Измерение емкости конденсаторов с помощью Arduino

В данном материале мы научимся использовать Arduino для измерения емкости конденсаторов. Это может пригодиться, если конденсатор не имеет маркировки, ну и просто для общего развития.

Шаг 1: Что такое емкость?

Емкость – это способность объекта накапливать электрический заряд. Разумно предположить, что таким объектом выступает конденсатор.

Конденсатор, который запасает данный заряд в электрическом поле между двумя проводящими обкладками, называется конденсатор с пластинчатыми обкладками. Не токопроводящий материал, который располагается между этими двумя обкладками, называется диэлектриком. Диэлектрики изменяют величину заряда, которую может хранить конденсатор, и фактически, определяют, для каких целей конденсатор будет использоваться впоследствии (напр., в высокочастотной схеме, схеме с повышенным напряжением и т.д.).

Равенство для определения емкости конденсатора с пластинчатыми обкладками выражается следующим образом:

C = (εA) / d,

где ε – это магнитная проницаемость свободного места или диэлектрика, A – это площадь поверхности перекрытия между обкладками, и d – расстояние между обкладками.

Шаг 2: Как измерить емкость?

А - Напряжение конденсатора во время заряда

В - Напряжение конденсатора во время разряда, напряжение резистора или ток конденсатора во время заряда или разряда.

RC-цепочка (Резистор-Конденсатор) имеет свойство, известное как "RC временная постоянная" или T (Tau). Равенство указано ниже:
T = RC

Tau может быть упрощена из более сложного выражения (показано на рисунке выше) для представления времени, которое требуется для заряда конденсатора через резистор, для достижения 63.2% от его полного напряжения. Данная величина может быть измерена по времени, которое потребуется, чтобы конденсатор достиг значения 36.8% от его полного напряжения при разряде.

Микроконтроллер Arduino будет запрограммирован на величину времени, которое потребуется для достижения конденсатором величины 63.2% от его полного заряда. Далее будет использоваться выражение для Tau для вычисления величины емкости, поскольку значение номинала резистора нам известно.

Шаг 3: Используемые компоненты

Для проекта нам потребуется

• Микроконтроллер Ardunio
• Монтажная плата
• Проволочные перемычки
• Резистор 220 Ω
• Резистор 10 kΩ
• Конденсатор (Неизвестной емкости)

Шаг 4: Подключение

Подключение компонентов в данном проекте не представляет особых трудностей. Просто выполняйте подключение компонентов, согласно схемы.

ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь в том, что серебряная полоска на конденсаторе (в случае использования биполярного конденсатора) подключается к земле.

ПРИМЕЧАНИЕ 2: Резистор номиналом 220 Ω и проводник, подключенные к выводу 11, не являются необходимыми, но рекомендуемыми, поскольку эта цепочка ускоряет время разряда.

Шаг 5: Загрузка кода и тестирование

После надлежащей сборки схемы, загрузите код в ваш микроконтроллер Arduino. Код имеет комментарии, что позволяет облегчить понимание всего процесса измерения.

После загрузки кода, откройте Serial Monitor (Tools > Serial Monitor – Инструменты > Монитор последовательного интерфейса) для просмотра измерения конденсатора неизвестной емкости.

Первая величина показывает, какое время требуется конденсатору для достижения величины 63.2% от его полного заряда. Вторая величина – это измеренная емкость в "нано" или "пико" фарадах.

Программа циклически тестирует конденсатор, поэтому измеренные значения могут незначительно отличаться. Лучше всего использовать усредненное измеренное значение.

ПРИМЕЧАНИЕ: Данная схема измерения наиболее пригодна для конденсатора емкостью от 1 до 3500 мкФ.

Главную часть кода Arduino можно загрузить отсюда.

Оригинал статьи

Теги:

• Перевод
• Arduino