循環ポンプの運転制御 時間の計測法
イチゴは一つ少し色づきはじめました。ミニ白菜も葉が茂りだしました。
培養液を供給するためのポンプの運転時間をコントロールするタイマをこれから作ります。そのタイマの計時を制御している基準の時間を抵抗とコンデンサで決めます。
今回は、この抵抗とコンデンサの計時の仕組みを確認します。
コンデンサの充放電のようすを確認する
前回示したC-R回路に具体的な470μFの容量のコンデンサと100kΩの抵抗を割り当てて、充放電のテストを行います。
この回路をブレッドボードに実現したのが、次の写真です。電源は乾電池4本です。
ブレッドボードの部分だけ示します。抵抗は茶・黒・黄・金色のカラーコードの100kΩで、コンデンサは470μFの電解コンデンサです。耐圧が10Vと低くなっていますので小型になっています。
充放電の切り替えは、2.5mmピッチの基板用の切り替えスイッチで行っています。充電開始前のコンデンサの放電などはジャンパ線で行います。この写真には、ジャンパ線はありませんが、充電開始前に適当なジャンパ線でコンデンサをショートしてください。放電時の経時変化の測定
スイッチを電源側にして、コンデンサを充電します。電源電圧に近い値になったら放電を開始します。時間の測定はストップウォッチでスタート時を0秒、5秒、10秒、10秒以後は10秒ごとに360秒まで、ディジタル・マルチメータの値を上位3桁読み取りました。その結果を次に示します。
測定した結果をグラフ化すると、次のようになります。測定結果をEXCELの表に記入し、EXCEL標準のグラフ作成機能の散布図により作成したグラフです。
充電時の経時変化の測定
充電時の、コンデンサの端子間電圧が上昇する様子を測定します。放電時と同様に経過時間をストップウォッチで測定し、0、5秒、10秒、以後10秒ごとに360秒まで測定します。測定は、ディジタル・マルチメータで上位3桁を目視で読み取ります。
ストップウォッチの値を読みながら、所定の経過時点にタイミングに合わせてディジタル・マルチメータの値を読み取ります。結構、変化が激しいのであまり高精度な測定は期待できませんが、前記のグラフのように滑らかな測定曲線が得られます。
スイッチをバッテリ側にして、抵抗などでコンデンサの端子間を放電させ、コンデンサの端子間の電圧をゼロにします。抵抗を外すと同時にストップウォッチの計時を開始して測定を始めます。
測定結果を次に示します。
この結果を、グラフ化すると次のようになります。電池から供給される電源の電圧は5.88Vですが、充電電圧の値は5.74Vで定常状態になります。
容量の大きなコンデンサと高抵抗の場合充放電に時間がかかるので、ストップウォッチとディジタル・マルチメータの目視でも、今回のように比較的良好な測定結果が得られます。ディジタル・マルチメータは電子工作では必須です。安価な物でも同じ結果が得られますので、実際に測定してグラフを作りその動作を確認してください。
次回は、この測定結果をコンデンサ（C）と抵抗（R）の値から推定する方法、コンピュータと接続できるディジタル・マルチメータで自動測定する方法を説明しC-R回路を定量的に扱う方法を見てみます。
<神崎康宏>