Kā izmērīt kondensatoru vai induktoru, izmantojot MP3 atskaņotāju: 9 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Šeit ir vienkārša tehnika, ko var izmantot, lai precīzi izmērītu kondensatora un induktora kapacitāti un induktivitāti bez dārgas iekārtas. Mērīšanas metodes pamatā ir līdzsvarots tilts, un to var viegli izveidot no lētiem rezistoriem. Šī mērīšanas metode mēra ne tikai kapacitātes vērtību, bet arī kondensatora efektīvo sērijas pretestību.

Nepieciešamās sastāvdaļas:

1. Maz mainīgu rezistoru

2. MP3 atskaņotājs

3. Multimetrs

4. Kalkulators vērtības noteikšanai

1. solis: mazliet fona teorijas

Kā ievada projektu, pieņemsim to, kas ir LCR tilts un kas tam nepieciešams

viens. Ja vēlaties izveidot LCR tiltu, izlaidiet šīs darbības.

Lai saprastu LCR tilta darbību, ir jārunā par to, kā kondensators, rezistors un induktors darbojas maiņstrāvas ķēdē. Laiks notīrīt ECE101 mācību grāmatas putekļus. Rezistors ir visvieglāk saprotamais grupas elements. Ideāls rezistors uzvedas tāpat, kad līdzstrāva iet caur rezistoru, tāpat kā maiņstrāva. Tas nodrošina pretestību straumei, lai gan tādējādi izkliedē enerģiju. Vienkārša attiecība starp strāvu, spriegumu un pretestību ir šāda:

R = I / V

No otras puses, ideāls kondensators ir tīras enerģijas uzglabāšanas ierīce. Tas neizkliedē enerģiju, kas tai iet. Drīzāk, tā kā kondensatora spailei tiek pielietots maiņstrāvas spriegums, pašreizējā plūsma, lai gan kondensators ir nepieciešama strāva, lai pievienotu un noņemtu kondensatoru. Tā rezultātā, salīdzinot ar termināla spriegumu, strāva, kas plūst pa kondensatoru, ir beigusies. Patiesībā tas vienmēr ir par 90 grādiem priekšā spriegumam visā terminālī. Vienkāršs veids, kā to attēlot, ir iedomātā skaitļa (j) izmantošana:

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

Līdzīgi kā kondensators, induktors ir tīras enerģijas uzkrāšanas ierīce. Kā precīzs kompliments kondensatoram, induktors izmanto magnētisko lauku, lai uzturētu strāvu, kas iet caur induktoru, pielāgojot tā gala spriegumu. Tādējādi strāva, kas plūst caur induktoru, ir par 90 grādiem priekšā spailes spriegumam. Vienādojums, kas attēlo sprieguma un strāvas attiecību tā terminālī, ir šāds:

V (j) (L) = I

2. solis: vairāk teorijas

Apkopojot, mēs varam uzzīmēt rezistora strāvu (Ir), induktora strāvu (Ii) un kondensatora strāvu (Ic) vienā un tajā pašā vektoru diagrammā, kas parādīta šeit.

3. solis: vairāk teorijas

Ideālā pasaulē ar perfektu kondensatoru un induktoriem jūs iegūstat tīras enerģijas uzglabāšanas ierīci.

Tomēr reālajā pasaulē nekas nav ideāls. Viena no enerģijas uzglabāšanas ierīces galvenajām kvalitātēm, vai tā var būt kondensators, akumulators vai sūkņa uzglabāšanas ierīce, ir uzglabāšanas ierīces efektivitāte. Procesa laikā vienmēr tiek zaudēts zināms enerģijas daudzums. Kondensatorā vai induktorā tā ir ierīces paracīdā pretestība. Kondensatorā to sauc par izkliedes koeficientu, bet induktors - par kvalitātes faktoru. Ātrs veids, kā modelēt šo zaudējumu, ir sērijveida pretestības pievienošana perfektam kondensatoram vai induktoram. Tādējādi reālās dzīves kondensators vairāk izskatās kā ideāls rezistors un ideāls kondensators virknē.

4. solis: Kviešakmens tilts

Kopā tiltā ir četri pretestības elementi. Ir arī signāla avots un a

metrs tilta centrā. Elements, ko mēs kontrolējam, ir pretestības elementi. Rezistīvā tilta galvenā funkcija ir saskaņot tilta pretestības. Kad tilts ir līdzsvarots, kas norāda, ka rezistors R11 atbilst R12 un R21 atbilst R22, skaitītāja izeja centrā iet uz nulli. Tas ir tāpēc, ka strāva, kas plūst caur R11, izplūst no R12, un strāva, lai gan R21 plūst no R22. Spriegums starp skaitītāja kreiso pusi un skaitītāja labo pusi būs identisks.

Tilta skaistums ir signāla avota pretestība, un skaitītāja linearitāte neietekmē mērījumus. Pat ja jums ir lēts skaitītājs, kas prasa daudz strāvas, lai veiktu mērījumus (teiksim, vecs adatas tipa analogs skaitītājs), tas joprojām šeit dara labu darbu, ja vien tas ir pietiekami jutīgs, lai pateiktu, kad nav strāvas plūst caur skaitītāju. Ja signāla avotam ir būtiska izejas pretestība, izejas sprieguma kritumam, ko izraisa strāva, kas iet caur tiltu, ir tāda pati ietekme uz tilta kreiso pusi kā tilta labajai pusei. Neto rezultāts atceļ sevi, un tilts joprojām var atbilst pretestībai ar ievērojamu precizitātes pakāpi.

Uzmanīgs lasītājs var pamanīt, ka tilts līdzsvarosies arī tad, ja R11 ir vienāds ar R21 un R12 ir vienāds ar R22. Šis ir gadījums, kuru mēs šeit neapsvērsim, tāpēc mēs šo lietu tālāk neapspriedīsim.

5. solis: kā būtu ar reaktīvo elementu rezistoru vietā?

Šajā piemērā tilts tiks līdzsvarots, kad Z11 sakrīt ar Z12. Saglabājot vienkāršu dizainu, Tilta labā puse tika veidota, izmantojot rezistorus. Viena jauna prasība ir, ka signāla avotam jābūt maiņstrāvas avotam. Arī izmantotajam skaitītājam jāspēj noteikt maiņstrāvu. Z11 un Z12 var būt jebkurš pretestības avots, kondensators, induktors, rezistors vai visu trīs kombinācija.

Tik tālu, labi. Ja jums būtu maiss ar perfekti kalibrētiem kondensatoriem un induktoriem, būtu iespējams izmantot tiltu, lai uzzinātu nezināmās ierīces vērtību. Tomēr tas būtu patiešām laikietilpīgi un dārgi. Labāks risinājums ir atrast veidu, kā ar kādu triku simulēt perfektu atsauces ierīci. Šeit attēlā parādās MP3 atskaņotājs.

Atcerieties strāvu, kas plūst, lai gan kondensators vienmēr ir par 90 grādiem priekšā gala spriegumam? Tagad, ja mēs varam noteikt pārbaudāmās ierīces spailes spriegumu, mums būtu iespējams iepriekš pielietot strāvu, kas ir 90 grādi, un simulēt kondensatora efektu. Lai to izdarītu, mums vispirms ir jāizveido audio fails, kurā ir divi sinusa viļņi ar fāžu starpību starp 90 viļņiem starp abiem viļņiem.

6. solis. Ievietojiet to, ko mēs zinām, tiltā

Augšupielādējot šo viļņu failu MP3 atskaņotājā vai atskaņojot to tieši no datora, kreisais un labais kanāls rada divus sinusa viļņus ar tādu pašu amplitūdu. No šī brīža es vienkāršības labad kā piemēru izmantošu kondensatoru. Tomēr tas pats princips ir piemērojams arī induktoriem, izņemot to, ka ierosinātajam signālam jāatpaliek par 90 grādiem.

Vispirms pārzīmēsim tiltu ar pārbaudāmo ierīci, ko sērijveidā attēlo perfekts kondensators ar perfektu rezistoru. Signāla avots ir arī sadalīts divos signālos, un viena signāla fāze ir nobīdīta par 90 grādiem, atsaucoties uz otru signālu.

Tagad šeit ir biedējošā daļa. Mums ir jāiedziļinās matemātikā, kas apraksta šīs shēmas darbību. Vispirms apskatīsim spriegumu skaitītāja labajā pusē. Lai padarītu dizainu vienkāršu, vislabāk ir izvēlēties rezistoru labajā pusē, lai tas būtu vienāds, tāpēc Rm = Rm un spriegums pie Vmr ir puse no Vref.

Vmr = Vref / 2

Pēc tam, kad tilts ir līdzsvarots, spriegums skaitītāja kreisajā pusē un labajā pusē būs precīzi vienāds, un fāze arī precīzi sakritīs. Tādējādi Vml ir arī puse no Vref. Ar to mēs varam pierakstīt:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Tagad mēģināsim pierakstīt strāvu, kas plūst caur R90 un R0:

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

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

Arī testējamā ierīce, kas plūst, ir:

Ic = Ir0 + Ir90

Tagad pieņemsim, ka pārbaudāmā ierīce ir kondensators, un mēs vēlamies, lai Vz novirzītu Vref par 90 grādiem un līdz

padarīt aprēķinu vienkāršu, mēs varam normalizēt Vz un Vref spriegumu līdz 1 V. Tad mēs varam teikt:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Visi kopā:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

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

Kur Xc ir ideālās kapacitātes Cc pretestība.

Tādējādi, līdzsvarojot tiltu un noskaidrojot R0 un R90 vērtību, ir viegli aprēķināt kopējo strāvu caur pārbaudāmo ierīci Ic. Izmantojot galīgo vienādojumu, pie kura mēs ieradāmies, mēs varam aprēķināt perfektās kapacitātes pretestību un sērijas pretestību. Zinot kondensatora pretestību un pielietotā signāla frekvenci, ir viegli noskaidrot testējamās ierīces kapacitāti, veicot šādas darbības:

Xc = 1 / (2 x π F C)

7. solis: Kondensatora vai induktora vērtības mērīšana

1. Atskaņojiet viļņu failu, izmantojot datoru vai MP3 atskaņotāju.

2. Pievienojiet MP3 atskaņotāja izeju, kā norādīts iepriekš redzamajā elektroinstalācijas shēmā, nomainiet savienojumu ar kreiso un labo kanālu, ja mērāt induktoru.

3. Pievienojiet multimetru un iestatiet mērījumu uz maiņstrāvas spriegumu.

4. Atskaņojiet audio klipu un noregulējiet apdares katlu, līdz sprieguma rādījums samazinās līdz minimumam. Jo tuvāk nullei, jo precīzāks būs mērījums.

5. Atvienojiet pārbaudāmo ierīci (DUT) un MP3 atskaņotāju.

6. Pārvietojiet multimetra vadu uz R90 un iestatiet pretestības mērījumu. Izmēriet vērtību. 7. Dariet to pašu ar R0.

8. Vai nu manuāli aprēķiniet kondensatora/induktora vērtību, vai arī izmantojiet komplektā iekļauto Octave/Matlab skriptu, lai atrisinātu vērtību.

8. darbība. Tabula par aptuveno pretestību, kas nepieciešama, lai mainīgais rezistors līdzsvarotu tiltu

9. solis: Paldies

Paldies, ka izlasījāt šo pamācību. Šī bija tīmekļa lapas transkripcija, kuru es uzrakstīju 2009