Cum se măsoară un condensator sau un inductor cu MP3 Player: 9 pași

2025 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2025-01-13 06:58

Iată o tehnică simplă care poate fi utilizată pentru a măsura cu precizie capacitatea și inductanța unui condensator și a unui inductor fără echipamente scumpe. Tehnica de măsurare se bazează pe o punte echilibrată și poate fi construită cu ușurință din rezistențe ieftine. Această tehnică de măsurare măsoară mai mult decât valoarea capacității, dar și rezistența efectivă în serie a condensatorului în același timp.

Componente necesare:

1. Puține rezistențe variabile

2. Un player MP3

3. Un multimetru

4. Un calculator pentru a stabili valoarea

Pasul 1: un pic de teorie de fundal

Ca o introducere în proiect, să luăm ceea ce este o punte LCR și ce este nevoie pentru a face

unu. Dacă doriți doar să creați un pod LCR, săriți peste acești pași.

Pentru a înțelege funcționarea unei punți LCR, este necesar să vorbim despre cum se comportă un condensator, un rezistor și un inductor într-un circuit de curent alternativ. E timpul să vă îndepărtați manualul ECE101. Rezistorul este cel mai ușor de înțeles elemente din grup. Un rezistor perfect se comportă la fel când trece un curent continuu de rezistență ca și când trece un curent alternativ. Oferă rezistență la curentul care curge, deși disipă astfel energia. Relația simplă dintre curent, tensiune și rezistență este:

R = I / V

Un condensator perfect, pe de altă parte, este un dispozitiv de stocare a energiei pure. Nu risipeste nimic din energia care trece de ea. Mai degrabă, deoarece o tensiune de curent alternativ este aplicată la un terminal al condensatorului, debitul de curent, deși condensatorul este curent, este necesar pentru a adăuga și a elimina încărcătura din condensator. Ca rezultat, curentul care curge deși condensatorul este defazat în comparație cu tensiunea sa terminală. De fapt, este întotdeauna cu 90 de grade înaintea tensiunii de pe terminalul său. Modul simplu de a reprezenta acest lucru este utilizarea numărului imaginar (j):

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

Similar cu condensatorul, inductorul este un dispozitiv de stocare a energiei pure. Ca un compliment exact pentru condensator, inductorul folosește câmp magnetic pentru a menține curentul care trece prin inductor, reglându-și tensiunea terminală. Astfel, curentul care trece prin inductor este cu 90 de grade înaintea tensiunii terminale. Ecuația reprezintă relația de tensiune și curent în terminalul său este:

V (j) (L) = I

Pasul 2: Mai multă teorie

Ca rezumat, putem trage curentul rezistorului (Ir), curentul inductorului (Ii) și curentul condensatorului (Ic) toate pe aceeași diagramă vectorială, prezentată aici.

Pasul 3: Mai multă teorie

Într-o lume perfectă, cu condensatori și inductori perfecti, veți obține un dispozitiv de stocare a energiei pure.

Cu toate acestea, într-o lume reală, nimic nu este perfect. Una dintre calitățile cheie ale dispozitivului de stocare a energiei, poate fi un condensator, o baterie sau un dispozitiv de stocare a pompei, este eficiența dispozitivului de stocare. O anumită cantitate de energie se pierde întotdeauna în timpul procesului. Într-un condensator sau inductor, aceasta este rezistența paracidică a dispozitivului. Într-un condensator, se numește factor de disipare, iar într-un inductor, se numește factorul de calitate. O modalitate rapidă de a modela această pierdere este de a adăuga o rezistență de serie în seria unui condensator sau inductor pefect. Astfel, un condensator din viața reală arată mai mult ca un rezistent perfect și un condensator perfect în serie.

Pasul 4: Podul Wheatstone

Există un total de patru elemente rezistive într-un pod. Există, de asemenea, o sursă de semnal și un

metru în centrul podului. Elementul pe care îl deținem este elementele rezistive. Funcția principală a podului rezistiv este de a se potrivi cu rezistențele din pod. Când un pod este echilibrat, ceea ce indică că rezistența R11 se potrivește cu R12 și R21 se potrivește cu R22, ieșirea contorului din centru merge la zero. Acest lucru se datorează faptului că curentul care curge deși R11 curge din R12 și curentul curge deși R21 curge din R22. Tensiunea dintre partea stângă a contorului și partea dreaptă a contorului va fi apoi identică.

Frumusețea podului este impedanța sursei sursei de semnal, iar liniaritatea contorului nu afectează măsurarea. Chiar dacă aveți un contor ieftin care necesită mult curent pentru a face măsurarea (să zicem, un contor analog tip vechi cu ac), acesta face o treabă bună aici atâta timp cât este suficient de sensibil pentru a vă spune când nu există curent curge deși contorul. Dacă sursa de semnal are o impedanță de ieșire substanțială, scăderea tensiunii de ieșire cauzată de curentul care trece deși podul are același efect pe partea stângă a podului ca și partea dreaptă a podului. Rezultatul net se anulează și podul poate încă se potrivi rezistenței la un grad remarcabil de precizie.

Cititorul atent ar putea observa că podul se va echilibra și dacă R11 este egal cu R21 și R12 este egal cu R22. Acesta este cazul pe care nu îl vom lua în considerare aici, deci nu vom discuta mai departe acest caz.

Pasul 5: Ce zici de un element reactiv în loc de rezistențe?

În acest exemplu, podul va fi echilibrat odată ce Z11 se potrivește cu Z12. Păstrând designul simplu, partea dreaptă a podului a fost alcătuită folosind rezistențe. O nouă cerință este că sursa de semnal trebuie să fie o sursă de curent alternativ. Contorul utilizat trebuie să fie, de asemenea, capabil să detecteze curent alternativ. Z11 și Z12 pot fi orice sursă de impedanță, condensator, inductor, rezistor sau combinație a tuturor celor trei.

Până acum, bine. Dacă aveți o pungă de condensatori și inductori perfect calibrați, ar fi posibil să utilizați podul pentru a afla valoarea dispozitivului necunoscut. Cu toate acestea, ar fi cu adevărat consumatoare de timp și costisitoare. O soluție mai bună decât este de a găsi o modalitate de a simula dispozitivul de referință perfect cu un truc. Aici intră în imagine playerul MP3.

Vă amintiți curentul care curge, deși un condensator este întotdeauna cu 90 de grade înaintea tensiunii sale terminale? Acum, dacă putem stabili tensiunea terminală a dispozitivului supus testării, ar fi posibil să aplicăm un curent cu 90 de grade în avans și să simulăm efectul unui condensator. Pentru a face acest lucru, trebuie mai întâi să creăm un fișier audio care conține două unde sinusoidale cu o diferență de fază de 90 de grade între cele două unde.

Pasul 6: Punerea a ceea ce știm într-un pod

Încărcând acest fișier de undă în playerul MP3 sau redându-l direct de pe PC, canalul din stânga și din dreapta produce cele două unde sinusoidale cu aceeași amplitudine. Din acest moment, voi folosi condensatorul ca exemplu pentru simplitate. Cu toate acestea, același principiu se aplică și inductoarelor, cu excepția faptului că semnalul excitat trebuie să fie în schimb cu 90 de grade.

Să redesenăm mai întâi podul cu dispozitivul testat reprezentat de un condensator perfect în serie cu un rezistor perfect. Sursa de semnal este, de asemenea, împărțită în două semnale cu o fază de semnal schimbată cu 90 de grade atunci când se face referire la celălalt semnal.

Acum, iată partea înfricoșătoare. Trebuie să ne scufundăm în matematica care descrie funcționarea acestui circuit. Mai întâi, să ne uităm la tensiunea din partea dreaptă a contorului. Pentru a simplifica proiectarea, cel mai bine este să selectați rezistența din partea dreaptă pentru a fi egală, astfel încât Rm = Rm și tensiunea la Vmr este jumătate din Vref.

Vmr = Vref / 2

Apoi, când podul este echilibrat, tensiunea din stânga contorului și dreapta contorului va fi exact egală, iar faza se va potrivi exact. Astfel, Vml este, de asemenea, jumătate din Vref. Cu aceasta, putem nota:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Să încercăm acum să notăm curentul curent deși R90 și R0:

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

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

De asemenea, curentul care curge deși dispozitivul testat este:

Ic = Ir0 + Ir90

Acum, să presupunem că dispozitivul supus testului este un condensator și vrem ca Vz să conducă Vref cu 90 de grade și la

simplificați calculul, putem normaliza tensiunea Vz și Vref la 1V. Putem spune atunci:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Toti impreuna:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

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

Unde Xc este impedanța capacității perfecte Cc.

Astfel, prin echilibrarea punții și aflarea valorii R0 și R90, este simplu să calculați curentul total prin dispozitivul testat Ic. Folosiți ecuația finală la care am ajuns, putem calcula impedanța capacității perfecte și rezistența serie. Cunoscând impedanța condensatorului și frecvența semnalului aplicat, este ușor să aflați capacitatea dispozitivului testat prin:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Pasul 7: Pasul în măsurarea valorii condensatorului sau a inductorului

1. Redați fișierul Wave folosind un PC sau un MP3 player.

2. Conectați ieșirea playerului MP3 ca schema de cablare prezentată mai sus, schimbați conexiunea pe canalul stâng și dreapta dacă măsurați inductor.

3. Conectați multimetrul și setați măsurarea la tensiunea de curent alternativ.

4. Redați clipul audio și reglați potul de tăiere până când tensiunea scade la minim. Cu cât este mai aproape de zero, cu atât măsurarea va fi mai precisă.

5. Deconectați dispozitivul testat (DUT) și playerul MP3.

6. Mutați cablul multimetrului la R90 și setați măsurarea pe rezistență. Măsurați valoarea. 7. Faceți același lucru pentru R0.

8. Fie calculați manual valoarea condensatorului / inductorului, fie folosiți scriptul Octave / Matlab furnizat pentru a rezolva valoarea.

Pasul 8: Un tabel de rezistență aproximativă necesar pentru rezistența variabilă pentru a echilibra podul

Pasul 9: Mulțumesc

Vă mulțumim că ați citit acest instructable. Aceasta a fost o transcriere a unei pagini web pe care am scris-o în 2009