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对于网上DIY的ESR 测试表的疑问

 bxud 2018-02-22
以下是转贴,对网络上被热炒的一些ESR测试仪的疑问,请坛友们谈谈自己的看法,谢谢:

网络上被热炒的一些廉价ESR测试仪,仅仅能够在线对电解电容进行判断,遇到击穿、漏电、电容究竟多大容量,这种电表是无能为力的。当然,如果采用矢量测试技术制作的ESR测试仪,应该说有可能测试出真正的ESR值,当然这有待验证。

网络上流行的简单的ESR测试仪,测试的根本就不是真正的ESR值,这个是一种误导,造成许多基础欠缺的操作者无所适从,结果是把一些规范的概念和名词弄混,这是需要提醒的!
当然,这类ESR测试仪也是有一些用处的,他们的测试原理类似万用表的电阻测试原理,万用表的直流电阻测试采用直流电作为测试信号,这里用交流电作为测试信号。将待测电容与直流电阻串联分压,实际上是容抗与电阻的比较,所以这类ESR测试仪测试的是电容的容抗,而不是真正的ESR值。容抗与频率成反比,而一个实际电容的ESR值与容抗不相关,对频率不是很敏感,要知道,所谓的ESR值指的是电容的等效串联电阻,换句话讲,就像一个理想电容与一个实际电阻串联,好的电容这个电阻越小越好,理想的电容这个电阻为零。同样道理,也可以用并联等效电路原理来描述实际的电容,即用一个理想电容与一个大电阻并联等效为一个实际的电容,毫无疑问,这里的并联电阻越大越好,最好无穷大,当然这是不存在的。明白了这些道理,灵活的使用串联等效或者并联等效去测量电容,就能够得出正确的结果,就能通过测试给出有价值的数据。

上述的ESR测试仪测试的是复合阻抗,其中真正的ESR值也在内,当测试信号频率太低、电容的容量太小等时,容抗远远大于真正的ESR值,此时就没有价值,只有真正的ESR值大于容抗时,测试的值中真正的ESR值才是主要的。理解的人不妨简单的推导和计算一下。
当然,不关这种方法测试的究竟是什么,即使是容抗和其他阻抗,在一定的条件下,这个仪器还是可以起到定性判断作用的。


DIY的ESR测试仪采用了较高的测试频率,比方说100KHZ,容量较大的电容在100KHZ时容抗很小,比方说一个10UF的电容的容抗只有0.2欧姆不到,更大的电容容抗更小,这就为这种测试仪测量串联等效电阻创造了条件。虽然这种仪器测试的并不是真正ESR值,但小的容抗使得我们采用这种简单手段就能根据所测值判断出电容的好坏。但是要用这种测试仪测试小电容或他的ESR值就难以实现,从理论上讲,似乎继续增加测试频率能够做到,但制作的难度与要求也增高不少,折腾的结果成本太高失去了意义。

四端(即四线)测量是根据抵消平衡原理用来减少精密测量中剩余参数的,直流低阻电桥就必须采用这种方式,这种电桥叫做开尔文电桥,是以发明者的名字命名的,具体原理感兴趣的可以参考关于电桥或电路网络方面的专著。

要弄清这些概念,首先要明白ESR还有阻抗等交流电路以及交流电路中元件参数的知识。

交流阻抗指的是电抗元件对交流电产生的类似直流电路中电阻的作用,阻抗依从于频率、并与频率成反比,通常,电容的这个阻力叫做容抗,电感叫做感抗,RLC三种元件任一两种或三种组合的通称叫阻抗;而ESR对于电容来说:一个实际的电容等效为一个理想电容与一个小电阻的串联,这个小电阻就是真正的ESR,同样道理,按照电路等效的原理,也可以用一个理想电容与一个并联大电阻来等效,串联等效时,要求这个电阻越小越好,并联等效电路中,电阻越大越好。


楼主购买的数字ESR测试仪,据资料介绍是采用同步检波技术实现的,如果是这样,测试的就有可能是真正的ESR值。ESR值从一个方面反应了电容的品质,虽然与数字电桥比较,后者的功能更全面和强大,一个百元左右的能够在线对电解电容作出判断的仪表,我想操作得当,作为一般维修人员的帮手还是不错的。

还有其他一些不是采用同步检波技术的ESR测试仪,笔者也进行了试验,尽管测试的不是真正的ESR值,如果电路得当,也能在线判断电解电容的好坏,只是用ESR定义不太确切,造成一些操作者对一些规范概念的模糊,这是需要提醒的。

自己DIY一个简单的在线电解电容判断仪也是不难的,下面是笔者闲来无事根据无线电杂志上介绍的原理制作的,20元左右买来一台MF47型的电表,把原来的电路板换掉,利用原来的表头与机壳,几个小时就弄成了。

笔者有数字电桥,电桥具有真正的ESR测试功能,两者进行简单的比对,两者测试的值是不同的,道理很简单,我在相关的帖子中已经阐述,这里不再重复。尽管这样,这个简单的测试仪测试的结果还是具有规律的,用于在线判断电解电容是有效的。当然事先要掌握它的规律,比方说用好的电容测试一下,看看不同的电容指示值为多少,把这些正常的数值列成一张参考数据表。

笔者在试验DIY的测试仪时,还遇到了一个有趣的现象,测试0.47UF的电容时,按照常理,至少有几个欧姆的阻值吧,有趣的是指针偏转到超过零!看起来这个电容的ESR阻值小到零还不行,哈哈,其实对于熟悉电路原理和电子仪器测试的人来说,这个问题好理解:被测电容与仪器电路中的元件和分布参数一起形成了谐振,这种情况测试的就毫无意义了。这是自然存在的现象,正规电子仪器也会有这种现象出现。

这类仪表毕竟功能有限,测试中总会有一些未知数,所以操作者在判断元件或电路时,有些时候需要从几个方面去实验,以免造成误判。
我的意思是如果你用伏安法测量一个兆欧级别的电阻,你用的是电压表内接的方法测,结果肯定差别很大,你可以说是仪器的问题,因为电压表内阻不够高。其实这种问题也可以说是操作者不能正确使用的问题,只要把电压表外接就可以避免这种问题的出现。如果按照您的这种说法,那就是说电压表内阻不够高,是仪器本身的问题。

电子领域没有完美的仪器存在,如果套用您的这种说法,电压表因为有内阻,电流表有内阻。。。都会影响测量电路的状态,得到的不真正的电压和电流。所以现在市场上卖的,我们讨论的电压表和电流表都是错的,并不能称为“电压表”和“电流表”。个人觉得:这种简单ESR仪器本来目的是测大容量的滤波用电解电容,而且漏液后的电解电容的ESR往往是复合阻抗中的绝大部分。所以说它测的是ESR也没太大的问题,就像我们说电压表测的就是电压一样。我想没人会去批驳我们现在卖的电压表不是真正的电压表,名称是错误的吧?

只要大家能明白真正的意思,对于普通人和一般爱好者没必要太死扣字眼。初中化学就经常说“硫化氢有臭鸡蛋的味道”,其实对吗?因果倒置的一句话,臭鸡蛋的味道是硫化氢产生的。但是谁会去扣字眼和老师叫板呢?
这几种方法测试的所谓ESR值并不是真实的,不同的电路产生的不同测试结果是正常的。但是他们测试出的数据表现的还是有规律可循的,我觉得不必过分追求这种仪器数据的可传递性,也没有必要过分追求精度。定性,自己测试一些正常的电容总结一些数据作为参考,准确的讲,类似电路产生的结果主要作为判断的依据,其实类似的测试仪叫做电解电容判断仪可能更贴切。
写这个文章的人有点太钻牛角尖了。

难道就因为测高电阻电压表内接会影响结果来否定电压表,因为测小电阻时电流表内接会影响结果来否定电流表。

任何仪器都有不足,要扬长避短,合理使用。如果使用仪器出了问题,那不是仪器的问题,是操作者的问题,是操作者不合格。特殊情况不能否认仪器的意义,难道一个普通摆摊修显示器电源的去花十几万,几十万买个专用的仪器测试真正的ESR有意义么。
文章是我写的,只要是真正从事技术的都需要有一个严谨心态,也提倡技术人员之间进行技术方面的广泛探讨!没有这种风气,缺乏这种共鸣,甚至没有包容,技术一词就会打折扣!

中国文化博大精深,不管在什么场合都不能词不达意。

仪器出了问题是一个很明确的概念,怎么会是操作者的问题?

ESR到底是什么,电子技术专著中有详细的论述,我仅仅是实话实说而已,经典的、被反复验证了的概念,从事电子技术的人必须服从,切切不可因为利益驱使或自己的一家见解随便去更改,这会误导涉世不深和基础知识不扎实的从业人员。当然,受过正规教育和对技术严谨的技术人员,他们是不会受到影响感到困惑的!

摆摊可以节省许多,但是如果愿意多学一点真正的电子技术理论和知识,而且又愿意花钱,结果肯定又是一样的!

[ 本帖最后由 JHXC 于 2011-2-26 14:33 编辑 ]

谢谢,明白一些了,但最近众多成功的DIY,那一种才是真正ESR,有小鬼头师傅的,还有那个EZM淘宝成品的,还有那个74hc14做的ESR表,从电路图看这些是真正的ESR表吗?

[ 本帖最后由 bigradio 于 2011-2-26 17:39 编辑 ]

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集中参数阻抗测试

随着大家对ESR测试仪的探讨,感兴趣的朋友有必要弄清楚交流电路中一些器件的测试,把这些理解了,许多似是而非的东西就不难明白。

对于网络上流行的ESR测试仪,不管是那种电路与电路结构,不管他们是否测试的是真正的ESR值,有一点是肯定的,那就是他们都可以在一定的条件下作为电解电容好坏测试和判断的依据,这对于电器行业的有关人员是有用的,特别是对于从事维修的从业人员,利用这种仪器实现在线测试是可行的。笔者重新温习了这方面的知识,也用电桥进行了实验测试,并且动手DIY了一款及其简单的仪表进行了实践,证明了一些自己也差点弄糊涂的一些概念。

不管是哪门技术,如果我们深入的去了解他们、如果我们试图从中找出一些替代简单的方法去解决实际问题,有一点是肯定的,那就是捣弄者最好去吃透这方面的理论知识,有了这些,举一反三才是可能的。这里很多朋友对电表精度和工艺的追求就是典型的例子。的确,一块百分之五误差的万用表可以用来修复一台电视机,但为什么又有那么多人追求更高的精度?也许,在有些人看来这是钻牛角尖,但这种钻牛角尖的作为最终会对进一步提高仪器的精度说不定作出贡献!一个能够在测试中得出高精度结果的仪器,一个在工艺上精益求精的仪器,并不是人们闲来无事,一个很简单的道理,现代科技的发展,需要高精度、高稳定度的技术才能实现非常复杂的系统,而这些系统正在代替人类去高速、高质量、高可靠性.......的为自身服务!

在电子技术领域,姑且把电器维修也纳入进去,据本人观察,这类人群中一部分人缺少基本的理论知识,多数还是用古老的办法在从业,能够继续从业说明这个行当还有利润空间,要想在这个领域有所前进跟上潮流,业内业外还有许多努力的余地。其中很重要的就是掌握扎实的理论功底,再有合适的操作手段,当然就缺少不了工具仪器了。

假如电子技术工作者精通基础理论,又有熟练的技巧,再加上测试测量手段,只要是这个行业就会游刃有余!

笔者从一本基础方面的书本上拍摄了一些关于集中参数阻抗测试的资料,首先得感谢前辈作者的贡献,贴上来供有兴趣的朋友参考。

[ 本帖最后由 JHXC 于 2011-2-26 19:02 编辑 ]

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我赞同JHXC老师的意见。
ESR表,从字面上理解,测出的是ESR值。但是目前常见的几种,其中的大部分只是测出了特定高频状态下的复合阻抗,虽然里面包含了ESR但并不是纯粹的ESR,这个事情不指出来,容易误导不明真相的初学者。
如果这种表能测出真正的ESR,误差不是很大,叫做ESR表是没什么问题的。如果测出的是特定条件下的复合阻抗,并且误差无法标定,并不适合各种场合的ESR测量,只适于业余条件下判断电容好坏和质量的参考,叫做“电解电容筛选器”、或者“复合阻抗测试仪”之类的名称应当是更恰当一些。
当然了,这类简易仪器对于手头缺乏专用仪器的初学者有其特定的意义,这个就不多说了。
作为论坛,应当是百花齐放百家争鸣,无论是对是错,把自己的观点和根据拿出来谈一谈应当是好事情。通过讨论,必定是使大家都有所收获。如果一些不恰当、不准确的说法和做法广为流行又无人质疑,大家都当老好先生,其结果是误导更多的人。

[ 本帖最后由 wbxms 于 2011-2-28 19:39 编辑 ]

其实测量电容的串联电阻不是除了电桥发就没有办法。我的方法如下,请各位拍砖。
1:给待测电容器加一个频率信号f测出Z1=Sqrt(Xc1*Xc1+r*r)
2:换一个频率2f测出Z2=Sqrt(Xc2*Xc2+r*r)
3:因容抗与频率是线性关系,所以Xc1=2Xc2
Z1*Z1=2Xc2*Xc2+r*r ;Z2*Z2=Xc2*Xc2+r*r 所以Z1*Z1-2Xc2*Xc2=Z2*Z2-Xc2*Xc2;Z1、Z2是可以测量出来的。
解方程求出Xc2 的值,再算出R来很容易。
只要用一片带AD 转换的单片机,加两个钟振,实现起来非常容易。取样就串电阻取样,在R 中减掉就可以了。
只要两个不同的频率就可以了,2f只是方便说明。


测量D值小的电容,这个方法没有明显效果。
因为,毫伏表精度不够,再者,电容的容抗X并不是与频率严格成正比的,比如,引线电感,会使它在高频时变成一个电感,而不是电容。
D值大的,直接测量电抗Z,得到的结果与ESR是接近的。
我以前,用多频点测试(扫频),试图得准确到ESR,但效果不大好。需找一个合适的频率,才能估测出高Q电容的ESR

谢谢许老师指点。我想:小介质损即Tgφ<0.05以下的陶瓷、涤纶、聚丙烯电容器的损耗角的准确测量比较难,但如过测量电解电容之类介损大约在1左右的电容器应该还是有一定准确度的。
电解电容之类的大容量电容器使用较低的频率测试可以减小分布参数的影响。

如果容量随频率变化不明显,D值又是1左右,这时,您的方法的优势就体现出来了。只是,这两个条件比较特殊,很多电容不满足。

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