اندازه گیری ظرفیت خازن توسط آردوینو

بعد از مشخص شدن ظرفیت خازن ها شما می توانید این مقادیر را روی آنها یادداشت کنید تا در موقع نیاز، سریع خازن مورد نظر خود را بیابید.

در ادامه خواهید دید که نمی توان از یک مدار برای اندازه گیری خازن هایی با ظرفیت متفاوت، با دقت مناسب استفاده کرد. مداری که برای اندازه گیری ظرفیت خازن ها در رنج 1000 میکرو فاراد استفاده می شود، نمی تواند خازن هایی در رنج نانو و یا پیکو فاراد را با دقت مناسب اندازه گیری کند. بنابراین در این پروژه از سه مدار متفاومت استفاده شده که قابلیت اندازه گیری ظرفیت خازنی از 10 پیکو فاراد تا 3900 میکرو فاراد را دارند.

رنج های مختلف از خازن ها توسط این سه مدار اندازه گیری شده و نتایج خطاها در شکل زیر آمده است:

این نمودار نشان می دهد که هر کدام یک از این مدارها قابلیت اندازه گیری چه رنجی از خازن ها را با دقت مناسب دارد. در ادامه هر کدام از مدارها به طور جداگانه توضیح داده خواهند شد. اما در ادامه چگونگی اندازه گیری ظرفیت توسط آردوینو بررسی می شود.

تئوری اندازه گیری ظرفیت خازن توسط آردوینو:

ظرفیت الکتریکی به معنای توانایی یک قطعه برای نگهداری انرژی الکتریکی می باشد. تمامی این سه مدار برمبنای یک ویژگی خازن که همان ثابت زمانی است کار می کنند. ثابت زمانی، مدت زمانی است که طول می کشد تا ولتاژ دو سر خازن به 63.2 درصد مقدار نهایی خود برسد. خازن هایی با ظرفیت بیشتر مدت زمان بیشتری طول می کشد تا شارژ گردند، لذا دارای ثابت زمانی بالاتری می باشند. با توجه به رابطه زیر ثابت زمانی خازن به طور مستقیم با ظرفیت خازن در ارتباط است. از همین رابطه در محاسبه ظرفیت خازن توسط آردوینو استفاده می شود.

TC = R * C

C = TC / R

TC : ثابت زمانی خازن بر حسب ثانیه

R : مقاومت مدار بر حسب اهم

C : ظرفیت خازن برحسب فاراد

اندازه گیری ظرفیت خازن در رنج 1 میکرو تا 3900 میکرو فاراد:

مدار این قسمت مطابق شکل زیر می باشد.

R1 = 10k ohms

R2 = 220 ohms

کد شماره 1 را بر روی برد خود آپلود کنید. برای نمایش مقادیر خازن خوانده شده توسط آردوینو از نمایشگر سریال استفاده شده است.

برای استفاده از نمایشگر LCD کد شماره 2 را روی برد خود آپلود کنید. در این برنامه پین 11 به LCD متصل می شود و به جای آن پین 8 برای اندازه گیری خازن استفاده می شود.

اندازه گیری:

اکنون شما می توانید خازن ها را اندازه گیری کنید. یک خازن مجهول را در مداری که در بالاتر گفته شده قرار دهید. توسط نمایشگر سریال مقادیر خوانده شده مربوط به خازن 470 میکرو فارادی را مشاهده می کنید.

ستون اول همان مقدار ثابت زمانی و ستون دوم ظرفیت خازن را نشان می دهد. واحد اندازه گیری به طور اتوماتیک از میکروفاراد به نانوفاراد تغییر خواهد کرد. در صورتی که از LCD استفاده کنید نیز مقادیر ثابت زمانی و ظرفیت خازن نمایش داده می شود.

در صورتی که از مقادیر مختلف مقاومت استفاده کنید، متوجه خواهید شد که مقاومت های بزرگتر باعث افزایش ثابت زمانی و در نتیجه افزایش زمان اندازه گیری آردوینو می شوند.

اندازه گیری ظرفیت خازن در رنج 0.0047 میکرو فاراد تا 180 میکرو فاراد:

این یک مدار اندازه گیری ظرفیت خازن با دقت بالا می باشد، که در شکل زیر مشاهده می کنید.

R1 = 10k ohm

R2 = 3.1k ohm

R3 = 1.8k ohm

کد شماره 3 را بر روی برد خود آپلود کنید. این برنامه از نمایشگر سریال برای نمایش ظرفیت خازن استفاده می کند.

در صورتی که می خواهید از نمایشگر LCD استفاده کنید، کد شماره 4 را روی برد آپلود کنید. در این برنامه از پین 2 برای LCD استفاده می شود. به جای پین 2 از پین 8 در مدار برای اندازه گیری استفاده کنید.

نتایج اندازه گیری برای خازن 10 نانو فاراد را در شکل زیر مشاهده می کنید.

اندازه گیری ظرفیت خازن در رنج 18 پیکو فاراد تا 470 میکرو فاراد:

رنج اندازه گیری این مدار از حالت های قبلی بیشتر بوده و همچنین دقت بالاتری نیز دارد. همان طور که در شکل مشاهده می کنید، در اینجا شما فقط به دو پین از آردوینو احتیاج دارید.

به نحوه اتصال پایه های خازن و آردوینو دقت کنید که حتما پایه مثبت خازن به ورودی آنالوگ A2 متصل شود.

کد شماره 5 برای نمایش نتایج در نمایشگر سریال می باشد.

در صورتی که از نمایشگر LCD استفاده می کنید، کد شماره 6 را آپلود کنید.

نتایج اندازه گیری شده برای خازن 22 پیکو فاراد را مشاهده می کنید.

واحد اندازه گیری به صورت اتوماتیک بین پیکوفاراد، نانوفاراد و میکروفاراد تغییر خواهد کرد. مقادیر داخل پرانتز نیز نشان دهنده ثابت زمانی برای هر اندازه گیری می باشد.

ترجمه شده و تکمیل توسط صنعت بازار | منبع: circuitbasics