В этой статье я расскажу вам, как проверить емкость конденсатора мультиметром с помощью контроллера Arduino. Это бывает необходимо, когда прибор пришел без маркировки или вообще самодельный.

Шаг 1: Что такое емкость

Емкость – свойство объекта конденсировать (накапливать) электрический заряд.

Конденсатор, накапливающий заряд в электрическом поле между двух пластин из проводящего материала, называется плоским конденсатором (конденсатором с пластинчатыми обкладками). Между этих пластин расположен диэлектрик – материал, не проводящий ток. Диэлектрики изменяют объем заряда, который способен удержать конденсатор.

На практике это означает, что используемый диэлектрик определяет назначение (цепи высокой частоты, высокого напряжения и т.д.).

Емкость плоского конденсатора определяется следующим равенством:

C = (εA) / d,

где ε – это магнитная проницаемость свободного места или диэлектрика, A – это площадь поверхности перекрытия между обкладками, и d – расстояние между обкладками.

Шаг 2: Как измерить емкость

Цепь резистор-конденсатор (rc-цепь) имеет свойство, известное как «постоянная времени rc- цепи», и обозначаемое Т (Тау). Т вычисляется по следующей формуле:

Т=RC

Т также можно вывести из более сложного уравнения, показанного на картине выше и дающего представление о времени, необходимом для накопления заряда через резистор, чтобы достигнуть 63,2% полного напряжения. Также можно найти время, за которое конденсатор достиг значения 36.8% от его полного напряжения при разряде.

Мы запрограммируем Arduino чтобы узнать время достижения 63,2% полного напряжения конденсатора. Затем, преобразовав формулу вычисления Т можно будет вычислить значение емкости, так как значение сопротивления резистора известно.

Шаг 3: Компоненты

Чтобы замерить емкость конденсатора вам понадобятся:

• Микроконтроллер Arduino
• Макетная плата
• Соединительные провода-перемычки
• Резистор 220 Ом
• Резистор 10 кОм
• Конденсатор (неизвестной емкости)

Шаг 4: Соединение компонентов

Соединение компонентов очень простое, достаточно просто следовать предложенной схеме. При использовании биполярного конденсатора серебряная полоса должна быть соединена с землей.

Использовать резистор 220 Ом и подключать его к пину 11 резистор необязательно, но так можно существенно увеличить скорость разряда.

Шаг 5: Кодировка и испытание

После того, как подключите все компоненты, загрузите в ваш Arduino следующий код.

// Initialize Pins
int analogPin = 0;
int chargePin = 13;
int dischargePin = 11; //speeds up discharging process, not necessary though

// Initialize Resistor
int resistorValue = 10000;

// Initialize Timer
unsigned long startTime;
unsigned long elapsedTime;

// Initialize Capacitance Variables
float microFarads;                
float nanoFarads;

void setup()
{
  pinMode(chargePin, OUTPUT);     
  digitalWrite(chargePin, LOW);  
  Serial.begin(9600); // Necessary to print data to serial monitor over USB
}

void loop()
{
  digitalWrite(chargePin, HIGH); // Begins charging the capacitor
  startTime = millis(); // Begins the timer
  
  while(analogRead(analogPin)  1) // Determines if units should be micro or nano and prints accordingly
  {
    Serial.print((long)microFarads);       
    Serial.println(" microFarads");         
  }

  else
  {
    nanoFarads = microFarads * 1000.0;      
    Serial.print((long)nanoFarads);         
    Serial.println(" nanoFarads");          
    delay(500); 
  }

  digitalWrite(chargePin, LOW); // Stops charging capacitor
  pinMode(dischargePin, OUTPUT); 
  digitalWrite(dischargePin, LOW); // Allows capacitor to discharge    
  while(analogRead(analogPin) > 0)
  {
    // Do nothing until capacitor is discharged      
  }

  pinMode(dischargePin, INPUT); // Prevents capacitor from discharging  
}

После того, как загрузите код, откройте последовательный монитор (Инструменты – последовательный монитор) для демонстрации измерения неизвестной емкости.

Первое значение – время, за которое конденсатор накопил 63,2% своего полного заряда. Второе значение – вычисленная емкость (может быть в нФ или пФ).

Программа будет продолжать повторные измерения и значения могут слегка меняться. За итоговое значение лучше взять среднее значение всех вычислений.

Этот способ проверить емкость конденсатора тестером наиболее точен для определения значений в диапазоне 1-3500 мкФ.

Шаг 6: Код Ардуино

Часть кода, которая была использована в Arduino находится здесь.