Ⅰ 電容的種類、電容的測量方法
電容指南
第1講：電容的特性(隔直通交)
電容器是一種能儲存電荷的容器．它是由兩片靠得較近的金屬片，中間再隔以絕緣物質而組成的．按絕緣材料不同，可製成各種各樣的電容器.如：雲母．瓷介．紙介，電解電容器等．在構造上，又分為固定電容器和可變電容器．電容器對直流電阻力無窮大，即電容器具有隔直流作用.電容器對交流電的阻力受交流電頻率影響，即相同容量的電容器對不同頻率的交流電呈現不同的容抗.為開么會出現這些現象呢\'這是因為電容器是依靠它的充放電功能來工作的，如圖1，電源開關s未合上時．電容器的兩片金屬板和其它普通金屬板—樣是不帶電的。當開關S合上時，如圖2所示，電容器正極板上的自由電子便被電源所吸引，並推送到負極板上面。由於電容器兩極板之間隔有絕緣材料，所以從正極板跑過來的自由電子便在負極板上面堆積起來．正極板便因電子減少而帶上正電，負極板便因電子逐漸增加而帶上負電。電容器兩個極板之間便有了電位差，當這個電位差與電源電壓相等時，電容器的充電就停上了．此時若將電源切斷，電容器仍能保持充電電壓。對已充電的電容器，如果我們用導線將兩個極板連接起來，由於兩極板間存在的電位差，電子便會通過導線，回到正極板上，直至兩極板間的電位差為零．電容器又恢復到不帶電的中性狀態,導線中也就沒電流了．電容器的放電過程如圖3所示．加在電容器兩個極板上的交流電頻率高，電容器的充放電次數增多；充放電電流也就增強；也就是說．電容器對於頻率高的交流電的阻礙作用就減小,即容抗小,反之電容器對頻率低的交流電產生的容抗大．對於同一頻率的交流電電．電容器的容量越大，容抗就越小，容量越小,容抗就越大.
第2講:電容器的參數與分類
在電子產品中，電容器是必不可少的電子器件，它在電子設備中充當整流器的平滑濾波、電源的退耦、交流信號的旁路、交直流電路的交流耦合等。由於電容器的類型和結構種類比較多，因此，我們不僅需要了解各類電容器的性能指標和一般特性，而且還必須了解在給定用途下各種元件的優缺點，以及機械或環境的限制條件等。這里將對電容器的主要參數及其應用做簡單說明。
1. 標稱電容量（ C R ）。電容器產品標出的電容量值。雲母和陶瓷介質電容器的電容量較低（大約在 5000pF 以下）；紙、塑料和一些陶瓷介質形式的電容器居中（大約在 0.005uF~1.0uF ）；通常電解電容器的容量較大。這是一個粗略的分類法。
2. 類別溫度范圍。電容器設計所確定的能連續工作的環境溫度范圍。該范圍取決於它相應類別的溫度極限值，如上限類別溫度、下限類別溫度、額定溫度（可以連續施加額定電壓的最高環境溫度）等。
3. 額定電壓（ U R ）。在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續施加在電容器上的最大直流電壓或最大交流電壓的有效值或脈沖電壓的峰值。電容器應用在高電壓場和時，必須注意電暈的影響。電暈是由於在介質 / 電極層之間存在空隙而產生的，它除了可以產生損壞設備的寄生信號外，還會導致電容器介質擊穿。在交流或脈動條件下，電暈特別容易發生。對於所有的電容器，在使用中應保證直流電壓與交流峰值電壓之和不得超過電容器的額定電壓。
4. 損耗角正切（ tg δ ）。在規定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無功功率為損耗角正切。在實際應用中，電容器並不是一個純電容，其內部還有等效電阻，它的簡化等效電路如附圖所示。對於電子設備來說，要求 R S 愈小愈好，也就是說要求損耗功率小，其與電容的功率的夾角要小。
5. 電容器的溫度特性。通常是以 20 ℃基準溫度的電容量與有關溫度的電容量的百分比表示。
6. 使用壽命。電容器的使用壽命隨溫度的增加而減小。主要原因是溫度加速化學反應而使介質隨時間退化。
7. 絕緣電阻。由於溫升引起電子活動增加，因此溫度升高將使絕緣電阻降低。
電容器包括固定電容器和可變電容器兩大類。其中固定電容器又可根據其介質材料分為雲母電容器、陶瓷電容器、紙 / 塑料薄膜電容器、
第3講:電容的類別和符號
電容的種類也很多，為了區別開來，也常用幾個拉丁字母來表示電容的類別，如圖1所示。第一個字母C表示電容，第二個字母表示介質材料，第三個字母以後表示形狀、結構等。上圖是小型紙介電容，下圖是立式矩開密封紙介電容。表1列出電容的類別和符號。表2是常用電容的幾項特性。
第4講: 電解電容極性的判別
不知道極性的電解電容可用萬用表的電阻擋測量其極性。
我們知道只有電解電容的正極接電源正（電阻擋時的黑表筆），負端接電源負（電阻擋時的紅表筆）時，電解電容的漏電流才小（漏電阻大）。反之，則電解電容的漏電流增加（漏電阻減小）。
測量時，先假定某極為「 + 」極，讓其與萬用表的黑表筆相接，另一電極與萬用表的紅表筆相接，記下表針停止的刻度（表針靠左阻值大），然後將電容器放電（既兩根引線碰一下），兩只表筆對調，重新進行測量。兩次測量中，表針最後停留的位置靠左（阻值大）的那次，黑表筆接的就是電解電容的正極。
測量時最好選用 R*100 或 R*1K 擋。 用萬用表判斷電容器質量
第5講:用萬用表判斷電容器質量
視電解電容器容量大小，通常選用萬用表的 R×10 、 R×100 、 R×1K 擋進行測試判斷。紅、黑表筆分別接電容器的負極（每次測試前，需將電容器放電），由表針的偏擺來判斷電容器質量。若表針迅速向右擺起，然後慢慢向左退回原位，一般來說電容器是好的。如果表針擺起後不再回轉，說明電容器已經擊穿。如果表針擺起後逐漸退回到某一位置停位，則說明電容器已經漏電。如果表針擺不起來，說明電容器電解質已經乾涸推失去容量。
有些漏電的電容器，用上述方法不易准確判斷出好壞。當電容器的耐壓值大於萬用表內電池電壓值時，根據電解電容器正向充電時漏電電流小，反向充電時漏電電流大的特點，可採用 R×10K 擋，對電容器進行反向充電，觀察表針停留處是否穩定（即反向漏電電流是否恆定），由此判斷電容器質量，准確度較高。黑表筆接電容器的負極，紅表筆接電容器的正極，表針迅速擺起，然後逐漸退至某處停留不動，則說明電容器是好的，凡是表針在某一位置停留不穩或停留後又逐漸慢慢向右移動的電容器已經漏電，不能繼續使用了。表針一般停留並穩定在 50 － 200K 刻度范圍內。
第6講：略談電解電容
一、電解電容在電路中的作用
1，濾波作用，在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之後接入一個較大容量的電解電容，利用其充放電特性，使整流後的脈動直流電壓變成相對比較穩定的直流電壓。在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產生變化，所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端一般接有數十至數百微法的電解電容．由於大容量的電解電容一般具有一定的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，故在其兩端並聯了一隻容量為0.001--0.lpF的電容，以濾除高頻及脈沖干擾．
2，耦合作用：在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前後兩級電路的靜態工作點相互影響，常採用電容藕合．為了防止信號中韻低頻分量損失過大，一般總採用容量較大的電解電容。
二、電解電容的判斷方法
電解電容常見的故障有，容量減少，容量消失、擊穿短路及漏電，其中容量變化是因電解電容在使用或放置過程中其內部的電解液逐漸乾涸引起，而擊穿與漏電一般為所加的電壓過高或本身質量不佳引起。判斷電源電容的好壞一般採用萬用表的電阻檔進行測量．具體方法為：將電容兩管腳短路進行放電，用萬用表的黑表筆接電解電容的正極。紅表筆接負極(對指針式萬用表，用數字式萬用表測量時表筆互調)，正常時表針應先向電阻小的方向擺動，然後逐漸返回直至無窮大處。表針的擺動幅度越大或返回的速度越慢，說明電容的容量越大，反之則說明電容的容量越小．如表針指在中間某處不再變化，說明此電容漏電，如電阻指示值很小或為零，則表明此電容已擊穿短路．因萬用表使用的電池電壓一般很低，所以在測量低耐壓的電容時比較准確，而當電容的耐壓較高時，打時盡管測量正常，但加上高壓時則有可能發生漏電或擊穿現象．
三、電解電容的使用注意事項
1、電解電容由於有正負極性，因此在電路中使用時不能顛倒聯接。在電源電路中，輸出正電壓時電解電容的正極接電源輸出端，負極接地，輸出負電壓時則負極接輸出端，正極接地．當電源電路中的濾波電容極性接反時，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源輸出電壓波動，另一方面又因反向通電使此時相當於一個電阻的電解電容發熱．當反向電壓超過某值時，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過熱而炸裂損壞．
2．加在電解電容兩端的電壓不能超過其允許工作電壓，在設計實際電路時應根據具體情況留有一定的餘量，在設計穩壓電源的濾波電容時，如果交流電源電壓為220~時變壓器次級的整流電壓可達22V，此時選擇耐壓為25V的電解電容一般可以滿足要求．但是，假如交流電源電壓波動很大且有可能上升到250V以上時，最好選擇耐壓30V以上的電解電容。
3，電解電容在電路中不應靠近大功率發熱元件，以防因受熱而使電解液加速乾涸．
4、對於有正負極性的信號的濾波，可採取兩個電解電容同極性串聯的方法，當作一個無極性的電容
本章小結:
電子製作中需要用到各種各樣的電容器，它們在電路中分別起著不同的作用。與電阻器相似，通常簡稱其為電容，用字母C表示。顧名思義，電容器就是「儲存電荷的容器」。盡管電容器品種繁多，但它們的基本結構和原理是相同的。兩片相距很近的金屬中間被某物質（固體、氣體或液體）所隔開，就構成了電容器。兩片金屬稱為的極板，中間的物質叫做介質。電容器也分為容量固定的與容量可變的。但常見的是固定容量的電容，最多見的是電解電容和瓷片電容。
不同的電容器儲存電荷的能力也不相同。規定把電容器外加1伏特直流電壓時所儲存的電荷量稱為該電容器的電容量。電容的基本單位為法拉（F）。但實際上，法拉是一個很不常用的單位，因為電容器的容量往往比1法拉小得多，常用微法（μF）、納法（nF）、皮法（pF）（皮法又稱微微法）等，它們的關系是：1法拉（F）= 1000000微法（μF） 1微法（μF）= 1000納法（nF）= 1000000皮法（pF）
在電子線路中，電容用來通過交流而阻隔直流，也用來存儲和釋放電荷以充當濾波器，平滑輸出脈動信號。小容量的電容，通常在高頻電路中使用，如收音機、發射機和振盪器中。大容量的電容往往是作濾波和存儲電荷用。而且還有一個特點，一般1μF以上的電容均為電解電容，而1μF以下的電容多為瓷片電容，當然也有其他的，比如獨石電容、滌綸電容、小容量的雲母電容等。電解電容有個鋁殼，裡面充滿了電解質，並引出兩個電極，作為正（+）、負（-）極，與其它電容器不同，它們在電路中的極性不能接錯，而其他電容則沒有極性。
把電容器的兩個電極分別接在電源的正、負極上，過一會兒即使把電源斷開，兩個引腳間仍然會有殘留電壓（學了以後的教程，可以用萬用表觀察），我們說電容器儲存了電荷。電容器極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個過程稱為電容器的充電。充好電的電容器兩端有一定的電壓。電容器儲存的電荷向電路釋放的過程，稱為電容器的放電。
舉一個現實生活中的例子，我們看到市售的整流電源在拔下插頭後，上面的發光二極體還會繼續亮一會兒，然後逐漸熄滅，就是因為裡面的電容事先存儲了電能，然後釋放。當然這個電容原本是用作濾波的。至於電容濾波，不知你有沒有用整流電源聽隨身聽的經歷，一般低質的電源由於廠家出於節約成本考慮使用了較小容量的濾波電容，造成耳機中有嗡嗡聲。這時可以在電源兩端並接上一個較大容量的電解電容（1000μF，注意正極接正極），一般可以改善效果。發燒友製作HiFi音響，都要用至少1萬微法以上的電容器來濾波，濾波電容越大，輸出的電壓波形越接近直流，而且大電容的儲能作用，使得突發的大信號到來時，電路有足夠的能量轉換為強勁有力的音頻輸出。這時，大電容的作用有點像水庫，使得原來洶涌的水流平滑地輸出，並可以保證下游大量用水時的供應。
電子電路中，只有在電容器充電過程中，才有電流流過，充電過程結束後，電容器是不能通過直流電的，在電路中起著「隔直流」的作用。電路中，電容器常被用作耦合、旁路、濾波等，都是利用它「通交流，隔直流」的特性。那麼交流電為什麼能夠通過電容器呢？我們先來看看交流電的特點。交流電不僅方嚮往復交變，它的大小也在按規律變化。電容器接在交流電源上，電容器連續地充電、放電，電路中就會流過與交流電變化規律一致的充電電流和放電電流。
電容器的選用涉及到很多問題。首先是耐壓的問題。加在一個電容器的兩端的電壓超過了它的額定電壓，電容器就會被擊穿損壞。一般電解電容的耐壓分檔為6.3V，10V，16V，25V，50V等。
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Ⅱ 數字化測量介質損耗角的方法
下面是中達咨詢給大家帶來關於數字化測量介質損耗角的方法，以供參考。
1、引言
高壓電氣設備中，對絕緣介質損耗的測試具有很重要的意義。在高壓預防性試驗中，介質損耗因素的測量屬於高准確度測量，通常是在被測試品兩端加以工頻50Hz的高電壓（10kV），使被測試品流過一個極其微小的電流，利用電壓與電流之間夾角的餘角δ的正切值來反映被測試品的介質損耗大小。這種高電壓、微電流、小角度的精密測量要求測量系統應具有很高的靈敏度和准確性，在現場條件下還需要具有較強的抗干擾能力。
過去介質損耗角的測量採用模擬測量方法，主要有諧振法、瓦特表法和電橋法，諧振法只適用於低壓高頻狀態下的測量。瓦特表法是由介質損失的功率和經過的電流計算求得，瓦特表法由於測量准確度低，現已基本淘汰。電橋法是採用交流電橋差值比較原理，准確度相對較高，其典型代表是西林電橋。由電橋平衡條件可得出被試品的電容值Cx及tanδ：CX=（R4/R3）CNtanδ=ωC4R4
目前數字化自動電橋其實只是採用數字化技術來調節電橋的平衡，而實際的測量原理仍然是用標准電容和電阻與被試品進行比較的模擬方法。其缺點是：
（1）測量程序復雜，操作工作量大，自動化水平低，易受人為因素的影響。
（2）隨鍵迅著輸變電工程電壓等級的提高，強電場干擾嚴重，使變電站高壓電器設備的tanδ測量誤差過大。
（3）當試驗電源有較大諧波干擾時，即使基波電壓已獲平衡，檢流計仍不能為零，不能排除與基波相近的諧波干擾。
2、幾種介損的數字化測量方法
數字化測量方法的原理是利用感測器從試品上取得所需的信號U和I，經前置預處理電路數字化後送至數據處理計算機或單片機，算出電流電壓之間的相位差△ψ，最後瞎凳得到tanδ的測量值，見圖2.
2.1過零電壓比較法
過零電壓比較法是測量兩個頻率相同，幅值相等，相角差小的正弦電壓波之間的相角差的方法。滿足上述條
這種方法的特點是電路簡單，對啟動采樣電路、A/D轉換電路要求不高，且以過零點附近兩個正弦波的平均電壓差來評價兩正弦波的相位差，所以抗干擾擾能力強。但要求滿足的測量條件十分苛刻，如要求兩個被測的正弦波諧波分量和諧波相位相等，增大了測量難度[1].
2.2過零時差比較法
這是一種將相位測量變為時間測量的方法其原理見圖3.系統先通過采樣電路捕捉電磨亮旅流和電壓信號的過零點（圖3（b），（c）），然後通過一系列的邏輯轉換電路形成寬度為△t的方波信號（圖3（d））。由於方波的寬度反映了電流電壓信號的相位差，所以通過測量△t即可求出試品的介損值。
該方法具有測量解析度高、線性好、易數學化的優點。但誤差因素有時對測量結果影響很大，從而限制了應用。其中最重要的誤差原因是由於零線漂移和波形畸變而導致信號過零點偏移。
2.3諧波分析法
諧波分析法就是用離散付立葉變換（DFT）對試品的電壓和電流信號進行諧波分析，得出基波，再求出介質損耗角。
高次諧波主要以3次和5次諧波為主，試品上的電壓和電流可表示為：
諧波分析法把對波形的處理放在後期的軟體程序中進行，簡化了硬體線路和結構，提高了系統可靠性。由於電網頻率不穩，加之同步采樣環節的誤差，造成對采樣信號做DFT時產生較大的誤差，所以在對信號DFT計算時應採取相應的措施盡量消除頻譜泄漏和柵欄效應帶來的誤差[2].
2.4自由矢量法
本方法的原理來自於電壓/電流法測量元件阻抗的原理，根據被測試品的端電壓相量和流過試品的電流相量之比，可以得到被測試品的阻抗相量，根據ZX的實部和虛部，進一步求得介質損耗角正切tanδ。設to時刻方向上的矢量為參考矢量時，見圖4，電壓和電流用矢量表示為：
自由矢量法實現的電路簡單、體積小、重量輕、價格便宜，但存在電源頻率不穩，波形不準，外界電磁場干擾等誤差因素，限制了該方法的准確度和應用。
2.5異頻電源法
異頻電源法的原理為在介質測量過程中，試驗電源頻率偏離干擾電源頻率，通過頻率識別和濾波技術排除干擾電源的影響。使用DFT或FFT可將異頻頻率波和干擾頻率波分辨開來。理論上只要滿足同步采樣條件，DFT或FFT就不會有泄漏效應，可准確地將異頻電源頻率所對應的頻譜抽取出來，也就可得到該頻率波的初相位。
實際上，介質隨頻率的變化而變化，這就出現不同頻率下的測量結果的等同性問題。異頻電源頻率不能偏離工頻太遠，否則測量結果與工頻下的介損值失去等同性，也不能偏離太近，這樣會增大頻率分辨的難度，同樣會造成較大的誤差[4].正弦電壓和電流在時域的表達式可寫為：
該方法要求A/D轉換的位數N不小於10，采樣率不低於1KHz[5].由於在方法的設計上把流過試品的電壓和電流理想化為標準的正弦波，沒有考慮信號中有諧波等干擾成分，容易造成測量的誤差。
以上介損的數字化測量方法之間並不是孤立的。例如在正弦波參數法和自由矢量法中，可先用諧波法濾除高次諧波，得到電壓和電流的基波再計算各個參數。而異頻電源的採用是為了克服工頻干擾，它幾乎可以應用到其他所有的數字化測量方法中。因每種測量方法的特點，過零時差比較法和過零點電壓比較法多用於現場及在線監測的測量儀器，而自由矢量法和正弦波參數法多用於攜帶型帶電檢測儀器。
3、結語
介損的數字化測量技術在不斷地發展和完善。數字化測量的優點在於它的智能化和多功能趨勢，特別是將後級處理與高壓設備絕緣的診斷專家系統聯系起來，實現自動檢測和診斷報警。介損的數字化測量是有著光明的發展前景，如何提高抗干擾能力和測量准確性仍是當前研究的課題。◎
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