Жөнөкөй Autorange Capacitor Tester / Capacitance Meter Arduino менен жана кол менен: 4 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Салам!

Бул физика бирдиги үчүн сизге керек:

* 0-12В менен камсыздоо

* бир же бир нече конденсатор

* бир же бир нече кубаттоочу резисторлор

* секундомер

* чыңалууну өлчөө үчүн мультиметр

* ардуино наносу

* 16x2 I²C дисплей

* 1 / 4W резисторлору 220, 10k, 4.7M жана 1Gohms 1 gohms каршылыгы менен

* дюпондук зым

1 -кадам: Конденсаторлор жөнүндө жалпы маалымат

Конденсаторлор электроникада абдан маанилүү ролду ойнойт. Алар төлөмдөрдү сактоо үчүн колдонулат, чыпка, интегратор жана башкалар. Бирок математикалык жактан конденсаторлор көп. Ошентип, сиз конденсаторлор менен экспоненциалдык функцияларды колдоно аласыз жана алар. иштеп чыгуу. Эгерде алгач заряддалбаган конденсатор резистор аркылуу чыңалуу булагына туташтырылган болсо, анда заряддар конденсаторго тынымсыз агат. Q көбөйгөн заряд менен Q = C * U (C = конденсатордун сыйымдуулугу) формуласы боюнча конденсатордун U чыңалуусу да жогорулайт. Бирок, тез заряддалуучу конденсатордун заряддарды толтуруу барган сайын кыйын болуп бараткандыктан, заряддоо агымы барган сайын азайып баратат. Конденсатордогу U (t) чыңалуусу төмөнкү формулага баш ийет:

U (t) = U0 * (1-exp (-k * t))

U0 - бул энергия булагынын чыңалуусу, t - убакыт жана k - кубаттоо процессинин ылдамдыгынын көрсөткүчү. K кайсы өлчөмдөргө көз каранды? Сактоо сыйымдуулугу канчалык чоң болсо (башкача айтканда, конденсатордун С сыйымдуулугу), ал жайыраак заряддарга толот жана чыңалуу жайыраак жогорулайт. С чоңураак, кичирээк к. Конденсатор менен электр менен камсыздоонун ортосундагы каршылык, ошондой эле заряд ташууну чектейт. Чоңураак каршылык R азыраак токту пайда кылат, демек, конденсаторго секундасына аз заряд келет. R чоңураак, кичирээк к. K жана R же C ортосундагы туура мамиле:

k = 1 / (R * C).

Конденсатордогу U (t) чыңалуусу U (t) = U0 * (1-exp (-t / (R * C))) формуласы боюнча жогорулайт

2 -кадам: Ченөө

Студенттер U чыңалуусун t убагында таблицага киргизип, анан экспоненциалдык функцияны тартуусу керек. Эгерде чыңалуу өтө тез жогоруласа, анда каршылыкты жогорулатышыңыз керек болот. Башка жагынан, эгер чыңалуу өтө жай өзгөрсө, Rны азайтыңыз.

Эгерде кимдир бирөө U0ду, R каршылыгын жана U (t) чыңалуусун белгилүү бир убакыттан кийин билсе, анда конденсатордун С сыйымдуулугу ушундан эсептелинет. Бул үчүн теңдеме логарифмге туура келет жана кээ бир өзгөртүүлөрдөн кийин биз: C = -t / (R * ln (1 - U (t) / U0))

Мисалы: U0 = 10V, R = 100 kohms, t = 7 секунд, U (7 сек) = 3.54V. Андан кийин C C = 160 μF мааниге ээ болот.

Бирок кубаттуулукту аныктоонун экинчи, жөнөкөй ыкмасы бар. Башкача айтканда, t = R * Cдан кийинки U (t) чыңалуусу U0дун 63.2% ын түзөт.

U (t) = U0 * (1-exp (-R * C / (R * C)) = U0 * (1-exp (-1)) = U0 * 0.632

Бул эмнени түшүндүрөт? Студенттер убакытты аныкташы керек, андан кийин U (t) чыңалуусу U0дун 63.2% ын түзөт. Тактап айтканда, жогорудагы мисал үчүн, конденсатордун чыңалуусу 10В * 0.632 = 6.3В болгон убакыт изделет. Бул 16 секунддан кийин болгон окуя. Бул маани азыр t = R * C: 16 = 100000 * C. теңдемесине киргизилет. Бул натыйжаны берет: C = 160 μF.

3 -кадам: Arduino

Көнүгүүнүн аягында кубаттуулукту Arduino менен да аныктаса болот. Бул C жөндөмдүүлүгүн так мурунку ыкма боюнча эсептейт. Бул конденсаторду 5V менен белгилүү резистор R аркылуу кубаттайт жана конденсатордогу чыңалуу = 5V * 0.632 = 3.16V болгондон кийин убакытты аныктайт. Arduino санарип-аналогдук которгуч үчүн 5V 1023. Барабар, аналогдук киргизүүнүн мааниси 1023 * 3.16 / 5 = 647. Бул убакытка чейин С кубаттуулугун эсептеп чыгууга чейин күтүүгө туура келет. Сыйымдуулугу ар кандай болгон конденсаторлорду өлчөө үчүн 3 түрдүү кубаттоочу резистор колдонулат. Биринчиден, 647ге чейин заряддоо убактысын аныктоо үчүн төмөн каршылык колдонулат. Эгерде бул өтө кыска болсо, б.а. Эгерде бул өтө кичине болсо, анда 1 Gohms каршылыгы өлчөөнүн аягында келет. C мааниси дисплейде туура бирдик менен көрсөтүлөт (µF, nF же pF).

4 -кадам: Жыйынтыктар

Бул бөлүмдө студенттер эмнени үйрөнүшөт? Сиз конденсаторлор, алардын сыйымдуулугу C, экспоненциалдык функциялар, логарифм, пайыздык эсептөөлөр жана Arduino жөнүндө биле аласыз. Мен көп ойлоном.

Бул бөлүм 16-17 жаштагы студенттер үчүн ылайыктуу. Сиз математикада экспоненциалдык функцияны жана логарифмди басып өткөн болушуңуз керек. Аны класста жана Эврикада сынап көрүңүз!

Эгерде сиз мага класстагы илимий сынакта добуш берсеңиз абдан кубанычта болом. Бардыгына чоң рахмат!

Эгерде сизди менин башка физика долбоорлорум кызыктырса, бул менин youtube каналым:

башка физика долбоорлору: