Temperatuuri mõõtmiseks kasutage kondensaatoreid: 9 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:49

See projekt sai alguse sellest, et ostsin kondensaatorikomplekti, mis sisaldas peamiselt X7R (hea kvaliteediga) kondensaatoreid, kuid mõned kõrgemad väärtused 100nF ja kõrgemad olid odavamad ja vähem stabiilsed Y5V dielektrikud, millel on tohutu temperatuuri ja tööpinge muutus. Ma ei kasutaks Y5V -d tavaliselt oma kavandatavas tootes, seega püüdsin neile alternatiivseid kasutusviise leida, mitte lasta neil igavesti riiulil istuda.

Tahtsin näha, kas temperatuurimuutust saab kasutada kasuliku ja väga odava anduri valmistamiseks, ja nagu näete järgmistel lehekülgedel, oli see üsna lihtne ja vaja oli ainult ühte muud komponenti.

1. samm: teooria

Esiteks aitab see natuke teada kondensaatorite ehitamise ja saadaolevate tüüpide kohta. Keraamilised kondensaatorid koosnevad paljudest metalllehtedest või "plaatidest", mis on eraldatud isolaatoriga, mida tuntakse dielektrikuna. Selle materjali omadused (paksus, keraamika tüüp, kihtide arv) annavad kondensaatorile sellised omadused nagu tööpinge, mahtuvus, temperatuurikoefitsient (mahtuvuse muutumine koos temperatuuriga) ja töötemperatuuri vahemik. Saadaval on üsna palju dielektrikuid, kuid kõige populaarsemad on näidatud graafikul.

NP0 (nimetatakse ka C0G -ks) - need on parimad, praktiliselt ei muuda temperatuuri, kuid need on tavaliselt saadaval ainult madala mahtuvuse väärtuste korral picoFarad ja madal nanoFarad vahemikus.

X7R - need on mõistlikud, tööpiirkonnas on vaid väike protsentuaalne muutus.

Y5V - nagu näete, on need graafiku järsemad kõverad, mille tipp on umbes 10 ° C. See piirab mõnevõrra efekti kasulikkust, sest kui anduril on võimalus kunagi alla 10 kraadi langeda, on võimatu kindlaks teha, kummal pool piiki see on.

Teised graafikul näidatud dielektrikud on vaheetapid ülalkirjeldatud kolme kõige populaarsema vahel.

Niisiis, kuidas me saame seda mõõta? Mikrokontrolleril on loogiline tase, mille puhul selle sisendeid peetakse kõrgeks. Kui laadime kondensaatorit takisti kaudu (laadimisaja juhtimiseks), on kõrge taseme saavutamiseks kuluv aeg võrdeline mahtuvuse väärtusega.

Samm: koguge oma materjalid kokku

Sa vajad:

• Y5V kondensaatorid, ma kasutasin 100nF 0805 suurust.
• Väikesed prototüüpplaadi tükid kondensaatorite paigaldamiseks.
• Soojendamine andurite isoleerimiseks. Teise võimalusena võite need kasta epoksü või kasutada isoleerlinti.
• Võrgukaabel, mille saab lahti võtta, et saada 4 keerdpaari. Keeratud paaride kasutamine pole kohustuslik, kuid keerdumine aitab vähendada elektrimüra.
• Mikrokontroller - kasutasin Arduinot, kuid kõik sobivad
• Takistid - kasutasin 68k, kuid see sõltub teie kondensaatori suurusest ja mõõtmise täpsusest.

Tööriistad:

• Jootekolb.
• Prototüüpimisplaat mikrokontrolleri/Arduino paigaldamiseks.
• Soojuspüstol soojuspumba jaoks. Sigaretisüütajat saab kasutada ka veidi kehvemate tulemustega.
• Infrapuna termomeeter või termopaar andurite kalibreerimiseks.
• Pintsetid.

Samm: jootke oma kondensaatorid

Siin pole selgitust vaja - lihtsalt paigaldage need oma eelistatud jootmismeetodiga oma plaatidele ja kinnitage kaks juhtmest.

Samm: isoleerige andurid

Paigaldage sobiva suurusega kuumutuskaabli toru anduritele nii, et otsad poleks nähtavad, ja vähendage seda kuuma õhu abil.

Samm: paigaldage takisti ja ühendage andur

Valisin järgmise pinouti.

PIN3: väljund

PIN2: sisend

Samm: kirjutage tarkvara

Põhiline mõõtmistehnika on näidatud ülal. Selle toimimise selgitamiseks tagastab käsk millis () millisekundite arvu pärast Arduino sisselülitamist. Kui te võtate mõõtmise alguses ja lõpus näidu ja lahutate algusväärtuse lõpust, saate kondensaatori laadimiseks kuluva aja millisekundites.

Pärast mõõtmist on väga oluline, et seadistate väljundnõela madalaks kondensaatori tühjendamiseks ja oodake enne mõõtmise kordamist sobiv aeg, et kondensaator oleks täielikult tühjenenud. Minu puhul piisas sekundist.

Seejärel viskasin tulemused jadapordist välja, et saaksin neid jälgida. Esialgu leidsin, et millisekundid ei ole piisavalt täpsed (andes ainult ühe numbri väärtuse), nii et muutsin seda, et kasutada käsku micros (), et saada tulemus mikrosekundites, mis, nagu arvata võis, oli umbes 1000 korda suurem kui eelmine väärtus. Ümbritsev väärtus umbes 5000 juures kõikus oluliselt, nii et lugemise hõlbustamiseks jagasin 10 -ga.

Samm: tehke kalibreerimine

Võtsin näidud temperatuuril 27,5 ° C (toatemperatuur - siin on Ühendkuningriigi jaoks kuum!), Seejärel panin andurikimbu külmikusse ja lasin neil jahtuda umbes 10 ° C -ni, kontrollides seda infrapuna -termomeetriga. Võtsin teise näidu, seejärel panin need ahju sulatusrežiimile, jälgides pidevalt termomeetriga, kuni need olid valmis temperatuuril 50 ° C salvestama.

Nagu ülaltoodud graafikutelt näete, olid tulemused üsna lineaarsed ja kõigi 4 anduri osas järjepidevad.

8. samm. Tarkvara 2. voor

Nüüd muutsin oma tarkvara Arduino kaardifunktsiooni abil, et muuta graafikute ülemine ja alumine keskmine näit vastavalt 10C ja 50C.

Kõik töötab plaanipäraselt, tegin mõned kontrollid temperatuurivahemikus.

9. samm: projekti kokkuvõte - plussid ja miinused

Nii et teil on see, temperatuuriandur komponentides alla 0,01 naela.

Niisiis, miks sa ei tahaks seda oma projektis teha?

• Mahtuvus varieerub vastavalt toitepingele, seega peate kasutama reguleeritud toiteallikat (ei saa otse akust toita) ja kui otsustate toite vahetada, peate andurid uuesti kalibreerima.
• Mahtuvus pole ainus, mis temperatuuriga muutub - arvestage, et teie mikrokontrolleri sisendi kõrge lävi võib temperatuuriga muutuda ja seda ei ole tavaliselt teabelehel täpselt määratletud.
• Kuigi minu 4 kondensaatorit olid üsna ühtlased, olid nad samast partiist ja samast komponendirullist ning mul pole ausalt öeldes aimugi, kui halb partiidevaheline variatsioon oleks.
• Kui soovite mõõta ainult madalaid temperatuure (alla 10 ° C) või kõrgeid temperatuure (üle 10 ° C), on see korras, kuid suhteliselt mõttetu, kui peate mõlemat mõõtma.
• Mõõtmine on aeglane! Enne uuesti mõõtmist peate kondensaatori täielikult tühjendama.

Loodan, et see projekt on andnud teile mõningaid ideid ja võib -olla inspireerib teid kasutama teisi komponente muuks otstarbeks kui need olid ette nähtud.