Cara Mengukur Kapasitansi Sangat Besar mis. Kapasitor Super / Ultra

Saya baru-baru ini memperoleh beberapa kapasitor ultra / super misterius dari saudara saya. Tampaknya dia tidak ingat spesifikasi atau bahkan merek ... Untuk lebih memperumit masalah, mereka tidak memiliki informasi identifikasi yang berarti dicap atau dicetak pada mereka. (Ada label kode batang dengan kode alfanumerik tetapi pencarian Google cepat menggunakan itu tidak menemukan apa pun.)

Sepertinya sudah waktunya untuk menyalakan Scooby-Doo Mystery Buss, karena sedang terjadi petualangan orang.

Pertama, saya pikir saya akan mencoba mengukur kapasitansi. Karena LCR meter saya tidak ditentukan untuk kapasitor besar seperti ini, saya harus berkreasi dengan peralatan pengujian saya.

Mempertimbangkan fisika dasar, kami memiliki kapasitansi yang sebanding dengan muatan yang tersimpan per volt melintasi kapasitor:

C = \frac{q}{V}

$C=\frac{q}{V}$

di mana akumulasi muatan dalam kapasitor adalah bagian integral dari arus melalui kapasitor:

\int i (t) d t = q

$\int i(t)dt=q$

Menggunakan sumber arus untuk mengisi kapasitor, kita dapat menyederhanakan perhitungan, hanya menggunakan pengukuran muatan dan voltase delta di kapasitor.

C = \frac{Δ q}{Δ V} = \frac{i Δ t}{Δ V}

$C=\frac{\Delta q}{\Delta V}=\frac{i\Delta t}{\Delta V}$

Dengan sumber arus Advantest R6144 saya, saya kemudian dapat mengisi kapasitor pada arus yang ditetapkan dan cukup mengukur tegangan kapasitor menggunakan Tektronix DMM4050 saya dalam mode trendplot.

Gambar Pengaturan Tes

Namun, di sinilah saya mulai melihat beberapa angka yang agak besar. Mungkin saja kapasitor ~ 2200 farad, tapi sepertinya agak tinggi. Diakui, kapasitor cukup besar pada ~ 5,5 "panjang dengan ~ 1" radius.

Dan sekarang beberapa pertanyaan untuk orang-orang baik Teknik Pertukaran Stack: Apakah metode ini sarana yang layak untuk mengukur kapasitor super? Atau ada metode yang lebih cocok yang bisa saya terapkan untuk mengukurnya? Juga, apakah kapasitansi kapasitor super / ultra berubah secara signifikan vs tegangan kapasitor? Misalnya, apakah hasil yang diukur ini bersifat prediksi / indikatif untuk voltase muatan yang lebih tinggi. Saya akan berpikir kapasitansi harus berfluktuasi, tetapi saya ragu itu sebanyak itu. Mungkin paling buruk beberapa ratus farad, tapi aku bukan ahli dalam hal ini.

Juga, dan agak lebih penting, bagaimana saya menemukan tegangan muatan maksimum tanpa merusak kapasitor? Apakah muatan arus konstan katakan 100uA selama beberapa minggu sampai tegangan mencapai semacam keseimbangan dengan kerja self discharge. Kemudian mundur beberapa ratus milivolt dan menyebutnya tegangan muatan maks. Atau akankah itu hanya mencapai titik trip dan penghancuran diri sambil menyemprotkan elektrolit ke seluruh lab saya?

Akhirnya, bagaimana Anda menentukan orientasi polaritas kapasitor? Ini tidak ditandai dengan cara apa pun, dan kedua terminal identik. Saya memasang taruhan saya dengan tegangan sisa yang tersimpan di kapasitor. Saya menganggap efek penyerapan / memori dielektrik dari pengisian sebelumnya mengetahui arah yang benar ...

Bagaimanapun, itu agak menyenangkan untuk mencoba dan menentukan karakteristik kapasitor ini. Tapi itu masih sentuhan memperparah bahwa tidak ada tanda yang berguna pada mereka, seperti orientasi polaritas, pabrikan, dll.

capacitor electrolytic-capacitor supercapacitor capacitor-charging Gulp besar
sumber

Melihat pdf yang disediakan Dan1138 dengan ramah, saya percaya bahwa muatan arus konstan dari 1mA ke 100uA (setelah tutupnya dibebankan ke ~ 2.5V di bawah tingkat yang jauh lebih cepat) memang bisa mengencangkan tegangan pengisian maksimum. Jika arus bocor pada voltase pengenal dekat dengan 4.2mA (untuk tutup super Maxwell 2000F), maka arus konstan dengan nilai lebih kecil dari yang seharusnya tidak pernah mengisi kapasitor secara berlebihan karena kebocoran tidak mengisi kapasitor. Biarkan aku tahu apa yang kalian pikirkan.

Big Gulps

2200F adalah urutan besarnya yang benar untuk ultracapacitor. Juga mereka semua tampaknya memiliki tegangan maksimum yang sama.

user253751

Bisakah Anda mengedit pertanyaan Anda dan sebariskan gambar Anda? Bagi kita yang hidup di belakang proxy, kita tidak bisa melihatnya.

UKMonkey

Kebocoran arus dapat mengganggu pengukuran pengisian, tetapi jika pengukuran debit juga mengatakan 2200 uF maka itu mungkin benar.

Brian Drummond

V (t) = \frac{i_{c c}}{C} t + V_{0}

$V(t)=\frac{i_{cc}}{C}t+V_0$

C = i_{c c} M^{- 1}

$C=i_{cc}M^{-1}$

Jawaban:

Ini adalah proses Maxwell untuk mengukur C dari mereka spesifikasi pengujian .

$C=C_{dcd}=\dfrac{I_5*(t_5-t_4)}{V_5-V_4}$

Perhatikan bahwa tegangan melorot ke tegangan sebelumnya karena konstanta waktu RC tambahan secara paralel. (yaitu efek memori) Di sini ditunjukkan sekitar 5% dari skala penuh 10% untuk pelepasan tegangan setengah. Efek memori ini menunjukkan kapasitansi "efek listrik double layer" lain antara 5% dan 10% dari C.

Apa artinya ini dalam baterai, jika Anda mengisi dan mengeluarkan lebih lambat (setidaknya 10x lebih lambat) maka kapasitas penyimpanan meningkat 5 ~ 10%, mirip dengan baterai ESR Li-ion rendah terbaik, yang diiklankan tidak memiliki efek memori. (relatif terhadap NiCad.)

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
sumber

Sangat menarik untuk melihat bahwa mereka menggunakan siklus pengisian / pengosongan ganda dan melakukan pengukuran aktual pada pengosongan akhir. Saya pikir bagi kebanyakan orang ini bukan metode praktis pengukuran - yang memiliki perlengkapan uji yang dapat menghasilkan pulsa arus konstan 100 A dan sistem daq untuk menangkap semuanya. Yang mengatakan, saya pikir saya akan melemparkan beberapa MOSFET secara paralel dengan beberapa resistor 100mohm dan opamp untuk CC dan menggunakan osiloskop saya untuk menangkap pengukuran delta untuk siklus debit. Apapun, saya pikir metode saya saat ini bekerja untuk pengukuran rata-rata.

Big Gulps

baik, jika saya menguji supercaps untuk properti pengiriman saat ini, maka well, saya mungkin perlu catu daya yang gemuk; dalam arti "yang memiliki perlengkapan uji seperti itu" adalah "orang yang benar-benar perlu mengukur sistem di bawah arus tinggi, mungkin, termasuk orang-orang yang menguji supercaps".

Marcus Müller

Baterai yang besar dapat memberikan arus dengan MOSFET yang baik, tetapi tes arus rendah mungkin 10% lebih tinggi C karena kapasitansi sekunder yang mendukung keluaran dengan dV / dt yang jauh lebih rendah.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Dari gambar sel dalam foto pengaturan tes mereka tampak mirip dengan garis Maxwell DuraBlue dari Ultracapacitors. Lihat ini lembar data untuk informasi lebih lanjut.

Catatan aplikasi Maxwell 1007239 , Prosedur Tes untuk Kapasitansi, ESR, Arus Kebocoran dan Karakterisasi Self-Discharge dari Ultracapacitors, dapat membantu.

Garis "superkapasitor" ini memiliki tegangan kerja maksimum 2,85 VDC dan kapasitansi khas 3400 Farad. Kebanyakan "super kapasitor" lain dalam paket jenis ini memiliki tegangan kerja maksimum 2,7 VDC.

Berhati-hatilah karena kekurangan internal pada perangkat ini dapat menyebabkan kegagalan yang spektakuler. Anda mungkin ingin memiliki sistem pencegah kebakaran berbasis non-konduktif, non-air tersedia (pasir, kimia, CO2, Halon dll).

Berdasarkan foto-foto pengaturan tes yang diposting Anda kemungkinan akan melelehkan klip buaya sebelum Anda melebihi arus pengisian atau pengosongan maksimum.

Dan1138
sumber

Cara biasa saya adalah mengukur resistansi dengan multimeter normal. Dengan asumsi bahwa tegangan uji / arus diterapkan secara terus menerus, Anda akan melihat peningkatan pembacaan "resistansi" secara relatif linier dari waktu ke waktu. Rata-rata dengan kasar peningkatan ini dalam unit "Ohm per detik" memberi Anda kebalikan dari kapasitas.

Misalnya, jika pembacaan meningkat sekitar 10 Ohm setiap detik, kapasitasnya sekitar 0,1F. Anda harus memeriksa dengan beberapa kapasitas yang diketahui terlebih dahulu bahwa multimeter Anda adalah tipe pengukur kontinu di mana perkiraan ini cukup baik.

sumber

R (t) = \frac{V (t)}{i_{c c}}

$R(t)=\frac{V(t)}{i_{cc}}$

V (t) = \frac{i_{c c}}{C} t + V_{0}

$V(t)=\frac{i_{cc}}{C}t + V_0$

Δ R (t) = \frac{Δ t}{C}

$\Delta R(t)=\frac{\Delta t}{C}$

C = \frac{Δ t}{Δ R (t)}

$C=\frac{\Delta t}{\Delta R(t)}$