Medidor de Capacitância Autoranging DIY (10 pF–10 µF) – Montagem Fácil com Arduino

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Sobre o Projeto

Multímetros digitais simples (DMMs) não conseguem medir capacitância; para encontrar a capacitância, você precisa de um DMM avançado e caro ou de um módulo dedicado de capacitância.

Neste projeto, construirei um medidor de capacitância Arduino simples com recurso Auto-Ranging. Ele mede capacitância de 10 pF a 10.000 µF. A medição ocorre em modo automático: basta conectar o capacitor aos contatos de medição. O dispositivo tem duas faixas: "nF" e "µF". Ao medir um capacitor, a faixa "nF" é ativada primeiro; se a capacitância for muito grande, ocorre a transição para a faixa "µF".

Cada medidor de capacitância tem um circuito RC com valores de resistores conhecidos e um capacitor de valor desconhecido. O Arduino mede a tensão no capacitor e registra o tempo que leva para atingir uma certa porcentagem de sua tensão quando totalmente carregado (a constante de tempo). Como o valor da resistência já é conhecido, podemos usar a fórmula em um programa que calculará a capacitância desconhecida. O capacitor sob teste é carregado usando um dos resistores. O Arduino inicia o carregamento do capacitor através do resistor de acordo com sua capacidade. No medidor, uma calibração zero é realizada toda vez que é ligado; portanto, no momento de ligar, um capacitor não deve estar conectado aos contatos de medição. Além disso, todos os capacitores devem ser pré-descarga dos.

A precisão é de +/- alguns por cento e depende principalmente da tolerância dos resistores usados e da estabilidade da tensão de alimentação.

Por fim, todo o dispositivo é acomodado em uma caixa adequada e se torna mais uma ferramenta útil no seu laboratório.

Código

Código Arduino

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); // RS,E,D4,D5,D6,D7

void setup() {
  lcd.begin(16, 2); // LCD 16x2
  pinMode(A0, INPUT);
}

unsigned long time0, time1, time2;
float c, null0;
byte kn, mk, i;

void loop() {
  lcd.setCursor(15, 0);
  lcd.print("*");
  
  if (mk == 0) {
    pinMode(8, OUTPUT);
    pinMode(7, INPUT);
    digitalWrite(8, HIGH);
  }
  if (mk == 1) {
    pinMode(7, OUTPUT);
    pinMode(8, INPUT);
    digitalWrite(7, HIGH);
  }
  
  time0 = micros();
  while (analogRead(A0) < 644) {
    time2 = micros() - time0;
    if (time2 >= 1000000 && mk == 0) {
      mk = 1;
      time0 = 100000000;
      break;
    }
  }
  
  time1 = micros() - time0;
  
  while (analogRead(A0) > 0) {
    pinMode(7, OUTPUT);
    pinMode(8, OUTPUT);
    digitalWrite(7, LOW);
    digitalWrite(8, LOW);
  }
  
  if (mk == 1 && time1 < 1000) {
    mk = 0;
  }
  
  lcd.setCursor(1, 0);
  c = time1;
  c = c / 1000 - null0;
  c = abs(c);
  
  if (time1 >= 10000000) {
    lcd.setCursor(1, 0);
    lcd.print(" TEST uF ");
  } else {
    lcd.print(c);
    if (mk == 0) { lcd.print(" nF "); }
    if (mk == 1) { lcd.print(" uF "); }
  }
  
  if (i == 0) {
    i++;
    null0 = c + 0.02;
  }
  delay(100);
}

Esquemático