Kako izmjeriti kondenzator ili induktor pomoću Mp3 playera: 9 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:04

Evo jednostavne tehnike koja se može koristiti za precizno mjerenje kapaciteta i induktivnosti kondenzatora i induktora bez skupe opreme. Tehnika mjerenja temelji se na uravnoteženom mostu i može se lako konstruirati od jeftinih otpornika. Ova tehnika mjerenja mjeri više od vrijednosti kapacitivnosti, ali i efektivnog serijskog otpora kondenzatora u isto vrijeme.

Potrebne komponente:

1. Nekoliko promjenjivih otpornika

2. MP3 plejer

3. Multimetar

4. Kalkulator za izračunavanje vrijednosti

Korak 1: Malo pozadinske teorije

Kao uvod u projekat, uzmimo šta je LCR most i šta je potrebno za njegovu izradu

jedan. Ako samo želite napraviti LCR most, preskočite ove korake.

Za razumijevanje rada LCR mosta potrebno je govoriti o tome kako se kondenzator, otpornik i induktor ponašaju u izmjeničnom krugu. Vrijeme je za brisanje prašine sa vašeg udžbenika ECE101. Otpornik je najlakše razumjeti elemente izvan grupe. Savršeni otpornik ponaša se isto kad istosmjerna struja prođe kroz otpornik kao i kad kroz nju prođe izmjenična struja. Pruža otpor struji koja teče, a pritom rasipa energiju. Jednostavan odnos između struje, napona i otpora je:

R = I / V

Sa druge strane, savršeni kondenzator je uređaj za skladištenje čiste energije. Ne raspršuje nijednu energiju koja prođe kroz nju. Umjesto toga, kako se na stezaljku kondenzatora primjenjuje izmjenični napon, protok struje kroz kondenzator je potreban za dodavanje i uklanjanje napona iz kondenzatora. Kao rezultat toga, struja koja teče kroz kondenzator je izvan faze u usporedbi s naponom na terminalu. U stvari, uvijek je 90 stupnjeva ispred napona na svom terminalu. Jednostavan način da to predstavite je upotreba imaginarnog broja (j):

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

Slično kondenzatoru, induktor je uređaj za skladištenje čiste energije. Kao potpuni kompliment kondenzatoru, induktor koristi magnetsko polje za održavanje struje koja prolazi kroz induktor, prilagođavajući pritom svoj krajnji napon. Dakle, struja koja teče kroz prigušnicu je 90 stupnjeva ispred napona priključka. Jednadžba koja predstavlja odnos napona i struje na svom terminalu je:

V (j) (L) = I

Korak 2: Više teorije

Kao rezime, možemo nacrtati struju otpornika (Ir), struju induktora (Ii) i struju kondenzatora (Ic) sve na istom vektorskom dijagramu, prikazanom ovdje.

Korak 3: Više teorije

U savršenom svijetu sa savršenim kondenzatorom i induktorima dobivate čist uređaj za pohranu energije.

Međutim, u stvarnom svijetu ništa nije savršeno. Jedan od ključnih kvaliteta uređaja za skladištenje energije, bilo da se radi o kondenzatoru, bateriji ili uređaju za skladištenje pumpe, je efikasnost uređaja za skladištenje. Određena količina energije se uvijek gubi tokom procesa. U kondenzatoru ili induktoru ovo je paracidna otpornost uređaja. U kondenzatoru se naziva faktor disipacije, a u induktoru faktor kvalitete. Brz način modeliranja ovog gubitka je dodavanje serijskog otpora u savršenom kondenzatoru ili induktoru. Dakle, kondenzator iz stvarnog života više izgleda kao savršeni otpornik i savršen kondenzator u seriji.

Korak 4: Wheatstoneov most

U mostu postoje ukupno četiri otporna elementa. Tu je i izvor signala i a

metar u centru mosta. Element koji kontroliramo su otporni elementi. Glavna funkcija otpornog mosta je usklađivanje otpora u mostu. Kada je most uravnotežen, što znači da otpornik R11 odgovara R12 i R21 odgovara R22, izlaz na mjeraču u sredini ide na nulu. To je zato što struja koja teče kroz R11 istječe iz R12, a struja teče kroz R21 iz R22. Napon između lijeve strane mjerača i desne strane mjerača tada će biti identičan.

Ljepota mosta je impedancija izvora izvora signala, a linearnost mjerača ne utječe na mjerenje. Čak i ako imate jeftino brojilo koje za mjerenje troši puno struje (recimo, analogni mjerač tipa igle), ono i dalje ovdje dobro radi sve dok je dovoljno osjetljivo da vam kaže kada nema struje teče kroz mjerač. Ako izvor signala ima značajnu izlaznu impedanciju, pad izlaznog napona uzrokovan strujom koja prolazi kroz most ima isti učinak na lijevoj strani mosta kao i desna strana mosta. Neto rezultat se poništava i most i dalje može parirati otporu do izuzetnog stepena tačnosti.

Pažljivi čitatelj mogao bi primijetiti da će se most uravnotežiti i ako je R11 jednako R21, a R12 jednako R22. Ovo je slučaj koji ovdje nećemo razmatrati, pa nećemo dalje raspravljati o ovom slučaju.

Korak 5: Šta kažete na reaktivni element umjesto otpornika?

U ovom primjeru, most će biti uravnotežen nakon što Z11 odgovara Z12. Održavajući jednostavan dizajn, desna strana mosta sastavljena je pomoću otpornika. Novi zahtjev je da izvor signala mora biti izvor izmjenične struje. Brojilo koje se koristi također mora biti sposobno detektirati izmjeničnu struju. Z11 i Z12 mogu biti bilo koji izvor impedancije, kondenzator, induktor, otpornik ili kombinacija sva tri.

Zasada je dobro. Ako imate vrećicu savršeno kalibriranih kondenzatora i prigušnica, bilo bi moguće pomoću mosta saznati vrijednost nepoznatog uređaja. Međutim, to bi zaista bilo dugotrajno i skupo. Bolje rješenje od toga je pronaći način da nekim trikom simulirate savršeni referentni uređaj. Ovdje MP3 player dolazi na sliku.

Sjećate li se struje koja teče iako je kondenzator uvijek 90 stupnjeva ispred napona na terminalu? Sada, ako možemo popraviti krajnji napon uređaja koji se testira, bilo bi moguće primijeniti struju koja je 90 stupnjeva unaprijed i simulirati učinak kondenzatora. Da bismo to učinili, prvo moramo stvoriti audio datoteku koja sadrži dva sinusna vala s faznom razlikom od 90 stupnjeva između dva vala.

Korak 6: Prebacivanje onoga što znamo na most

Učitavanjem ove datoteke valova u MP3 player ili reprodukcijom direktno s računala, lijevi i desni kanal proizvode dva sinusna vala iste amplitude. Od sada ću, radi jednostavnosti, koristiti kondenzator kao primjer. Međutim, isti princip je primjenjiv i na prigušnice, osim što uzbuđeni signal umjesto toga mora kasniti 90 stupnjeva.

Hajde da prvo precrtamo most sa testiranim uređajem predstavljenim savršenim kondenzatorom u seriji sa savršenim otpornikom. Izvor signala je takođe podeljen na dva signala sa jednom fazom signala pomerenom za 90 stepeni u odnosu na drugi signal.

Evo zastrašujućeg dijela. Moramo zaroniti u matematiku koja opisuje rad ovog kola. Prvo, pogledajmo napon na desnoj strani mjerača. Kako bi dizajn bio jednostavan, najbolje je odabrati otpornik s desne strane kako bi bio jednak, tako da je Rm = Rm i napon na Vmr je polovica Vrefa.

Vmr = Vref / 2

Zatim, kada je most uravnotežen, napon s lijeve strane brojila i s desne strane brojila bit će potpuno jednak, a faza će se isto podudarati. Dakle, Vml je također polovica Vrefa. Ovim možemo zapisati:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Pokušajmo sada zapisati struju koja teče kroz R90 i R0:

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

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

Također, struja koja teče kroz uređaj koji se testira je:

Ic = Ir0 + Ir90

Pretpostavimo da je uređaj koji se testira kondenzator i želimo da Vz vodi Vref za 90 stupnjeva i do

pojednostavimo proračun, možemo normalizirati napon Vz i Vref na 1V. Tada možemo reći:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Sve skupa:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

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

Gdje je Xc impedancija savršenog kapaciteta Cc.

Tako je uravnoteženjem mosta i otkrivanjem vrijednosti R0 i R90 jednostavno izračunati ukupnu struju putem uređaja pod testom Ic. Koristeći konačnu jednadžbu do koje smo došli, možemo izračunati impedanciju savršenog kapaciteta i serijski otpor. Poznavajući impedanciju kondenzatora i učestalost primijenjenog signala, lako je saznati kapacitet testiranog uređaja na sljedeći način:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Korak 7: Korak u mjerenju vrijednosti kondenzatora ili induktora

1. Reproducirajte valnu datoteku pomoću računala ili MP3 playera.

2. Spojite izlaz MP3 playera kao što je prikazano na gornjoj shemi ožičenja, zamijenite vezu na lijevi i desni kanal ako mjerite induktor.

3. Priključite multimetar i postavite mjerenje na izmjenični napon.

4. Pustite audio isječak i namjestite trim lonac dok očitanje napona ne padne na minimum. Što je bliže nuli, mjerenje će biti preciznije.

5. Odspojite uređaj koji se testira (DUT) i MP3 player.

6. Pomaknite kabel multimetra na R90 i postavite mjerenje otpora. Izmjerite vrijednost. 7. Učinite isto za R0.

8. Ili ručno izračunajte vrijednost kondenzatora/induktora ili upotrijebite isporučen Octave/Matlab skript za rješavanje vrijednosti.

Korak 8: Tablica približnog otpora potrebna je promjenjivom otporniku za uravnoteženje mosta

Korak 9: Hvala vam

Hvala vam što ste pročitali ovo uputstvo. Ovo je transkripcija web stranice koju sam napisao 2009