Kako izmeriti kondenzator ali induktor s predvajalnikom Mp3: 9 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Tukaj je preprosta tehnika, ki jo lahko uporabite za natančno merjenje kapacitivnosti in induktivnosti kondenzatorja in induktorja brez drage opreme. Merilna tehnika temelji na uravnoteženem mostu in jo je mogoče enostavno sestaviti iz poceni uporov. Ta merilna tehnika meri ne le vrednost kapacitivnosti, ampak tudi učinkovito serijsko upornost kondenzatorja hkrati.

Potrebne komponente:

1. Nekaj spremenljivih uporov

2. Predvajalnik MP3

3. Multimeter

4. Kalkulator za izračun vrednosti

1. korak: Nekaj teorije ozadja

Kot uvod v projekt vzemimo, kaj je most LCR in kaj je potrebno za izdelavo

ena. Če želite le narediti most LCR, preskočite te korake.

Za razumevanje delovanja mostu LCR je treba govoriti o tem, kako se kondenzator, upor in induktor obnašajo v izmeničnem tokokrogu. Čas je, da odstranite prah iz učbenika ECE101. Upor je najlažje razumeti elemente iz skupine. Popoln upor se obnaša enako, ko skozi upor prehaja enosmerni tok, kot če skozi njega prehaja izmenični tok. Zagotavlja odpornost na tok, ki teče, čeprav pri tem odvaja energijo. Enostavno razmerje med tokom, napetostjo in uporom je:

R = I / V

Popoln kondenzator pa je naprava za shranjevanje čiste energije. Ne odvaja energije, ki bi jo prenesla. Namesto, da se na priključek kondenzatorja napaja izmenična napetost, je tok potreben za dodajanje in odstranjevanje napetosti iz kondenzatorja. Posledično je tok, ki teče skozi kondenzator, izven faze v primerjavi s končno napetostjo. Pravzaprav je vedno 90 stopinj pred napetostjo na svojem priključku. Enostaven način za predstavitev tega je uporaba namišljene številke (j):

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

Podobno kot kondenzator je induktor čista naprava za shranjevanje energije. Kot natančen kompliment kondenzatorju induktor uporablja magnetno polje za vzdrževanje toka, ki teče skozi induktor, pri tem pa prilagaja svojo končno napetost. Tako je tok, ki teče skozi induktor, 90 stopinj pred napetostjo priključka. Enačba, ki predstavlja razmerje napetosti in toka na svojem priključku, je:

V (j) (L) = I

2. korak: Več teorije

Če povzamemo, lahko na isti vektorski diagram, prikazan tukaj, narišemo uporniški tok (Ir), tok induktorja (Ii) in tok kondenzatorja (Ic).

3. korak: Več teorije

V popolnem svetu s popolnimi kondenzatorji in induktorji dobite čisto napravo za shranjevanje energije.

Vendar v resničnem svetu nič ni popolno. Ena od ključnih lastnosti naprave za shranjevanje energije, pa naj bo to kondenzator, baterija ali naprava za shranjevanje črpalke, je učinkovitost naprave za shranjevanje. Med postopkom se vedno izgubi določena količina energije. V kondenzatorju ali induktorju je to paracidna odpornost naprave. V kondenzatorju se imenuje faktor disipacije, v induktorju pa faktor kakovosti. Hiter način za modeliranje te izgube je dodati zaporedno zaporedje nepopolnega kondenzatorja ali induktorja. Tako je kondenzator v resničnem življenju bolj podoben popolnemu uporovniku in popolnemu kondenzatorju v seriji.

4. korak: Wheatstonov most

V mostu so skupaj štirje uporovni elementi. Obstajata tudi vir signala in a

meter na sredini mostu. Element, ki ga imamo pod nadzorom, so uporovni elementi. Glavna funkcija uporovnega mostu je ujemanje uporov v mostu. Ko je most uravnotežen, kar kaže, da se upor R11 ujema z R12 in R21 ujema z R22, se izhod na merilniku v sredini spusti na nič. To je zato, ker tok, ki teče, čeprav R11 teče iz R12, in tok, ki teče, čeprav R21 teče iz R22. Napetost med levo in desno stranjo merilnika bo nato enaka.

Lepota mostu je impedanca vira signala in linearnost merilnika ne vpliva na merjenje. Tudi če imate poceni števec, ki za merjenje porabi veliko toka (recimo, analogni števec tipa igle), se tukaj še vedno dobro obnese, če je dovolj občutljiv, da vam pove, kdaj ni toka teče skozi meter. Če ima vir signala znatno izhodno impedanco, ima padec izhodne napetosti zaradi toka, ki teče skozi most, enak učinek na levi strani mostu kot desna stran mostu. Neto rezultat se izniči in most se lahko še vedno ujema z izjemno natančnostjo.

Opazen bralec bo morda opazil, da bo most uravnotežen tudi, če je R11 enak R21 in R12 enak R22. To je primer, ki ga tukaj ne bomo obravnavali, zato o tem primeru ne bomo več razpravljali.

5. korak: Kaj pa reaktivni element namesto uporov?

V tem primeru bo most uravnotežen, ko se Z11 ujema z Z12. Zaradi preproste zasnove

desna stran mostu je bila sestavljena iz uporov. Nova zahteva je, da mora biti signalni vir vir izmeničnega toka. Uporabljeni števec mora biti sposoben zaznati tudi izmenični tok. Z11 in Z12 sta lahko kateri koli impedančni vir, kondenzator, induktor, upor ali kombinacija vseh treh.

Zaenkrat tako dobro. Če imate vrečko popolnoma umerjenih kondenzatorjev in induktorjev, bi bilo mogoče z mostom ugotoviti vrednost neznane naprave. Vendar bi bilo to res dolgotrajno in drago. Boljša rešitev je, da poiščete način za simulacijo popolne referenčne naprave z nekaj trikom. Tu nastopi MP3 predvajalnik.

Se spomnite, da tok teče, čeprav je kondenzator vedno 90 stopinj pred napetostjo na sponki? Če lahko popravimo končno napetost naprave, ki se testira, bi lahko uporabili tok, ki je 90 stopinj vnaprej, in simulirali učinek kondenzatorja. Če želite to narediti, moramo najprej ustvariti zvočno datoteko, ki vsebuje dva sinusna vala s fazno razliko 90 stopinj med obema valoma.

Korak 6: Prenesti tisto, kar vemo, v most

Če naložite to datoteko valov v predvajalnik MP3 ali jo predvajate neposredno iz računalnika, levi in desni kanal ustvarita dva sinusna vala z enako amplitudo. Od zdaj naprej bom zaradi enostavnosti za primer uporabil kondenzator. Enako načelo velja tudi za induktorje, le da mora vzbujen signal namesto tega zaostajati za 90 stopinj.

Najprej narišemo most s preizkušeno napravo, ki jo predstavlja popoln kondenzator v seriji s popolnim uporom. Vir signala je razdeljen tudi na dva signala, pri čemer se ena signalna faza premakne za 90 stopinj glede na drugi signal.

Zdaj je tu strašljiv del. Potopiti se moramo v matematiko, ki opisuje delovanje tega vezja. Najprej poglejmo napetost na desni strani merilnika. Za poenostavitev zasnove je najbolje, da izberete upor na desni strani, ki je enak, zato je Rm = Rm in napetost pri Vmr polovica Vrefa.

Vmr = Vref / 2

Ko bo most uravnotežen, bo napetost levo od števca in desno od števca popolnoma enaka, faza pa se bo prav tako ujemala. Tako je tudi Vml polovica Vrefa. S tem lahko zapišemo:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Poskusimo zdaj zapisati tok, ki teče skozi R90 in R0:

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

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

Tudi tok, ki teče skozi preskušeno napravo, je:

Ic = Ir0 + Ir90

Predpostavimo, da je preskušena naprava kondenzator in želimo, da Vz vodi Vref za 90 stopinj in do

poenostavimo izračun, lahko normaliziramo napetost Vz in Vref na 1V. Nato lahko rečemo:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Vse skupaj:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

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

Kjer je Xc impedanca popolne kapacitivnosti Cc.

Tako je z uravnoteženjem mostu in ugotovitvijo vrednosti R0 in R90 preprosto izračunati skupni tok skozi preskusno napravo Ic. S končno enačbo, do katere smo prišli, lahko izračunamo impedanco popolne kapacitivnosti in serijski upor. Če poznate impedanco kondenzatorja in frekvenco uporabljenega signala, je enostavno ugotoviti kapacitivnost preskušane naprave:

Xc = 1 / (2 x π F C)

7. korak: Korak pri merjenju vrednosti kondenzatorja ali induktorja

1. Predvajajte datoteko Wave z osebnim računalnikom ali MP3 predvajalnikom.

2. Priključite izhod predvajalnika MP3, kot je prikazano na zgornji shemi ožičenja, zamenjajte povezavo z levim in desnim kanalom, če merite induktor.

3. Priključite multimeter in nastavite merjenje na izmenično napetost.

4. Predvajajte zvočni posnetek in nastavljajte trim lonec, dokler se odčitavanje napetosti ne spusti na minimum. Bližje ničli, natančnejša bo meritev.

5. Odklopite preskušeno napravo (DUT) in predvajalnik MP3.

6. Premaknite kabel multimetra v položaj R90 in nastavite merjenje upora. Izmerite vrednost. 7. Enako storite za R0.

8. Ročno izračunajte vrednost kondenzatorja/induktorja ali pa za rešitev vrednosti uporabite priloženi skript Octave/Matlab.

8. korak: Tabela približnega upora, ki je potrebna za spremenljiv upor za uravnoteženje mostu

9. korak: Hvala

Hvala, ker ste prebrali ta navodila. To je bil prepis spletne strani, ki sem jo napisal leta 2009