Практично ли измерять неизвестную емкость путем измерения ее импеданса?

Недавно я видел несколько инженерных проектов четвертого курса в моей школе (Университет Ватерлоо), и один из них, который показался мне интересным, — это новый датчик давления, в котором используется нано-серебро, разделенное диэлектрическим гелем. Он очень гибкий, и давление вызывает изменение емкости. Они не инженеры-электрики, и для своей демонстрации они использовали Arduino для измерения постоянной времени RC-цепи. Потребовалась 1 секунда, чтобы произвести чтение.

Было бы намного лучше и презентабельнее, если бы показания были мгновенными, и мне было интересно, почему они не попытались измерить емкость, измерив ее импеданс?

Поэтому я поискал в Интернете информацию об обнаружении неизвестных емкостей с помощью Arduino и ничего не нашел об измерении импеданса.

Хотя здесь использовался очень умный таймер 555 !

Мой подход

Схема моей схемы будет следующей:

схематический

Сначала я бы использовал известное значение сопротивления последовательно с конденсатором и использовал известную и стабильную волну переменного тока для прохождения, а затем попытался бы измерить падение напряжения из-за конденсатора. По расчету импеданса конденсаторов

Z "=" − Дж ю С
где ю известно, а Z измерено, поэтому я могу определить C.

Измерение импеданса

Чтобы измерить импеданс, я бы подключил полуволновой выпрямитель, затем схему пикового детектора и прочитал напряжение постоянного тока на пиковом детекторе с помощью Arduino, а затем разрядил конденсатор через транзистор.

Я не знаю, сработает ли это или будет ли это практично; Я не могу проверить это в данный момент, так как у меня нет электрооборудования, и я готовлюсь к экзаменам.

Спасибо за понимание!

Я думаю, если бы я делал что-то подобное, моей первой попыткой было бы FM и частотная область. Более сложный, но гораздо менее подверженный шумам и неидеальным вещам.
Сообщите нам диапазон вероятных значений емкости. Например, если оно меньше 1pf, подход Мэтта все еще может давать результаты с высоким разрешением, тогда как некоторые другие не будут работать вообще.
FM? Вы имеете в виду частотную модуляцию? Я не уверен, как это можно использовать. Что вы думаете о моем подходе, имеет ли он смысл?
Емкость устройства, которое они измеряли, колебалась между 50 и 10 пФ. Хотя я читал, что разные подходы лучше работают для разных диапазонов, но мне любопытна концепция измерения емкости в целом.
Подход с постоянной времени RC будет в порядке. Они просто выбрали не тот резистор и усреднили слишком много показаний. Я думаю, что обычный код Arduino пренебрегает использованием как аппаратного компаратора, так и таймера — использование обоих улучшит ситуацию.

Ответы (1)

Также будет эффективное последовательное сопротивление и эффективная последовательная индуктивность, которые добавятся к измеренному импедансу. Если они малы по сравнению с емкостью, вы можете получить точные измерения.

Если предположить, что C велико по сравнению с ESR и ESL, индуктивная составляющая по-прежнему будет доминировать в импедансе на более высоких частотах. Так что с этой точки зрения, вероятно, лучше использовать тестовый сигнал с более низкой частотой. OTOH, если частота слишком низкая для данной емкости, это будет выглядеть как разомкнутая цепь. Таким образом, вы сможете найти золотую середину для тестовой частоты на основе ваших значений ESR, C и ESL.

Практично ли измерять неизвестную емкость путем измерения ее импеданса?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v