Kondenzátor vagy induktor mérése MP3 lejátszóval: 9 lépés

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:47

Íme egy egyszerű technika, amellyel pontosan mérhető a kondenzátor és az induktivitás kapacitása és induktivitása drága berendezések nélkül. A mérési technika kiegyensúlyozott hídon alapul, és könnyen megépíthető olcsó ellenállásokból. Ez a mérési technika nemcsak a kapacitásértéket, hanem a kondenzátor tényleges soros ellenállását is méri.

Szükséges összetevők:

1. Kevés változó ellenállás

2. MP3 lejátszó

3. Multiméter

4. Számológép az érték kiszámításához

1. lépés: Egy kis háttérelmélet

A projekt bevezetőjeként vegyük, mi az LCR -híd, és mire van szüksége

egy. Ha csak LCR hidat szeretne készíteni, hagyja ki ezeket a lépéseket.

Az LCR híd működésének megértéséhez beszélni kell arról, hogyan viselkedik a kondenzátor, az ellenállás és az induktor egy váltakozó áramkörben. Ideje leporolni az ECE101 tankönyvet. Az ellenállás a legkönnyebben értelmezhető elemek a csoportból. A tökéletes ellenállás ugyanúgy viselkedik, amikor egyenáram folyik az ellenálláson, mint amikor egy váltakozó áram áramlik át rajta. Ellenállást biztosít az áramlásnak, bár így elvezeti az energiát. Az áram, feszültség és ellenállás közötti egyszerű kapcsolat:

R = I / V

A tökéletes kondenzátor viszont tiszta energiatároló eszköz. Nem oszlatja el az áthaladó energiákat. Inkább, mivel váltakozó feszültséget alkalmaznak a kondenzátor termináljára, az áram a kondenzátoron keresztül áramlik, ami szükséges a kondenzátor hozzáadásához és eltávolításához. Ennek eredményeként a kondenzátoron keresztül áramló áram kimarad a fázisból, ha a végfeszültségéhez hasonlítjuk. Valójában mindig 90 fokkal megelőzi a feszültséget a terminálon. Az ábrázolás egyszerű módja a képzeletbeli szám (j) használata:

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

A kondenzátorhoz hasonlóan az induktor tiszta energiatároló eszköz. A kondenzátor pontos bókjaként az induktor mágneses mezőt használ az induktivitáson áthaladó áram fenntartására, és ennek során állítja be a végfeszültségét. Így az induktoron átáramló áram 90 fokkal megelőzi a kapocsfeszültséget. Az egyenlet, amely a feszültség és az áram kapcsolatát jelzi a terminálon:

V (j) (L) = I

2. lépés: Több elmélet

Összefoglalva, lerajzolhatjuk az ellenállásáramot (Ir), az induktoráramot (Ii) és a kondenzátoráramot (Ic) ugyanarra a vektor diagramra, amely itt látható.

3. lépés: Több elmélet

Egy tökéletes világban, tökéletes kondenzátorral és induktivitással tiszta energiatároló eszközt kap.

A való világban azonban semmi sem tökéletes. Az energiatároló eszközök egyik legfontosabb minősége, legyen az kondenzátor, akkumulátor vagy szivattyú tárolóeszköz, a tárolóeszköz hatékonysága. A folyamat során bizonyos mennyiségű energia mindig elveszik. Kondenzátorban vagy induktorban ez az eszköz paracid ellenállása. Egy kondenzátorban disszipációs tényezőnek, egy induktorban pedig minőségi tényezőnek nevezik. A veszteség modellezésének gyors módja az, hogy soros ellenállást adunk hozzá egy tökéletes kondenzátorhoz vagy induktorhoz. Így egy valós életben lévő kondenzátor inkább úgy néz ki, mint egy tökéletes ellenállás és egy tökéletes kondenzátor sorban.

4. lépés: A Wheatstone -híd

Egy hídban összesen négy ellenálló elem található. Van még egy jelforrás és a

méter a híd közepén. Az általunk irányított elem az ellenálló elemek. Az ellenálló híd fő funkciója a hídban lévő ellenállások egyeztetése. Ha egy híd kiegyensúlyozott, ami azt jelzi, hogy az R11 ellenállás megfelel az R12 -nek, az R21 pedig az R22 -nek, akkor a középen lévő mérő kimenete nullára csökken. Ennek az az oka, hogy az R11 -en keresztül áramló áram az R12 -ből és az R21 -es áram az R22 -ből áramlik ki. A mérő bal és a jobb oldala közötti feszültség ekkor azonos lesz.

A híd szépsége a jelforrás forrásimpedanciája, és a mérő linearitása nem befolyásolja a mérést. Még ha van egy olcsó mérője is, amely nagy áramot igényel a méréshez (mondjuk egy régi tűtípusú analóg mérő), akkor is jó munkát végez itt, amíg elég érzékeny ahhoz, hogy megmondja, mikor nincs áram áramlik a mérőn keresztül. Ha a jelforrásnak jelentős kimeneti impedanciája van, a hídon áthaladó áram okozta kimeneti feszültségcsökkenés ugyanolyan hatással van a híd bal oldalára, mint a híd jobb oldala. A nettó eredmény megszünteti önmagát, és a híd továbbra is figyelemre méltó pontossággal képes megfelelni az ellenállásnak.

A figyelmes olvasó észreveheti, hogy a híd akkor is kiegyensúlyozódik, ha R11 egyenlő R21 és R12 egyenlő R22 értékkel. Ezt az esetet itt nem fogjuk megvizsgálni, ezért ezt az esetet nem tárgyaljuk tovább.

5. lépés: Mit szólnál egy reaktív elemhez az ellenállások helyett?

Ebben a példában a híd kiegyensúlyozásra kerül, ha a Z11 megfelel a Z12 -nek. A tervezést egyszerűvé téve, a

A híd jobb oldala ellenállásokkal készült. Egy új követelmény, hogy a jelforrásnak váltakozó áramú forrásnak kell lennie. A használatban lévő mérőeszköznek képesnek kell lennie a váltakozó áram érzékelésére is. A Z11 és Z12 bármilyen impedanciaforrás, kondenzátor, induktor, ellenállás vagy mindhárom kombinációja lehet.

Eddig jó. Ha van egy zsák tökéletesen kalibrált kondenzátor és induktivitás, akkor a híd segítségével megtudhatja az ismeretlen eszköz értékét. Ez azonban valóban időigényes és költséges lenne. Jobb megoldás, mint megtalálni a módját annak, hogy valamilyen trükkel szimulálja a tökéletes referenciaeszközt. Itt jön képbe az MP3 lejátszó.

Emlékszel arra, hogy a kondenzátor mindig 90 fokkal haladja meg a végfeszültségét? Most, ha meg tudjuk oldani a tesztelés alatt álló eszköz kapocsfeszültségét, lehetséges lenne, hogy 90 fokkal előre áramot alkalmazzunk, és szimuláljuk a kondenzátor hatását. Ehhez először létre kell hoznunk egy hangfájlt, amely két szinuszhullámot tartalmaz, a két hullám közötti fáziskülönbség 90 fok.

6. lépés: Hidba kell helyezni, amit tudunk

Ha ezt a hullámfájlt feltölti az MP3 -lejátszóba, vagy közvetlenül a számítógépről játssza le, a bal és a jobb csatorna a két szinuszhullámot hozza létre, azonos amplitúdóval. Innentől kezdve a kondenzátort fogom példaként használni az egyszerűség kedvéért. Ugyanez az elv érvényes azonban az induktorokra is, kivéve, hogy a gerjesztett jelnek 90 fokos lemaradással kell rendelkeznie.

Először rajzoljuk át a hidat a tesztelt eszközzel, amelyet egy tökéletes kondenzátor képviseli sorban, egy tökéletes ellenállással. A jelforrás két jelre is fel van osztva, és az egyik jelfázis 90 fokkal eltolódik, amikor a másik jelre utal.

Most itt van az ijesztő rész. Be kell merülnünk a matematikába, amely leírja ennek az áramkörnek a működését. Először nézzük meg a feszültséget a mérő jobb oldalán. A tervezés egyszerűsítése érdekében a legjobb, ha a jobb oldalon lévő ellenállást egyenlőnek választjuk, így Rm = Rm és a Vmr feszültsége a Vref fele.

Vmr = Vref / 2

Ezután, amikor a híd kiegyensúlyozott, a mérő bal és a jobb oldali feszültsége pontosan egyenlő lesz, és a fázis is pontosan megegyezik. Így a Vml a Vref fele is. Ezzel le tudjuk írni:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Próbáljuk most leírni az R90 és R0 -n keresztül áramló áramot:

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

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

Ezenkívül a tesztelt eszköz áramlása a következő:

Ic = Ir0 + Ir90

Tegyük fel, hogy a vizsgált eszköz kondenzátor, és azt akarjuk, hogy a Vz 90 fokkal vezesse a Vref -et

egyszerűvé teszi a számítást, normalizálhatjuk Vz és Vref feszültségét 1V -ra. Ekkor azt mondhatjuk:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Együtt:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

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

Ahol Xc a tökéletes Cc kapacitás impedanciája.

Így a híd kiegyensúlyozásával és az R0 és R90 értékének megállapításával egyszerű kiszámítani a teljes áramot az Ic teszt alatt lévő eszközön keresztül. Használja a végső egyenletet, amelyhez megérkeztünk, kiszámíthatjuk a tökéletes kapacitás és a soros ellenállás impedanciáját. A kondenzátor impedanciájának és az alkalmazott jel frekvenciájának ismeretében könnyen megállapítható a tesztelt eszköz kapacitása:

Xc = 1 / (2 x π F C)

7. lépés: Lépés a kondenzátor vagy az induktor értékének mérésében

1. Játssza le a hullámfájlt PC -vel vagy MP3 -lejátszóval.

2. Csatlakoztassa az MP3 lejátszó kimenetét a fenti kapcsolási rajz szerint, cserélje le a csatlakozást a bal és a jobb csatornára, ha induktivitást mér.

3. Csatlakoztassa a multimétert, és állítsa a mérést váltakozó feszültségre.

4. Játssza le az audio klipet és állítsa be a trim potot, amíg a feszültség le nem csökken a minimumra. Minél közelebb van a nullához, annál pontosabb lesz a mérés.

5. Húzza ki a tesztelt készüléket (DUT) és az MP3 lejátszót.

6. Mozgassa a multiméter vezetékét R90 állásba, és állítsa be az ellenállás mérését. Mérje meg az értéket. 7. Ugyanezt tegye az R0 esetében is.

8. Számítsa ki manuálisan a kondenzátor/induktor értékét, vagy használja a mellékelt Octave/Matlab szkriptet az érték megoldásához.

8. lépés: A változó ellenállásnak a híd kiegyensúlyozásához szükséges hozzávetőleges ellenállási táblázat

9. lépés: Köszönöm

Köszönöm, hogy elolvastad ezt az oktatóanyagot. Ez egy 2009 -ben írt weboldal átirata volt