Comment mesurer un condensateur ou une inductance avec un lecteur MP3 : 9 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Voici une technique simple qui peut être utilisée pour mesurer avec précision la capacité et l'inductance d'un condensateur et d'une inductance sans équipement coûteux. La technique de mesure est basée sur un pont équilibré et peut être construite facilement à partir de résistances peu coûteuses. Cette technique de mesure mesure plus que la valeur de capacité, mais aussi la résistance série effective du condensateur en même temps.

Composants requis:

1. Peu de résistances variables

2. Un lecteur MP3

3. Un multimètre

4. Une calculatrice pour calculer la valeur

Étape 1: Un peu de théorie de fond

Comme introduction au projet, prenons ce qu'est un pont LCR et ce qu'il faut pour faire

une. Si vous souhaitez simplement créer un pont LCR, ignorez ces étapes.

Pour comprendre le fonctionnement d'un pont LCR, il est nécessaire de parler du comportement d'un condensateur, d'une résistance et d'une inductance dans un circuit alternatif. Il est temps de dépoussiérer votre manuel ECE101. La résistance est l'élément le plus facile à comprendre en dehors du groupe. Une résistance parfaite se comporte de la même manière lorsqu'un courant continu passe à travers la résistance que lorsqu'un courant alternatif la traverse. Il offre une résistance au courant qui circule bien qu'il dissipe ainsi de l'énergie. La relation simple entre le courant, la tension et la résistance est:

R = I/V

Un condensateur parfait, en revanche, est un pur dispositif de stockage d'énergie. Il ne dissipe aucune énergie qui le traverse. Au lieu de cela, lorsqu'une tension alternative est appliquée à une borne de condensateur, le flux de courant à travers le condensateur est le courant requis pour ajouter et supprimer le chage du condensateur. En conséquence, le courant circulant dans le condensateur est déphasé par rapport à sa tension aux bornes. En fait, il est toujours à 90 degrés d'avance sur la tension à ses bornes. La façon simple de représenter cela est l'utilisation du nombre imaginaire (j):

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

Semblable au condensateur, l'inducteur est un pur dispositif de stockage d'énergie. En complément exact du condensateur, l'inducteur utilise un champ magnétique pour maintenir le courant passant à travers l'inducteur, ajustant ainsi sa tension aux bornes. Ainsi, le courant traversant l'inducteur est de 90 degrés en avance sur la tension aux bornes. L'équation qui représente la relation de tension et de courant à sa borne est:

V (j) (L) = je

Étape 2: Plus de théorie

En résumé, nous pouvons dessiner le courant de résistance (Ir), le courant d'inducteur (Ii) et le courant de condensateur (Ic) tous sur le même diagramme vectoriel, montré ici.

Étape 3: Plus de théorie

Dans un monde parfait avec un condensateur et des inducteurs parfaits, vous obtenez un pur dispositif de stockage d'énergie.

Cependant, dans un monde réel, rien n'est parfait. L'une des qualités clés d'un dispositif de stockage d'énergie, qu'il s'agisse d'un condensateur, d'une batterie ou d'un dispositif de stockage à pompe, est l'efficacité du dispositif de stockage. Une certaine quantité d'énergie est toujours perdue pendant le processus. Dans un condensateur ou une inductance, il s'agit de la résistance paracide de l'appareil. Dans un condensateur, cela s'appelle le facteur de dissipation, et dans un inducteur, cela s'appelle le facteur de qualité. Un moyen rapide de modéliser cette perte est d'ajouter une résistance série en série d'un condensateur ou d'une inductance parfait. Ainsi, un condensateur réel ressemble plus à une résistance parfaite et à un condensateur parfait en série.

Étape 4: Le pont de Wheatstone

Il y a un total de quatre éléments résistifs dans un pont. Il y a aussi une source de signal et un

mètre au centre du pont. L'élément que nous contrôlons, ce sont les éléments résistifs. La fonction principale du pont résistif est de faire correspondre les résistances du pont. Lorsqu'un pont est équilibré, ce qui indique que la résistance R11 correspond à R12 et R21 correspond à R22, la sortie du compteur au centre passe à zéro. En effet, le courant qui circule à travers R11 sort de R12 et le courant qui circule à travers R21 sort de R22. La tension entre le côté gauche du compteur et le côté droit du compteur sera alors identique.

La beauté du pont est l'impédance de la source du signal et la linéarité du compteur n'affecte pas la mesure. Même si vous avez un compteur bon marché qui prend beaucoup de courant pour effectuer la mesure (par exemple, un vieux compteur analogique de type aiguille), il fait toujours du bon travail ici tant qu'il est suffisamment sensible pour vous dire quand il n'y a pas de courant coule à travers le compteur. Si la source de signal a une impédance de sortie substantielle, la chute de tension de sortie causée par le courant passant par le pont a le même effet sur le côté gauche du pont que sur le côté droit du pont. Le résultat net s'annule et le pont peut toujours égaler la résistance avec un degré de précision remarquable.

Le lecteur attentif peut remarquer que le pont s'équilibrera également si R11 est égal à R21 et R12 est égal à R22. C'est le cas que nous n'allons pas considérer ici, nous ne discuterons donc pas davantage de ce cas.

Étape 5: Que diriez-vous d'un élément réactif au lieu de résistances ?

Dans cet exemple, le pont sera équilibré une fois que Z11 correspondra à Z12. En gardant la conception simple, le

côté droit du pont a été constitué à l'aide de résistances. Une nouvelle exigence est que la source du signal doit être une source CA. Le compteur utilisé doit également être capable de détecter le courant alternatif. Z11 et Z12 peuvent être n'importe quelle source d'impédance, condensateur, inductance, résistance ou combinaison des trois.

Jusqu'ici tout va bien. Si vous disposiez d'un sachet de condensateurs et d'inductances parfaitement calibrés, il serait possible d'utiliser le pont pour connaître la valeur de l'appareil inconnu. Cependant, ce serait vraiment long et coûteux. Une meilleure solution consiste à trouver un moyen de simuler le dispositif de référence parfait avec une astuce. C'est là que le lecteur MP3 entre en scène.

Rappelez-vous que le courant circulant dans un condensateur est toujours à 90 degrés en avance sur sa tension aux bornes ? Maintenant, si nous pouvons fixer la tension aux bornes de l'appareil à tester, il nous serait possible d'appliquer un courant de 90 degrés à l'avance et de simuler l'effet d'un condensateur. Pour ce faire, nous devons d'abord créer un fichier audio qui contient deux ondes sinusoïdales avec une différence de phase de 90 degrés entre les deux ondes.

Étape 6: Mettre ce que nous savons dans un pont

En téléchargeant ce fichier wave dans le lecteur MP3 ou en le lisant directement depuis le PC, les canaux gauche et droit produisent les deux ondes sinusoïdales de même amplitude. À partir de maintenant, je vais utiliser un condensateur comme exemple par souci de simplicité. Cependant, le même principe s'applique également aux inductances, sauf que le signal excité doit plutôt être en retard de 90 degrés.

Redessinons d'abord le pont avec l'appareil à tester représenté par un condensateur parfait en série avec une résistance parfaite. La source du signal est également divisée en deux signaux avec un signal déphasé de 90 degrés par rapport à l'autre signal.

Maintenant, voici la partie effrayante. Nous devons plonger dans les mathématiques qui décrivent le fonctionnement de ce circuit. Tout d'abord, regardons la tension sur le côté droit du compteur. Pour simplifier la conception, il est préférable de sélectionner la résistance sur le côté droit pour qu'elle soit égale, donc Rm = Rm et la tension à Vmr est la moitié de la Vref.

Vmr = Vref/2

Ensuite, lorsque le pont est équilibré, la tension à gauche du compteur et à droite du compteur sera exactement égale, et la phase correspondra également exactement. Ainsi, Vml est également la moitié de Vref. Avec cela, nous pouvons écrire:

Vml = Vref / 2 = Vcc + Vrc

Essayons maintenant d'écrire le courant passant par R90 et R0:

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

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

De plus, le courant circulant dans l'appareil testé est:

Ic = Ir0 + Ir90

Maintenant, supposons que l'appareil testé est un condensateur et que nous voulons que Vz mène à Vref de 90 degrés, et à

rendre le calcul simple, nous pouvons normaliser la tension de Vz et Vref à 1V. On peut alors dire:

Vz = j, Vref = 1

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

Ir90 = (j - 0,5) / (R90)

Tous ensemble:

Ic = Vml / (-j Xc + Rc)

-j Xc + Rc = (0,5 / Ic)

Où Xc est l'impédance de la capacité parfaite Cc.

Ainsi, en équilibrant le pont et en découvrant la valeur de R0 et R90, il est simple de calculer le courant total traversant l'appareil sous test Ic. Utilisez l'équation finale à laquelle nous sommes arrivés, nous pouvons calculer l'impédance de la capacité parfaite et la résistance en série. En connaissant l'impédance du condensateur et la fréquence du signal appliqué, il est facile de connaître la capacité du dispositif à tester en:

Xc = 1 / (2 x F C)

Étape 7: Étape de mesure de la valeur du condensateur ou de l'inducteur

1. Lisez le fichier wave à l'aide d'un PC ou d'un lecteur MP3.

2. Connectez la sortie du lecteur MP3 comme le schéma de câblage indiqué ci-dessus, échangez la connexion sur les canaux gauche et droit si vous mesurez l'inducteur.

3. Connectez le multimètre et réglez la mesure sur la tension alternative.

4. Jouez le clip audio et ajustez le potentiomètre jusqu'à ce que la lecture de tension descende au minimum. Plus la valeur zéro est proche, plus la mesure sera précise.

5. Déconnectez l'appareil à tester (DUT) et le lecteur MP3.

6. Déplacez le fil du multimètre sur R90 et réglez la mesure sur la résistance. Mesurez la valeur. 7. Faites de même pour R0.

8. Calculez manuellement la valeur du condensateur/inducteur ou utilisez le script Octave/Matlab fourni pour résoudre la valeur.

Étape 8: Un tableau de la résistance approximative requise pour que la résistance variable équilibre le pont

Étape 9: Merci

Merci d'avoir lu cette instructable. Il s'agit d'une transcription d'une page Web que j'ai écrite en 2009