Hoe om 'n kondensator of 'n induktor met 'n mp3 -speler te meet: 9 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Hier is 'n eenvoudige tegniek wat gebruik kan word om presies die kapasitansie en induktansie van 'n kapasitor en induktor sonder duur toerusting te meet. Die meettegniek is gebaseer op 'n gebalanseerde brug en kan maklik opgestel word uit goedkoop weerstande. Hierdie meettegniek meet meer as net die kapasitansiewaarde, maar ook die effektiewe reeksweerstand van die kapasitor op dieselfde tyd.

Komponente benodig:

1. Paar veranderlike weerstande

2. 'n MP3 -speler

3. 'n Multimeter

4. 'n Sakrekenaar om die waarde uit te werk

Stap 1: 'n bietjie agtergrondteorie

As 'n inleiding tot die projek, neem ons wat 'n LCR -brug is en wat dit nodig is om te maak

een. As u net 'n LCR -brug wil maak, slaan hierdie stappe oor.

Om die werking van 'n LCR -brug te verstaan, is dit nodig om te praat oor hoe 'n kapasitor, 'n weerstand en 'n induktor in 'n wisselstroomkring optree. Tyd om u ECE101 -handboek af te stof. Weerstand is die maklikste om elemente uit die groep te verstaan. 'N Perfekte weerstand tree dieselfde op wanneer 'n gelykstroom deur die weerstand gaan as wanneer 'n wisselstroom deur dit gaan. Dit bied weerstand teen die stroom wat vloei, alhoewel dit dus energie afvoer. Die eenvoudige verband tussen die stroom, spanning en weerstand is:

R = I / V

'N Perfekte kondensator, aan die ander kant, is 'n opbergtoestel vir suiwer energie. Dit verdryf nie enige energie wat verbygaan nie. Aangesien 'n wisselspanning op 'n kapasitoraansluiting toegepas word, is die stroom wat deur die kondensator benodig word, nodig om spanning uit die kapasitor te voeg en te verwyder. As gevolg hiervan is die stroom wat deur die kapasitor vloei uit fase as dit met sy eindspanning vergelyk word. Trouens, dit is altyd 90 grade voor die spanning oor sy terminaal. Die eenvoudige manier om dit voor te stel, is die gebruik van denkbeeldige getal (j):

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

Net soos die kondensator, is die induktor 'n toestel vir suiwer energieopberging. As 'n presiese kompliment vir die kondensator, gebruik die induktor magnetiese veld om die stroom wat deur die induktor gaan, te handhaaf en sy eindspanning daardeur aan te pas. Die stroom wat deur die induktor vloei, is dus 90 grade voor die eindspanning. Die vergelyking wat die spanning en stroomverhouding oor sy terminaal voorstel, is:

V (j) (L) = ek

Stap 2: Meer teorie

As 'n opsomming kan ons die weerstandsstroom (Ir), induktorstroom (Ii) en kapasitorstroom (Ic) almal teken op dieselfde vektordiagram, hier getoon.

Stap 3: Meer teorie

In 'n perfekte wêreld met perfekte kondensator en induktors, kry u 'n toestel vir suiwer energieopslag.

In 'n werklike wêreld is niks egter perfek nie. Die doeltreffendheid van die opbergingstoestel is een van die belangrikste eienskappe van energieopbergingstoestelle, of dit nou 'n kondensator, 'n battery of 'n pompopbergingstoestel is. Tydens die proses gaan 'n mate van energie verlore. In 'n kondensator of induktor is dit die parasitiese weerstand van die toestel. In 'n kapasitor word dit die dissipasiefaktor genoem, en in 'n induktor word dit die kwaliteitsfaktor genoem. 'N Vinnige manier om hierdie verlies te modelleer, is om 'n reeksweerstand in 'n reeks van 'n effektiewe kapasitor of induktor by te voeg. 'N Werklike kondensator lyk dus meer na 'n perfekte weerstand en 'n perfekte kapasitor in serie.

Stap 4: Die Wheatstone -brug

Daar is 'n totaal van vier resistiewe elemente in 'n brug. Daar is ook 'n seinbron en 'n

meter in die middel van die brug. Die element wat ons beheer, is die weerstandbiedende elemente. Die hooffunksie van die weerstandsbrug is om die weerstande in die brug aan te pas. As 'n brug gebalanseer is, wat aandui dat die weerstand R11 ooreenstem met R12 en R21 ooreenstem met R22, gaan die uitset op die meter in die middel na nul. Dit is omdat stroom wat vloei alhoewel R11 uit R12 vloei en stroom vloei, terwyl R21 uit R22 vloei. Die spanning tussen die linkerkant van die meter en die regterkant van die meter sal dan identies wees.

Die skoonheid van die brug is die bronimpedansie van die seinbron en die lineariteit van die meter beïnvloed nie die meting nie. Selfs as u 'n goedkoop meter het wat baie stroom benodig om die meting te doen (byvoorbeeld 'n ou naald tipe analoog meter), werk dit steeds goed hier, solank dit sensitief genoeg is om u te vertel wanneer daar geen stroom is nie vloei deur die meter. As die seinbron aansienlike uitsetimpedansie het, het die daling in die uitgangsspanning wat veroorsaak word deur die stroom wat deur die brug gaan, dieselfde effek aan die linkerkant van die brug as die regterkant van die brug. Die netto resultaat kanselleer homself en die brug kan nog steeds ooreenstem met die weerstand tot 'n merkwaardige akkuraatheid.

Let op die leser dat die brug ook sal balanseer as R11 gelyk is aan R21 en R12 gelyk is aan R22. Dit is die geval wat ons nie hier gaan oorweeg nie, en ons sal hierdie saak nie verder bespreek nie.

Stap 5: Hoe gaan dit met 'n reaktiewe element in plaas van weerstande?

In hierdie voorbeeld sal die brug gebalanseer word sodra Z11 ooreenstem met Z12. Hou die ontwerp eenvoudig, die

die regterkant van die brug bestaan uit weerstande. Een nuwe vereiste is dat die seinbron 'n wisselstroombron moet wees. Die gebruikte meter moet ook in staat wees om wisselstroom op te spoor. Z11 en Z12 kan enige impedansiebron, kapasitor, induktor, weerstand of kombinasie van al drie wees.

So ver so goed. As u 'n sak perfek gekalibreerde kapasitors en induktors kry, kan u die brug gebruik om die waarde van die onbekende toestel uit te vind. Dit sou egter werklik tydrowend en duur wees. 'N Beter oplossing as om 'n manier te vind om die perfekte naslaanapparaat met 'n truuk te simuleer. Dit is waar die MP3 -speler in die prentjie kom.

Onthou u die stroom wat vloei, alhoewel 'n kondensator altyd 90 grade voor die eindspanning is? As ons nou die eindspanning van die toestel wat getoets word, kan vasstel, sou dit moontlik wees om 'n stroom wat 90 grade van vooraf is, toe te pas en die effek van 'n kondensator te simuleer. Om dit te kan doen, moet ons eers 'n klanklêer skep wat twee sinusgolwe bevat met 'n faseverskil van 90 grade tussen die twee golwe.

Stap 6: Plaas wat ons weet in 'n brug

As u hierdie golflêer na die MP3 -speler oplaai of direk vanaf die rekenaar afspeel, produseer die linker- en regterkanaal die twee sinusgolf met dieselfde amplitude. Van hierdie punt af gaan ek ter wille van eenvoud die kapasitor as voorbeeld gebruik. Dieselfde beginsel is egter ook van toepassing op induktors, behalwe dat die opgewekte sein eerder 90 grade moet vertraag.

Laat ons eers die brug teken met die toets van die toestel, verteenwoordig deur 'n perfekte kondensator in serie met 'n perfekte weerstand. Die seinbron word ook verdeel in twee seine met een seinfase wat met 90 grade verskuif word wanneer daar na die ander sein verwys word.

Hier is die eng deel. Ons moet duik in die wiskunde wat die werking van hierdie stroombaan beskryf. Kom ons kyk eers na die spanning aan die regterkant van die meter. Om die ontwerp eenvoudig te maak, is dit die beste om die weerstand aan die regterkant te kies om gelyk te wees, dus Rm = Rm en spanning by Vmr is die helfte van die Vref.

Vmr = Vref / 2

As die brug daarna gebalanseer is, sal die spanning aan die linkerkant van die meter en die regterkant van die meter presies gelyk wees, en die fase sal ook presies ooreenstem. Dus, Vml is ook die helfte van Vref. Hiermee kan ons neerskryf:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Kom ons probeer nou die huidige vloei van R90 en R0 neerskryf:

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

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

Die toestel wat tans vloei, word egter getoets:

Ic = Ir0 + Ir90

Veronderstel nou dat die toetsapparaat 'n kondensator is, en ons wil hê dat Vz Vref 90 grade moet lei, en na

maak die berekening eenvoudig, ons kan die spanning van Vz en Vref na 1V normaliseer. Ons kan dan sê:

Vz = j, Vref = 1

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

Ir90 = (j - 0.5) / (R90)

Almal saam:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0.5 / Ic)

Waar Xc die impedansie is van die perfekte kapasitansie Cc.

Deur die brug te balanseer en die waarde van R0 en R90 uit te vind, is dit eenvoudig om die totale stroom deur middel van die toets Ic te bereken. Gebruik die finale vergelyking waarna ons gekom het, ons kan die impedansie van die perfekte kapasitansie en die reeksweerstand bereken. Deur die kapasitor -impedansie en die frekwensie van die aangevoerde sein te ken, is dit maklik om die kapasitansie van die toetsapparaat uit te vind deur:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Stap 7: Meet die waarde van die kondensator of induktor

1. Speel die golflêer met 'n rekenaar of 'n MP3 -speler.

2. Koppel die uitset van die MP3 -speler aan soos aangedui in die bedradingsdiagram hierbo. Verander die verbinding na die linker- en regterkanaal as u die induktor meet.

3. Koppel die multimeter aan en stel die meting op wisselspanning in.

4. Speel die klankgreep en pas die snypot aan totdat die spanningslesing tot die minimum daal. Hoe nader aan nul, hoe akkurater sal die meting wees.

5. Ontkoppel die toestel wat getoets word (DUT) en die MP3 -speler.

6. Skuif die multimeterkabel na R90 en stel die meting op weerstand in. Meet die waarde. 7. Doen dieselfde vir R0.

8. Bereken die kapasitor/induktorwaarde handmatig, of gebruik die meegeleverde Octave/Matlab -skrif om die waarde op te los.

Stap 8: 'n Tabel van geskatte weerstand wat benodig word vir die veranderlike weerstand om die brug in balans te bring

Stap 9: Dankie

Dankie dat u hierdie instruksies gelees het. Dit was 'n transkripsie van 'n webblad wat ek in 2009 geskryf het