¿Es práctico medir una capacitancia desconocida midiendo su impedancia?

Recientemente he visto algunos proyectos de ingeniería de cuarto año en mi escuela (Universidad de Waterloo) y uno que encontré interesante fue este novedoso sensor de presión que usa nano plata separada por un gel dieléctrico. Es muy flexible y la presión provoca un cambio en la capacitancia. No son ingenieros eléctricos y para su demostración usaron un Arduino para medir la constante de tiempo del circuito RC. Se tardó 1 segundo en producir una lectura.

Podría ser mucho mejor y presentable si la lectura fuera instantánea y me preguntaba por qué no intentaron medir la capacitancia midiendo su impedancia.

Así que busqué en línea para encontrar información sobre cómo encontrar capacitancias desconocidas con un Arduino y no encontré nada sobre la medición de la impedancia.

Sin embargo, este usó un temporizador 555 que es muy inteligente.

Mi acercamiento

El diseño de mi circuito sería el siguiente:

esquemático

Primero, usaría un valor de resistencia conocido en serie con el capacitor y usaría una onda de CA conocida y consistente para pasar, luego intentaría medir la caída de voltaje debida al capacitor. Según el cálculo de impedancia para condensadores.

Z = − j ω C
dónde ω se conoce y Z se mide para que pueda determinar C.

Medición de impedancia

Para medir la impedancia, pasaría por un rectificador de media onda, luego un circuito detector de pico y leería el voltaje de CC en el detector de pico con un Arduino, luego descargaría el capacitor a través del transistor.

No sé si esto funcionaría o sería práctico; No puedo probarlo en este momento ya que no tengo ningún equipo eléctrico y estoy preparándome para los exámenes.

¡Gracias por la información!

Creo que si estuviera haciendo algo como esto, mi primer intento sería FM y el dominio de la frecuencia. Más complicado, pero mucho menos susceptible al ruido y las cosas no ideales.
Díganos el rango de valores probables de capacitancia. Si está por debajo de un cambio de 1pf, por ejemplo, el enfoque de Matt aún puede generar resultados de alta resolución donde otros no funcionarán en absoluto.
FM? ¿Te refieres a la modulación de frecuencia? No estoy seguro de cómo podría usarse. Sin embargo, ¿qué piensas de mi enfoque? ¿Tiene sentido?
La capacitancia en el dispositivo que estaban midiendo fluctuó entre 50 y 10 pF. Sin embargo, he leído que diferentes enfoques funcionan mejor para diferentes rangos, pero tengo curiosidad sobre el concepto de medir capacitancias en general.
El enfoque de constante de tiempo RC estará bien. Simplemente eligieron la resistencia equivocada y promediaron demasiadas lecturas. Creo que el código arduino habitual se olvida de usar tanto el comparador de hardware como el temporizador; usar ambos mejorará las cosas.

Respuestas (1)

También habrá resistencia en serie efectiva e inductancia en serie efectiva que se sumarán a la impedancia medida. Si estos son pequeños en comparación con la capacitancia, puede obtener algunas medidas precisas.

Suponiendo que C sea grande en comparación con ESR y ESL, el componente inductivo seguirá dominando la impedancia a frecuencias más altas. Entonces, en ese sentido, probablemente sea mejor usar una señal de prueba de frecuencia más baja. OTOH, si la frecuencia es demasiado baja para la capacitancia dada, se verá como un circuito abierto. Por lo tanto, tendrá que encontrar el punto óptimo para la frecuencia de la prueba en función de sus valores de ESR, C y ESL.

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