Jak změřit kondenzátor nebo induktor pomocí MP3 přehrávače: 9 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:19

Zde je jednoduchá technika, kterou lze použít k přesnému měření kapacity a indukčnosti kondenzátoru a induktoru bez nákladného vybavení. Technika měření je založena na vyváženém můstku a lze ji snadno postavit z levných rezistorů. Tato měřicí technika měří více než jen hodnotu kapacity, ale také efektivní sériový odpor kondenzátoru současně.

Požadované součásti:

1. Několik variabilních odporů

2. MP3 přehrávač

3. Multimetr

4. Kalkulačka pro výpočet hodnoty

Krok 1: Trocha teorie pozadí

Jako úvod do projektu si vezměme, co je most LCR a co je potřeba k jeho výrobě

jeden. Pokud chcete vytvořit pouze most LCR, tyto kroky přeskočte.

Abychom porozuměli fungování mostu LCR, je nutné mluvit o tom, jak se kondenzátor, odpor a induktor chová v obvodu střídavého proudu. Čas oprášit učebnici ECE101. Rezistor je nejsnadněji pochopitelným prvkem ze skupiny. Dokonalý odpor se chová stejně, když stejnosměrný proud prochází odporem, jako když jím prochází střídavý proud. Poskytuje odpor protékajícímu proudu, i když tím odvádí energii. Jednoduchý vztah mezi proudem, napětím a odporem je:

R = I / V

Naproti tomu dokonalý kondenzátor je zařízení pro ukládání čisté energie. Nerozptyluje žádnou energii, která jím prochází. Spíše, protože na svorku kondenzátoru je aplikováno střídavé napětí, je proudový proud přes kondenzátor potřebný k přidání a odebrání chage z kondenzátoru. Výsledkem je, že proud protékající kondenzátorem je ve srovnání s jeho koncovým napětím mimo fázi. Ve skutečnosti je vždy o 90 stupňů napřed před napětím na svém terminálu. Jednoduchý způsob, jak to znázornit, je použití imaginárního čísla (j):

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

Podobně jako kondenzátor, induktor je zařízení pro skladování čisté energie. Jako přesný doplněk kondenzátoru používá induktor magnetické pole k udržování proudu procházejícího induktorem, přičemž upravuje své koncové napětí. Proud protékající induktorem je tedy o 90 stupňů před koncovým napětím. Rovnice představující vztah napětí a proudu na jeho terminálu je:

V (j) (L) = I

Krok 2: Více teorie

Souhrnně můžeme nakreslit odporový proud (Ir), induktorový proud (Ii) a kondenzátorový proud (Ic) na stejný vektorový diagram, který je zde zobrazen.

Krok 3: Více teorie

V dokonalém světě s dokonalým kondenzátorem a tlumivkami získáte zařízení pro ukládání čisté energie.

Ve skutečném světě však nic není dokonalé. Jednou z klíčových vlastností zařízení pro uchovávání energie, ať už je to kondenzátor, baterie nebo čerpadlo, je účinnost úložného zařízení. Během procesu se vždy ztratí určité množství energie. V kondenzátoru nebo induktoru je to paracidní odpor zařízení. V kondenzátoru se tomu říká disipační faktor a v induktoru se to nazývá faktor kvality. Rychlý způsob, jak modelovat tuto ztrátu, je přidat sériový odpor v sérii pefektního kondenzátoru nebo induktoru. Kondenzátor skutečného života tedy vypadá spíše jako dokonalý rezistor a dokonalý kondenzátor v sérii.

Krok 4: Wheatstone Bridge

V můstku jsou celkem čtyři odporové prvky. K dispozici je také zdroj signálu a

metr ve středu mostu. Prvek, který máme pod kontrolou, jsou odporové prvky. Hlavní funkcí odporového můstku je sladit odpory v můstku. Když je můstek vyvážený, což znamená, že odpor R11 odpovídá R12 a R21 odpovídá R22, výstup na měřiči ve středu přejde na nulu. Důvodem je, že proud, který protéká R11, proudí z R12 a proud proudí, když R21 proudí z R22. Napětí mezi levou stranou měřiče a pravou stranou měřiče pak bude identické.

Krása můstku je zdrojová impedance zdroje signálu a linearita měřiče neovlivňuje měření. Dokonce i když máte levný měřič, který potřebuje k měření hodně proudu (řekněme starý analogový měřič typu jehly), stále zde funguje dobře, pokud je dostatečně citlivý, aby vám řekl, když není k dispozici žádný proud protékající metrem. Pokud má zdroj signálu značnou výstupní impedanci, pokles výstupního napětí způsobený proudem procházejícím mostem má stejný účinek na levé straně můstku jako na pravé straně můstku. Čistý výsledek se sám zruší a můstek může stále odpovídat odporu s pozoruhodným stupněm přesnosti.

Pozorný čtenář si může všimnout, že můstek bude také vyvažovat, pokud se R11 rovná R21 a R12 se rovná R22. To je případ, který zde nebudeme zvažovat, takže tento případ nebudeme dále rozebírat.

Krok 5: A co reaktivní prvek místo rezistorů?

V tomto případě bude můstek vyvážen, jakmile Z11 odpovídá Z12. Aby byl design jednoduchý, pravá strana mostu byla vytvořena pomocí odporů. Jedním novým požadavkem je, že zdroj signálu musí být střídavý. Používaný měřič musí být také schopen detekovat střídavý proud. Z11 a Z12 může být jakýkoli zdroj impedance, kondenzátor, induktor, odpor nebo kombinace všech tří.

Zatím je vše dobré. Pokud byste dostali pytel dokonale kalibrovaných kondenzátorů a induktorů, bylo by možné pomocí můstku zjistit hodnotu neznámého zařízení. To by však bylo opravdu časově náročné a nákladné. Lepším řešením než je najít způsob, jak pomocí nějakého triku simulovat dokonalé referenční zařízení. Zde přichází na řadu MP3 přehrávač.

Pamatujete na proud protékající kondenzátorem, který je vždy o 90 stupňů před koncovým napětím? Pokud nyní dokážeme opravit koncové napětí testovaného zařízení, bylo by možné, abychom použili proud, který je 90 stupňů předem, a simulovali účinek kondenzátoru. K tomu musíme nejprve vytvořit zvukový soubor, který obsahuje dvě sinusové vlny s fázovým rozdílem 90 stupňů mezi oběma vlnami.

Krok 6: Vložení toho, co víme, do mostu

Nahráním tohoto vlnového souboru do přehrávače MP3 nebo jeho přehráváním přímo z počítače vytvoří levý a pravý kanál dvě sinusové vlny se stejnou amplitudou. Od této chvíle budu kvůli jednoduchosti používat jako příklad kondenzátor. Stejný princip je však použitelný také pro induktory, kromě toho, že excitovaný signál musí místo toho zaostávat o 90 stupňů.

Pojďme nejprve překreslit můstek s testovaným zařízením reprezentovaným dokonalým kondenzátorem v sérii s dokonalým odporem. Zdroj signálu je také rozdělen na dva signály s jednou fází signálu posunutou o 90 stupňů, když se odkazuje na druhý signál.

Tady je ta děsivá část. Musíme se ponořit do matematiky, která popisuje fungování tohoto obvodu. Nejprve se podívejme na napětí na pravé straně měřiče. Aby byl návrh jednoduchý, je nejlepší vybrat odpor na pravé straně, aby byl stejný, takže Rm = Rm a napětí na Vmr je polovina Vref.

Vmr = Vref / 2

Dále, když je můstek vyvážený, napětí vlevo od měřiče a vpravo od měřiče bude přesně stejné a fáze bude také přesně odpovídat. Vml je tedy také polovinou Vrefu. S tímto můžeme zapsat:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Pokusme se nyní zapsat proud tekoucí přes R90 a R0:

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

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

Proud procházející testovaným zařízením je také:

Ic = Ir0 + Ir90

Předpokládejme, že testované zařízení je kondenzátor a chceme, aby Vz vedl Vref o 90 stupňů a

aby byl výpočet jednoduchý, můžeme normalizovat napětí Vz a Vref na 1V. Můžeme pak říci:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Všichni společně:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

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

Kde Xc je impedance dokonalé kapacity Cc.

Vyvážením můstku a zjištěním hodnot R0 a R90 je tedy snadné vypočítat celkový proud přes testované zařízení Ic. Pomocí konečné rovnice, ke které jsme přišli, můžeme vypočítat impedanci dokonalé kapacity a sériový odpor. Znalostí impedance kondenzátoru a frekvence aplikovaného signálu je snadné zjistit kapacitu testovaného zařízení pomocí:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Krok 7: Krok při měření hodnoty kondenzátoru nebo induktoru

1. Přehrajte soubor wave pomocí počítače nebo přehrávače MP3.

2. Připojte výstup přehrávače MP3 podle výše uvedeného schématu zapojení, vyměňte připojení k levému a pravému kanálu, pokud měříte induktor.

3. Připojte multimetr a nastavte měření na střídavé napětí.

4. Přehrávejte zvukový klip a upravujte trimr, dokud hodnota napětí neklesne na minimum. Čím blíže k nule, tím přesnější bude měření.

5. Odpojte testované zařízení (DUT) a MP3 přehrávač.

6. Přesuňte vodič multimetru na R90 a nastavte měření odporu. Změřte hodnotu. 7. Totéž proveďte pro R0.

8. Buď ručně vypočítejte hodnotu kondenzátoru/induktoru, nebo použijte dodaný skript Octave/Matlab k vyřešení hodnoty.

Krok 8: Tabulka přibližného odporu požadovaného pro proměnný odpor k vyvážení můstku

Krok 9: Děkuji

Děkujeme, že jste si přečetli tento návod. Toto byl přepis webové stránky, kterou jsem napsal v roce 2009