// de fondo de escala 

    Serial.println(" microFarads");        // imprime las unidades y añade enter

    Serial.print((long)nanoFarads);         // imprime el valor por el puerto serie

                                            //de fondo de escala 

                                       //de fondo de escala 

  while(analogRead(analogPin) < 648){       // 647 es el 63.2% de 1023, el cual se corresponde con el voltaje

de fondo de escala

 * Teoría Un condensador se cargará, a través de un resistor, en una constante de tiempo, definida como T 
 * en segundos donde

 *  El condensador a medir entre el punto común y tierra (La parte positiva del condensador electrólítico al 
 * común)

  while(analogRead(analogPin) < 648){       // 647 es el 63.2% de 1023, el cual se corresponde con el voltaje \\de fondo de escala 

 // convierte milisegundos a segundos ( 10^-3 ) y Faradios a microFaradios ( 10^6 ),  net 10^3 (1000)  

  Serial.print(elapsedTime);       // imprime el valor por el puerto serie
  Serial.print(" mS    ");         // imprime las unidades y añade enter

    Serial.print((long)microFarads);       // imprime el valor por el puerto serie
    Serial.println(" microFarads");         //  imprime las unidades y añade enter

    // si el valor es más pequeño que un microfaradio, convertimos a nanoFaradios  (10^-9 Faradios). 
    // Esto es un parche porque  because Serial.print no imprime floats

    nanoFarads = microFarads * 1000.0;      // multiplica por 1000 para convertir a nanoFaradios (10^-9 Farads)
    Serial.print((long)nanoFarads);         //imprime el valor por el puerto serie
    Serial.println(" nanoFarads");          // imprime las unidades y añade enter

  /* Descarga del condensador  */
  digitalWrite(chargePin, LOW);             // configura el pin de carga a BAJO 
  pinMode(dischargePin, OUTPUT);            // configura el pin de descarga como SALIDA 
  digitalWrite(dischargePin, LOW);          // configura el pin de descarga como BAJO
  while(analogRead(analogPin) > 0){         // espera hasta que esté totalmente descargado

  pinMode(dischargePin, INPUT);            // configura el pin de descarga de nuevo como ENTRADA

• R = Resistencia en ohmios
• C = Capacidad en faradios (1 microfariadio [ufd] = .0000001 faradios = 10^-6 faradios )

 *  Demostración del uso de Constantes de tiempo RC para la medida de valores de capacidades 

 * Teoría Un condensador se cargará, a través de un resistor, en una constante de tiempo, definida como T en segundos donde

 *    TC = Periodo de la constante de tiempo en segundos
 *    R = resistencia en ohmios
 *    C = capacidad en faradios (1 microfariadio [ufd] = .0000001 faradios = 10^-6 faradios) 

 *    En una Constante de tiempo se carga al 63.2% del voltaje.

 *  Configuración Hardware:
 *  El condensador a medir entre el punto común y tierra (La parte positiva del condensador electrólítico al común)
 *  Resistencia a medir entre el pin de carga y el punto común. 
 *  220 ohms de resistencia entre el pin de descarga y el punto común
 *  Cable entre punto común y el pin analógico (A/D input)

1. define analogPin 0 // pin analogico para realizar la medida del voltaje en la capacidad
2. define chargePin 13 // pin de carga del condensador - conectado al final de la resistencia cargada
3. define dischargePin 11 // pin para descargar el condensador
4. define resistorValue 10000.0F // modifica este valor al valor de resistencia que estés utilizando

                                  // F Formatea para comunicar al compilador el valor de una coma flotante

float microFarads; // Variable de coma flotante para asegurar la precisión, realiza cálculos

  pinMode(chargePin, OUTPUT);     // configura chargePin a salida

  Serial.begin(9600);             // inicializa la transmisión serie para debugging

  digitalWrite(chargePin, HIGH);  // configura chargePin a ALTO y carga el condensador

  while(analogRead(analogPin) < 648){       // 647 es el 63.2% de 1023, el cual se corresponde con el voltaje de fondo de escala 

• Configurar el pin a INPUT

• Finalizar el bucle y vuelta a empezar.

Más cosas para intentar

• Sustituir por una resistencia más grande si el tiempo de cargar es demasiado corto o por resistencias más pequeñas si el tiempo es muy largo.
• Medidas de capacidades serie y paralelo, chequear teoría de circuitos si es así, en base a los test realizados.
• Realizar la media de varias medidas para más exactitud.
• Intercambiar varias cargas resistivas en diferentes pines para realizar un medidor de capacidad con auto-rango
• Modificar el ''sketch para tener además de la carga resistiva, tener la descarga del condensador. Tener en cuenta que el valor reportado no es dos veces el valor reportado cuando sólo carga el condensador. Explicación.Indirecta -Estudiar la curva de la carga en la gráfica.

Algoritmo para medir capacidad con un sketch

• Configurar el pin de descarga como INPUT (así no podrá descargarse el condensador)
• Guardar el tiempo de inicio con millis()
• Configurar el pin A como OUTPUT y ponlo como HIGH
• Chequear el voltaje repetidamente en un bucle hasta alcanzar el 63.2% total del voltaje.
• Cuando el condensador esté cargado, restar el tiempo actual del tiempo de inicio para encontrar cuanto tiempo ha tardado en cargarse.
• Dividir el tiempo en segundos por la Resistencia de carga en ohmios para encontrar la capacidad.
• Reportar este valor con serial.print
• Descargar el condensador. Para hacer esto:
  • Configurar el pin a ''INPUT
  • Configurar el pin de descarga a OUTPUT y configurarlo en LOW
  • Leer el voltaje hasta asegurarse que el condensador esté totalmente descargado.
• Realizar el bucle y vuelta a empezar.

• Baja Impedancia - Puede proporcionar 40mA (voltaje positivo), o en modo sink (voltaje negativo)

Este sketch muestra porque los pines del Arduino pueden trabajar en dos estados, los cuales son eléctricamente muy diferentes.

• Buena para iluminar LED's, alimentar otros circuitos - inútil para leer sensores.

Además los pines pueden estar a nivel ALTO (+5 volts), para cargar condensadores; o a nivel BAJO (tierra) para descargar condensadores.

Configuración del experimento

Este 'sketch' muestra porque los pines del Arduino pueden trabajar en dos estados, los cuales son eléctricamente muy diferentes.

• Estado de entrada (configurar con pinMode(pin, INPUT);)
  • Alta impedancia (resistencia) - Utiliza muy poca demanda de corriente en los circuitos de muestreo.
  • Buena para leer sensores pero no para iluminar LED's

• Estado de salida (configurar con pinMode(pin, OUTPUT);)
  • Baja Impedancia - Puede proporcionar 40mA (voltaje positivo), o en modo ''sink (voltaje negativo)

Medidas de Capacidad y constantes de tiempo RC

Recordatorio: Una resistencia cargará a un condensador en una Constante de tiempo ('TC') en segundos donde:

• TC = Constante de Tiempo en segundos
• R = Resistencia en Ohmios
• C = Capacidad en Faradios (1 microfariadio [ufd] = .0000001 faradios = 10^-6 faradios )

En una Constante de tiempo se carga al 63.2% del voltaje.

Ejemplo; 1 Megaohmio * 1 microfaradio = 1 segundo
Ejemplo; 10k ohmios * 100 microfaradios = 1 segundo

• Set charge pin to OUTPUT and make it HIGH

• Report the value with serial.print

• Read the voltage to make sure the capacitor is fully discharged
• Set discharge pin back to INPUT

• Modify the sketch to have the charging resistor also discharge the capacitor. Note that the reported value is not twice the value reported when it only charges this capacitor. Explain this. Hint - study the changing curve on the graph.

• Substitute in larger resistors if the charging time is too short, smaller resistors if the charging time is too long.

• Modify the sketch to have the charging resistor also discharge the capacitor. Note that the value is not twice the value reported when it only charges this capacitor. Explain this. Hint - study the changing curve on the graph.

• Swap out several charging resistors on different pins to make an "auto-ranging" capacitance meter

• Swap out several charging resistors on different BBB (Arduino) pins to make an "auto-ranging" capacitance meter
  • Substitute in larger resistors if the charging time is too short, smaller resistors if the charging time is too long.

• After the cap is charged, subtract the current time from the start time to find out how long the capacitor took to charge.

• C = capacitance in farads (1 microfarad [ufd] = .0000001 farad = 10^-6 farads )

This sketch works because the Arduino pins can be in one of two states, which are electrically very different.

Overview: A resistor will charge a capacitor in TC seconds, where

 *    TC = R * C

 *    TC = time constant period in seconds

• TC = R * C

• TC = time constant in seconds

Example: 1 megohm * 1 microfarad = 1 second\\

This sketch works because the BBB (Arduino) pins can be in one of two states, which are electrically very different.

• Good for lighting LED's, driving other circuits - useless for reading sensors.

Additionally the pins can be HIGH (+5 volts), to charge the capacitor; or LOW (ground) to discharge the capacitor

• Fight with "Serial.print" to print out decimal point and fraction (see Stopwatch sketch)

• Measure capacitors in parallel and in series, check to see if your observations agree with electronic theory
• Average together a group of readings for more accuracy
• Fight with "Serial.print" to print out decimal point and fractions

    (see Stopwatch sketch)

• Swap out several charging resistors on different pins to make an "auto-ranging" capacitance meter

float microFarads; // floating point variable to preserve precision, make calculations

  Serial.print(elapsedTime);       // print the value to serial port
  Serial.print(" mS    ");         // print units and carriage return

 // convert milliseconds to seconds ( 10^-3 ) and Farads to microFarads ( 10^6 ),  net 10^3 (1000)  
  microFarads = ((float)elapsedTime / resistorValue) * 1000;   

  while(analogRead(analogPin) < 648){       // 647 is 63.2% of 1023, which corresponds to full-scale voltage 

float microFarads; // floating point variable to preserve precision, make calculations, printing easier

• After the cap is charged, subtract the current time from the start time
• to find out how long the capacitor took to charge.

 *  Hardware setup:

 *  Test Capacitor between common point and ground (positive side of an electrolytic capacitor  to common)
 *  Test Resistor between chargePin and common point
 *  220 ohm resistor between dischargePin and common point
 *  Wire between common point and analogPin (A/D input)
 */

1. define chargePin 13 // pin to charge the capacitor - connected to one end of the charging resistor

 * Discharge resistor (220 ohm or 1k - value doesn't matter) connected at one end to discharge pin,

float microFarads; // floating point variable to preserve precision and make calculations and printing easier

  pinMode(chargePin, OUTPUT);     // set chargePin to output

  Serial.begin(9600);             // initialize serial transmission for debugging

  digitalWrite(chargePin, HIGH);  // set chargePin HIGH and capacitor charging

1. define resistorValue 10000.0F // change this to whatever resistor value you are using

                                  // F formatter tells compliler it's a floating point value

 * Capacitor under test: One end(negative if polarized cap) to ground,
 *  other end to common point
 * Try lots of different values - also series and parallel arrangements. 

 * Charging resistor (10k as set below) is connected at one end to chargepin, 
 * at other end to common point (blank breadboard column)
 * OK to change charging resistor value for testing small capacitors 
 * Don't forget to change the value in the #define too though!
 * Dischage resistor (220 ohm or 1k - value doesn't matter) connnected at one end to discharge pin,
 * Other end to common point

    // if value is smaller than one microFarad, convert to nanoFarads (10^-9 Farad). 
    // This is  a workaround because Serial.print will not print floats

Capacitance Meter and RC Time Constants

Overview: A resistor will charge a capacitor in T seconds, where

• T = R * C

• T = time in seconds
• R = resistance in ohms
• C = capacitance in farads (1 microfarad (ufd) = .0000001 farad = 10^-6 farads )

The voltage at 1 Time Constant equals 63.2% of the charging voltage.

Example: 1 megaohm * 1 microfarad = 1 second
Example: 10k ohms * 100 microfarad = 1 second

Experimental Setup

The BBB (Arduino) pins can be in one of two states, which are electrically very different.

• Input State (set with pinMode(pin, INPUT);)
  • High Impedance (resistance) - Makes very little demand on the circuit that it is sampling
  • Good for reading sensors but not lighting LED's

• Output State (set with pinMode(pin, OUTPUT);)
  • Low Impedance - Can provide 40 mA source (positive voltage), or sink (negative voltage)
  • Good for lighting LED's, driving other circuits - useless for reading sensors

Millis function - good for timing events

• Record the start time
• Cause the event to occur
• Check the time and subtract the start time to find the elapsed time of the event
• For short events put the event in a loop and do it many times

Alogrithm for capacitance meter sketch

• Set discharge pin to INPUT (so it can't discharge the capacitor)
• Record the start time with millis()
• Set charge pin HIGH
• Check the voltage repeatedly in a loop until it gets to 63.2% of total voltage.
• Subtract the time from the start time to find out how long the capacitor took to charge.
• Divide the Time in seconds by the charging Resistance in ohms to find the Capacitance.
• Discharge the capacitor. To do this:
  • Set the charge pin to Input
  • Set the discharge pin to OUTPUT and make it LOW
• Read the voltage to make sure the capacitor is fully discharged
• Loop and do it again

Arduino Sketch

/*  RCTiming_capacitance_meter
 *   Paul Badger 2008
 *  Demonstrates use of RC time constants to measure the value of a capacitor 
 *
 * Theory   A capcitor will charge, through a resistor, in one time constant, defined as T seconds where
 *    T = R * C
 * 
 *    T = time in seconds
 *    R = resistance in ohms
 *    C = capacitance in farads (1 microfarad (ufd) = .0000001 farad = 10^-6 farads ) 
 *
 *    The capacitor's voltage at one time constant is defined as 63.2% of the charging voltage.
 *
 * Hardware setup:
 * Charging resistor (10k as set below) is connected at one end to chargepin at other to common point (blank breadboard column)
 * OK to change charging resistor value for testing small capacitors - change the value in the #define too though!
 * Dischage resistor (220 ohm or 1k - value doesn't matter) connnected at one end to discharge pin, other end to common point
 * Capacitor under test - try different values - also series and parallel arrangements. One (negative if polarized) end to ground
 *     other end to common point
 * Wire from common point to analog pin
*/

#define analogPin      0          // analog pin for measuring capacitor voltage
#define chargePin      13         // pin to charge the capacitor - this is connected to one end of the charging resistor
#define dischargePin   11         // pin to discharge the capacitor
#define resistorValue  10000.0F   // change this to whatever resistor value you are using - F formatter tells compliler it's a floating point value



/* Hardware setup
 *  Test Capacitor between common point and ground (positive side of an electrolytic capacitor  to common)
 *  Test Resistor between chargePin and common point
 *  220 ohm resistor between dischargePin and common point
 *  Wire between common point and analogPin (A/D input)
 */

!!!! Arduino Sketch


unsigned long startTime;
unsigned long elapsedTime;
float microFarads;                          // floating point variable to preserve precison and make calculations and printing easier
float nanoFarads;

void setup(){
  pinMode(chargePin, OUTPUT);               // set chargePin to output
  digitalWrite(chargePin, LOW);  

  Serial.begin(9600);                       // initialize serial transmission for debugging
}

void loop(){
  digitalWrite(chargePin, HIGH);            // set chargePin HIGH and capacitor charging
  startTime = millis();

  while(analogRead(analogPin) < 648){       // 647 is 63.2% of 1023. 1023 is the A/D reading that corresponds to the charging voltage 
  }

  elapsedTime= millis() - startTime;
  microFarads = ((float)elapsedTime / resistorValue) * 1000;   // convert milliseconds to seconds ( 10^-3 ) and Farads to microFarads ( 10^6 ),  net 10^3 (1000)
    Serial.print(elapsedTime);       // print the value to serial port
    Serial.print(" mS    ");         // print units and carriage return


  if (microFarads > 1){
    Serial.print((long)microFarads);       // print the value to serial port
    Serial.println(" microFarads");         // print units and carriage return
  }
  else
  {
    // if value is smaller than one microFarad, convert to nanoFarads (10^-9 Farad). This is because Serial.print will not print floats

    nanoFarads = microFarads * 1000.0;      // multiply by 1000 to convert to nanoFarads (10^-9 Farads)
    Serial.print((long)nanoFarads);         // print the value to serial port
    Serial.println(" nanoFarads");          // print units and carriage return
  }

  /* dicharge the capacitor  */
  digitalWrite(chargePin, LOW);             // set charge pin to  LOW 
  pinMode(dischargePin, OUTPUT);            // set discharge pin to output 
  digitalWrite(dischargePin, LOW);          // set discharge pin LOW 
  while(analogRead(analogPin) > 0){         // wait until capacitor is completely discharged
  }

  pinMode(dischargePin, INPUT);            // set discharge pin back to input
} 

Further things to try

• Average together a group of readings for more accuracy
• Use several charging resistors on different pins to make an "auto-ranging" capacitance meter
  • Substitute in larger resistors if the charging time is too short, smaller resistors if the charging time is too long. By using some extra Arduino pins, you could make the capacitance meter auto-ranging.