Arduino va qo'lda oddiy avtomatik kondansatkichli sinov / sig'im o'lchagich: 4 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Salom!

Bu fizika birligi uchun sizga kerak:

* 0-12V kuchlanishli quvvat manbai

* bir yoki bir nechta kondansatör

* bir yoki bir nechta zaryadlovchi rezistorlar

* sekundomer

* kuchlanishni o'lchash uchun multimetr

* arduino nano

* 16x2 I²C displey

* 220, 10k, 4.7M va 1Gohms 1 gohmli rezistorli 1/4 Vt rezistorlar

* dupontli sim

1 -qadam: Kondansatkichlar haqida umumiy ma'lumot

Kondansatkichlar elektronikada juda muhim rol o'ynaydi, ular zaryadlarni saqlash uchun ishlatiladi, filtr, integrator va boshqalar. Lekin matematik jihatdan kondansatkichlar juda ko'p. Shunday qilib, siz kondansatörler bilan eksponensial funktsiyalarni bajarishingiz mumkin. tayyorlamoq. Agar dastlab zaryadlanmagan kondansatör rezistor orqali kuchlanish manbaiga ulangan bo'lsa, u holda zaryadlar kondensatorga uzluksiz oqadi. Q zaryadining oshishi bilan, Q = C * U (C = kondansatkichning sig'imi) formulasiga ko'ra, kondansatordagi U kuchlanish ham oshadi. Biroq, zaryad oqimi tobora kamayib bormoqda, chunki tez zaryadlangan kondansatör zaryadlarni to'ldirish qiyinlashib bormoqda. Kondensatordagi kuchlanish U (t) quyidagi formulaga mos keladi:

U (t) = U0 * (1-exp (-k * t))

U0 - quvvat manbai kuchlanishi, t - vaqt va k - zaryadlash jarayonining tezligi o'lchovi. K qaysi o'lchamlarga bog'liq? Saqlash hajmi qanchalik katta bo'lsa (ya'ni kondansatkichning C sig'imi), u sekinroq zaryad bilan to'ldiriladi va kuchlanish sekinroq oshadi. C qanchalik katta bo'lsa, kichik k. Kondensator va quvvat manbai orasidagi qarshilik ham zaryad tashilishini cheklaydi. Kattaroq qarshilik R kichikroq oqimga olib keladi va shuning uchun kondensatorga sekundiga kamroq zaryad oqadi. R qanchalik katta bo'lsa, kichik k. K va R yoki C o'rtasidagi to'g'ri munosabatlar:

k = 1 / (R * C).

Kondensatordagi kuchlanish U (t) U (t) = U0 * (1-exp (-t / (R * C))) formulaga muvofiq oshadi.

2 -qadam: o'lchovlar

Talabalar U kuchlanishini t vaqtida jadvalga kiritib, keyin eksponensial funktsiyani chizishlari kerak. Agar kuchlanish juda tez oshsa, qarshilikni oshirish kerak bo'ladi. Boshqa tomondan, agar kuchlanish juda sekin o'zgarsa, R ni kamaytiring.

Agar ma'lum vaqtdan keyin U0, qarshilik R va kuchlanish U (t) bililsa, kondansatkichning C sig'imi bundan hisoblanishi mumkin. Buning uchun tenglamani logarifm qilish kerak va ba'zi o'zgarishlardan so'ng biz quyidagilarni olamiz: C = -t / (R * ln (1 - U (t) / U0)))

Misol: U0 = 10V, R = 100 kohm, t = 7 soniya, U (7 sek) = 3,54V. Keyin C natijada C = 160 mF ga teng bo'ladi.

Ammo sig'imni aniqlashning ikkinchi, oddiy usuli bor, ya'ni t = R * Cdan keyin U (t) kuchlanish U0 ning 63,2% ni tashkil qiladi.

U (t) = U0 * (1-exp (-R * C / (R * C)) = U0 * (1-exp (-1)) = U0 * 0.632

Nima degani bu? Talabalar t vaqtini aniqlashlari kerak, shundan keyin U (t) kuchlanish U0 ning 63,2% ni tashkil qiladi. Xususan, yuqoridagi misol uchun, kondansatordagi kuchlanish 10V * 0,632 = 6,3V bo'lgan vaqtni qidirish kerak. Bu holat 16 soniyadan keyin sodir bo'ladi. Endi bu qiymat t = R * C: 16 = 100000 * S tenglamaga kiritiladi. Bu natijani beradi: C = 160 mF.

3 -qadam: Arduino

Jismoniy mashqlar oxirida Arduino yordamida imkoniyatlarni aniqlash mumkin. Bu S imkoniyatlarini oldingi usul bo'yicha aniq hisoblab chiqadi. U kondensatorni ma'lum bo'lgan R rezistori orqali 5V bilan zaryad qiladi va kondansatordagi kuchlanish = 5V * 0.632 = 3.16V bo'lgan vaqtni aniqlaydi. Arduino raqamli-analogli konvertori uchun 5V 1023 ga teng. Shuning uchun siz analog kirish qiymati 1023 * 3.16 / 5 = 647 bo'lguncha kutishingiz kerak. Shu vaqt ichida C sig'imini hisoblash mumkin. Turli xil sig'imga ega kondansatkichlarni o'lchash uchun 3 xil zaryadlovchi rezistor ishlatiladi. Birinchidan, 647 gacha zaryadlanish vaqtini aniqlash uchun past qarshilik ishlatiladi. Agar bu juda qisqa bo'lsa, ya'ni kondansatkichning sig'imi juda kichik bo'lsa, keyingi yuqori zaryadlash qarshiligi tanlanadi. Agar bu juda kichik bo'lsa, o'lchov oxirida 1 Gohms qarshilik ko'rsatiladi. Keyin C uchun qiymat to'g'ri birlik bilan ko'rsatiladi (mF, nF yoki pF).

4 -qadam: Xulosa

Ushbu bo'limda talabalar nimani o'rganadilar? Siz kondansatkichlar, ularning sig'imi C, ekspansional funktsiyalar, logarifm, foiz hisoblari va Arduino haqida bilib olasiz. Men juda ko'p o'ylayman.

Bu birlik 16-17 yoshli o'quvchilar uchun mo'ljallangan. Siz allaqachon matematikadagi eksponent funktsiyani va logarifmni bosib o'tgan bo'lishingiz kerak. O'z sinfingizda va Evrikada sinab ko'ring!

Agar siz fan bo'yicha fan tanlovida menga ovoz bersangiz juda xursand bo'lardim. Buning uchun katta rahmat!

Agar siz mening boshqa fizika loyihalarimga qiziqsangiz, bu mening youtube kanalim:

boshqa fizika loyihalari: