仪器仪表商情网 技术分析 随着法拉级超大电容器件生产与广泛应用，探讨其检测方案与仪器的设计，也伴随而行。据了解，目前专业的科研机构和生产企业，多采用恒流充放电、斜率取样，电脑运算，电脑显示电容量值与内阻ESR值。专业的检测设备复杂且昂贵。而现有LCR电桥技术，很难解决法拉级超大电容量的测试。为了适应一般性现场检测，并且尽量客观反映超大电容放电释能动态特性，这里探讨非恒流自然放电，设计衰减常数τ=RC=1，在定电阻的条件下，测控秒/法拉的技术方案。可实现不须电脑运算，直读电容量法拉值。并且，应用I//C工频变量设计50Hz准恒流源，直读ESR内阻值。还设计了充放电过程电流电压测控。这样，就构成超大电容检测·法拉仪。
一、秒/法测控，即S/F转换直读原理简述
由电工原理知道，在直流电路中，当时间常数τ=RC=1秒时，设定电阻R=1欧姆，这时的电容量必然为1法拉C=1F。这样，只须测出常数τ的时间秒（S），就能得到相对应的电容法拉（F）值。其关键在于设计自然衰减τ=1的测控装置。
目前，超大电容量规格宽广繁多，由毫法拉到千法拉（mF至KF），所以，设计的检测仪器应尽可能适应宽范的电容规格。同时，还应考虑不同ESR内阻对测试的影响。选择不同时间量程秒表（S），确定不同电阻R,合理组配，可以设计量程范围宽广的电容档位。
如果将表中时间量（秒）与电阻值（欧），纵横多项排列组合，便可设计多规格不同量程档位测试仪器。既能采用LED数码秒表，与测控电路配合构成数显直读方案，也可以设计编程智能方案。
二、自然衰减常数测控与0.368继电器设计
现时所能见到的超大电容单体标称电压有2.7V、3.0V、3.7V等规格，为了适应最低电压单体器件的测试，这里确定测试电压为2.5V。设计当τ=1时，取0.368×2.5V=0.9185V，为自然衰减终止电压。所以设计0.368继电器。当试品电容充至2.5V时，继电器动作，秒表计时走字，当电压衰减至0.9185V继电器返回，秒表停止。累计走字数显电容量值。如果放电电阻设计为1Ω，其被试电容一定会按秒/法拉（S/F）关系，反映电容量值。
0.368继电器与测控电路
电路图右边是自然衰减常数0.368继电器原理电路。由R1R2R3组成高阻输入电路。在AC12V电源供电条件下，输入信号1.5V继电器Jτ动作，能满足2.5V可靠启动。CX投入放电，Rτ上电压衰减至0.9185V时，Jτ返回。由R与C2组成的反馈，使Jτ返回在τ=1的自然衰减点上。电路中Q1Q2 Q3串并组成达林顿复合电路。D1D2D3是反向脉冲保护。C1是保证放电取样电阻Rτ为0.1Ω时，0.368继电器Jτ可靠动作。
三、测控过程简述
0.368自然衰减继电器测控原理如图所示。当CX充电至2.5V后，Jc/F继电器自动切换放电。Jτ动作起动LED秒表走字。放电过程Rτ上电压衰减。当URτ=0.368×2.5V=0.9185V时，Jτ返回秒表停。这时秒表走字累计数，即显示被试电容CX法拉值。
四、ESR内阻测试直读方案
由于超大电容的交流阻抗特小，对于1法拉至1000法拉（1F-1000F）电容量，其工频50Hz的交流阻抗为3.185×10-3Ω，至3.185×10-6Ω（3.185mΩ至3.185uΩ）。在串联等效电路里，相对正负极板与引线电阻值，远大于交流阻抗。因此，设计50Hz工频恒流电源，测试CX上工频电压降。以毫伏对应毫欧。不须运算，直读ESR内阻值。这里，应用C//I变量法，设计50Hz工频准恒流源与相应测试方案：
电路元器件选取：
UHL为工频恒流变量电压3.185V；C1—C4为恒流抑制电容；C1=10000uF，C2=1000 uF，C3=100 uF，C4=10 uF；VESR为AC200mV交流毫伏表以mv/mΩ·Ω直读超大电容的ESR内阻值。JESR为内阻测控继电器，C为隔直电容2uF；CX为被测试超大电容。
五、充放电过程中电流电压与ESR内阻测控
电路A段：为充电电源AC/DC转换，与工频恒流电源；
电路B段：为正向阀漏电流测控，当充电结束约2.5V至2.7V时，操控继电器Jma，其常闭接点打开，将Rma100Ω投入，同时常开接点按通DW，稳压2.6-2.8V，并联在RmA上毫伏表显示漏电流值。测试后，继电器JmA常闭接点短路RmA，使充电电流满足1A或10A。
电路C段：为充放电切换与测控电路，测试超大电容单体时，充电达2.5V-2.6V，继电器JC/F自动投入放电。并联在放电电阻Rτ上的常数继电器Jτ自动测控秒表，以S/F常量累计电容量值。DCA表头从RA=10mΩ上取电压mv，显示充放电过程电流值。
电路D段：为ESR内阻测控与四端测试超大电容CX电路。操控JESR继电器动作，将工频恒流源送入CX，同时接通VESR毫伏表，取电压降以mV反映mΩ或Ω。直读ESR内阻值。
六、整机电路设计：
上述各测试单元电路，如电容法拉值，充放电过程电流电压，充电结束漏电流值，以及内阻ESR值，可设计程控智能综合显示。
设计实用直读仪器。适当手控操作，由秒表显示超大电容量法拉值；由DCmV表显示充放电流电压值、漏电流值；由ACmV表显示内阻ESR值。
已设计应用的HR-2012CD，HR-2012（F），HR-2012（AH）均为实用型仪器。
* 文稿技术方案，仅为初始设计，未来引入智能完善方案，有兴趣者，请与文稿作者联系。
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