Provo a spiegare, semplificando per quanto possibile...
Rilevazione della capacità grezzaUn condensatore ideale non dovrebbe avere perdite di capacità nel circuito, ma in realtà il condensatore si comporta come un condensatore ideale in serie con una piccola resistenza. All'aumentare della resistenza diminuisce la "salute" del condensatore, e per questo motivo misurare la capacita "grezza" del condensatore non da una reale indicazione, in quanto stiamo misurando la capacita del condensatore ma non stiamo prendendo in considerazione il valore della resistenza, cioè potremmo dire che stiamo trascurando la reale possibilità del condensatore di "riempirsi" a prescindere da quale sia la "capienza" che abbiamo rilevato. Per questo motivo è possibile (e succede abbastanza spesso) che un condensatore malfunzioni prima che sia possibile misurare una variazione nella sua capacità "grezza".
Rilevazione della ESRLa ESR (Equivalent Series Resistance) è appunto la misura della resistenza. Confrontando la ESR di un condensatore con i valori che sono riportati in apposite tabelle, possiamo capire lo stato di salute del condensatore. Le tabelle riportano valori medi sulla base di misurazioni di un insieme di condensatori nuovi, per cui se la ESR rilevata è oltre il limite si considera che il condensatore sia sospetto e vada sostituito, mentre se è al di sotto del valore riportato in tabella si considera come ancora buono.
Purtroppo misurare la ESR è un metodo poco affidabile per valutare lo stato di usura di un condensatore per due diversi motivi:
1) In alcuni casi un condensatore usurato mostra valori di ESR decrescenti fino ad arrivare a zero e smettere di funzionare completamente.
2) Oggi esistono diversi tipi di condensatori con specifici valori di ESR (Standard, Low, Ultra Low) e per questo motivo un condensatore usurato potrebbe sembrare ancora rientrare nei parametri in quanto stiamo comparando la ESR ai valori medi della tabella, e non a quelli del condensatore che stiamo misurando quando era nuovo. Infatti normalmente la ESR non è indicata nei datasheet dei condensatori il che ci lascia solo la tabella dei valori medi come parametro di confronto.
Rilevazione di Tan D (chiamato anche "Fattore di Dissipazione o "DF")
Innanzitutto cos'è Tan D. Il fattore di dissipazione non è altro (come si evidenzia dalla formula qui sotto) che la ESR diviso la reattanza del condensatore.
La reattanza del condensatore è la resistenza del condensatore alle variazioni di voltaggio, e varia in funzione della frequenza, quindi i valori del fattore di dissipazione sono indicati a una certa frequenza, di solito a 120 Hz.
La rilevazione di Tan D offre diversi vantaggi rispetto alla misurazione della ESR.
1) Il primo vantaggio è che i valori di riferimento sono indicati nel datasheet di ogni condensatore, e dunque possiamo effettuare un raffronto efficace tra il valore MASSIMO dei condensatori di quel tipo, marca e modello nuovi, e il condensatore che stiamo effettivamente misurando.
2) Confrontando il valore rilevato con le specifiche di fabbrica del valore massimo "nuovo", e del valore di "end of life", (entrambe presenti nel datasheet) possiamo anche approssimare con discreta precisione lo stato percentuale di usura del condensatore sottoposto a misura, e di conseguenza (se abbiamo un idea delle ore di utilizzo fino al momento della rilevazione) anche azzardare una previsione di vita residua.
(Un ulteriore vantaggio è dato dalla possibilità di individuare attraverso l'analisi delle specifiche, un condensatore simile a quello di serie qualora quello originale non fosse piu disponibile).
Facciamo un esempio concreto:
Misuriamo la ESR di un condensatore e rileviamo un valore di 169 Ohm @ 120 Hz. Comparandolo con le tabelle arriviamo alla conclusione che il condensatore è fuori parametro e va sostituito.
Misurando Tan D rileviamo però il valore di 0.013@100 volts. Confrontando questo parametro con il valore
MASSIMO per condensatore nuovo di 0.08 e con il valore di end of life di 0.16 presenti nel datasheet, ci accorgiamo non solo che il condensatore è ancora ottimo ma che è anche particolarmente "buono" in quanto il valore rilevato risulta parecchio inferiore al valore massimo su condensatori nuovi.
In altre parole se anche lo sostituissimo con un condensatore identico nuovo è probabile che andremmo a sostituirlo con un condensatore "peggiore", dato che non potremmo reclamare niente, ne richiedere sostituzione, se ci venisse consegnato un condensatore con un valore superiore al nostro e fino a 0.8.
Dunque grazie alla rilevazione di Tan D:
1) non abbiamo sostituito inutilmente un condensatore buono,
2) sappiamo che qualora per qualche strana ragione volessimo comunque sostituirlo ( o se vorremo sostituirlo tra 10 anni), non sarà nemmeno sufficiente ricercare un condensatore con gli stessi parametri di fabbrica del nostro, bensi dovremmo cercare qualcosa di "migliore" (con un valore massimo nuovo probabilmente intorno a 0.04), sperando comunque di essere fortunati e che ce ne venga consegnato uno con un valore non superiore al nostro "vecchio" (0,013).
Se invece stessimo assemblando un amplificatore, di fronte ad una scatolone di condensatori (probabilmente comprati in base ad un contratto dove la ditta si impegna a fornirci condensatori con valori massimi inferiori di un tot rispetto a quelli indicati nel datasheet, e pertanto con una "vita" ben piu lunga), continueremmo a ravanare nella scatola dei condensatori fino a trovarne uno con il valore di 0.013 o inferiore.
Quest' ultima affermazione dovrebbe far capire il motivo per cui i progettisti, non potendo sapere:
- ne che sistema di rilevazione usate voi o il vostro tecnico di fiducia
- ne se i condensatori li comprate a scatoloni o in numero pari a quelli che vi servono
- ne a fronte di quali accordi sui parametri qualitativi della fornitura comprate i condensatori,
tagliano la testa al toro suggerendo di non sostituire i condensatori se non sono "palesemente malfunzionanti"
Spero che la spiegazione sia esaustiva e soprattutto facilmente comprensibile.
Per completezza e per chi volesse approfondire allego:
- grafico esplicativo di relazione TanD vs ESR (e altri parametri non affrontati in questa spiegazione)
- tabella dei parametri medi di ESR