Capacitance Meter - TeachMeSoft

Capacitance Meter

Capacitance Meter

Capacitance Meter and RC Time Constants (Meteran Kapasitansi dan Konstanta Waktu RC)



Ikhtisar: Sebuah resistor akan mengisi kapasitor dalam detik TC, di mana
  • TC = R * C
  • TC = konstanta waktu dalam detik
  • R = resistensi dalam ohm
  • C = kapasitansi dalam farad (1 mikrofarad [ufd] = .0000001 farad = 10 ^ -6 farad)

Tegangan pada Konstan 1 Waktu sama dengan 63,2% dari tegangan pengisian.

Contoh: 1 megohm * 1 mikrofarad = 1 detik
Contoh: 10k ohm * 100 mikrofarad = 1 detik




Experimental Setup (Pengaturan eksperimen)
Sketsa ini berfungsi karena pin Arduino dapat berada di salah satu dari dua keadaan, yang secara elektrik sangat berbeda.
  • Status Input (diatur dengan pinMode (pin, INPUT);)
    • Impedansi Tinggi (resistansi) - Membuat sangat sedikit permintaan pada rangkaian yang dijadikan sampel
    • Bagus untuk membaca sensor tetapi tidak menyalakan LED
  • Status Output (diatur dengan pinMode (pin, OUTPUT);)
    • Impedansi rendah - Dapat menyediakan sumber 40 mA (tegangan positif), atau tenggelam (tegangan negatif)
    • Bagus untuk penerangan LED, menggerakkan sirkuit lain - tidak berguna untuk membaca sensor.
Selain itu pin dapat TINGGI (+5 volt), untuk mengisi kapasitor; atau LOW (ground) untuk melepaskan kapasitor



Alogrithm for capacitance meter sketch (Alogrithm untuk sketsa meter kapasitansi)
  • Setel pin pelepasan ke INPUT (sehingga tidak bisa melepaskan kapasitor)
  • Catat waktu mulai dengan millis ()
  • Setel pin biaya ke OUTPUT dan buat TINGGI
  • Periksa tegangan berulang kali dalam satu lingkaran hingga mencapai 63,2% dari total tegangan.
  • Setelah tutup diisi, kurangi waktu saat ini dari waktu mulai untuk mencari tahu berapa lama kapasitor mengambil daya.
  • Membagi Waktu dalam hitungan detik dengan Perlawanan pengisian dalam ohm untuk menemukan Kapasitansi.
  • Laporkan nilai dengan serial.print
  • Lepaskan kapasitor. Untuk melakukan ini:
    • Setel pin biaya ke Input
    • Atur pin debit ke OUTPUT dan buat itu RENDAH
    • Baca voltase untuk memastikan kapasitor kosong sepenuhnya
  • Ulangi dan lakukan lagi


Sketsa Arduino
/*  RCTiming_capacitance_meter
 *   Paul Badger 2008
 *  Demonstrates use of RC time constants to measure the value of a capacitor
 *
 * Theory   A capcitor will charge, through a resistor, in one time constant, defined as T seconds where
 *    TC = R * C
 *
 *    TC = time constant period in seconds
 *    R = resistance in ohms
 *    C = capacitance in farads (1 microfarad (ufd) = .0000001 farad = 10^-6 farads )
 *
 *    The capacitor's voltage at one time constant is defined as 63.2% of the charging voltage.
 *
 *  Hardware setup:
 *  Test Capacitor between common point and ground (positive side of an electrolytic capacitor  to common)
 *  Test Resistor between chargePin and common point
 *  220 ohm resistor between dischargePin and common point
 *  Wire between common point and analogPin (A/D input)
 */

#define analogPin      0          // analog pin for measuring capacitor voltage
#define chargePin      13         // pin to charge the capacitor - connected to one end of the charging resistor
#define dischargePin   11         // pin to discharge the capacitor
#define resistorValue  10000.0F   // change this to whatever resistor value you are using
                                  // F formatter tells compliler it's a floating point value

unsigned long startTime;
unsigned long elapsedTime;
float microFarads;                // floating point variable to preserve precision, make calculations
float nanoFarads;

void setup(){
  pinMode(chargePin, OUTPUT);     // set chargePin to output
  digitalWrite(chargePin, LOW);  

  Serial.begin(9600);             // initialize serial transmission for debugging
}

void loop(){
  digitalWrite(chargePin, HIGH);  // set chargePin HIGH and capacitor charging
  startTime = millis();

  while(analogRead(analogPin) < 648){       // 647 is 63.2% of 1023, which corresponds to full-scale voltage
  }

  elapsedTime= millis() - startTime;
 // convert milliseconds to seconds ( 10^-3 ) and Farads to microFarads ( 10^6 ),  net 10^3 (1000)  
  microFarads = ((float)elapsedTime / resistorValue) * 1000;  
  Serial.print(elapsedTime);       // print the value to serial port
  Serial.print(" mS    ");         // print units and carriage return


  if (microFarads > 1){
    Serial.print((long)microFarads);       // print the value to serial port
    Serial.println(" microFarads");         // print units and carriage return
  }
  else
  {
    // if value is smaller than one microFarad, convert to nanoFarads (10^-9 Farad).
    // This is  a workaround because Serial.print will not print floats

    nanoFarads = microFarads * 1000.0;      // multiply by 1000 to convert to nanoFarads (10^-9 Farads)
    Serial.print((long)nanoFarads);         // print the value to serial port
    Serial.println(" nanoFarads");          // print units and carriage return
  }

  /* dicharge the capacitor  */
  digitalWrite(chargePin, LOW);             // set charge pin to  LOW
  pinMode(dischargePin, OUTPUT);            // set discharge pin to output
  digitalWrite(dischargePin, LOW);          // set discharge pin LOW
  while(analogRead(analogPin) > 0){         // wait until capacitor is completely discharged
  }

  pinMode(dischargePin, INPUT);            // set discharge pin back to input
  }


Further things to try (Hal-hal lebih lanjut untuk dicoba)
  • Ganti resistor yang lebih besar jika waktu pengisian terlalu pendek, resistor lebih kecil jika waktu pengisian terlalu lama.
  • Ukur kapasitor secara paralel dan seri, periksa untuk melihat apakah pengamatan Anda sesuai dengan teori elektronik
  • Rata-rata bersama sekelompok pembacaan untuk akurasi lebih
  • Tukar beberapa resistor pengisian daya pada pin yang berbeda untuk membuat kapasitansi meter "rentang otomatis"
  • Memodifikasi sketsa agar resistor pengisian juga mengeluarkan kapasitor. Perhatikan bahwa nilai yang dilaporkan tidak dua kali lipat dari nilai yang dilaporkan saat hanya mengisi daya kapasitor ini. Jelaskan ini. Petunjuk - pelajari kurva perubahan pada grafik.

SUMBER

  • [1] https://www.arduino.cc/en/Tutorial/CapacitanceMeter


    Disqus comments