เครื่องวัดความจุ

เครื่องวัดความจุไฟฟ้า (capacitance meter) เป็นอุปกรณ์ทดสอบทางไฟฟ้าที่มีจุดประสงค์ในการวัดความจุไฟฟ้า โดยส่วนใหญ่สำหรับตัวเก็บประจุแยกต่างหาก (capacitors) เครื่องวัดความจุไฟฟ้าทำงานโดยอาศัยความสัมพันธ์ที่เป็นสัดส่วนตรงระหว่างความจุไฟฟ้าและค่าคงที่เวลา

ความสัมพันธ์นี้ถูกใช้ในการวัดดังกล่าว ดังนั้น เราสามารถเริ่มต้นด้วยวงจร RC ง่ายๆ ที่มีแรงดันไฟฟ้าขาเข้า (voltage) VIN (แสดงด้านล่าง)

ในช่วงการชาร์จของตัวเก็บประจุ แรงดันไฟฟ้าที่ผ่านตัวเก็บประจุในขณะใดก็ตามคือ

เวลาที่จำเป็นในการชาร์จตัวเก็บประจุให้ได้ 63.5 เปอร์เซ็นต์ของแรงดันไฟฟ้าขาเข้าทั้งหมด
เรียกว่าค่าคงที่เวลา แทนด้วย ‘τ’.

สมมติว่าตัวเก็บประจุถูกชาร์จด้วยแหล่งกำเนิดกระแสคงที่ (current source) และตัวเก็บประจุจะปล่อยประจุผ่านตัวต้านทาน (resistor) ที่มีความต้านทานคงที่ ในการวัดความจุของวงจรนี้ เราสามารถใช้ IC ไทมเมอร์ 555 ร่วมกับอุปกรณ์ทดสอบดิจิตอลบางอย่าง การวัดความจุที่ชัดเจนคือการวัดระยะเวลาของการแกว่ง ค่าที่ได้สามารถอ่านได้โดยตรงในหน่วยนาโนฟารัดหรือไมโครฟารัดโดยเลือกขนาดของตัวต้านทานชาร์จให้เหมาะสม

เมื่อเทียบกับเทคนิคอื่นๆ ในการวัดความจุไฟฟ้า เครื่องวัดนี้สามารถวัดความจุของตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติกได้ถึงหลายหมื่นฟารัด

หากตัวเก็บประจุมีการรั่วไหล วิธีนี้จะทำให้ค่าความจุที่วัดได้น้อยกว่าค่าจริง วิธีนี้ยังเป็นตัวบ่งชี้พฤติกรรมของ ตัวเก็บประจุทดสอบ ในวงจรข้ามและวงจรเวลาส่วนใหญ่ แผนภาพบล็อกของเครื่องวัดความจุดิจิตอลพื้นฐานที่ใช้ IC ไทมเมอร์ 555 แสดงด้านล่าง

ที่นี่ เราสามารถเห็น IC ไทมเมอร์ 555 ในวงจร มันทำงานเป็น แอสตาเบิลมัลติไวบร์เรเตอร์ ความถี่ของมัลติไวบร์เรเตอร์นี้ถูกควบคุมโดยค่าความจุไฟฟ้าที่ไม่ทราบ (CX) ผลลัพธ์จากมัลติไวบร์เรเตอร์ถูกเชื่อมต่อกับ ตัวนับดิจิตอล ตัวนับนี้สามารถวัดความยาวของวงจรของสัญญาณสี่เหลี่ยม
ความยาวของวงจรของสัญญาณสี่เหลี่ยมที่สร้างโดยไทมเมอร์ 555 สามารถคำนวณได้ด้วยสูตร:

ที่จุดสูงสุดของเส้นโค้งการชาร์จ ตัวนับดิจิตอลจะถูกรีเซ็ต ณ จุดนี้ คล็อก 100 kHz จะถูกเปิดและส่งไปยังตัวนับ ต่อมา หลังจากการปล่อยประจุเสร็จสิ้น จอแสดงผลจะได้รับการอัปเดตและเราสามารถอ่านค่าของตัวเก็บประจุได้ ในการแสดงค่าความจุไฟฟ้าอย่างตรงไปตรงมาและถูกต้อง การเลือกกระแสชาร์จและความถี่อ้างอิงควรเหมาะสม

การป้องกันสายควรทำให้แน่นอน และสำหรับการวัดความจุต่ำ ควรมีความยาวสายสั้น เพราะความรบกวนจากความถี่ 50 Hz อาจทำให้เกิดความไม่เสถียรเล็กน้อย

คำแถลง: เคารพ ต้นฉบับ บทความที่ดีควรแชร์ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ