Quando eu acaricio minha gata, e depois a toco no nariz, fico um pouco chocada. Às vezes, quando ela caminha para alguma coisa, o nariz dela faisca e ela pula para trás e solta um suspiro. Fiquei me perguntando como eu poderia medir a capacitância do meu gato.

Então, quantos micro-farads meu gato tem? Eu não acho que posso simplesmente prender a coisa preta no multímetro na cauda dela e depois tocar o lado vermelho no nariz, como neste artigo do wikihow . Nem o artigo do wiki sobre Capacitância corporal nem essa pergunta sobre troca de pilhas sobre o mesmo tópico me dizem algo sobre medição.

Eu tenho um chip capsense I2C para o meu Arduino, mas isso parece gerar números aleatórios entre 200 e alguns milhares, e não tenho certeza do que fazer com esses números, mesmo se houver repetibilidade neles.

Seria possível criar uma cinta em exibição para o meu gato que mostrasse "carga atual" para o meu gato em uma grade de LED laranja brilhante? Ou preciso necessariamente ter uma tensão de referência (meu entendimento de eletricidade é que a tensão é sempre relativa, isso também se aplica à eletricidade estática?)

Desde já, obrigado,

Tim

Edição: Embora a resposta de Russell McMahon na teoria pareça funcionar, não acho que o método dele seja tão fácil de implementar quanto o de George Herold. Ambas as respostas parecem responder à pergunta imediata, conforme colocada no título. No entanto, nenhum deles é totalmente completo. Ambos dependem da exigência de ter um gato totalmente carregado. Mas como sabemos quantas vezes dar tapinhas em nossos gatos antes que eles estejam totalmente carregados.

É vital também poder medir a carga em tempo real, conforme a resposta do JRE, a fim de estabelecer uma base para os métodos de Herold ou McMahon. Usando a técnica do JRE, podemos carregar o gato até que a carga pare de subir, e depois medir a capacitância do gato.

Idealmente, se quisermos verificar o potencial da energia de petting como a fonte de energia de combustível pós-combustão perfeita, precisaremos de uma medição confiável em tempo real das horas de miliwatt armazenadas do gato, bem como a carga de purrcentagem e a carga de purr armazenada.

Em relação à busca de recompensa por confiabilidade de uma maneira barata: convencer-se de que essa é uma tarefa bastante difícil de ser realizada com segurança (com precisão de laboratório), dê uma olhada no que significa medir "isso" para um ser humano, por exemplo, em um artigo que o estudou para fins relacionados a ESD, Cálculo Numérico da Capacitância Corpo Humano por Método de Carga de Superfície por Osamu Fujiwara e Takanori Ikawa, doi: 10.1002 / ecja.10025 . Citando o resumo:

No entanto, a capacitância corporal depende fortemente da relação entre o plano do solo e a postura corporal. Portanto, não está claro quais fatores governam a capacitância do corpo. Neste artigo, a capacitância estática de um corpo em pé no plano do solo é calculada por meio do método de carga superficial. [...] Verifica-se que a capacitância aumenta à medida que as costas das solas dos sapatos se aproximam do plano do solo, que a capacitância do corpo na mesma altura (10 mm) das solas dos sapatos é de 120 a 130 pF, e que é de cerca de 60 pF se a localização das solas for suficientemente alta. Os achados computacionais são confirmados pela medição da capacitância corporal.

E se você estiver curioso sobre o método de medição, aqui estão os detalhes do artigo:

A Figura 7 (a) mostra o método de medição da capacitância do corpo humano e a Figura 7 (b) mostra seu circuito equivalente. A pessoa testada (altura 168 cm, peso 68 kg) com uma forma corporal próxima ao modelo corpo humano está de pé com os pés descalços em uma placa de isopor ou em uma placa de acrílico perfurada (profundidade 30 cm, largura 11 cm) em uma placa de metal em um escudo de Faraday. A placa de acrílico perfurado possui 201 furos feitos com uma broca com um diâmetro de 4,5 mm em locais aleatórios sobre a placa e com uma taxa de área de cerca de 9%. Dessa maneira, a permissividade relativa é efetivamente diminuída. Sob essa condição, uma fonte de alimentação é usada para carregar em V _B0 (= 10 V) através de um comutador analógico (Toshiba TC4066BP). Quando a fonte de alimentação é desligada pelo interruptor analógico, o potencial do corpo v _B(t) é amplificado por um amplificador de baixa impedância de entrada-(com uma resistência de entrada R _i = 10,2 MOhm, entrada capacitância C _i = 13,6 pF) e é dirigida a um computador através de um conversor A / D. A frequência de amostragem do conversor A / D é de 200 kHz e o nível de quantização é de 12 bits. Na medição de potencial, a placa de metal é usada como o terra ao qual as conexões de aterramento dos dispositivos de medição estão conectadas. A partir do circuito equivalente na Fig. 7 (b), o potencial do corpo v _B (t) é dado por

$$\frac{v_B(t)}{V_{B0}} \simeq exp \Big[ - \frac{t}{(C_i+C_B)R_i}\Big]$$

Portanto, a partir da característica potencial de decaimento, a capacitância corporal C _B pode ser derivada.

Esse é basicamente o mesmo método constante de tempo sugerido por George Herold (que eu votei há algum tempo), mas nos padrões dos caixões. Ninguém mede a capacitância do corpo com regularidade (mesmo para humanos), por isso não sei por que você espera que haja uma maneira barata de fazê-lo de forma confiável ... Não importa se isso provavelmente variaria bastante à medida que o gato mudasse a posição do corpo .

Além disso, se você deseja simulá-lo em um computador ... o modelo numérico provavelmente não será muito bom para um gato, porque:

Além disso, roupas e cabelos não estão incluídos no modelo numérico.

Para um artigo um pouco mais antigo (mas agora disponível gratuitamente), que discute os problemas com a obtenção de medidas precisas da capacitância corporal, consulte Capacitância do corpo humano de N. Jonassen : conceito estático ou dinâmico? . Lendo isso, um ponto destacado foi que as solas dos sapatos são realmente um dos principais contribuintes para a capacitância do modelo do corpo humano (enquanto cabelos e roupas podem ser basicamente ignorados). Infelizmente, isso é provavelmente o oposto do que você pode esperar que o elemento dominante esteja em um gato (em seu estado natural) no que diz respeito à capacitância. Infelizmente, é improvável que os pontos de recompensa no SE sejam uma "concessão" suficiente para os caixões enfrentarem esse modelo bastante diferente de corpo de gato em seus laboratórios ...

"Não toque no gato, coloque uma luva"

• 

DTTAH / ACNR / IANAL / YMMV *

Equipamento:
Voltímetro / osciloscópio de alta impedância com sonda de alta tensão.
Capacitores de baixa capacitância de alta tensão (1 10 100 1000 pF) x 2 de cada.

Pré-teste - carregue os capacitores em alta tensão semi-conhecida e meça com o voltímetro para determinar a capacidade de medição.

Para resultados puros, deve haver um mínimo de patas entre a primeira e a segunda iterações de 2.3.4.

1. Selecione a tampa - diga 100 pF.
2. Limite de descarga (curto)
3. Conecte uma extremidade da tampa ao terra - uma extremidade da tampa ao gato.
   .... (Como o "gato" é alcançado é deixado como um exercício para o leitor.)
   .... (O boné e o gato estão agora com a mesma importância)
   Desconecte a tampa do gato
4. Medir Vcap
5. repita 2. 3. 4.
6. Compare as leituras.
7. Repita com maiúsculas e minúsculas. O objetivo é o intervalo em que V1 / V2 é útil - digamos 2: 1.

Em processamento.

Quando a tampa se conecta à tampa do gato, é carregada. O gato e o boné compartilham a carga proporcionalmente às capacitâncias. A tensão geral cai para refletir o aumento da capacitância do sistema da tampa do add-on para o Ccat. Se o Vcat antes e depois da transferência for conhecido, você poderá calcular o Ccat.
Mas Vcat 'um pouco difícil' de determinar.
O processo de repetição fornece um segundo ponto e duas equações simultâneas podem ser resolvidas para fornecer Ccat.

Se Ccap << Ccat, o delta V é pequeno e os resultados estão mal condicionados. Se Ccap >> Ccat, o delta V é grande e os resultados estão mal condicionados.

Se Ccap ~~~ = Ccat, o mingau está correto e a cama está correta.
Se Ccap = Ccat, a tensão será reduzida pela metade na segunda leitura.
V = Vcat_original / 2

Caso contrário, a alteração da proporção está relacionada à proporção inversa às capacitâncias.
V2 = V1 x Ccat / (Ccat + Ccap) ou

Diga V1 / V2 = 0,75 Ccat = 3 x Ccap.

E&OE ....

---

DTTAH ...... Não tente fazer isso em casa
ACNR ........ Todos os cuidados, sem responsabilidade
IANAL ....... Eu não sou um advogado
YMMV ....... Seu milhagem vai variar
e & OE ........ Erros e omissões.

Como um riff no raio de Spehro, Capacitância ~. Você pode medir sua capacitância corporal com seu escopo. Conecte a sonda x10, defina-o para disparo único, arraste os pés ou esfregue o suéter (jumper no Reino Unido) e toque no final da sonda. Você verá sua descarga através dos 10 Meg Ohm da sonda de osciloscópio. Encontre o ponto 1 / e. Aqui está um escopo para mim. (Você tem que brincar um pouco para obter a quantidade certa de desgaste.) Recebo cerca de 2,5 ms ~ 250 pF. Você pode tentar a mesma coisa com o gato.

/

Ah, para o gato (ou números mais precisos), você deve subtrair a capacitância da sonda.
(cerca de 16pF para a minha sonda x10.)

Editar para comentários: este é um exemplo de decaimento do RC. RC é a constante de tempo do circuito. Veja o artigo da wiki aqui. Uma estimativa rápida da constante de tempo é o tempo em que a tensão caiu para 1 / e do seu valor inicial. (1 / e é cerca de 1/3) No escopo acima, esse tempo é de cerca de 2,5 ms = RC (R = 10 Meg ohm)

Problema Meowtivation e Purrpose

Como se mede o peso no espaço? Certamente não com uma escala, porque não há gravidade. É preciso usar um aparato especial para deduzi-lo indiretamente - por oscilação.

Da mesma forma, você está tentando medir o valor de um gato, pelo qual não pode medir diretamente a capacitância. Felizmente, existem algumas coisas que sabemos da física que ocorrem em capacitores que podemos usar para deduzir nossa Faradicidade felina.

Geomeowtry

Vamos começar examinando a geometria desse problema. Não podemos afirmar exatamente que o gato é um capacitor no sentido tradicional, embora possa certamente armazenar carga. Na prática, você descreveu um sistema combinado de piso-pata-gato, pelo qual as patas do gato formam um dielétrico entre ele e o chão (ou cama, lençóis ou qualquer outra coisa). O gato é apenas metade da configuração, mas eu discordo.

Assim, evitaremos tomar medidas drásticas como fritar o gato com 10.000 V da cabeça à cauda (já sabemos que podemos modelar um gato como resistor). Em vez disso, faremos algo bastante inofensivo: cole o gato em um tapete isolante (apenas por segurança) e puxe 10.000 V do gato para o chão.

O que acontece quando um corpo armazena carga?

• Mais carga = mais energia. Mais energia = mais massa.
• Mais carga = mais íons. Mais íons = mais força em algum lugar.

Parece que temos duas maneiras diferentes de fazer uma medição simples.

Meowthed 1: Mais carga, mais massa

Vamos fazer uma derivação de guardanapo desta revelação brilhante de Einstein.

$$\begin{split} E &= mc^2 \\ m &= \frac{E}{c^2} \quad\text{a little rearrangement} \\ \partial m &= \frac{\partial E}{c^2} \quad\text{convert into differential form} \end{split}$$

Ok, tanto faz, para onde eu vou com isso? Você vê? Agora podemos relacionar uma mudança de massa com uma mudança de energia ! Esse termo nefasto E não é tão assustador, é equivalente à quantidade de energia armazenada no catpacitor.

$$E_{joules} = C \cdot V \quad \text{(coloumb volts)} \\ 1 C = 1 F \cdot 1 V \\ \therefore E_{joules} = F \cdot V^2$$

Agora estamos chegando lá. Vamos combinar!

$$\begin{split} \partial m &= \frac{\partial[ E ]}{c^2}, \quad E = F \cdot V^2 \\ \partial m &= \frac{\partial[ F \cdot V^2 ] }{c^2} \\ &= \frac{F}{c^2} \partial [ V^2 ] \\ F &= \frac{ \partial m \cdot c^2 }{\partial [ V^2 ] } \end{split}$$

Aqui está, meu amigo - uma fórmula para a capacitância de um gato que você pode medir com uma balança doméstica e uma fonte de tensão - talvez cerca de mil baterias de 9V em série. Vamos tentar. Supondo que os gatos sejam semelhantes aos humanos, podemos estimar a capacitância em cerca de 100 pF . Vamos ver o que esperar em10.000 V um megavolt.

$$100 \text{pF} = \frac{ \partial m \cdot c^2 }{ [ 10^6 \text{V} ]^2 }, \quad \partial m \Rightarrow 1.11 \text{fg}$$

Bem, se você deve reclamar de alguma coisa, é verdade que podemos perder a mudança de massa da respiração do gato ou o derramamento normal de pêlo / pele. Além disso, podemos atravessar o tapete isolante a um milhão de volts, mas ei - você queria algo fácil de medir, e o que é mais fácil do que pesar um gato?

Meowthed 2: Mais carga, mais força

Precisamos de dois níveis de indireção para este porque a força pode ser difícil de medir quando é pequena (veja acima). Embora poderia usar outra escala com o gato sobre ele, vamos confiar em algo simples - o fato de que os gatos always.land.on.their.feet.

Isso faz exigir algum equipamento, nomeadamente algumas grandes ímãs. Pegue a nossa plataforma de teste da miau (a do gato, o tapete e o plano do solo) e junte-os através dos ímãs.

$$\vec F = q(\vec E + \vec v \times \vec B)$$

Podemos começar eliminando o campo elétrico porque não criamos especificamente um. Então, observe que a carga com a qual estamos lidando vem da capacitância do gato.

$$\begin{split} C &= \frac{q}{V} \quad q = CV \\ \vec F &= CV ( \vec v \times \vec B ) \\ C &= \Big ( \frac{1}{V} \Big ) \Big ( \frac{ \vec F }{ \vec v \times \vec B } \Big ) \end{split}$$

Como é trivial derivar e eu já expus basicamente todo o problema para você, deixarei ao leitor a satisfação dessa derivação.

Se você iniciar o gato em uma orientação vertical, ele girará naturalmente à medida que cai para corrigir sua orientação e pousar em seus pés. Meça a altura e o comprimento do seu gato e determine a altura que você precisa largá-lo quando descarregado, para que ele tenha girado exatamente noventa graus quando atingir o chão. Repita e refine até que o gato não consiga mais acompanhar - ele não pode girar rápido o suficiente. Tenha muito cuidado aqui, porque efeitos estranhos entram em jogo quando você leva um gato a esse limite.

Sabendo que o gato está se esforçando ao máximo para corrigir sua orientação, agora você pode carregá-lo e largá-lo - compartimento da bomba aberto. Agora, presumindo que o gato esteja energizado e formando um capacitor com o plano do solo, as cargas em seu corpo deveriam ter se separado: algumas nas patas e outras no topo das costas peludas. À medida que desce, essas cargas experimentam uma força através do campo magnético de acordo com a derivação de Lorentz acima e produzem um torque no corpo do gato, fazendo com que ele gire em relação à esteira em que está.

Continue aumentando a tensão no gato até que o torque exercido corresponda aos esforços de seu amigo peludo para se endireitar. Quando o gato não puder mais girar, você terá todas as variáveis ​​necessárias.

→ F → v → $V$ é a tensão na sua queda final. é derivado do torque no gato com base na rapidez com que ele foi capaz de girar antes de aplicar a tensão. Recorra à física do ensino médio e à geometria do seu gato em particular para derivar esse valor (NB, isso só precisa ser feito uma vez e pode ser salvo para futuras tabulações). depende completamente da gravidade e do ponto no tempo durante a queda em que as medições foram feitas. é a força conhecida do campo magnético baseada nos ímãs que você usa.$\vec F$$\vec v$$\vec B$

Se isso lhe parecer complicado demais, basta largar o gato de um ponto suficientemente alto para que ele atinja a velocidade terminal antes de iniciar suas observações.

Finalmente, você obtém o valor de com nada além de inquietação, fonte de tensão e olhos aguçados.$C$

Conclusão

Obviamente, esse é um problema simples que a maioria dos estudantes de física já fez, se é que eles já fizeram uma física real . As fotos estão faltando, mas já é tarde e eu não posso gastar todo o meu tempo ajudando você em curiosidades tão básicas. Existem muito mais maneiras de fazer essa medição. Portanto, coloque seu pensamento e deixe-nos saber como é!

Você pode medir a carga no gato usando um eletrocópio.

Criei um como o referenciado, mas não consegui um MPF102. O 2N5464 funcionou bem. Construa o circuito como descrito, coloque-o em uma caixa de metal (aterre o lado negativo da bateria na caixa) e adicione uma antena conforme descrito no artigo. Se o LED acender, você tem um gatinho carregado.

Observe também que você pode ser carregado em vez do gato. O zap acontece quando há uma diferença nos níveis de carga, por isso, se você for cobrado mais do que o gato, também será zapeado. Aterre-se antes de pegar o gatinho - se você ainda for atingido, o gato foi carregado.

Acho interessante não ver nenhuma solução incorporada.

Você pode criar um circuito RC como descrito acima, onde seu gato é o C. Conecte seu gato C e um resistor R em série do terra a um pino de E / S no seu microcontrolador. Defina a linha de entrada / saída para uma saída alta por tempo suficiente para garantir que você carregou totalmente o seu gato. Em seguida, mude a linha de entrada / saída para inserir e conte quanto tempo leva para o seu gato descarregar no chão. A entrada na linha IO será zero quando isso acontecer.

Carregue e descarregue seu gato repetidamente em um temporizador de hardware para interromper uma média ao longo do tempo. A capacitância do seu gato pode ser calculada a partir do valor do resistor e do tempo que levou para descarregar da tensão totalmente carregada até a tensão limite na linha de E / S do seu microcontrolador. Cabe a você fazer uma boa sonda de gato e mochila com saída de tela LCD do valor continuamente calculado pelo microcontrolador.

Este método:

1. Não requer equipamento de medição extra.
2. Mede continuamente.
3. Pode ser enviado para uma tela LCD para monitoramento ao vivo.
4. É pequeno o suficiente para montar em seu gato confortavelmente.
5. É totalmente automatizado.

A interface do gato com o circuito de medição é o maior problema, pois não há padrões internacionais sobre como uma sonda de medição deve ser conectada a um gato. Com o objetivo de contornar o problema, examinaremos o gato em um nível macroscópico.

Aqui está uma solução simples (não é realmente simples). Coisas que você precisa:

• duas placas de metal com uma área maior que o seu gato
• material de isolamento para as placas
• uma fonte contínua ou por impulso

O que fazer:

1. Construa um grande capacitor com as duas placas de metal, enquanto isola sua superfície. Meça sua resposta à entrada de tensão. Aumente a tensão até obter algo mensurável.
2. Coloque seu gato no capacitor e meça novamente. O gato mudará a capacitância.

Efetivamente, você obterá um capacitor na primeira execução e o gato em série com esse capacitor na segunda execução. Eu acho que você deve considerar a mudança na capacitância para diferentes posições de gatos, diferentes dietas, gato adormecido vs. gato acordado e assim por diante, para obter um modelo relevante da capacitância dependente de diferentes parâmetros de gato.

Sem saber a resposta em frequência do gato, você deve tentar as entradas DC e pulsada. O gato deve ser dependente da frequência. Especialmente no que diz respeito à frequência do lançamento de dipolos de água, pois essa é uma boa parte do gato.

Vou desenhar em breve, agora só queria compartilhar a ideia.

Não é a capacitância que você deve solicitar. A capacitância do seu gato é irrelevante com o choque que você teve. É o acúmulo de carga estática. A capacitância é sobre a capacidade de transação de energia pelo material dielétrico, não o potencial dos dólares de carga. (veja: http://en.wikipedia.org/wiki/Static_electricity )

Você pode ter uma idéia do seu nível usando o fato de os elétrons se repelirem. Você pode construir um eletroscópio (útil: http://www.exploratorium.edu/snacks/electroscope/index.html )

Além disso, você pode usar um voltímetro digital. Transforme-o na função de milivolts CA. Uma sonda está aterrada. Gire a outra sonda (~ 2-3 hz) perpendicular ao tronco dela, sem entrar em contato.

Se a pergunta fosse resistência aos felinos, não seria estranho se ninguém sugerisse se levantar da cadeira do computador e descobrir qual gaveta possui seu DVM?

Ou um medidor BK rlc definido como "c" e 1KHz.

Um chumbo toca o nariz do gato. E o outro? Bem, a paciência do gato varia de acordo com a abordagem de massas condutoras ou distância ao solo. Então, outro chumbo vai até você e passe a mão perto do gato. Deve ver ~ 20 pF, muito mais se o gato estiver no seu colo.

A melhor maneira de esfolar este Catpacitor

Embora alguns dos outros métodos publicados aqui pareçam viáveis, esse teste pode ser feito sem a necessidade de um osciloscópio ou de vários valores específicos de capacitores de alta tensão. Embora seja necessário um medidor de alta impedância / alta tensão.

Uma maneira melhor de lidar com isso seria tratá-lo de maneira semelhante a um circuito divisor de corrente simples e derivar a equação básica para calcular diretamente o Ccat.

Como neste primeiro circuito, determinar Rx não é tão difícil se os outros valores forem conhecidos. No tempo = 0, a corrente flui apenas através de Rx. No momento = 1, o comutador muda e a corrente se divide entre os dois caminhos (através de Rx e Rref). A quantidade de corrente em cada caminho é determinada pelos valores do resistor. A idéia principal é que a corrente total de entrada permaneça a mesma nas duas posições do comutador, mas a tensão em cada resistor mudará devido às diferentes correntes em cada ramificação. Usando a lei de Ohms, Rx pode ser calculado medindo-se as mudanças de tensão e conhecendo o valor de Rref.

Neste próximo par de circuitos, apresentamos o gato com uma capacitância desconhecida (Ccat) ao terra. No momento = 0, há carga total fixa no circuito (Qtotal0). Essa é a cobrança inicial no Cat (Qcat0). A carga inicial no gato produz uma tensão inicial (Vcat0).

No momento = 1, o comutador muda e a carga total se divide entre o Cat e um capacitor de referência (Cref). A tensão no Cat muda (Vcat1), devido à transferência de carga. A carga transferida para o capacitor de referência produz uma tensão (Vcref1) que é igual à tensão no Cat (então Vcat1 = Vcref1).

É importante observar que, embora alguma carga tenha sido transferida, a carga total agora no circuito (Qtotal1) ainda é igual à carga inicial (portanto, Qtotal0 = Qtotal1).

De maneira semelhante à lei de Ohms, a tensão em um capacitor pode ser encontrada com a equação V = Q / C. Manipulando esta equação, a carga do capacitor pode ser encontrada por Q = VC. Com a equação de carga do capacitor e conhecendo o valor de Cref, são necessárias apenas duas medições de alta tensão (no tempo = 0 e no tempo = 1) para determinar a capacitância do gato, como mostrado abaixo.

.

Termos utilizados:

Equação de Carga do Capacitor: Q = VC, com Q em Columbs, V em Volts, C em Farads

Qtotal0 = Cobrança inicial total no momento = 0

Qcat0 = Cobrar no gato no momento = 0

Qtotal1 = Cobrança total no momento = 1

Qcat1 = Cobrar no gato no momento = 1

Qcref1 = Cobrança no Cref no momento = 1

Vcat0 = Tensão no gato no momento = 0

Vcat1 = Tensão no gato no momento = 1

Vcref1 = Tensão no cref no momento = 1

Ccat = Capacitância de Cat

Cref = capacitor de referência

.

Cálculo:

@ time = 0, meça a tensão no Cat (Vcat0).

Equação de carga por capacitor (Q = VC)

Qtotal0 = Vcat0 Ccat

@ time = 1, troque o interruptor, meça a tensão no Cat (Vcat1), esta também é a tensão no Cref (Vcref1).

Sabendo que a carga total no circuito não mudou:

Qtotal0 = Qtotal1

Qtotal1 é constituído pela carga no gato e pela carga no cref, portanto:

Qtotal0 = (Qcat1 + Qcref1)

Reescreva essas cobranças como sua forma equivalente por Q = VC:

(Vcat0 Ccat) = (Vcat1 Ccat) + (Vcref1 Cref)

Lembre-se de que, com esta posição do comutador Vcat1 = Vcref1, substitua na equação:

(Vcat0 Ccat) = (Vcat1 Ccat) + (Vcat1 Cref)

Traga os termos do Ccat para um lado:

(Vcat0 Ccat) - (Vcat1 Ccat) = (Vcat1 Cref)

Fatore o Ccat:

Ccat (Vcat0 - Vcat1) = (Cref Vcat1)

Isolar Ccat:

Ccat = (Vcat1 Cref) / (Vcat0 - Vcat1)

Feito...

.

Agora, por um exemplo:

Use um valor padrão de 100pf para Cref, meça Vcat no tempo = 0 e no tempo = 1 (use 9kV e 4kV)

Ccat = (Vcat1 Cref) / (Vcat0 - Vcat1)

Ccat = (4kV 100pf) / (9kV - 4kV)

Ccat = 400pf / 5

Ccat = 80pf

.

Usando um único capacitor de valor relativamente baixo (alta tensão), sua capacitância Cat pode ser calculada, com menos chance de quaisquer consequências catastróficas.

Observe também que esse foi um empreendimento puramente teórico; nenhum animal foi prejudicado no processo. Seus resultados podem variar. Não nos responsabilizamos por danos causados ​​pelo uso desprotegido, descontrolado, não solicitado ou descuidado das informações acima. - .- Apreciar

Você pode fazer isso é uma medida de duas etapas com uma capacitância e um amplificador FET. Você pode ler o resultado em um escopo ou em um multímetro.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Primeiro: C1 curto para eliminar todas as cobranças.

Segundo: conectar entrada ao gato

Você lerá em Saída a voltagem gerada em C1 pela carga do gato. Portanto, a carga da Cat é Vout / C1.

Certifique-se de que Power + e Power- sejam suficientes para evitar a saturação do LF356. O resistor em série existe para evitar despertar o seu gato quando você o conecta ao capacitor.

Se você deseja ter uma leitura contínua enquanto carrega seu gato, precisa de um divisor capacitivo. Os esquemas a seguir podem fazer isso.

^{simule este circuito}

A saída pode ser lida continuamente.

Medindo a capacitância em estado estacionário de gato por um método simples.

Aviso: não tente fazer isso em casa. Isso não foi testado pelo autor.

Aviso: A potência transmitida é aumentada pela tensão, frequência e capacitância. Use uma frequência baixa (por exemplo, 75 Hz), uma tensão rms baixa (por exemplo, 1 Vrms) e uma capacitância de acoplamento baixa (por exemplo, 15 pF).

Como outros já disseram antes. A descarga ESD não depende apenas da capacitância, mas também da carga, tanto sua quanto da do gato. Esta resposta propõe um método de medir a capacitância do gato em um cenário de CA em estado estacionário.

Se o pequeno modelo de sinal do gato estiver assim:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Em seguida, você pode medir a Catpacitance Ccat com um oscilador senoidal de baixa frequência e um voltímetro rms ou de pico, como nesta configuração (observe que a ESR acima é Rcat abaixo):

^{simule este circuito}

Método:

• Primeiro, conecte o multímetro rms diretamente ao oscilador senoidal para garantir que você tenha um senoidal de 1 Vrms e que obtenha uma leitura constante.
• $C_{par} = C_1(V_i/V_o - 1)$$V_i$$V_o$
• $C_{cat} = C_1V_i/V_o-C_1-C_{par}$$V_i$$V_o$

Conseguir uma boa conexão com o gato é provavelmente complicado. Pode ser necessário algo como uma pulseira antiestática, atada com um gel condutor seguro ou similar. O nariz pode ser um local adequado para obter uma boa conexão, mas seja legal ...

Para uma boa sensibilidade, a melhor opção para o valor de C1 é quando C1 está próximo de Cpar + Ccat.

A resistência em série equivalente não deve causar problemas, mas, com certeza, repita a medição com uma frequência de uma oitava para baixo até obter o mesmo resultado. Se você obtiver resultados variados, mas eles puderem ser repetidos na mesma frequência, tente fazer um gráfico bode da resposta de magnitude e, em seguida, pergunte novamente com alguns dados de medição. Finalmente, o Ccat e o Rcat são softwares de proteção, portanto, provavelmente não são muito estáveis ​​ao longo do tempo.

Seu gato também é uma antena; portanto, ele provavelmente pega 50 / 60Hz da rede elétrica. Essa fonte pode ser descontada se medir um pequeno valor de saída eficaz ao conectar o gato enquanto mantém a saída do oscilador aterrada. (Se o sinal da antena for grande, você poderá encontrar Ccat por outro método => variando apenas C1.) No método acima, se o sinal da antena for grande, tente escolher uma frequência para a sua medição, para que os sinais sejam vencidos ' Depende muito do relacionamento da fase.

Para obter medições ao longo do tempo, com uma resolução de tempo detalhada, é necessário medir / registrar a tensão de saída com um escopo. As mesmas equações se aplicam ao medir a amplitude de pico como para rms. Portanto, amplificar a saída e usar um retificador de meia onda deve fornecer um circuito fácil para permitir uma leitura contínua da catpacitância.

Finalmente, se você deseja medir a capacitância em função da tensão durante a descarga, registre a descarga com um osciloscópio, como também mostrado por George Herold em sua resposta. Para esta configuração, use um oscilador de onda quadrada e adicione um resistor de descarga amplo. Em seguida, calcule a capacitância com base na taxa de variação da tensão e na corrente conhecida (conhecida na tensão e na resistência à descarga).

$$C_{cat} = \frac{V(t)/R_{discharge}}{\frac{d}{dt}V(t)} - C_1 - C_{par}$$

Para medir a catpacitância do seu felino, primeiro você precisa de um capacitor com uma capacitância conhecida carregada com uma voltagem conhecida. A quantidade de carga em Columbs neste capacitor será CV, onde C é a capacitância em farads e V é a voltagem em volts.

Agora descarregue completamente o seu gato. Uma maneira pode ser atravessar uma folha de alumínio aterrada.

Prenda um tratamento a um dos terminais do capacitor e o outro a um pedaço de papel alumínio. Quando o seu gato faz o tratamento, o capacitor conhecido descarrega e o gato carrega até o potencial de tensão se equilibrar exatamente.

Agora meça novamente a tensão no seu capacitor conhecido. A mudança de tensão multiplicada pela capacitância lhe dirá quanta carga foi aplicada ao seu gato. Essa carga, dividida pela tensão restante , é a capacitância do seu gato.