Neste post, vamos construir um circuito medidor de capacitância digital usando Arduino, que pode medir a capacitância de capacitores variando de 1 microfarad a 4000 microfarad com precisão razoável.

Introdução

Medimos o valor dos capacitores quando os valores escritos no corpo do capacitor não são legíveis, ou para encontrar o valor do capacitor envelhecido em nosso circuito que precisa ser substituído mais cedo ou mais tarde e há várias outras razões para medir a capacitância.

Para encontrar a capacitância, podemos medir facilmente usando um multímetro digital, mas nem todos os multímetros têm o recurso de medição de capacitância e apenas os multímetros caros têm essa funcionalidade.

Portanto, aqui está um circuito que pode ser construído e usado com facilidade.

Estamos nos concentrando em capacitores com valor maior de 1 microfarad a 4000 microfarad, que são propensos a perder sua capacitância devido ao envelhecimento, especialmente os capacitores eletrolíticos, que consistem em eletrólito líquido.

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Antes de entrar em detalhes do circuito, vamos ver como podemos medir a capacitância com o Arduino.

A maioria dos medidores de capacitância Arduino depende da propriedade constante de tempo RC. Então, qual é a constante de tempo RC?

A constante de tempo do circuito RC pode ser definida como o tempo que leva para o capacitor atingir 63,2% da carga total. Zero volt é 0% de carga e 100% é a carga de tensão total do capacitor.

O produto do valor do resistor em ohm e o valor do capacitor em farad dá a constante de tempo.

T = R x C

T é a constante de tempo

Reorganizando a equação acima, obtemos:

C = T / R

C é o valor de capacitância desconhecido.

T é a constante de tempo do circuito RC, que é 63,2% do capacitor de carga total.

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R é uma resistência conhecida.

O Arduino pode detectar a tensão via pino analógico e o valor do resistor conhecido pode ser inserido no programa manualmente.

Aplicando a equação C = T / R no programa, podemos encontrar o valor de capacitância desconhecido.

Agora você já deve ter uma ideia de como podemos encontrar o valor da capacitância desconhecida.

Neste post propus dois tipos de medidores de capacitância, um com display LCD e outro com monitor serial.

Se você é um usuário frequente deste medidor de capacitância, é melhor ir com o design de display LCD e se você não é um usuário frequente é melhor ir com o design de monitor serial, porque você economiza algum dinheiro no display LCD.

Agora, vamos prosseguir para o diagrama de circuito.

Medidor de capacitância baseado em monitor serial:

Como você pode ver, o circuito é muito simples, apenas alguns resistores são necessários para encontrar a capacitância desconhecida. O 1K ohm é o valor do resistor conhecido e o resistor de 220 ohm utilizado para descarregar o capacitor enquanto o processo de medição ocorre. O Arduino detecta o aumentando e diminuindo a tensão no pino A0, que está conectado entre resistores de 1K ohm e 220 ohm. Por favor, tome cuidado com a polaridade se estiver usando capacitores polarizados, como eletrolíticos. Programa:

//-----------------Program developed by R.Girish------------------// 
 const int analogPin = A0 
 const int chargePin = 7 
 const int dischargePin = 6 
 float resistorValue = 1000 // Value of known resistor in ohm 
 unsigned long startTime 
 unsigned long elapsedTime 
 float microFarads 
 void setup() 
 { 
 Serial.begin(9600) 
 pinMode(chargePin, OUTPUT) 
 digitalWrite(chargePin, LOW) 
 } 
 void loop() 
 { 
 digitalWrite(chargePin, HIGH) 
 startTime = millis() 
 while(analogRead(analogPin) <648){} 
 elapsedTime = millis() - startTime 
 microFarads = ((float)elapsedTime / resistorValue) * 1000 
 if (microFarads > 1) 
 { 
 Serial.print('Value = ') 
 Serial.print((long)microFarads) 
 Serial.println(' microFarads') 
 Serial.print('Elapsed Time = ') 
 Serial.print(elapsedTime) 
 Serial.println('mS') 
 Serial.println('--------------------------------') 
 } 
 else 
 { 
 Serial.println('Please connect Capacitor!') 
 delay(1000) 
 } 
 digitalWrite(chargePin, LOW) 
 pinMode(dischargePin, OUTPUT) 
 digitalWrite(dischargePin, LOW) 
 while(analogRead(analogPin) > 0) {} 
 pinMode(dischargePin, INPUT) 
 } 
 //-----------------Program developed by R.Girish------------------//

Faça upload do código acima para o Arduino com a configuração de hardware concluída, inicialmente não conecte o capacitor. Abra o monitor serial que diz “Conecte o capacitor”.

Agora conecte um capacitor, sua capacitância será exibida conforme ilustrado abaixo.

Ele também mostra o tempo necessário para atingir 63,2% da tensão de carga total do capacitor, que é mostrado como o tempo decorrido.

Medidor de capacitância digital usando Arduino

Diagrama de circuito para medidor de capacitância baseado em LCD:

O esquema acima é a conexão entre o display LCD e o Arduino. O potenciômetro de 10K é fornecido para ajustar o contraste do display. O resto das conexões são autoexplicativas.

O circuito acima é exatamente igual ao design baseado em monitor serial, você só precisa conectar o monitor LCD.

Programa para medidor de capacitância baseado em LCD:

//-----------------Program developed by R.Girish------------------// #include LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,2) const int analogPin = A0 const int chargePin = 7 const int dischargePin = 6 float resistorValue = 1000 // Value of known resistor in ohm unsigned long startTime unsigned long elapsedTime float microFarads void setup() { Serial.begin(9600) lcd.begin(16,2) pinMode(chargePin, OUTPUT) digitalWrite(chargePin, LOW) lcd.clear() lcd.setCursor(0,0) lcd.print(' CAPACITANCE') lcd.setCursor(0,1) lcd.print(' METER') delay(1000) } void loop() { digitalWrite(chargePin, HIGH) startTime = millis() while(analogRead(analogPin) <648){} elapsedTime = millis() - startTime microFarads = ((float)elapsedTime / resistorValue) * 1000 if (microFarads > 1) { lcd.clear() lcd.setCursor(0,0) lcd.print('Value = ') lcd.print((long)microFarads) lcd.print(' uF') lcd.setCursor(0,1) lcd.print('Elapsed:') lcd.print(elapsedTime) lcd.print(' mS') delay(100) } else { lcd.clear() lcd.setCursor(0,0) lcd.print('Please connect') lcd.setCursor(0,1) lcd.print('capacitor !!!') delay(500) } digitalWrite(chargePin, LOW) pinMode(dischargePin, OUTPUT) digitalWrite(dischargePin, LOW) while(analogRead(analogPin) > 0) {} pinMode(dischargePin, INPUT) } //-----------------Program developed by R.Girish------------------//

Com a configuração de hardware concluída, carregue o código acima. Inicialmente, não conecte o capacitor. O visor mostra 'Conecte o capacitor !!!' agora você conecta o capacitor. O display mostrará o valor do capacitor e o tempo decorrido para atingir 63,2% da carga total do capacitor.