Kako izmjeriti kondenzator ili induktor s Mp3 playerom: 9 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Evo jednostavne tehnike koja se može koristiti za precizno mjerenje kapaciteta i induktivnosti kondenzatora i induktora bez skupe opreme. Mjerna tehnika temelji se na uravnoteženom mostu i može se lako izgraditi od jeftinih otpornika. Ova mjerna tehnika mjeri ne samo vrijednost kapaciteta, već i efektivni serijski otpor kondenzatora u isto vrijeme.

Potrebne komponente:

1. Nekoliko promjenjivih otpornika

2. MP3 player

3. Multimetar

4. Kalkulator za izračunavanje vrijednosti

Korak 1: Malo pozadinske teorije

Kao uvod u projekt, uzmimo što je LCR most i što 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 iz 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 pohranu 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. Zapravo, 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 čist uređaj za pohranu energije. Kao točan 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 sažetak, 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. Jedna od ključnih kvaliteta uređaja za pohranu energije, bilo da se radi o kondenzatoru, bateriji ili uređaju za pohranu pumpe, je učinkovitost uređaja za pohranu. Tijekom procesa uvijek se izgubi određena količina energije. 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 nizu savršenog kondenzatora ili induktora. Dakle, kondenzator u stvarnom životu više sliči savršenom otporniku i savršenom kondenzatoru u seriji.

Korak 4: Most Wheatstone

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

metar u središtu 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 mjerilo koje za mjerenje troši mnogo 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 metar. 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 poništava se i most i dalje može parirati otporu do izuzetnog stupnja točnosti.

Pažljivi čitatelj mogao bi primijetiti da će se most također uravnotežiti 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: Što 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. Mjerač koji se koristi također mora biti u stanju 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 u most

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

Prvo precrtajmo most s uređajem koji se testira i predstavlja savršeni kondenzator u nizu sa savršenim otpornikom. Izvor signala je također podijeljen u dva signala s jednom fazom signala pomaknutom za 90 stupnjeva u odnosu na drugi signal.

E sad, ovdje je zastrašujući dio. Moramo zaroniti u matematiku koja opisuje rad ovog kruga. 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 lijevo od mjerača i desno od mjerača bit će potpuno jednak, a faza će se također točno podudarati. Dakle, Vml je također polovica Vrefa. Time 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 ispituje kondenzator i želimo da Vz vodi Vref za 90 stupnjeva i do

pojednostavniti izračun, 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)

Svi zajedno:

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 kroz uređaj pod testom Ic. Pomoću konačne jednadžbe do koje smo došli možemo izračunati impedanciju savršenog kapaciteta i serijski otpor. Poznavajući impedanciju kondenzatora i učestalost primijenjenog signala, lako je doznati kapacitet ispitivanog uređaja na sljedeći način:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Korak 7: Korak u mjerenju vrijednosti kondenzatora ili induktora

1. Reproducirajte datoteku valova 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. Spojite multimetar i postavite mjerenje na izmjenični napon.

4. Reproducirajte audioisječak i namjestite trim lonac dok očitanje napona ne padne na minimum. Što je bliže nuli, mjerenje će biti točnije.

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/prigušnice 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 bio prijepis web stranice koju sam napisao 2009