همه دوستداران تعبیه شده با مولتی متر آشنا هستند که ابزاری عالی برای اندازه گیری ولتاژ، جریان، مقاومت و غیره است. یک مولتی متر می تواند آنها را به راحتی اندازه گیری کند. اما گاهی اوقات نیاز به اندازه گیری اندوکتانس و ظرفیت داریم که با یک مولتی متر معمولی امکان پذیر نیست. مولتی مترهای خاصی وجود دارند که می توانند اندوکتانس و ظرفیت خازن را اندازه گیری کنند اما هزینه بر هستند. ما قبلاً فرکانس متر، ظرفیت سنج و مقاومت سنج را با استفاده از آردوینو ساخته بودیم. بنابراین امروز قصد داریم با استفاده از آردوینو یک LC متر القایی بسازیم . در این پروژه مقادیر اندوکتانس و ظرفیت خازن را به همراه فرکانس نمایشگر LCD 16×2 نشان خواهیم داد. یک دکمه فشاری در مدار داده شده است تا بین نمایشگر خازن و اندوکتانس جابجا شود.
اجزای مورد نیاز
- آردوینو اونو
- آی سی opamp 741
- باتری 3 ولت
- مقاومت 100 اهم
- خازن ها
- سلف ها
- دیود 1n4007
- مقاومت 10k
- قابلمه 10 هزار
- منبع تغذیه
- دکمه فشار دهید
- برد برد یا PCB
- سیم های اتصال
محاسبه فرکانس و اندوکتانس
در این پروژه قصد داریم با استفاده از مدار LC به صورت موازی اندوکتانس و ظرفیت خازن را اندازه گیری کنیم . این مدار مانند یک حلقه یا زنگ است که در فرکانس خاصی شروع به طنین می کند. هر زمان که یک پالس اعمال می کنیم، این مدار LC شروع به تشدید می کند و این فرکانس تشدید به صورت آنالوگ (موج سینوسی) است بنابراین باید آن را به موج اسکوایر تبدیل کنیم. برای انجام این کار، ما این فرکانس تشدید آنالوگ را به opamp (در مورد ما 741) اعمال می کنیم که آن را در 50٪ از چرخه وظیفه به موج squire (فرکانس) تبدیل می کند. اکنون فرکانس را با استفاده از آردوینو اندازه گیری می کنیم و با استفاده از مقداری محاسبات ریاضی می توانیم اندوکتانس یا خازن را پیدا کنیم. ما از فرمول پاسخ فرکانس مدار LC داده شده استفاده کرده ایم .
f=1/(2*زمان)
که در آن زمان خروجی تابع pulseIn() است
اکنون فرکانس مدار LC داریم:
f=1/2*Pi* جذر (LC)
می توانیم آن را حل کنیم تا اندوکتانس بدست آوریم:
f 2 = 1/ (4Pi 2 LC)
L= 1/ (4Pi 2 f 2 C)
L = 1/(4* Pi * Pi * f * f * C)
همانطور که قبلاً نیز اشاره کردیم که موج ما موج سینوسی است بنابراین دوره زمانی یکسانی در دامنه مثبت و منفی دارد. این بدان معنی است که مقایسه کننده آن را به موج مربعی با چرخه کاری 50٪ تبدیل می کند. به طوری که می توانیم با استفاده از تابع pulseIn () آردوینو آن را اندازه گیری کنیم. این تابع یک دوره زمانی به ما می دهد که با معکوس کردن دوره زمانی به راحتی می توان آن را به فرکانس تبدیل کرد. از آنجایی که تابع pulseIn تنها یک پالس را اندازه گیری می کند، بنابراین برای بدست آوردن فرکانس صحیح باید آن را در 2 ضرب کنیم. اکنون فرکانسی داریم که با استفاده از فرمول بالا می توان آن را به اندوکتانس تبدیل کرد.
توجه: هنگام اندازه گیری اندوکتانس (L1) مقدار خازن (C1) باید 0.1uF و در حین اندازه گیری ظرفیت (C1) مقدار سلف (L1) 10mH باشد.
نمودار مدار و توضیح
در این نمودار مدار LC Meter ، ما از آردوینو برای کنترل عملیات پروژه استفاده کرده ایم. در این از مدار LC استفاده کرده ایم. این مدار LC از یک سلف و یک خازن تشکیل شده است. برای تبدیل فرکانس تشدید سینوسی به موج دیجیتال یا مربع از تقویت کننده عملیاتی یعنی 741 استفاده کرده ایم. در اینجا باید منبع منفی را به op-amp اعمال کنیم تا فرکانس خروجی دقیقی بدست آوریم. بنابراین ما از یک باتری 3 ولتی متصل به قطبیت معکوس استفاده کرده ایم، یعنی 741 پایه منفی به ترمینال منفی باتری و پایه مثبت باتری به زمین مدار باقی مانده متصل است. برای توضیح بیشتر به نمودار مدار زیر مراجعه کنید.