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.