсатора. Максимальная плотность бывает исключительно у больших конденсаторов. Это возможно благодаря тому, что масса корпуса является небольшой сравнительно с весом электролита и обкладок.

Давайте рассмотрим конденсатор EPCOS B4345. Он обладает емкостью в 12 000 мкФ. Максимально допустимое напряжение составляет 450 В. А общая масса равняется 1 килограмму и 900 граммам! При этом плотность энергии достигает показателя в 639 (845) Дж/кг (Дж/л). Где же могут найти себе применение конденсаторы с такими характеристиками? Иметь параметры указанного размера нужно там, где устройство необходимо использовать как накопитель энергии, чтобы в последующем резко её освободить. Пример использования – пушка Гаусса.

Емкость плоского конденсатора

Как и было обещано ранее, сейчас рассмотрим пример. Для начала давайте ознакомимся с одной небольшой формулой:

ЕПК=ДП*ЭП*П/Р, где

• ЕПК – емкость плоского конденсатора.
• ДП – диэлектрическая проницаемость среды, которая заполняет пространство, находящееся между пластинами. В вакууме этот показатель равен единице.
• Р – расстояние между пластинами конденсатора.
• ЭП – электрическая постоянная. Численно она равна 8,854187817·10⁻¹² Ф/м (справедливо в случаях, когда Р значительно меньше линейного размера пластин).
• П – площадь металлической пластины, которая расположена в конденсаторе.

Давайте подведём итог уравнения. Из преведенной выше формулы можно сделать заключение, что емкость у плоских конденсатором напрямую зависит от размера устройства, его формы, а также диэлектрической проницаемости. Учтобы создать прибор с большей характеристикой, необходимо будет сделать два действия:

• уменьшить толщину слоя диэлектрика в устройстве;
• увеличить площадь пластин, которые используются в конденсаторе.

Опасность разрушения

Взрывом электролитического конденсатора опытного практика удивить сложно. В качестве причины выхода из строя чаще всего называют перегрев устройства, который происходит из-за утечки или увеличения последовательного эквивалентного сопротивления. В повседневной жизни часто с таким встречаются владельцы компьютеров, у которых конденсаторы находятся около источников повышенного тепловыделения (в роли которых часто выступают радиаторы охлаждения). Чтобы избежать повреждения других деталей, а также травматизма, во многих моделях имеется вышибной предохранительный клапан. Также может быть нанесена насечка корпуса. Когда происходит повышение внутреннего давления, то пробой совершается, как правило, в помеченном месте. Это из-за того, что вырваться в данной точке энергии значительно легче. При этом обычно обходится без взрыва.

Применение на практике

Какую особенность имеет емкость конденсатора на практике? Она необходима в случаях, когда необходимо выбросить значительное количество энергии. В видимом для нас спектре их практическое применение обычно является незаметным. Но всё же можно убедится, что всё именно так. Примером этого являются случаи, когда емкость конденсатора используется в рельсотронах или других подобных устройствах. Главное в них – высвободить за доли секунд значительные объемы энергии, которые при этом будут двигаться в направлении, указанном человеком.

Заключение

Вот и закончен обзор ёмкости конденсатора – самого важного параметра данного устройства. Чем большая ёмкость конденсатора используется, тем осторожнее требуется работать с ним на практике. Так, старые устройства, которые изготавливались в герметичных оболочках, при внезапном выходе из строя могут нанести значительные повреждения человеку. Подобные замечания можно высказать и относительно дешевых конденсаторов, которые привозят к нам из Китая.