Arduino ilə və Əl ilə Sadə Autorange Kondansatör Test Cihazı / Kapasitans Ölçən: 4 Addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:46

Salam!

Bu fizika bölməsi üçün sizə lazım olacaq:

* 0-12V gücündə bir enerji təchizatı

* bir və ya daha çox kondansatör

* bir və ya daha çox şarj rezistoru

* saniyəölçən

* gərginliyin ölçülməsi üçün bir multimetr

* bir arduino nano

* 16x2 I²C ekran

* 220, 10k, 4.7M və 1Gohms 1 gohms rezistorlu 1/4W rezistorlar

* dupont tel

Addım 1: Kondansatörler haqqında ümumi məlumat

Kondansatörler elektronikada çox əhəmiyyətli bir rol oynayır. Bir filtr, inteqrator və s. Kimi yükləri saxlamaq üçün istifadə olunur. Amma riyazi olaraq kondansatörlərdə çox şey var. Beləliklə, kondansatörlərlə eksponensial funksiyaları tətbiq edə bilərsiniz. çalışmaq. Başlanğıcda doldurulmamış bir kondansatör bir rezistor vasitəsilə bir gərginlik mənbəyinə bağlanarsa, yüklər kondansatöre davamlı olaraq axır. Artan yük Q ilə, Q = C * U (C = kondansatörün tutumu) düsturuna görə, kondansatör üzərindəki U gərginliyi də artır. Bununla birlikdə, sürətlə doldurulan kondansatörün yüklə doldurulması getdikcə çətinləşdiyi üçün şarj cərəyanı getdikcə azalır. Kondansatördəki U (t) gərginliyi aşağıdakı düstura uyğundur:

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

U0 enerji təchizatı gərginliyi, t vaxt və k şarj prosesinin sürətinin ölçüsüdür. K hansı ölçülərdən asılıdır? Saxlama tutumu nə qədər böyükdürsə (yəni kondansatörün C kapasitansı), yükləri daha yavaş doldurur və gərginliyi daha yavaş artır. C nə qədər böyükdürsə, o qədər kiçikdir. Kondansatör və enerji təchizatı arasındakı müqavimət də yük daşımalarını məhdudlaşdırır. Daha böyük bir müqavimət R daha kiçik bir cərəyana səbəb olur və buna görə kondansatörə saniyədə daha az yük axır. Daha böyük R, daha kiçik k. K və R və ya C arasındakı düzgün əlaqə:

k = 1 / (R * C).

Kondansatördəki U (t) gərginliyi U (t) = U0 * (1-exp (-t / (R * C))) düsturuna görə artır.

Addım 2: Ölçmələr

Tələbələr t vaxtında U gərginliyini cədvələ daxil etməli və sonra eksponensial funksiyanı çəkməlidirlər. Gərginlik çox sürətlə artarsa, müqaviməti R. artırmalı olacaqsınız. Gərginlik çox yavaş dəyişərsə, R -ni azaldın.

Əgər müəyyən bir müddətdən sonra U0, müqavimət R və gərginlik U (t) bilirsə, kondansatörün C kapasitansı bundan hesablana bilər. Bunun üçün tənliyi logarifm etməli və bəzi çevrilmələrdən sonra əldə edirik: C = -t / (R * ln (1 - U (t) / U0))

Misal: U0 = 10V, R = 100 kohms, t = 7 saniyə, U (7 saniyə) = 3.54V. Sonra C, C = 160 μF dəyəri ilə nəticələnir.

Ancaq C qabiliyyətini təyin etmək üçün ikinci, sadə bir üsul var. Yəni t = R * C -dən sonra U (t) gərginliyi U0 -nun tam 63.2% -ni təşkil edir.

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

Bu nə deməkdir? Tələbələr U (t) gərginliyinin U0 -nun tam 63.2% -i olduğu t vaxtını təyin etməlidirlər. Xüsusilə, yuxarıdakı nümunə üçün, kondansatör üzərindəki gərginliyin 10V * 0.632 = 6.3V olduğu vaxt axtarılır. 16 saniyədən sonra vəziyyət belədir. Bu dəyər indi t = R * C: 16 = 100000 * C tənliyinə daxil edilir. Nəticə verir: C = 160 μF.

Addım 3: Arduino

Təlimin sonunda tutumu bir Arduino ilə də təyin etmək olar. Bu, C qabiliyyətini əvvəlki üsula görə dəqiq hesablayır. Kondansatörü 5V ilə bilinən bir rezistor R vasitəsilə doldurur və kondansatördəki gərginliyin = 5V * 0.632 = 3.16V olduğunu təyin edir. Arduino rəqəmsal-analoq çeviricisi üçün 5V 1023-ə bərabərdir. Buna görə də, analoq girişin dəyəri 1023 * 3.16 / 5 = 647 olana qədər gözləmək lazımdır. Bu müddət ərzində C tutumu hesablana bilər. Çox fərqli tutumlu kondansatörlərin ölçülə bilməsi üçün 3 fərqli şarj rezistoru istifadə olunur. Birincisi, 647 -ə qədər doldurma müddətini təyin etmək üçün aşağı müqavimətdən istifadə olunur. Əgər bu çox qısadırsa, yəni kondansatörün tutumu çox kiçikdirsə, növbəti yüksək şarj müqaviməti seçilir. Bu da çox kiçikdirsə, ölçmənin sonunda 1 Gohms müqaviməti gəlir. Daha sonra C üçün dəyər ekranda düzgün vahidlə (µF, nF və ya pF) göstərilir.

Addım 4: Nəticələr

Şagirdlər bu bölmədə nə öyrənirlər? Kondansatörler, onların tutumu C, eksponent funksiyalar, logarifm, faiz hesablamaları və Arduino haqqında məlumat əldə edəcəksiniz. Çox düşünürəm.

Bu bölmə 16-17 yaş arası tələbələr üçün uyğundur. Riyaziyyatda eksponent funksiyasından və logarifmindən keçmisiniz. Sinifinizdə və Eurekada sınayaraq əylənin!

Sinifdə keçirilən elmi yarışmada mənə səs versəniz çox xoşbəxt olaram. Bunun üçün çox sağ olun!

Digər fizika layihələrimlə maraqlanırsınızsa, youtube kanalım budur:

daha çox fizika layihələri: