Kondensaatori või induktori mõõtmine MP3 -mängijaga: 9 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Siin on lihtne tehnika, mille abil saab täpselt mõõta kondensaatori ja induktiivpooli mahtuvust ja induktiivsust ilma kallite seadmeteta. Mõõtmistehnika põhineb tasakaalustatud sillal ja seda saab hõlpsasti konstrueerida odavatest takistitest. See mõõtmistehnika mõõdab mitte ainult mahtuvusväärtust, vaid ka kondensaatori efektiivset jadatakistust.

Nõutavad komponendid:

1. Vähesed muutuvad takistid

2. MP3 -mängija

3. Multimeeter

4. Kalkulaator väärtuse arvutamiseks

Samm: natuke taustateooriat

Projekti sissejuhatusena võtame LCR -silla ja selle valmistamiseks vajaliku

üks. Kui soovite lihtsalt LCR -silda teha, jätke need sammud vahele.

LCR -silla töö mõistmiseks on vaja rääkida sellest, kuidas kondensaator, takisti ja induktiivpool käituvad vahelduvvooluahelas. Aeg oma ECE101 õpiku tolmust eemaldada. Resistor on grupist kõige lihtsamalt mõistetavaid elemente. Täiuslik takisti käitub sama, kui alalisvool läbib takistit, kui vahelduvvool läbib seda. See tagab vastupanu voolule, kuigi hajutab seega energiat. Lihtne seos voolu, pinge ja takistuse vahel on järgmine:

R = I / V

Teisest küljest on täiuslik kondensaator puhas energiasalvestusseade. See ei hajuta mingeid energiaid, mis sellest mööduvad. Pigem, kui kondensaatori klemmile rakendatakse vahelduvpinget, voolab kondensaatori vool, kuigi kondensaatorist välja ja eemaldatakse. Selle tulemusena on kondensaatori kaudu voolav vool faasiväline, võrreldes selle klemmipingega. Tegelikult on see oma klemmi pingest alati 90 kraadi ees. Lihtne viis selle esitamiseks on kujuteldava arvu (j) kasutamine:

V (-j) (1 / C) = I

Sarnaselt kondensaatorile on induktor puhas energiasalvestusseade. Täpselt komplimendina kondensaatorile kasutab induktor magnetvälja, et säilitada vool läbi induktori, reguleerides selle klemmipinget. Seega on induktiivpooli läbiv vool 90 kraadi klemmipinge ees. Võrrand, mis tähistab pinge ja voolu suhet selle terminalis, on järgmine:

V (j) (L) = I

2. samm: rohkem teooriat

Kokkuvõtteks võime joonistada takisti voolu (Ir), induktiivvoolu (Ii) ja kondensaatori voolu (Ic) samale vektordiagrammile, mis on siin näidatud.

3. samm: rohkem teooriat

Täiuslikus maailmas, kus on täiuslikud kondensaatorid ja induktiivpoolid, saate puhta energia salvestusseadme.

Päris maailmas pole aga miski täiuslik. Üks energiasalvestite võtmekvaliteete, olgu see siis kondensaator, aku või pumba salvestusseade, on salvestusseadme tõhusus. Protsessi käigus kaob alati teatud hulk energiat. Kondensaatoris või induktiivpoolis on see seadme parasiiditakistus. Kondensaatoris nimetatakse seda hajutusteguriks ja induktiivpooles kvaliteediteguriks. Kiire viis selle kadu modelleerimiseks on täiusliku kondensaatori või induktiivpooli järjestikuse takistuse lisamine. Seega näeb reaalses elus kondensaator rohkem välja nagu täiuslik takisti ja täiuslik kondensaator järjestikku.

4. samm: Wheatstone'i sild

Kokku on sillal neli takistuslikku elementi. Samuti on olemas signaali allikas ja a

meeter silla keskel. Meie kontrolli all olev element on takistuslikud elemendid. Takistusliku silla põhiülesanne on sobitada silla takistused. Kui sild on tasakaalus, mis näitab, et takisti R11 vastab R12 -le ja R21 vastab R22 -le, läheb keskel oleva arvesti väljund nulli. Selle põhjuseks on asjaolu, et vool, mis voolab, kuigi R11, voolab välja R12 -st ja vool, kuigi R21 voolab välja R22 -st. Pinge arvesti vasaku ja parema külje vahel on siis identne.

Silla ilu on signaali allika impedants ja arvesti lineaarsus ei mõjuta mõõtmist. Isegi kui teil on odav mõõtur, mis võtab mõõtmiseks palju voolu (näiteks vana nõela tüüpi analoogmõõtur), teeb see siin siiski head tööd, kui see on piisavalt tundlik, et öelda teile, kui voolu pole voolab arvesti kaudu. Kui signaaliallikal on märkimisväärne väljundtakistus, on sillast väljuva voolu põhjustatud väljundpinge langusel sama mõju silla vasakul küljel kui silla paremal küljel. Tulemus tühistub iseenesest ja sild suudab endiselt vastupanu märkimisväärsele täpsusele.

Tähelepanelik lugeja võib märgata, et sild tasakaalustub ka siis, kui R11 on võrdne R21 -ga ja R12 võrdub R22 -ga. See on juhtum, mida me siin kaaluma ei hakka, seega me seda juhtumit pikemalt ei aruta.

5. samm: kuidas oleks takistite asemel reaktiivse elemendiga?

Selles näites tasakaalustatakse sild, kui Z11 sobib Z12 -ga. Hoides disaini lihtsana, silla parem külg moodustati takistite abil. Üks uus nõue on see, et signaali allikas peab olema vahelduvvooluallikas. Kasutatav arvesti peab olema võimeline tuvastama ka vahelduvvoolu. Z11 ja Z12 võivad olla mis tahes takistusallikas, kondensaator, induktiivpool, takisti või kõigi kolme kombinatsioon.

Siiamaani on kõik korras. Kui saaksite koti ideaalselt kalibreeritud kondensaatoritest ja induktiivpoolidest, oleks võimalik silda kasutada tundmatu seadme väärtuse väljaselgitamiseks. See oleks aga tõesti aeganõudev ja kallis. Parem lahendus kui leida viis, kuidas mõne nipiga täiuslikku võrdlusseadet simuleerida. Siin tuleb pildile MP3 -mängija.

Kas mäletate voolu, mis voolab, kuigi kondensaator on oma klemmipingest alati 90 kraadi ees? Kui nüüd saame testitava seadme klemmipinge fikseerida, oleks meil võimalik rakendada 90 kraadi ettevoolu ja simuleerida kondensaatori mõju. Selleks peame esmalt looma helifaili, mis sisaldab kahte siinuslainet, mille faaside vahe on kahe laine vahel 90 kraadi.

6. samm: paneme selle, mida me teame, sillale

Kui laadite selle lainefaili üles MP3 -mängijasse või esitate seda otse arvutist, tekitab vasak ja parem kanal kaks sama amplituudiga siinuslainet. Sellest hetkest alates kasutan lihtsuse huvides näiteks kondensaatorit. Kuid sama põhimõte kehtib ka induktiivpoolide kohta, välja arvatud see, et ergastatud signaal peab selle asemel 90 kraadi maha jääma.

Joonistame esmalt silla uuesti testitava seadmega, mida esindab täiuslik takisti jadaga täiuslik kondensaator. Signaali allikas on samuti jagatud kaheks signaaliks, mille üks signaalifaas on teisele signaalile viidates 90 kraadi võrra nihutatud.

Siin on nüüd hirmutav osa. Peame sukelduma matemaatikasse, mis kirjeldab selle vooluahela tööd. Kõigepealt vaatame pinget arvesti paremal küljel. Kujunduse lihtsustamiseks on parem valida paremal küljel olev takistus võrdseks, nii et Rm = Rm ja pinge Vmr on pool Vrefist.

Vmr = Vref / 2

Järgmisena, kui sild on tasakaalus, on arvesti vasakul ja paremal olev pinge täpselt võrdne ning faas ühtib samuti täpselt. Seega on Vml ka pool Vrefist. Selle abil saame kirja panna:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Proovime nüüd R90 ja R0 kaudu voolava voolu kirja panna:

Ir0 = (Vref / 2) x (1 / Ro)

Ir90 = (Vz - (Vref / 2)) / (R90)

Samuti on testitav seade praegune vool:

Ic = Ir0 + Ir90

Oletame, et testitav seade on kondensaator ja me tahame, et Vz juhib Vref 90 kraadi võrra ja

arvutamise lihtsustamiseks saame Vz ja Vref pinge normaliseerida 1 V -ni. Võime siis öelda:

Vz = j, Vref = 1

Ir0 = Vref / (2 x Ro) = Ro / 2

Ir90 = (j - 0,5) / (R90)

Kõik koos:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0,5 / Ic)

Kus Xc on täiusliku mahtuvuse Cc takistus.

Seega, silla tasakaalustamiseks ja R0 ja R90 väärtuse väljaselgitamiseks on testitava Ic seadme kaudu koguvoolu arvutamine lihtne. Kasutades viimast võrrandit, milleni jõudsime, saame arvutada täiusliku mahtuvuse ja jadatakistuse takistuse. Teades kondensaatori impedantsi ja rakendatava signaali sagedust, on testitava seadme mahtuvust lihtne teada saada:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Samm 7: Kondensaatori või induktori väärtuse mõõtmine

1. Esitage lainefaili arvuti või MP3 -mängija abil.

2. Ühendage MP3 -mängija väljund vastavalt ülaltoodud ühendusskeemile, vahetage ühendus vasakule ja paremale kanalile, kui mõõdate induktiivpooli.

3. Ühendage multimeeter ja seadke mõõtmine vahelduvpingele.

4. Esitage heliklipp ja reguleerige trimmipotti, kuni pinge näit langeb miinimumini. Mida lähemale nullile, seda täpsem on mõõtmine.

5. Ühendage testitav seade (DUT) ja MP3 -mängija lahti.

6. Liigutage multimeetri juhe asendisse R90 ja määrake takistuse mõõtmine. Mõõtke väärtus. 7. Tehke sama R0 puhul.

8. Arvutage kondensaatori/induktori väärtus käsitsi või kasutage väärtuse lahendamiseks kaasasolevat Octave/Matlabi skripti.

8. etapp: tabel ligikaudse takistuse kohta, mis on vajalik muutuva takisti jaoks silla tasakaalustamiseks

9. samm: aitäh

Täname, et lugesite seda juhendit. See oli 2009. aastal kirjutatud veebilehe transkriptsioon