Arduino और हाथ से सरल ऑटोरेंज कैपेसिटर टेस्टर / कैपेसिटेंस मीटर: 4 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:21

नमस्कार!

इस भौतिकी-इकाई के लिए आपको चाहिए:

* 0-12V. के साथ बिजली की आपूर्ति

* एक या अधिक कैपेसिटर

* एक या एक से अधिक चार्जिंग रेसिस्टर्स

* एक स्टॉपवॉच

* वोल्टेज माप के लिए एक मल्टीमीटर

* एक आर्डिनो नैनो

* एक 16x2 आई²सी डिस्प्ले

* 220, 10k, 4.7M और 1Gohms 1 gohms रोकनेवाला के साथ 1 / 4W प्रतिरोधक

* डुपोंट तार

चरण 1: कैपेसिटर के बारे में सामान्य जानकारी

कैपेसिटर इलेक्ट्रॉनिक्स में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। इनका उपयोग फिल्टर, इंटीग्रेटर आदि के रूप में चार्ज को स्टोर करने के लिए किया जाता है। लेकिन गणितीय रूप से, कैपेसिटर में बहुत कुछ है। तो आप कैपेसिटर और वे के साथ घातीय कार्यों का अभ्यास कर सकते हैं। व्यायाम। यदि प्रारंभिक रूप से अपरिवर्तित संधारित्र को एक प्रतिरोधक के माध्यम से एक वोल्टेज स्रोत से जोड़ा जाता है, तो संधारित्र में आवेश लगातार प्रवाहित होते हैं। बढ़ते आवेश Q के साथ, सूत्र Q = C * U (C = संधारित्र की धारिता) के अनुसार, संधारित्र के आर-पार वोल्टेज U भी बढ़ जाता है। हालाँकि, चार्जिंग करंट अधिक से अधिक कम हो रहा है क्योंकि तेजी से चार्ज किए गए कैपेसिटर को चार्ज करना अधिक कठिन होता जा रहा है। संधारित्र पर वोल्टेज यू (टी) निम्नलिखित सूत्र का पालन करता है:

यू (टी) = यू0 * (1-एक्सपी (-के * टी))

U0 बिजली की आपूर्ति का वोल्टेज है, t समय है और k चार्जिंग प्रक्रिया की गति का एक माप है। k किन आकारों पर निर्भर करता है? भंडारण क्षमता जितनी बड़ी होती है (अर्थात संधारित्र की समाई सी), उतनी ही धीमी यह आवेशों से भरती है और धीमी गति से वोल्टेज बढ़ता है। बड़ा C, छोटा k। संधारित्र और बिजली आपूर्ति के बीच प्रतिरोध भी चार्ज परिवहन को सीमित करता है। एक बड़ा प्रतिरोध R एक छोटी धारा I का कारण बनता है और इसलिए संधारित्र में प्रति सेकंड कम शुल्क प्रवाहित होता है। बड़ा R, छोटा k। k और R या C के बीच सही संबंध है:

के = 1 / (आर * सी)।

संधारित्र पर वोल्टेज U (t) इस प्रकार सूत्र U (t) = U0 * (1-exp (-t / (R * C)) के अनुसार बढ़ता है)

चरण 2: माप

छात्रों को एक तालिका में समय t पर वोल्टेज U दर्ज करना चाहिए और फिर घातांक फ़ंक्शन बनाना चाहिए। यदि वोल्टेज बहुत तेजी से बढ़ता है, तो आपको प्रतिरोध आर बढ़ाना होगा। दूसरी तरफ अगर वोल्टेज बहुत धीमी गति से बदलता है, तो आर घटाएं।

यदि कोई निश्चित समय t के बाद U0, प्रतिरोध R और वोल्टेज U (t) को जानता है, तो संधारित्र के समाई C की गणना इससे की जा सकती है। इसके लिए समीकरण को लघुगणक करना होगा और कुछ परिवर्तनों के बाद हमें प्राप्त होगा: C = -t / (R * ln (1 - U (t) / U0))

उदाहरण: U0 = 10V, R = 100 kohms, t = 7 सेकंड, U(7 सेकंड) = 3.54V। तब C का मान C = 160 μF होता है।

लेकिन क्षमता सी निर्धारित करने के लिए एक दूसरी, सरल विधि है। अर्थात्, वोल्टेज यू (टी) टी = आर * सी के बाद यू0 का 63.2% है।

यू (टी) = यू0 * (1-एक्सपी (-आर * सी / (आर * सी)) = यू0 * (1-एक्सपी (-1)) = यू0 * 0.632

इसका क्या मतलब है? छात्रों को समय t निर्धारित करना चाहिए जिसके बाद वोल्टेज U (t) U0 का ठीक ६३.२% है। विशेष रूप से, ऊपर के उदाहरण के लिए, उस समय की मांग की जाती है जिसके बाद संधारित्र में वोल्टेज 10V * 0.632 = 6.3V होता है। यह मामला 16 सेकेंड के बाद का है। यह मान अब समीकरण t = R * C: 16 = 100000 * C में डाला गया है। यह परिणाम देता है: C = 160 μF।

चरण 3: Arduino

अभ्यास के अंत में, क्षमता को एक Arduino के साथ भी निर्धारित किया जा सकता है। यह पहले की विधि के अनुसार क्षमता सी की गणना करता है। यह संधारित्र को एक ज्ञात प्रतिरोधक R के माध्यम से 5V से चार्ज करता है और उस समय को निर्धारित करता है जिसके बाद संधारित्र पर वोल्टेज = 5V * 0.632 = 3.16V। Arduino डिजिटल-से-एनालॉग कनवर्टर के लिए, 5V 1023 के बराबर है। इसलिए, आपको बस तब तक इंतजार करना होगा जब तक कि एनालॉग इनपुट का मान 1023 * 3.16 / 5 = 647 न हो जाए। इस समय के साथ, क्षमता C की गणना की जा सकती है। ताकि बहुत अलग कैपेसिटेंस वाले कैपेसिटर को मापा जा सके, 3 अलग-अलग चार्जिंग रेसिस्टर्स का उपयोग किया जाता है। सबसे पहले, कम प्रतिरोध का उपयोग 647 तक चार्जिंग समय निर्धारित करने के लिए किया जाता है। यदि यह बहुत छोटा है, अर्थात यदि संधारित्र की धारिता बहुत छोटी है, तो अगले उच्च चार्जिंग प्रतिरोध का चयन किया जाता है। यदि यह भी बहुत छोटा है तो माप के अंत में 1 गोहम प्रतिरोध होता है। C का मान तब सही इकाई (μF, nF या pF) के साथ डिस्प्ले पर प्रदर्शित होता है।

चरण 4: निष्कर्ष

इस इकाई में विद्यार्थी क्या सीखते हैं? आप कैपेसिटर, उनकी कैपेसिटेंस सी, एक्सपोनेंशियल फ़ंक्शंस, लॉगरिदम, प्रतिशत गणना और Arduino के बारे में जानेंगे। मैं बहुत सोचता हूं।

यह इकाई 16-17 वर्ष की आयु के छात्रों के लिए उपयुक्त है। आप गणित में घातांक फलन और लघुगणक से पहले ही पढ़ चुके होंगे। अपनी कक्षा और यूरेका में इसे आज़माने का मज़ा लें!

मुझे बहुत खुशी होगी अगर आप मुझे कक्षा विज्ञान प्रतियोगिता में वोट देंगे। इसके लिए बहुत - बहुत धन्यवाद!

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