Medidor de bobinas con Arduino

Este es un circuito microcontrolado muy sencillo, les presento un medidor de bobinas con arduino, con el cual se podrá leer en un display el valor de una bobina (inductancia) con una precisión bastante aceptable.

Una bobina es un componente formado por varias vueltas o espiras de alambre de cobre (esmaltado o aislado con barniz dieléctrico), enrolladas sobre un núcleo que puede ser de aire, o algún material magnético como el hierro o la ferrita y la inductancia (L), es la medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético.

Es un componente relativamente caro, por lo que se suele reutilizar sacándolo de otras placas, reciclándolo de ellas. En estas placas viejas o en desuso, las bobinas no suelen tener su valor marcado sobre el encapsulado y en los multímetros que solemos utilizar, la medida de las bobinas llamada inductancia, no suele ser un parámetro que este incluido. Por esta razón, si quieres ir reciclando bobinas, te veras en la necesidad de bien comprar un medidor de inductancias (que también suele ser bastante caro) o bien montar uno.

La unidad de medida de la inductancia es el henrio (H).

Comúnmente se utilizan submúltiplos como el milihenrio (mH) que equivale a una milésima parte de un henrio, y el microhenrio (μH) que equivale a una millonésima parte de un henrio.

En este caso, este medidor podrá calcular  y mostrar en un display el valor de una bobina en mH y μH con una precisión bastante aceptable.

El circuito es un medidor en base a un oscilador LC. Un oscilador LC se basa en un condensador y una bobina conectados en paralelo. Dependiendo de los valores de estos componentes, al aplicarle un pulso de tensión al circuito LC, este oscilará a una frecuencia determinada llamada frecuencia de resonancia.

Si bien el ADC del ATMEGA328 es capaz de muestrear señales analógicas a 9600hz o .1ms, que es rápido, no se acerca a lo que requerido por este proyecto. Por ello usaremos un circuito integrado especialmente diseñado para convertir señales analógicas en señales digitales. Este es el comparador LM339 que cambia más rápido que un amplificador operacional LM741 normal.

Tan pronto como la tensión en el circuito LC se vuelva positivo, el LM339 estará flotando, por lo que puede elevarse con una resistencia de pull-up. Cuando la tensión en el circuito LC se vuelve negativo, el LM339 llevará su salida a tierra.

Entonces, lo que haremos es aplicar una señal de pulso al circuito LC. En este caso serán los 5V del arduino. Cargamos el circuito por algún tiempo y luego cambiamos los 5V directamente a 0V. Ese pulso hará que el circuito resuene creando una señal sinusoidal amortiguada que oscila a la frecuencia de resonancia. Lo que debemos hacer es medir esa frecuencia y luego usar las fórmulas para obtener el valor de la inductancia. Usaremos el arduino para medir la frecuencia y calcular el valor.

Entonces, sabiendo que la formula de la frecuencia en un circuito LC es la siguiente : 

\mathbf{\mathbf{Fr}\ =\ \frac{1}{2\pi\sqrt[]{LC}}}

Podríamos obtener el valor L porque sabemos la frecuencia F que mediremos y también sabemos los valores del condensador C porque es un componente que hemos seleccionado. Todo lo que necesitamos es obtener L de esta ecuación:

\mathbf{L\ =\ \frac{1}{4\pi^2F^2C}}

Como nuestra onda es una verdadera onda sinusoidal, pasa igual tiempo por encima de cero voltios y por debajo de cero voltios. Esto significa que el comparador lo convertirá en una onda cuadrada con una carga del 50% y pulseIn medirá en microsegundos el tiempo transcurrido desde el borde ascendente hasta el borde descendente. Esta medición se puede duplicar para obtener el período y la inversa del período es la frecuencia. Como el circuito está resonando, esta frecuencia es la frecuencia de resonancia.

En la realidad, este es un circuito RLC debido a la resistencia interna de los componentes pero no cambiará ninguna característica de la frecuencia de resonancia. El RLC aún resonará, pero la amplitud se extinguirá. Con una baja resistencia, el RLC tenderá a engancharse a la frecuencia de resonancia exacta más rápido.