نحوه اندازه گیری خازن یا سلف با پخش کننده Mp3: 9 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:52

در اینجا یک تکنیک ساده است که می توان برای اندازه گیری دقیق خازن و سلف خازن و سلف بدون تجهیزات گران قیمت استفاده کرد. روش اندازه گیری بر اساس پل متعادل است و می تواند به راحتی از مقاومت های ارزان قیمت ساخته شود. این روش اندازه گیری بیش از مقدار خازن ، بلکه مقاومت سری موثر خازن را در همان زمان اندازه گیری می کند.

اجزای مورد نیاز:

1. چند مقاومت متغیر

2. پخش کننده MP3

3. یک مولتی متر

4. ماشین حساب برای محاسبه مقدار

مرحله 1: کمی نظریه پیشینه

به عنوان مقدمه ای بر پروژه ، بیایید ببینیم که یک پل LCR چیست و چه چیزی برای ساخت آن لازم است

یکی اگر فقط می خواهید یک پل LCR بسازید ، این مراحل را رد کنید.

برای درک عملکرد پل LCR ، لازم است در مورد نحوه عملکرد یک خازن ، یک مقاومت و یک سلف در مدار AC صحبت کنیم. زمان حذف گرد و غبار کتاب درسی ECE101 شماست. Resistor ساده ترین چیز برای درک عناصر خارج از گروه است. هنگامی که جریان DC از مقاومت عبور می کند ، یک مقاومت کامل همانند یک جریان AC از آن عبور می کند. این مقاومت را در برابر جریان جاری ایجاد می کند ، اگرچه در این صورت انرژی را از بین می برد. رابطه ساده بین جریان ، ولتاژ و مقاومت به شرح زیر است:

R = I / V

از طرف دیگر یک خازن کامل یک دستگاه ذخیره انرژی خالص است. هرگونه انرژی که از آن بگذرد را از بین نمی برد. در عوض ، هنگامی که ولتاژ AC به پایانه خازن اعمال می شود ، جریان فعلی هر چند که خازن برای افزودن و حذف تراوش از خازن مورد نیاز است. در نتیجه ، جریان در حالتی که خازن در مقایسه با ولتاژ پایانی آن خارج از فاز است ، جریان دارد. در واقع ، همیشه 90 درجه از ولتاژ ترمینال خود جلوتر است. راه ساده برای نمایش این امر استفاده از عدد خیالی (j) است:

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

مشابه خازن ، سلف یک دستگاه ذخیره انرژی خالص است. به عنوان یک تعریف دقیق از خازن ، سلف از میدان مغناطیسی برای حفظ جریان عبوری از طریق سلف استفاده می کند و ولتاژ پایانه خود را در این زمینه تنظیم می کند. بنابراین ، جریان از طریق سلف 90 درجه جلوتر از ولتاژ پایانه است. معادله ای که رابطه ولتاژ و جریان را در ترمینال خود نشان می دهد عبارت است از:

V (j) (L) = I

مرحله 2: نظریه بیشتر

به طور خلاصه ، ما می توانیم جریان مقاومت (Ir) ، جریان سلف (Ii) و جریان خازن (Ic) را روی نمودار بردار یکسانی که در اینجا نشان داده شده است رسم کنیم.

مرحله 3: نظریه بیشتر

در یک دنیای کامل با خازن و سلف کامل ، شما یک دستگاه ذخیره انرژی خالص دریافت می کنید.

با این حال ، در دنیای واقعی ، هیچ چیز کامل نیست. یکی از کیفیت های کلیدی دستگاه ذخیره انرژی ، خازن ، باتری یا دستگاه ذخیره پمپ ، کارایی دستگاه ذخیره سازی است. مقداری از انرژی همیشه در طول فرآیند از بین می رود. در خازن یا سلف ، این مقاومت پاراسیدی دستگاه است. در خازن ، ضریب اتلاف نامیده می شود و در سلف ، ضریب کیفیت نامیده می شود. یک راه سریع برای مدل سازی این تلفات ، افزودن مقاومت سری در سری خازن یا سلف کامل است. بنابراین ، یک خازن واقعی بیشتر شبیه یک مقاومت کامل و یک خازن کامل در سری است.

مرحله 4: پل Wheatstone Bridge

در مجموع چهار عنصر مقاومتی در یک پل وجود دارد. منبع سیگنال و a نیز وجود دارد

متر در مرکز پل عنصری که ما تحت کنترل داریم عناصر مقاومتی هستند. عملکرد اصلی پل مقاومتی مطابقت با مقاومتهای پل است. هنگامی که یک پل متعادل است ، که نشان می دهد مقاومت R11 با R12 مطابقت دارد و R21 با R22 مطابقت دارد ، خروجی متر در مرکز به صفر می رسد. این به این دلیل است که جریان جاری با وجود اینکه R11 از R12 خارج می شود و جریان جریان با R21 از R22 خارج می شود. ولتاژ بین سمت چپ متر و سمت راست متر یکسان خواهد بود.

زیبایی پل امپدانس منبع منبع سیگنال است و خطی بودن متر بر اندازه گیری تأثیر نمی گذارد. حتی اگر یک متر ارزان قیمت دارید که جریان زیادی برای اندازه گیری لازم است (مثلاً یک سنجش آنالوگ سوزنی قدیمی) ، هنوز هم در اینجا کار خوبی را انجام می دهد به شرطی که به اندازه کافی حساس باشد که وقتی جریان وجود ندارد به شما بگوید. جریان در هر متر اگر منبع سیگنال امپدانس خروجی قابل ملاحظه ای داشته باشد ، افت ولتاژ خروجی ناشی از جریان جاری اگرچه پل بر روی سمت چپ پل همان تأثیر را دارد که سمت راست پل دارد. نتیجه خالص خود را لغو می کند و پل همچنان می تواند مقاومت را با درجه دقت قابل توجهی مطابقت دهد.

خواننده محتمل ممکن است متوجه شود که پل نیز تعادل می یابد اگر R11 برابر R21 و R12 برابر R22 باشد. این موردی است که ما در اینجا به آن توجه نمی کنیم ، بنابراین ما در مورد این مورد بیشتر بحث نمی کنیم.

مرحله 5: عنصر واکنشی به جای مقاومت چگونه است؟

در این مثال ، هنگامی که Z11 با Z12 مطابقت داشته باشد ، پل متعادل می شود. ساده نگه داشتن طرح ،

سمت راست پل با استفاده از مقاومت ساخته شده است. یک شرط جدید این است که منبع سیگنال باید منبع AC باشد. کنتور مورد استفاده همچنین باید قادر به تشخیص جریان AC باشد. Z11 و Z12 می توانند هر منبع امپدانس ، خازن ، سلف ، مقاومت یا ترکیبی از هر سه باشند.

تا کنون خیلی خوب. اگر یک کیسه خازن و سلف کاملاً کالیبره شده دارید ، می توانید از پل برای تعیین ارزش دستگاه ناشناخته استفاده کنید. با این حال ، این امر واقعاً وقت گیر و گران است. یک راه حل بهتر از این ، یافتن راهی برای شبیه سازی دستگاه مرجع کامل با ترفندی است. اینجاست که دستگاه پخش MP3 وارد تصویر می شود.

جریان را به خاطر دارید اگرچه خازنی همیشه 90 درجه از ولتاژ پایانی خود جلوتر است؟ حال ، اگر بتوانیم ولتاژ پایانه دستگاه مورد آزمایش را برطرف کنیم ، ممکن است ما جریانی را که 90 درجه از قبل است اعمال کنیم و تأثیر یک خازن را شبیه سازی کنیم. برای انجام این کار ، ابتدا باید یک فایل صوتی ایجاد کنیم که شامل دو موج سینوسی با اختلاف فاز 90 درجه بین دو موج باشد.

مرحله ششم: قرار دادن آنچه می دانیم روی پل

با بارگذاری این فایل موج در پخش کننده MP3 یا پخش مستقیم از رایانه ، کانال چپ و راست دو موج سینوسی با دامنه یکسان تولید می کند. از این به بعد ، من به منظور سادگی از خازن استفاده می کنم. با این حال ، همین اصل در مورد سلف ها نیز قابل اجرا است ، با این تفاوت که سیگنال برانگیخته باید 90 درجه عقب بماند.

بیایید ابتدا پل را با دستگاه تحت آزمایش نشان دهیم که توسط یک خازن کامل در سری با مقاومت کامل نشان داده شده است. منبع سیگنال همچنین به دو سیگنال تقسیم می شود که در صورت اشاره به سیگنال دیگر ، یک فاز سیگنال 90 درجه تغییر مکان می دهد.

حالا ، بخش ترسناک اینجاست. ما باید وارد ریاضی شویم که نحوه عملکرد این مدار را توصیف می کند. ابتدا بیایید به ولتاژ سمت راست متر نگاه کنیم. برای ساده تر شدن طرح ، بهتر است مقاومت در سمت راست را برابر انتخاب کنید ، بنابراین Rm = Rm و ولتاژ در Vmr نصف Vref است.

Vmr = Vref / 2

بعد ، هنگامی که پل متعادل است ، ولتاژ در سمت چپ متر و راست متر دقیقاً برابر خواهد بود و فاز نیز دقیقاً مطابقت خواهد داشت. بنابراین ، Vml نیز نصف Vref است. با این کار می توانیم بنویسیم:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

بیایید سعی کنیم جریان جاری را با وجود R90 و R0 بنویسیم:

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

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

همچنین ، جریان مورد آزمایش هرچند دستگاه زیر است:

Ic = Ir0 + Ir90

حال فرض کنید دستگاه مورد آزمایش خازنی است و ما می خواهیم Vz 90 درجه Vref را هدایت کند و به

محاسبه را ساده کنید ، ما می توانیم ولتاژ Vz و Vref را به 1V عادی کنیم. سپس می توانیم بگوییم:

Vz = j ، Vref = 1

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

Ir90 = (j - 0.5) / (R90)

همه با هم:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0.5 / Ic)

جایی که Xc امپدانس خازن کامل Cc است.

بنابراین ، با تعادل پل و پیدا کردن مقدار R0 و R90 ، محاسبه کل جریان از طریق دستگاه تحت آزمایش Ic ساده است. با استفاده از معادله نهایی که به آن رسیدیم ، می توان امپدانس خازن کامل و مقاومت سری را محاسبه کرد. با دانستن امپدانس خازن و فرکانس سیگنال اعمال شده ، به راحتی می توان خازن دستگاه مورد آزمایش را بدست آورد:

Xc = 1 / (2 x π F C)

مرحله 7: گام در اندازه گیری مقدار خازن یا سلف

1. فایل موج را با استفاده از رایانه یا پخش کننده MP3 پخش کنید.

2. خروجی پخش کننده MP3 را مانند نمودار سیم کشی نشان داده شده در بالا متصل کنید ، اگر سلف را اندازه گیری می کنید ، اتصال را به کانال چپ و راست تغییر دهید.

3. مولتی متر را وصل کرده و اندازه گیری را روی ولتاژ AC تنظیم کنید.

4. کلیپ صوتی را پخش کرده و گلدان تریم را تنظیم کنید تا میزان ولتاژ به حداقل برسد. هرچه به صفر نزدیکتر باشد ، اندازه گیری دقیق تر خواهد بود.

5. دستگاه مورد آزمایش (DUT) و دستگاه پخش MP3 را جدا کنید.

6. سیم مولتی متر را به R90 منتقل کرده و اندازه گیری را روی مقاومت تنظیم کنید. مقدار را اندازه گیری کنید. 7. همین کار را برای R0 انجام دهید.

8. یا مقدار خازن/سلف را به صورت دستی محاسبه کنید ، یا از اسکریپت ارائه شده Octave/Matlab برای حل مقدار استفاده کنید.

مرحله 8: جدولی از مقاومت تقریبی مورد نیاز برای مقاومت متغیر برای ایجاد تعادل در پل

مرحله نهم: متشکرم

ممنون که این مطالب آموزنده را مطالعه کردید. این رونویسی صفحه ای بود که در سال 2009 نوشتم