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.
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)
*/
* 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