Омметр + вольтметр + амперметр = мультиметр

A1. Общие указания к изготовлению экспериментальной установки

Идея задачи – заряжать конденсаторы током, подводимым омметром. Для двух старших диапазонов омметра, \(200~ кОм\) и \(2~ МОм\), ток небольшой и зарядка происходит достаточно медленно, чтобы отсчитывать показания по дисплею.

Конденсатор малой емкости нужен для того, чтобы относительно быстро убедиться в том, что максимальное напряжение, до которого заряжается конденсатор, значительно больше того, при котором достигается максимальное показание прибора на выбранном диапазоне измерений. После установления этого факта и измерения конденсатора меньшей емкости, можно уже за большее время измерить и большую емкость второго конденсатора.

В задаче используется простейший мультиметр, у которого нет возможности измерения емкости.

Соединяем проводом накоротко обкладки конденсатора, чтобы начать измерения с нулевым зарядом. Устанавливаем мультиметр в режим омметра. Потом подключаем конденсатор к мультиметру (входы \(\mathrm{COM}\) и \(\mathrm{V}\), \(\mathrm{mA}\), \(\mathrm\Omega\)).

По мере заряжения конденсатора, показание омметра увеличивается согласно достигнутому напряжению. Выждав несколько минут, отключаем конденсатор, переводим прибор в режим измерения напряжения и находим ЭДС источника. Для используемого в задаче типа мультиметра величины ЭДС для всех диапазонов (\(200 ~Ом\), \(20~ кОм\), \(20 ~кОм\), \(200 ~кОм\) и \(2 ~МОм\)) одинаковы и равны \(\approx 3 В\). (\(2.96 ~В\) – в «контрольном» мультиметре.)

При достижения некоторого значения «сопротивления» размыкаем цепь и переключаем мультиметр в режим вольтметра. Снова подключаем уже заряженный конденсатор к прибору. Напряжение на конденсаторе меняется достаточно медленно, так как входное сопротивление прибора в режиме вольтметра составляет \(1~ МОм\), (его можно, кстати, тоже определить). Таким образом можно измерить напряжение, соответствующее данному показанию омметра. Полученные результаты, позволяют вычислить величину балластного сопротивления для каждого диапазона измерений в режиме Омметра. Эти величины равны: \(1~МОм\) для диапазона \(2~МОм\), \(100~кОм\) для диапазона \(200~кОм\), \(10~кОм\) для диапазона \(20~кОм\), \(1~кОм\) для диапазона \(2~кОм\). Для диапазона \(200~ Ом\) измерить сопротивление точно не удается, но можно предположить, что «тенденция» сохраняется, и, следовательно, это сопротивление должно быть равно \(100~Ом\).

Зная сопротивление прибора на выбранном диапазоне и значение напряжения, до которого конденсатор, заряжается за некоторое время, измеряемое секундомером, можно вычислить емкость конденсатора. Вычисления дают значения, практически совпадающие с номиналами:

Ответ:

\(2.2 ~мФ\) и \(47~ мкФ\).

Для измерения сопротивлений утечки конденсаторов нужно пару разных конденсаторов в начале работы зарядить до максимально возможного напряжения (\(2.96~В\)) и оставить их в покое на все оставшееся время работы. В самом конце работы (примерно через \(2~часа\)) нужно измерить с помощью вольтметра напряжение, которое осталось на конденсаторах. Оно изменится весьма мало. По величине изменения напряжения можно найти сопротивления утечки.

Ответ:

Для конденсатора большой емкости сопротивление утечки равно примерно \(40~МОм\), а для конденсатора меньшей емкости сопротивление утечки равно примерно \(2~ГОм\).

Их отношение соответствует обратной величине отношения емкостей. Возможно, это связано с одинаковостью диэлектриков, использованных при изготовлении конденсаторов.

A2.

Источник: pho.rs/p/3896.