Calcular el valor de un inductor mediante un circuito RL o LC

Question

Dado un inductor de valor desconocido (aunque de magnitud estimable), y un resistor de resistencia exactamente conocida, ¿cómo se puede calcular la inductancia del inductor?

Herramientas que tengo a mi disposición:

• Osciloscopio (tanto digital como analógico)
• Generador de señales (puede hacer cualquier forma de onda hasta unos 20KHz)
• DMM

Algunas cosas que he notado durante mis experimentos:

• Si aplico una onda sinusoidal veo un cambio de fase.
• Si varío la frecuencia veo diferentes niveles de atenuación.
• Si aplico una onda cuadrada, veo picos agudos en el borde de subida y valles agudos en el borde de bajada.

En última instancia, me gustaría algo que pueda muestrear de alguna manera con un microcontrolador - ya sea con entradas analógicas, el uso de temporizadores / captura de entrada / comparación de salida, etc, o cualquier otro medio, para luego calcular la inductancia en uso.

Sé cómo hacer la medición de la fase de las señales digitales, pero ¿se puede adaptar esto a la medición de la fase de una onda sinusoidal?

Alternativamente, ¿podría usar un circuito LC y utilizar la frecuencia de resonancia de esa combinación de alguna manera?

Answer 1

Hasta cierto punto, esto dependerá del país: dado que tu perfil dice que estás basado en Cardiff, supongo que esto significa que ella espera estudiar y trabajar en el Reino Unido.

Obviamente, habría un enorme abanico de posibles opciones profesionales. Hay algunas carreras para las que es probable que un título de física sea un requisito o, al menos, muy deseable (físico académico, profesor de física, quizás un físico médico o trabajar como físico en la industria nuclear u otras). Hay otras profesiones a las que pueden acceder los licenciados en física, así como los de materias afines (finanzas para materias muy matemáticas, y publicaciones académicas o derecho de patentes para materias científicas y de ingeniería, por ejemplo). Hay muchas carreras para las que un título en casi cualquier materia es un requisito previo (muchas grandes empresas tienen programas para graduados).

Tal vez sería una buena idea que hablara con un asesor de carreras en su escuela/colegio, o que asistiera a algunas jornadas de puertas abiertas de la universidad y lo comentara con ellos. Seguro que también hay mucha información útil en la web ( la página de carreras del IOP parece prometedor, para empezar).

Answer 2

Una opción sería formar un circuito RL en serie y aplicar una tensión sinusoidal, \$v_i\$ de una frecuencia determinada, \$f\$ . A continuación, mide la diferencia de fase entre la tensión de entrada y la de salida. A partir de la ecuación del divisor de tensión \$\frac{v_{o}}{v_{i}}=\frac{j\omega L}{R+j\omega L}\$ la diferencia de fase es igual a \$90^{\circ}-\arctan(\frac{\omega L}{R})\$ . Por lo tanto, se puede resolver para L.

Se puede simplificar aún más variando la resistencia y/o la frecuencia de la fuente sinusoidal hasta que el desfase entre las tensiones de entrada y salida sea exactamente \$45^{\circ}\$ . En este punto, la reactancia del inductor es igual a la resistencia y la inductancia viene dada por \$L = R/(2\pi f)\$ .

Answer 3

Creo que vas a tener que acabar utilizando algunos componentes analógicos más. Una cosa que podrías hacer con el inductor es utilizarlo como el doble de un condensador. ¿Cómo se mide el tamaño de un condensador? Aplica una función de paso de voltaje de amplitud conocida a un circuito RC y mide el tiempo de subida. Puedes hacer fácilmente lo mismo con un circuito RL y medir el tiempo de subida de la corriente que circula por el inductor. Ten en cuenta que tienes que medir la corriente que fluye a través de él, no la tensión. Ahora, usted puede conseguir más complicado y medir la impedancia compleja de un circuito RL, así, pero que requerirá una buena fuente de onda sinusoidal y dos ADCs mirando a la tensión y la corriente, además de algunos DSP para calcular la impedancia. Se puede hacer, pero probablemente será más complejo.

Answer 4

Esto parece funcionar para mí. Proceso:

Cálculo de L en un circuito RL

1. Determina la corriente máxima del circuito a partir de una resistencia conocida.
2. Determinar la Impedancia global del circuito a partir de la tensión de alimentación y la corriente del circuito
3. Determinar la reactancia del inductor 'XL' usando Pitágoras
4. Dado "XL", determinar "L" a partir de XL = 2.Pi.f.L

Dada:

• Vs = V pico de la alimentación de la señal
• Vr = V pico a través de la resistencia
• Zt = Impedancia total
• Zl = Impedancia del inductor
• Xl = Reactancia del inductor
• R = Resistencia del resistor
• I = corriente del circuito.

Entonces:

    I  = Vr / R
    Zt = Zl + Zr, also given by:
    Zt = Vs / I
       = Vs.R/Vr
    Xl = Sqrt(Zt^2 - R^2)
    L  = Xl / 2.Pi.f (using XL=2.Pi.f.L)
       = Sqrt(Zt^2 - R^2) / 2.Pi.f

Por lo tanto (juntando todo):

    L  = Sqrt([Vs.R/Vr]^2 - R^2) / 2.Pi.f

Ejemplo: bobina de 2,5mH en serie con una resistencia de 1K, onda senoidal de 20KHz, alimentación de 5V. Medir con el osciloscopio Vr (tensión de pico a través de R)

Vr = 4.77V (measured with Oscilloscope)
L  = Sqrt([5*1K/4.77]^2 - 1K^2) / 2.Pi.20K
   = 2.5mH

Consulte este enlace para: Simulación de ejemplo

Tal vez alguien más pueda mejorar la disposición del texto aquí. Hágame saber si me he perdido algo.