UT612: Narzędzie do rozładowywania kondensatorów (cz. 3)

PRZED POMIAREM ROZŁADUJ!

discharge_000To pierwsze, czego uczą. Terminale pomiarowe UT612 (podobnie jak wielu innych mierników RLC) nie mają zabezpieczenia napięciowego. Nie chodzi tu jednak o próby mierzenia napięcia (baaardzo zły pomysł!) – bo tego mierniki RLC nie robią. Ostrzeżenie to dotyczy kondensatorów. Jak wiecie, kondensatory są elementami elektronicznymi, które przechowują ładunek elektryczny. Między ich stykami panuje więc napięcie – które może być groźne dla miernika. Przed pomiarem kondensator trzeba rozładować.

Układ rozładowywania kondensatora

Układ do rozładowywania kondensatora jest bardzo prosty: składa się z rezystora szeregowo połączonego z kondensatorem.

discharge_001Rezystor działa tu jak obciążenie. Wpięty między styki kondensatora wymusza przepływ prądu. Ładunek zgromadzony w kondensatorze „wytraca” się jako ciepło na rezystorze.

Z tym układem wiążą się 2 kwestie:

  • Czas rozładowywania kondensatora,
  • Wymagana moc rezystora.

Czas rozładowywania kondensatora

Rozładowywaniem kondensatora rządzi stała czasowa:
\tau = R \cdot C

R to wartość rezystancji szeregowo dołączonej do kondensatora. C to pojemność kondensatora.

Po czasie \tau napięcie na kondensatorze spadnie do {1 \over 3} U_0 – jednej trzeciej napięcia początkowego. Całkowite rozładowanie kondensatora nastąpi po czasie 5 \cdot \tau

Innymi słowy:

  • Większy kondensator się dłużej rozładowuje,
  • Mniejszy rezystor szybciej rozładuje kondensator.

Dla przykładu, weźmy kondensator 10uF i rozładujmy go rezystorem 1000Ω (1kΩ). Ponieważ:
10uF = 10 \cdot 10^{-6} F

Wtedy:
\tau = R \cdot C = 1000 \cdot (10 \cdot 10^{-6}) = 10^4 \cdot 10^{-6} = 10^{-2} = 0.01[s]

Napięcie na tym kondensatorze rozładowywanym przez rezystor 1kΩ spadnie do {1 \over 3} U_0 po 0.01s. Napięcie spadnie do „0” po 0.05 sekundy.

Jeżeli jednak weźmiecie kondensator o pojemności 1mF, czas rozładowywania znacznie się wydłuży:
\tau = R \cdot C = 1000 \cdot 10^{-3} = 10^3 \cdot 10^{-3} = 10^{0} = 1[s]

Taki kondensator rozładuje się dopiero po 5s!

Moc rezystora

Kuszące jest zastąpienie rezystora mniejszym. Zgodnie z powyższymi wzorami, można by wtedy znacznie przyspieszyć proces rozładowywania kondensatora. W przykładzie powyżej: kondensator 1mF rozładowywaliśmy rezystorem 1kΩ. A gdybyśmy wzięli 10Ω:
\tau = R \cdot C = 10 \cdot 10^{-3} = 10^{-2} = 0.01[s]

Niestety: może to się skończyć spaleniem rezystora. Przeszkodą jest tu moc wydzielana na rezystorze. Wzór:
P = {{{U}^2}\over R}

Oczywiście napięcie na rozładowywanym kondensatorze spada szybko, ale w pierwszej chwili będzie równe napięciu, jakie ładowało kondensator (zakładając, że w pełni się naładował). Stąd moc na początku rozładowywania:
P_0 = {{{U_0}^2}\over R}

Problem zacznie się nawet przy kondensatorze pracującym w układzie 5V; rozładowywany rezystorem 10Ω:
P_0 = {{{U_0}^2}\over R} = {{{5}^2}\over 10}= {{25}\over 10} = 2.5[W]

Pamiętajcie, że standardowe rezystory mogą przenieść do 0.25W. Jeżeli taki zastosujecie – ulegnie spaleniu. A co będzie, jeżeli trafi się Wam kondensator naładowany do 50V?

W rezultacie wydaje mi się, że najbezpieczniejsze będzie zastosowanie rezystora „cementowego” 5W o rezystancji 1kΩ.

discharge_002Dla kondensatorów naładowanych do 50v wydzieli się na nim moc 2.5W – co pozostawia spory zapas.

Kondensator [C] Czas pełnego rozładowania [s]
 10nF 0.00005
 100nF 0.0005
1uF 0.005
 22uF 0.11
100uF 0.5
1mF 5
1F 5000

Do roboty!

Zbudujemy teraz mały gadżet do rozładowywania kondensatorów (do 50v):

discharge_003Do wykonania tego gadżetu będziecie potrzebowali:

  • Rezystor cementowy 1kΩ/5W,
  • Kilka klocków lego: wysoka 4 i płaskie denko 4,
    discharge_004
  • Narzędzia: wiertarka, mini-szlifierka, pistolet na klej.

Zbudowanie gadżetu to dosłownie chwila:

  1. Wydrążcie klocek 4 tak, żeby usunąć jego górną część pozostawiając zewnętrzne fragmenty pinów:
    discharge_005Otwór powinien być na tyle duży, żeby przeszedł przez niego rezystor.
  2. W górnym denku zróbcie 4 dziurki o średnicy trochę większej niż styki rezystora:
    discharge_006
    Rozstaw zewnętrznych dziurek powinien pasować do szerokości rezystora: discharge_007
  3. W zrobione dziurki przełóżcie styki rezystora:
    discharge_008
  4. Wystające styki zagnijcie w uszka:
    discharge_009
  5. Użyjcie gorącego kleju, żeby przykleić rezystor do podstawki:
    discharge_010
  6. Teraz zamontujcie dolną część:
    discharge_011discharge_014
  7. Jeszcze raz użyjcie klejarki, żeby ustabilizować rezystor w klocku:
    discharge_012
  8. Na koniec przykleiłem jeszcze kawałek koszulki z kabla o średnicy ok. 4mm:
    discharge_013W ten sposób nóżki kondensatora blokują się między koszulką a uszkami styków rezystora – i nie trzeba nic trzymać podczas rozładowywania:
    discharge_003GOTOWE!

Dodaj komentarz