เนื้อหา
- การกำหนดขั้วของตัวเก็บประจุ
- เคล็ดลับ
- ลักษณะของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
- ข้อควรระวังด้านความปลอดภัยเมื่อทำการวัดประจุ
- สัญลักษณ์ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
- การคำนวณความจุไฟฟ้า
- การวัดความจุเชิงทดลอง
- แอปพลิเคชั่นเมื่อวัดความจุ
- การก่อสร้างตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
- ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค
- อิเล็กโทรไลต์ในตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อลูมิเนียม
- ตัวเก็บประจุไนโอเบียมและแทนทาลัม
ตัวเก็บประจุมีความหลากหลายของการออกแบบสำหรับใช้ในการคำนวณและกรองสัญญาณไฟฟ้าในวงจร แม้จะมีความแตกต่างในวิธีการที่พวกเขาสร้างขึ้นและสิ่งที่พวกเขาใช้สำหรับพวกเขาทั้งหมดทำงานผ่านหลักการไฟฟ้าเคมีเดียวกัน
เมื่อวิศวกรสร้างขึ้นพวกเขาจะคำนึงถึงปริมาณเช่นค่าความจุแรงดันไฟฟ้าแรงดันย้อนกลับและกระแสไฟรั่วเพื่อให้แน่ใจว่าเหมาะสำหรับการใช้งานของพวกเขา เมื่อคุณต้องการเก็บประจุจำนวนมากในวงจรไฟฟ้าเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
การกำหนดขั้วของตัวเก็บประจุ
ในการหาขั้วของตัวเก็บประจุแถบบนตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าจะบอกคุณถึงจุดสิ้นสุดเชิงลบ สำหรับแกนนำประจุ (ซึ่งนำไปสู่การออกมาจากปลายตรงข้ามของตัวเก็บประจุ) อาจมีลูกศรที่ชี้ไปที่ปลายลบเป็นสัญลักษณ์การไหลของประจุ
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณรู้ว่าขั้วของตัวเก็บประจุคืออะไรเพื่อให้คุณสามารถต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้าในทิศทางที่เหมาะสม การต่อผิดทิศทางอาจทำให้วงจรลัดวงจรหรือร้อนเกินไป
เคล็ดลับ
ในบางกรณีปลายด้านบวกของตัวเก็บประจุอาจยาวกว่าตัวลบ แต่คุณต้องระวังด้วยเกณฑ์นี้เพราะตัวเก็บประจุจำนวนมากมีลีดที่ถูกตัดออก ตัวเก็บประจุแทนทาลัมบางครั้งอาจมีเครื่องหมายบวก (+) แสดงถึงจุดสิ้นสุดที่เป็นบวก
ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าบางตัวสามารถใช้งานในลักษณะไบโพลาร์ที่ช่วยให้พวกเขากลับขั้วเมื่อจำเป็น พวกเขาทำสิ่งนี้โดยการสลับระหว่างการไหลของประจุผ่านวงจรกระแสสลับ (AC)
ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าบางชนิดนั้นมีจุดประสงค์เพื่อการใช้งานไบโพลาร์ผ่านวิธีการที่ไม่มีขั้ว ตัวเก็บประจุเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นด้วยสองแผ่นขั้วบวกที่เชื่อมต่อในขั้วกลับ ในส่วนที่ต่อเนื่องของวงจร ac หนึ่งออกไซด์ทำหน้าที่เป็นฉนวนอิเล็กทริก มันป้องกันกระแสย้อนกลับจากการทำลายอิเล็กโทรไลต์ตรงข้าม
ลักษณะของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าใช้อิเล็กโทรไลต์เพื่อเพิ่มปริมาณของความจุหรือความสามารถในการเก็บประจุก็สามารถบรรลุ พวกเขากำลังโพลาไรซ์หมายถึงค่าใช้จ่ายของพวกเขาในการกระจายที่ช่วยให้พวกเขาเก็บค่าใช้จ่าย ในกรณีนี้อิเล็กโทรไลต์เป็นของเหลวหรือเจลที่มีไอออนในปริมาณสูงทำให้สามารถประจุได้ง่าย
เมื่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้ามีขั้วไฟฟ้าแรงดันไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วบวกจะมีค่ามากกว่าขั้วลบทำให้ประจุไหลได้อย่างอิสระทั่วตัวเก็บประจุ
เมื่อตัวเก็บประจุเป็นโพลาไรซ์โดยทั่วไปจะถูกทำเครื่องหมายด้วยเครื่องหมายลบ (-) หรือบวก (+) เพื่อระบุจุดสิ้นสุดเชิงลบและบวก ให้ความสนใจกับสิ่งนี้เพราะถ้าคุณเสียบตัวเก็บประจุในวงจรผิดวิธีอาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรในขณะที่กระแสที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ที่สามารถทำลายมันอย่างถาวร
แม้ว่าความจุขนาดใหญ่จะช่วยให้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าสามารถเก็บประจุได้จำนวนมาก แต่อาจมีการรั่วไหลของกระแสและอาจไม่ตรงกับค่าความคลาดเคลื่อนที่เหมาะสม แต่ปริมาณความจุจะได้รับอนุญาตให้เปลี่ยนแปลงเพื่อการใช้งานจริง ปัจจัยการออกแบบบางอย่างอาจ จำกัด อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าหากตัวเก็บประจุมีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพได้ง่ายหลังจากใช้งานซ้ำ ๆ
เพราะขั้วของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าพวกมันจะต้องเอนไปข้างหน้า ซึ่งหมายความว่าจุดสิ้นสุดที่เป็นบวกของตัวเก็บประจุจะต้องอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าประจุลบดังนั้นประจุจะไหลผ่านวงจรจากปลายบวกถึงขั้วลบ
การต่อตัวเก็บประจุเข้ากับวงจรในทิศทางที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้วัสดุอะลูมิเนียมออกไซด์ที่ทำให้ตัวเก็บประจุหรือไฟฟ้าลัดวงจรเสียหายได้ นอกจากนี้ยังสามารถทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปจนอิเล็กโทรไลต์ร้อนเกินไปหรือรั่ว
ข้อควรระวังด้านความปลอดภัยเมื่อทำการวัดประจุ
ก่อนที่คุณจะวัดค่าความจุคุณควรทราบถึงข้อควรระวังเพื่อความปลอดภัยเมื่อใช้ตัวเก็บประจุ แม้ว่าคุณจะถอดพลังงานออกจากวงจรแล้วตัวเก็บประจุก็ยังคงมีพลังงานเพียงพอ ก่อนที่คุณจะสัมผัสให้ยืนยันว่ากำลังของวงจรทั้งหมดถูกปิดโดยใช้มัลติมิเตอร์เพื่อยืนยันการปิดและคุณได้ปล่อยประจุโดยการเชื่อมต่อตัวต้านทานทั่วตัวเก็บประจุนำ
ในการคายประจุตัวเก็บประจุอย่างปลอดภัยให้เชื่อมต่อตัวต้านทาน 5 วัตต์ข้ามขั้วตัวเก็บประจุเป็นเวลาห้าวินาที ใช้มัลติมิเตอร์เพื่อยืนยันว่าปิดเครื่องแล้ว ตรวจสอบตัวเก็บประจุอย่างสม่ำเสมอเพื่อหารอยรั่วรอยแตกและสัญญาณการสึกหรออื่น ๆ
สัญลักษณ์ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
••• Syed Hussain Atherสัญลักษณ์ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเป็นสัญลักษณ์ทั่วไปของตัวเก็บประจุ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแสดงให้เห็นในแผนภาพวงจรดังแสดงในรูปด้านบนสำหรับสไตล์ยุโรปและอเมริกา เครื่องหมายบวกและลบบ่งบอกถึงขั้วบวกและขั้วลบขั้วบวกและขั้วลบ
การคำนวณความจุไฟฟ้า
เนื่องจากความจุเป็นค่าที่แท้จริงต่อตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าคุณจึงสามารถคำนวณได้ในหน่วยของฟาร์ดเป็น C = εR ε0 A / D สำหรับพื้นที่ทับซ้อนของแผ่นเปลือกโลกสองแผ่น ในม2, εR เป็นค่าคงที่ไดอิเล็กทริกแบบไม่มีมิติของวัสดุ ε0 เป็นค่าไฟฟ้าคงที่ในหน่วยฟาร์ด / เมตรและ d เป็นค่าแยกระหว่างแผ่นในหน่วยเมตร
การวัดความจุเชิงทดลอง
คุณสามารถใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดความจุ มัลติมิเตอร์ทำงานโดยการวัดกระแสและแรงดันและใช้ทั้งสองค่าเพื่อคำนวณความจุ ตั้งมัลติมิเตอร์เป็นโหมดตัวเก็บประจุ (โดยทั่วไปจะระบุด้วยสัญลักษณ์ตัวเก็บประจุ)
หลังจากที่ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับวงจรและได้รับเวลาเพียงพอในการชาร์จให้ถอดสายออกจากวงจรตามคำเตือนด้านความปลอดภัยที่เพิ่งได้รับการอธิบาย
เชื่อมต่อตัวนำของตัวเก็บประจุกับขั้วมัลติมิเตอร์ คุณสามารถใช้โหมดสัมพัทธ์เพื่อวัดความจุของสายนำทดสอบที่สัมพันธ์กัน สิ่งนี้มีประโยชน์สำหรับค่าความจุต่ำที่อาจตรวจจับได้ยากขึ้น
ลองใช้ช่วงของความจุที่หลากหลายจนกว่าคุณจะพบการอ่านที่แม่นยำตามการกำหนดค่าของวงจรไฟฟ้า
แอปพลิเคชั่นเมื่อวัดความจุ
วิศวกรใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดความจุบ่อยครั้งสำหรับมอเตอร์เฟสเดียว, อุปกรณ์และเครื่องจักรขนาดเล็กสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม มอเตอร์เฟสเดียวทำงานโดยสร้างฟลักซ์สลับในขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ สิ่งนี้ทำให้กระแสสลับไปในทิศทางเดียวกันในขณะที่ไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์ซึ่งถูกควบคุมโดยกฎหมายและหลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าโดยเฉพาะจะดีกว่าสำหรับการใช้ความจุสูงเช่นวงจรแหล่งจ่ายไฟและเมนบอร์ดสำหรับคอมพิวเตอร์
กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในมอเตอร์นั้นจะสร้างฟลักซ์แม่เหล็กของตัวเองในทางตรงกันข้ามกับฟลักซ์ของขดลวดสเตเตอร์ เนื่องจากมอเตอร์เฟสเดียวอาจมีความร้อนสูงเกินไปและปัญหาอื่น ๆ จึงจำเป็นต้องตรวจสอบความจุและความสามารถในการทำงานโดยใช้มัลติมิเตอร์เพื่อวัดความจุ
ความผิดปกติในตัวเก็บประจุสามารถ จำกัด อายุการใช้งาน ตัวเก็บประจุที่ลัดวงจรอาจทำให้ชิ้นส่วนเสียหายได้ซึ่งอาจไม่ทำงานอีกต่อไป
การก่อสร้างตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
วิศวกรสร้าง ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค ใช้อลูมิเนียมฟอยล์และกระดาษรองอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเพื่อป้องกันการสั่นสะเทือนที่เป็นอันตรายซึ่งถูกแช่ในของเหลวอิเล็กโทรไลต์ พวกเขามักจะครอบคลุมหนึ่งในสองอลูมิเนียมฟอยล์กับชั้นออกไซด์ที่ขั้วบวกของตัวเก็บประจุ
ออกไซด์ที่ส่วนนี้ของตัวเก็บประจุเป็นสาเหตุให้วัสดุสูญเสียอิเล็กตรอนในระหว่างกระบวนการชาร์จและเก็บประจุ ที่แคโทดวัสดุจะได้รับอิเล็กตรอนในระหว่างกระบวนการลดการสร้างตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
จากนั้นผู้ผลิตยังคงวางกระดาษอิเล็กโทรไลต์ที่แช่ด้วยแคโทดโดยเชื่อมต่อเข้าด้วยกันในวงจรไฟฟ้าและกลิ้งไปยังกล่องทรงกระบอกที่เชื่อมต่อกับวงจร โดยทั่วไปแล้ววิศวกรเลือกที่จะจัดเรียงกระดาษในทิศทางตามแนวแกนหรือแนวรัศมี
ตัวเก็บประจุแบบแกนทำด้วยพินเดียวที่ปลายแต่ละด้านของกระบอกสูบและการออกแบบแนวรัศมีใช้ทั้งสองพินที่ด้านเดียวกันของกล่องทรงกระบอก
พื้นที่แผ่นและความหนาของอิเล็กโทรไลต์เป็นตัวกำหนดความจุและอนุญาตให้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการใช้งานเช่นแอมป์เสียง ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคใช้ในพาวเวอร์ซัพพลายเมนบอร์ดคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ภายในประเทศ
คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าสามารถเก็บประจุได้มากกว่าตัวเก็บประจุอื่น ๆ ตัวเก็บประจุแบบสองชั้นหรือซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถบรรลุความสามารถในการเก็บประจุของฟาร์ดนับพัน
ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติค
ตัวเก็บประจุอลูมิเนียมอิเล็กโทรลีติคใช้วัสดุอลูมิเนียมที่เป็นของแข็งในการสร้าง "วาล์ว" ที่แรงดันบวกในของเหลวอิเล็กโทรไลติกทำให้เกิดชั้นออกไซด์ที่ทำหน้าที่เป็นไดอิเล็กทริกซึ่งเป็นวัสดุฉนวนที่สามารถป้องกันขั้วไฟฟ้า วิศวกรสร้างตัวเก็บประจุเหล่านี้ด้วยอลูมิเนียมขั้วบวก สิ่งนี้ใช้เพื่อทำให้ชั้นของตัวเก็บประจุและเหมาะสำหรับการเก็บประจุ วิศวกรใช้แมงกานีสไดออกไซด์ในการสร้างแคโทด
ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแบบนี้สามารถแตกตัวได้อีก ฟอยล์แบบบางและฟอยล์แบบสลัก. ชนิดฟอยล์ล้วนเป็นชนิดที่เพิ่งได้รับการอธิบายในขณะที่ตัวเก็บประจุชนิดกัดฟอยล์ใช้อลูมิเนียมออกไซด์บนฟอยล์ขั้วบวกและขั้วลบที่ได้รับการแกะสลักเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวและ permittivity วัดความสามารถของวัสดุที่จะเก็บค่าใช้จ่าย
สิ่งนี้จะเพิ่มความจุ แต่ยังเป็นอุปสรรคต่อความสามารถของวัสดุในการทนกระแสสูงโดยตรง (DC) ซึ่งเป็นชนิดของกระแสที่เคลื่อนที่ในทิศทางเดียวในวงจร
อิเล็กโทรไลต์ในตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อลูมิเนียม
ชนิดของอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ในตัวเก็บประจุอลูมิเนียมสามารถแตกต่างกันระหว่าง Nonsolid, แมงกานีสไดออกไซด์และของแข็งโพลีเมอร์ อิเล็กโทรไลต์แบบเหลวหรือแบบเหลวมักใช้กันเนื่องจากมีราคาถูกและเหมาะสมกับขนาดความจุและแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลาย พวกมันมีการสูญเสียพลังงานจำนวนมากเมื่อใช้ในวงจร เอทธิลีนไกลคอลและกรดบอริกเป็นอิเล็กโทรไลต์เหลว
ตัวทำละลายอื่น ๆ เช่น dimethylformamide และ dimethylacetamide สามารถละลายในน้ำได้เช่นกัน ตัวเก็บประจุประเภทนี้ยังสามารถใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งเช่นแมงกานีสไดออกไซด์หรืออิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ที่เป็นของแข็ง แมงกานีสไดออกไซด์นั้นคุ้มค่าและน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิและความชื้นสูงขึ้น พวกมันมีกระแสไฟรั่วน้อยกว่า DC และมีค่าการนำไฟฟ้าสูง
อิเล็กโทรไลต์ถูกเลือกเพื่อแก้ไขปัญหาของปัจจัยการสลายตัวสูงเช่นเดียวกับการสูญเสียพลังงานทั่วไปของตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า
ตัวเก็บประจุไนโอเบียมและแทนทาลัม
ตัวเก็บประจุแทนทาลัมส่วนใหญ่จะใช้ในอุปกรณ์ยึดติดพื้นผิวในแอปพลิเคชั่นการคำนวณรวมถึงอุปกรณ์ทางทหารการแพทย์และอวกาศ
วัสดุแทนทาลัมของขั้วบวกช่วยให้พวกเขาออกซิไดซ์ได้ง่ายเช่นเดียวกับตัวเก็บประจุอลูมิเนียมและยังช่วยให้พวกเขาใช้ประโยชน์จากการนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นเมื่อกดผงแทนทาลัมบนลวดตัวนำ จากนั้นออกไซด์จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวและภายในโพรงในวัสดุ สิ่งนี้จะสร้างพื้นที่ผิวที่มากขึ้นสำหรับความสามารถที่เพิ่มขึ้นในการจัดเก็บประจุด้วย permittivity มากกว่าอลูมิเนียม
ตัวเก็บประจุที่ใช้ไนโอเบียมใช้มวลของวัสดุรอบตัวนำลวดที่ใช้ออกซิเดชันในการสร้างอิเล็กทริก ไดอิเล็กทริกเหล่านี้มีความสามารถในการซึมผ่านได้ดีกว่าตัวเก็บประจุแทนทาลัม แต่ใช้ความหนาไดอิเล็กทริกมากขึ้นสำหรับการจัดระดับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด ตัวเก็บประจุเหล่านี้ถูกใช้บ่อยขึ้นเนื่องจากตัวเก็บประจุแทนทาลัมมีราคาแพงกว่า