Si të matni një kondensator ose një induktor me Mp3 Player: 9 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Këtu është një teknikë e thjeshtë që mund të përdoret për të matur saktësisht kapacitetin dhe induktancën e një kondensatori dhe induktori pa pajisje të shtrenjta. Teknika e matjes bazohet në urën e balancuar dhe mund të ndërtohet lehtësisht nga rezistorë të lirë. Kjo teknikë matëse mat më shumë sesa vlerën e kapacitetit, por edhe rezistencën efektive të kondensatorit në seri në të njëjtën kohë.

Përbërësit e kërkuar:

1. Pak rezistorë të ndryshueshëm

2. Një MP3 player

3. Një multimetër

4. Një kalkulator për të përcaktuar vlerën

Hapi 1: Pak teori të sfondit

Si një hyrje në projekt, le të marrim atë që është një urë LCR dhe atë që duhet për të bërë

nje Nëse thjesht doni të bëni një urë LCR, kaloni këto hapa.

Për të kuptuar funksionimin e një ure LCR, është e nevojshme të flitet për atë se si sillet një kondensator, një rezistencë dhe një induktor në një qark AC. Koha për të hequr pluhurin librin tuaj mësimor ECE101. Rezistori është elementi më i lehtë për tu kuptuar jashtë grupit. Një rezistencë e përsosur sillet njësoj kur një rrymë DC kalon përmes rezistorit si kur kalon një rrymë AC përmes tij. Ajo siguron rezistencë ndaj rrymës që rrjedh, megjithëse shpërndan kështu energji duke vepruar kështu. Marrëdhënia e thjeshtë midis rrymës, tensionit dhe rezistencës është:

R = I / V

Një kondensator i përsosur nga ana tjetër, është një pajisje e pastër e ruajtjes së energjisë. Nuk shpërndan asnjë energji që kalon edhe pse. Përkundrazi, pasi një tension AC aplikohet në një terminal të kondensatorit, rrjedha aktuale megjithëse kondensatori është aktual i nevojshëm për të shtuar dhe hequr zhurmën nga kondensatori. Si rezultat, rryma që rrjedh edhe pse kondensatori është jashtë fazës kur krahasohet me tensionin e tij terminal. Në fakt, është gjithmonë 90 gradë përpara tensionit në terminalin e tij. Mënyra e thjeshtë për ta përfaqësuar këtë është përdorimi i numrit imagjinar (j):

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

Ngjashëm me kondensatorin, induktori është një pajisje e pastër e ruajtjes së energjisë. Si një kompliment i saktë për kondensatorin, induktori përdor fushën magnetike për të ruajtur kalimin e rrymës përmes induktorit, duke rregulluar tensionin e tij terminal duke vepruar kështu. Kështu, rryma që rrjedh përmes induktorit është 90 gradë përpara tensionit terminal. Ekuacioni që përfaqëson lidhjen e tensionit dhe rrymës në terminalin e tij është:

V (j) (L) = I

Hapi 2: Më shumë teori

Si përmbledhje, ne mund të vizatojmë rrymën e rezistencës (Ir), rrymën e induktorit (Ii) dhe rrymën e kondensatorit (Ic) të gjitha në të njëjtën diagram vektor, të treguar këtu.

Hapi 3: Më shumë teori

Në një botë të përsosur me kondensator dhe induktorë të përsosur, ju merrni një pajisje të pastër të ruajtjes së energjisë.

Sidoqoftë, në një botë reale, asgjë nuk është e përsosur. Një nga cilësitë kryesore për pajisjen e ruajtjes së energjisë, pavarësisht nëse është një kondensator, një bateri ose një pajisje për ruajtjen e pompës, është efikasiteti i pajisjes së ruajtjes. Një sasi energjie humbet gjithmonë gjatë procesit. Në një kondensator ose induktor, kjo është rezistenca paracidike e pajisjes. Në një kondensator, ai quhet faktori i shpërndarjes, dhe në një induktor, quhet faktori i cilësisë. Një mënyrë e shpejtë për të modeluar këtë humbje është shtimi i një rezistence seri në serinë e një kondensatori ose induktori të përsosur. Kështu, një kondensator i jetës reale duket më shumë si një rezistencë e përsosur dhe një kondensator i përsosur në seri.

Hapi 4: Ura e Grurit

Ekzistojnë gjithsej katër elementë rezistentë në një urë. Ekziston edhe një burim sinjali dhe a

metër në qendër të urës. Elementi që ne kemi nën kontroll janë elementët rezistues. Funksioni kryesor i urës rezistente është që të përputhet me rezistencat në urë. Kur një urë është e balancuar, e cila tregon se rezistenca R11 përputhet me R12 dhe R21 përputhet me R22, dalja në njehsor në qendër shkon në zero. Kjo ndodh sepse rryma që rrjedh megjithëse R11 del jashtë R12 dhe rrjedhja aktuale megjithëse R21 rrjedh nga R22. Tensioni midis anës së majtë të njehsorit dhe anës së djathtë të njehsorit atëherë do të jetë identik.

Bukuria e urës është rezistenca e burimit të burimit të sinjalit dhe lineariteti i njehsorit nuk ndikon në matje. Edhe nëse keni një njehsor të lirë që kërkon shumë rrymë për të bërë matjen (të themi, një matës analog i tipit të vjetër të gjilpërës), ai përsëri bën një punë të mirë këtu për sa kohë që është mjaft i ndjeshëm për t'ju treguar kur nuk ka rrymë që rrjedh përmes metrit. Nëse burimi i sinjalit ka një rezistencë të konsiderueshme dalëse, rënia e tensionit të daljes e shkaktuar nga rryma që kalon edhe pse ura ka të njëjtin efekt në anën e majtë të urës si ana e djathtë e urës. Rezultati neto anulohet dhe ura mund të përputhet me rezistencën në një shkallë të jashtëzakonshme saktësie.

Lexuesi vëzhgues mund të vërejë se ura gjithashtu do të balancojë nëse R11 është e barabartë me R21 dhe R12 është e barabartë me R22. Ky është rasti që ne nuk do ta konsiderojmë këtu, kështu që ne nuk do ta diskutojmë këtë rast më tej.

Hapi 5: Si për një element reaktiv në vend të rezistencave?

Në këtë shembull, ura do të balancohet sapo Z11 përputhet me Z12. Duke e mbajtur dizajnin të thjeshtë, ana e djathtë e urës u krijua duke përdorur rezistorë. Një kërkesë e re është që burimi i sinjalit duhet të jetë një burim AC. Matësi në përdorim gjithashtu duhet të jetë i aftë të zbulojë rrymën AC. Z11 dhe Z12 mund të jenë çdo burim i rezistencës, kondensator, induktor, rezistencë ose kombinim i të treve.

Deri tani, kaq mirë. Nëse keni një qese me kondensatorë dhe induktorë të kalibruar në mënyrë të përsosur, do të ishte e mundur të përdorni urën për të zbuluar vlerën e pajisjes së panjohur. Sidoqoftë, kjo do të ishte vërtet kohë dhe e shtrenjtë. Një zgjidhje më e mirë se sa, është të gjesh një mënyrë për të simuluar pajisjen e përsosur të referencës me ndonjë truk. Kjo është ajo ku MP3 player vjen në foto.

Mos harroni rrymën që rrjedh edhe pse një kondensator është gjithmonë 90 gradë përpara tensionit të tij terminal? Tani, nëse mund të rregullojmë tensionin terminal të pajisjes nën testim, do të ishte e mundur që ne të aplikonim një rrymë që është 90 gradë paraprakisht dhe të simulojmë efektin e një kondensatori. Për ta bërë këtë, së pari duhet të krijojmë një skedar audio që përmban dy valë sinus me një ndryshim fazor prej 90 gradë midis dy valëve.

Hapi 6: Vendosja e asaj që dimë në një urë

Ngarkimi i këtij skedari me valë në MP3 player ose riprodhimi i tij direkt nga kompjuteri, kanali i majtë dhe i djathtë prodhon dy valët sinusale me të njëjtën amplituda. Nga kjo pikë e tutje, unë do të përdor kondensatorin si shembull për hir të thjeshtësisë. Sidoqoftë, i njëjti parim është i zbatueshëm edhe për induktorët, përveç se sinjali i ngacmuar duhet të jetë 90 gradë në vend.

Le të vizatojmë së pari urën me pajisjen në provë të përfaqësuar nga një kondensator perfekt në seri me një rezistencë të përsosur. Burimi i sinjalit gjithashtu ndahet në dy sinjale me një fazë sinjali të zhvendosur me 90 gradë kur i referohemi sinjalit tjetër.

Tani, këtu është pjesa e frikshme. Duhet të futemi në matematikën që përshkruan funksionimin e këtij qarku. Së pari, le të shohim tensionin në anën e djathtë të njehsorit. Për ta bërë dizajnin të thjeshtë, është mirë që të zgjidhni rezistencën në anën e djathtë që të jetë e barabartë, kështu që Rm = Rm dhe tensioni në Vmr është gjysma e Vref.

Vmr = Vref / 2

Tjetra, kur ura është e balancuar, tensioni në të majtë të njehsorit dhe të djathtën e njehsorit do të jetë saktësisht i barabartë, dhe faza gjithashtu do të përputhet saktësisht. Kështu, Vml është gjithashtu gjysma e Vref. Me këtë, ne mund të shkruajmë:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Le të përpiqemi tani të shkruajmë rrymën që rrjedh përmes R90 dhe R0:

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

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

Gjithashtu, rryma që rrjedh edhe pse pajisja në provë është:

Ic = Ir0 + Ir90

Tani, supozoni se pajisja nën provë është një kondensator dhe ne duam që Vz të udhëheqë Vref me 90 gradë, dhe në

e bëjmë llogaritjen të thjeshtë, ne mund të normalizojmë tensionin e Vz dhe Vref në 1V. Atëherë mund të themi:

Vz = j, Vref = 1

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

Ir90 = (j - 0.5) / (R90)

Të gjitha sëbashku:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0.5 / Ic)

Aty ku Xc është rezistenca e kapacitetit perfekt Cc.

Kështu, duke balancuar urën dhe zbuloni vlerën e R0 dhe R90, është e thjeshtë të llogarisni rrymën totale përmes pajisjes nën testin Ic. Përdorni ekuacionin përfundimtar ku kemi arritur, ne mund të llogarisim rezistencën e kapacitetit të përsosur dhe rezistencën e serisë. Duke ditur rezistencën e kondensatorit dhe frekuencën e sinjalit të aplikuar, është e lehtë të zbuloni kapacitetin e pajisjes nën provë duke:

Xc = 1 / (2 x π F C)

Hapi 7: Hapi në matjen e vlerës së kondensatorit ose induktorit

1. Luani skedarin valë duke përdorur një kompjuter ose një MP3 player.

2. Lidhni daljen e MP3 player si diagramin e instalimeve elektrike të treguar më sipër, ndërroni lidhjen me kanalin e majtë dhe të djathtë nëse jeni duke matur induktorin.

3. Lidhni multimetrin dhe vendosni matjen në tensionin AC.

4. Luani klipin audio dhe rregulloni tenxheren e zbukurimit derisa leximi i tensionit të ulet në minimum. Sa më afër zeros, aq më e saktë do të jetë matja.

5. Shkëputeni pajisjen nën provë (DUT) dhe MP3 player.

6. Zhvendosni prizën e multimetrit në R90 dhe vendosni matjen në rezistencë. Matni vlerën. 7. Bëni të njëjtën gjë për R0.

8. Ose llogarisni manualisht vlerën e kondensatorit/induktorit, ose përdorni shkrimin e dhënë Octave/Matlab për të zgjidhur vlerën.

Hapi 8: Një tabelë e rezistencës së përafërt të kërkuar për rezistencën e ndryshueshme për të balancuar urën

Hapi 9: Faleminderit

Faleminderit që lexuat këtë udhëzues. Kjo ishte një transkriptim i një faqe në internet që kam shkruar në 2009