LCR meter tutorial

Gepost door Jeroen Vreuls op donderdag 4 juli 2013 22:13

Modes

Een LCR meter heeft meestal meerdere modes, bereiken, signaalbronnen. Met modes bedoel ik in dit geval de mogelijkheden die je hebt als je een hoofd functie kiest. Ik zal ze per functie behandelen.

Capaciteit

Hier zie je bij een goede meter twee modes. Cs (serie capaciteit) en Cp (parallel capaciteit). Beetje verwarrend maar het slaat op de combinatie van weerstand en capaciteit. Hieronder zie je het vervangende model van een elco. Cp is gelijk aan Cs als de ESR verwaarloosbaar is ten opzichte van de reactantie (1 / (2πfC)) maar als dat niet het geval is dan wijken ze van elkaar af.

Model van een elcoModel van een elco

Ik zal hier niet alle wiskundige formules behandelen. Maar ik zal ze wel hier wel geven:

C_s = C_p(D^2 + 1)
C_p = C_s\frac{1}{D^2 + 1}
R_s = \frac{D}{\omega C_s} = \frac{1}{\omega C_p} \cdot \frac{D}{D^2 + 1}
G_p = D \omega C_p = \omega C_S \frac{1}{D^2 + 1}

Een goede meter geeft ook D dus zo kun je de correctie uitvoeren. Een voorbeeld. Een 470 µF elco meet 200 µF op 1 kHz met een D van 1.15. Dat is zo op het eerste gezicht een veel te lage capaciteit, dus een beroerde condensator.

Als de meter nu Cs aangeeft is de capaciteit inderdaad behoorlijk afgenomen. De opdruk is namelijk altijd in Cs. Maar als er Cp op je display staat dan is Cs dus de echte capaciteit in dit geval 464 µF en dat is maar 1,2 % te laag. Fraai, nu weten we dus nog niet of die condensator goed is... Gelukkig weten we dat wel, zelfs zonder ESR meter. Maar dat komt verderop.

Condensators kunnen een behoorlijk voltage coëfficiënt hebben. Vooral X7R en X5R achtige ceramische condensators. Dus die 10 nF op je LCR meter gemaakt voor in-circuit metingen meet met 0,5 V 10 nF terwijl het ding bij de 12 V waarop hij werkt nog maar 1 nF blijkt te zijn. Meetbruggen voor capaciteit gaan daarom vaak tot hoge spanningen. De GR1620 kan bv tot 300 VAC meten.

Zelfinductie

Ook hier is er Ls en Lp. De reden is gelijk aan hier boven. Alleen is de hulp parameter hier Q. Q is gelijk aan 1/D. Spoelen meten is echter heel moeilijk. Ze zijn er gevoelig voor het oppikken van rotzooi uit de omgeving, worden be´nvloed door metaal in de buurt (eddy currents) en ze veranderen in zelfinductie ten gevolgen van de stroom. Een stroom coëfficiënt dus. Bij luchtspoelen nauwelijks meetbaar maar bij spoelen met kern een behoorlijk grote factor.

Ook verandert bij sommige spoel soorten de schijnbare zelfinductie erg met frequentie. Dit geldt ook voor condensators. Maar met die eigenschappen kan ik pagina's vol schrijven. Hier noem ik ze alleen. Het beste meet je een spoel op werk frequentie en bij werkstroom.

Weerstand

Hier is er soms de keus tussen AC of DC weerstand. De AC stand is eigenlijk niets meer dan een ESR meting. Dus als je meter RAC kan meten heb je feitelijk al een ESR meter. Ook kan je hiermee bijvoorbeeld de Ri van een batterij meten (zie manual, niet zomaar aan een accu hangen).

Andere parameters

Binnen de functies geeft een goede LCR meter nog meer aan. Er zijn grofweg twee soorten meters. De simpele geven de impedantie aan en rekenen dat om naar capaciteit of zelfinductie. Dat is leuk als indicatie maar verder tamelijk nutteloos als je naar mogelijke problemen in onderdelen zoekt.

Een condensator met een ESR van 2 Ω op 1 kHz die 100 µF is zal op zo'n "foute" meter 62 µF meten. Dat is een forse fout. Een eenvoudige test, zet 100 Ω in serie met je condensator. De capaciteit (in Cs) van je meter moet gelijk blijven. Maar bijna elke meter die echt de pure grootheid meet geeft wat secundaire waarden aan.

Bij capaciteit is dat in ieder geval D (Dissipation factor, DF) maar vaak ook de verlieshoek en de ESR. Echter met een van deze parameters kun je de andere berekenen. Ze hebben namelijk allemaal met ESR te maken.

De serie weerstand (ESR) zorgt namelijk voor verlies, en dat dissipeert vermogen, zie daar D, en die weerstand zorgt voor een faseverschuiving tussen stroom en spanning. Bij een ideale condensator 90 graden. Bij een ideale weerstand 0 graden. De combinatie van beide ergens tussen in. ESR = Xc x D en 90 – arctan D is de fasehoek. Dit is frequentie afhankelijk. Op mijn website vindt je alles over ESR.

Bij zelfinductie is dat meestal Q of Rs. Hier geldt het zelfde als bij condensators alleen is Q = 1/D. Q zegt dus wat over het "gebrek" aan verlies. Q = Xl / Rs. Q meten is ook moeilijk omdat het erg afhankelijk is van frequentie maar ook van de belasting van de spoel. Als de meter heel hoogohmig is zal de Q aardig richting onbelaste Q gaan, is de meter heel laagohmig dan zal hij een te lage Q geven. Tenzij hij op de juiste manier meet. Namelijk de fase verschuiving tussen spanning en stroom. Meters die Q, Rs en fase geven doe dit bijna altijd. Dat zijn echter meestal alleen de duurdere meters.

Bij weerstand zijn er in de AC mode vaak zelfinductie of capaciteit als secundaire parameters.

G of geleiding behandel ik hier niet. Dat zit op maar heel weing apparaten en is bedoeld om met AC heel hoge weerstanden te meten. Het wordt ook Rp genoemd. Z is impedantie en bestaat uit Rs en jX, het echte weerstandsdeel en de reactantie. De tegenhanger is Y welke uit G en B bestaat. G is de omgekeerde van Rs, dus Rp en B de omgekeerde van de reactantie. Z is een serie situatie, Y een parallel situatie. Let wel, van een component bij LCR meters. In Cp of Rp moet je dus niet een R en C parallel hangen. Dat kan wel maar dan moet je fors gaan rekenen. De Rp is namelijk de equivalente interne R van de condensator. Je kan namelijk als reken model een interne serie weerstand vervangen voor een parallel weerstand.