Cara Mengukur Kapasitor atau Induktor Dengan Pemain Mp3: 9 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:07

Berikut adalah teknik mudah yang boleh digunakan untuk mengukur tepat kapasitansi dan induktansi kapasitor dan induktor tanpa peralatan yang mahal. Teknik pengukuran berdasarkan jambatan seimbang, dan dapat dibina dengan mudah dari perintang yang murah. Teknik pengukuran ini mengukur lebih daripada sekadar nilai kapasitansi, tetapi juga rintangan siri kapasitor yang berkesan pada masa yang sama.

Komponen yang diperlukan:

1. Beberapa perintang berubah

2. Pemain MP3

3. Satu multimeter

4. Kalkulator untuk menentukan nilainya

Langkah 1: Sedikit Teori Latar Belakang

Sebagai pengenalan projek, mari kita ambil apa itu jambatan LCR dan apa yang diperlukan untuk dibuat

satu. Sekiranya anda hanya mahu membuat jambatan LCR, lewati langkah-langkah ini.

Untuk memahami cara kerja jambatan LCR, adalah perlu untuk membincangkan bagaimana kapasitor, perintang, dan induktor berkelakuan dalam litar AC. Masa untuk membersihkan buku teks ECE101 anda. Perintang adalah unsur yang paling mudah difahami di luar kumpulan. Perintang sempurna berkelakuan sama ketika arus DC melepasi perintang seperti semasa arus AC melaluinya. Ia memberikan ketahanan terhadap arus yang mengalir walaupun dengan itu membuang tenaga untuk melakukannya. Hubungan sederhana antara arus, voltan dan rintangan adalah:

R = I / V

Kapasitor yang sempurna di sisi lain, adalah alat penyimpanan tenaga tulen. Ia tidak menghilangkan tenaga yang melaluinya. Sebaliknya, kerana voltan AC diterapkan ke terminal kapasitor, arus mengalir walaupun kapasitor diperlukan untuk menambah dan mengeluarkan chage dari kapasitor. Akibatnya, arus mengalir walaupun kapasitor berada di luar fasa ketika membandingkan dengan voltan terminalnya. Sebenarnya, ia selalu berada 90 darjah di hadapan voltan di terminalnya. Cara mudah untuk menyatakannya adalah penggunaan nombor khayalan (j):

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

Sama seperti kapasitor, induktor adalah alat penyimpanan tenaga tulen. Sebagai pujian tepat kepada kapasitor, induktor menggunakan medan magnet untuk mengekalkan arus semasa melalui induktor, menyesuaikan voltan terminalnya dengan melakukannya. Oleh itu, arus yang mengalir melalui induktor adalah 90 darjah di hadapan voltan terminal. Persamaan yang mewakili hubungan voltan dan arus di terminalnya adalah:

V (j) (L) = I

Langkah 2: Lebih Banyak Teori

Sebagai ringkasan, kita dapat melukis arus perintang (Ir), arus Induktor (Ii) dan arus kapasitor (Ic) semuanya pada rajah vektor yang sama, ditunjukkan di sini.

Langkah 3: Lebih Banyak Teori

Dalam dunia yang sempurna dengan kapasitor dan induktor yang sempurna, anda mendapat peranti simpanan tenaga tulen.

Namun, dalam dunia nyata, tidak ada yang sempurna. Salah satu kualiti utama peranti penyimpanan tenaga, mungkin kapasitor, bateri atau peranti penyimpanan pam, adalah kecekapan peranti penyimpanan. Sebilangan besar tenaga selalu hilang semasa proses tersebut. Dalam kapasitor atau induktor, ini adalah ketahanan paracidic pada peranti. Dalam kapasitor, ia disebut faktor pelesapan, dan dalam induktor, ia disebut faktor kualiti. Cara cepat untuk memodelkan kerugian ini adalah dengan menambahkan rintangan siri dalam kapasitor atau induktor yang sempurna. Oleh itu, kapasitor kehidupan sebenar kelihatan seperti kapasitor sempurna dan kapasitor sempurna dalam siri.

Langkah 4: Jambatan Wheatstone

Terdapat sejumlah empat elemen resistif di jambatan. Terdapat juga sumber isyarat dan a

meter di tengah-tengah jambatan. Elemen yang kita kendalikan adalah elemen penentangan. Fungsi utama jambatan resistif adalah untuk memadankan rintangan di jambatan. Apabila jambatan seimbang, yang menunjukkan perintang R11 sepadan dengan R12 dan R21 sepadan dengan R22, output pada meter di tengah menjadi sifar. Ini kerana arus yang mengalir walaupun R11 mengalir keluar dari R12 dan arus semasa walaupun R21 mengalir keluar dari R22. Voltan antara sebelah kiri meter dan sebelah kanan meter akan sama.

Keindahan jambatan adalah sumber impedans dari sumber isyarat dan linearitas meter tidak mempengaruhi pengukuran. Walaupun anda mempunyai meter murah yang memerlukan banyak arus untuk membuat pengukuran (katakanlah, meter analog jenis jarum lama), ia masih berfungsi dengan baik di sini selagi cukup sensitif untuk memberitahu anda ketika tidak ada arus mengalir walaupun meter. Sekiranya sumber isyarat mempunyai impedans keluaran yang besar, penurunan voltan keluaran yang disebabkan oleh arus berlaku walaupun jambatan mempunyai kesan yang sama di sebelah kiri jambatan dengan sebelah kanan jambatan. Hasil bersih membatalkannya dan jambatan masih dapat menandingi ketahanan hingga tahap ketepatan yang luar biasa.

Pembaca pemerhati mungkin menyedari bahawa jambatan juga akan seimbang jika R11 sama dengan R21 dan R12 sama dengan R22. Ini adalah kes yang tidak akan kami pertimbangkan di sini, jadi kami tidak akan membincangkan kes ini lebih jauh.

Langkah 5: Bagaimana dengan Elemen Reaktif dan bukannya Perintang?

Dalam contoh ini, jambatan akan seimbang setelah Z11 sepadan dengan Z12. Menjaga reka bentuk yang sederhana, yang

bahagian kanan jambatan dibuat menggunakan perintang. Satu syarat baru ialah sumber isyarat mestilah sumber AC. Meter yang digunakan juga mesti dapat mengesan arus AC. Z11 dan Z12 boleh menjadi sumber impedans, kapasitor, induktor, perintang atau gabungan ketiga-tiganya.

Setakat ini, begitu baik. Sekiranya anda mempunyai beg kapasitor dan induktor yang dikalibrasi dengan sempurna, mungkin menggunakan jambatan untuk mengetahui nilai peranti yang tidak diketahui. Namun, itu akan memakan masa dan mahal. Penyelesaian yang lebih baik daripada, adalah mencari kaedah untuk mensimulasikan alat rujukan yang sempurna dengan beberapa muslihat. Di sinilah pemain MP3 masuk ke dalam gambar.

Ingat arus yang mengalir walaupun kapasitor selalu 90 darjah lebih awal daripada voltan terminalnya? Sekarang, jika kita dapat memperbaiki voltan terminal peranti yang sedang diuji, mungkin bagi kita untuk menggunakan arus yang 90 darjah lebih awal dan mensimulasikan kesan kapasitor. Untuk melakukan ini, pertama-tama kita harus membuat fail audio yang mengandungi dua gelombang sinus dengan perbezaan fasa 90 darjah antara kedua gelombang tersebut.

Langkah 6: Menempatkan Apa yang Kita Ketahui Ke dalam Jambatan

Memuat naik gelombang gelombang ini ke pemain MP3 atau mainkan semula terus dari PC, saluran kiri dan kanan menghasilkan gelombang dua sinus dengan amplitud yang sama. Mulai sekarang, saya akan menggunakan kapasitor sebagai contoh untuk kesederhanaan. Walau bagaimanapun, prinsip yang sama berlaku untuk induktor juga, kecuali isyarat teruja perlu ketinggian 90 darjah.

Mari kita lukis semula jambatan dengan peranti yang diuji yang diwakili oleh kapasitor yang sempurna secara bersiri dengan perintang yang sempurna. Sumber isyarat juga dibahagikan kepada dua isyarat dengan satu fasa isyarat beralih sebanyak 90 darjah ketika merujuk kepada isyarat yang lain.

Sekarang, inilah bahagian yang menakutkan. Kita harus menyelami matematik yang menerangkan cara kerja litar ini. Pertama, mari kita lihat voltan di sebelah kanan meter. Untuk menjadikan reka bentuknya mudah, yang terbaik adalah memilih resis di sebelah kanan agar sama, jadi Rm = Rm dan voltan pada Vmr adalah separuh daripada Vref.

Vmr = Vref / 2

Seterusnya, apabila jambatan seimbang, voltan di sebelah kiri meter dan sebelah kanan meter akan sama persis, dan fasa juga akan sama. Oleh itu, Vml juga merupakan separuh daripada Vref. Dengan ini, kita dapat menuliskan:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Mari sekarang cuba tuliskan arus yang mengalir walaupun R90 dan R0:

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

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

Juga, arus yang mengalir walaupun peranti yang diuji adalah:

Ic = Ir0 + Ir90

Sekarang, anggap peranti yang diuji adalah kapasitor dan kita mahu Vz memimpin Vref sebanyak 90 darjah, dan

membuat pengiraan mudah, kita dapat menormalkan voltan Vz dan Vref hingga 1V. Kita kemudian boleh mengatakan:

Vz = j, Vref = 1

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

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

Semua sekali:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0.5 / Ic)

Di mana Xc adalah impedans Cc kapasitansi sempurna.

Oleh itu, dengan mengimbangkan jambatan dan mengetahui nilai R0 dan R90, mudah untuk mengira jumlah arus melalui peranti yang sedang diuji Ic. Gunakan persamaan akhir yang kita sampaikan, kita dapat mengira impedans kapasitansi sempurna dan rintangan siri. Dengan mengetahui impedans kapasitor dan frekuensi isyarat yang berlaku, mudah untuk mengetahui kapasitansi peranti yang diuji dengan:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Langkah 7: Langkah Mengukur Nilai Kapasitor atau Induktor

1. Mainkan gelombang fail menggunakan PC atau pemain MP3.

2. Sambungkan output pemutar MP3 seperti rajah pendawaian yang ditunjukkan di atas, tukar sambungan ke saluran kiri dan kanan jika anda mengukur induktor.

3. Sambungkan multimeter dan tetapkan pengukuran pada voltan AC.

4. Mainkan klip audio dan sesuaikan pot pemangkasan sehingga bacaan voltan turun ke minimum. Semakin hampir dengan sifar, semakin tepat ukurannya.

5. Putuskan sambungan peranti yang sedang diuji (DUT) dan pemain MP3.

6. Gerakkan plumbum multimeter ke R90 dan tetapkan pengukuran pada rintangan. Ukur nilainya. 7. Lakukan perkara yang sama untuk R0.

8. Sama ada mengira nilai kapasitor / induktor secara manual, atau menggunakan skrip Octave / Matlab yang disediakan untuk menyelesaikan nilainya.

Langkah 8: Jadual Rintangan Kira-kira Diperlukan untuk Perintang Berubah untuk Mengimbangkan Jambatan

Langkah 9: Terima kasih

Terima kasih kerana membaca arahan ini. Ini adalah transkripsi laman web yang saya tulis pada tahun 2009