Za merjenje temperature uporabite kondenzatorje: 9 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Do tega projekta je prišlo, ker sem kupil komplet kondenzatorjev z večinoma kondenzatorji X7R (dobre kakovosti), vendar so bile nekatere višje vrednosti 100nF in več cenejši in manj stabilen dielektrik Y5V, ki kaže veliko spremembo temperature in delovne napetosti. Običajno ne bi uporabljal Y5V v izdelku, ki ga oblikujem, zato sem jim poskušal najti alternativno uporabo, namesto da bi jih pustil za vekomaj sedeti na polici.

Želel sem preveriti, ali je mogoče temperaturno spremembo izkoristiti za izdelavo uporabnega in zelo poceni senzorja. Kot boste videli v naslednjih nekaj straneh, je bilo precej preprosto, potrebna je bila le še ena komponenta.

1. korak: Teorija

Najprej je dobro vedeti, kako so zgrajeni kondenzatorji, in vrste, ki so na voljo. Keramični kondenzatorji so sestavljeni iz številnih kovinskih listov ali "plošč", ločenih z izolatorjem, znanim kot dielektrik. Značilnosti tega materiala (debelina, vrsta keramike, število plasti) dajejo kondenzatorju njegove lastnosti, kot so delovna napetost, kapacitivnost, temperaturni koeficient (sprememba kapacitivnosti s temperaturo) in delovno temperaturno območje. Na voljo je kar nekaj dielektrikov, najbolj priljubljeni pa so prikazani na grafu.

NP0 (imenovan tudi C0G) - ti so najboljši, skoraj brez sprememb temperature, vendar so ponavadi na voljo le za nizke vrednosti kapacitivnosti v območju picoFarad in nizkega nanoFarad.

X7R - ti so razumni, z le majhnim odstotkom spremembe v območju delovanja.

Y5V - kot lahko vidite, je to najstrmejša krivulja na grafu z vrhom okoli 10C. To nekoliko omejuje uporabnost učinka, saj če ima senzor možnost, da kdaj pade pod 10 stopinj, ne bo mogoče določiti, za katero stran vrha gre.

Drugi dielektriki, prikazani na grafu, so vmesni koraki med tremi najbolj priljubljenimi, opisanimi zgoraj.

Kako torej lahko to izmerimo? Mikrokrmilnik ima logično raven, na kateri so njegovi vhodi visoki. Če kondenzator napolnimo prek upora (za nadzor časa polnjenja), bo čas doseganja visoke ravni sorazmeren z vrednostjo kapacitivnosti.

Korak: Zberite svoje materiale

Boste potrebovali:

• Kondenzatorji Y5V, uporabil sem velikost 100nF 0805.
• Majhni koščki prototipne plošče za namestitev kondenzatorjev.
• Toplotni pokrov za izolacijo senzorjev. Lahko pa jih potopite v epoksi ali uporabite izolacijski trak.
• Omrežni kabel, ki ga lahko odstranite, da dobite 4 zvite pare. Uporaba zvitih parov ni obvezna, vendar zvijanje pomaga zmanjšati električni hrup.
• Mikrokrmilnik - uporabil sem Arduino, vendar bo kateri koli
• Upori - uporabil sem 68k, vendar je to odvisno od velikosti vašega kondenzatorja in od tega, kako natančne želite meritve.

Orodja:

• Spajkalnik.
• Plošča za izdelavo prototipov za namestitev mikrokrmilnika/Arduino.
• Toplotna pištola za hladilno telo. Vžigalnik cigaret lahko uporabite tudi z nekoliko slabšimi rezultati.
• Infrardeči termometer ali termoelement za umerjanje senzorjev.
• Pinceta.

3. korak: Spajkajte svoje kondenzatorje

Tu ni potrebe po razlagi - le pritrdite jih na plošče po želeni metodi spajkanja in pritrdite obe žici.

4. korak: Izolirajte senzorje

Cev hladilnika primerne velikosti namestite na senzorje, tako da niso izpostavljeni konci, in jo skrčite z vročim zrakom.

5. korak: Namestite upor in priključite senzor

Izbral sem naslednji pinout.

PIN3: Izhod

PIN2: Vnos

6. korak: Napišite programsko opremo

Osnovna tehnika merjenja je prikazana zgoraj. Če želite razložiti, kako deluje, z ukazom millis () vrnete število milisekund od vklopa Arduina. Če odčitate na začetku in koncu merjenja ter od konca odštejete začetno vrednost, dobite čas v milisekundah za polnjenje kondenzatorja.

Po merjenju je zelo pomembno, da izhodni zatič nastavite nizko, da izpraznite kondenzator, in počakajte ustrezen čas, preden ponovite meritev, da se kondenzator popolnoma izprazni. V mojem primeru je zadostovala sekunda.

Rezultate sem nato izstrelil iz serijskih vrat, da sem jih lahko opazoval. Sprva sem ugotovil, da milisekunde niso dovolj natančne (dajejo samo eno vrednost), zato sem ga spremenil z uporabo ukaza micros (), da dobim rezultat v mikrosekundah, kar je bilo po pričakovanjih približno 1000x prejšnja vrednost. Okoljska vrednost pri okoli 5000 je močno nihala, zato sem za lažje branje razdelil na 10.

7. korak: Izvedite kalibracijo

Odmeril sem pri 27,5 ° C (sobna temperatura - tukaj je vroče za Združeno kraljestvo!), Nato pa sveženj senzorjev postavil v hladilnik in jih pustil, da se ohladijo na približno 10 ° C, ter preveril z infrardečim termometrom. Vzel sem drugi niz odčitkov, nato pa jih dal v pečico pri nastavitvi odmrzovanja in nenehno spremljal s termometrom, dokler niso bili pripravljeni za snemanje pri 50 ° C.

Kot lahko vidite iz zgornjih ploskev, so bili rezultati precej linearni in dosledni pri vseh 4 senzorjih.

8. korak: 2. krog programske opreme

Zdaj sem spremenil svojo programsko opremo s funkcijo zemljevida Arduino, da sem zgornje in spodnje povprečne odčitke preslikal s ploskev na 10C oziroma 50C.

Vse deluje po načrtih, opravil sem nekaj pregledov v temperaturnem območju.

9. korak: Povzetek projekta - prednosti in slabosti

Torej, tukaj je, temperaturni senzor za manj kot 0,01 £ v komponentah.

Torej, zakaj tega ne bi želeli narediti v svojem projektu?

• Zmogljivost niha z napajalno napetostjo, zato morate uporabiti regulirano napajanje (ne more neposredno napajati iz baterije), če pa se odločite za zamenjavo napajanja, morate senzorje znova umeriti.
• Kapaciteta ni edina stvar, ki se spreminja s temperaturo - upoštevajte, da se lahko vaš vhodni prag na vašem mikrokrmilniku spreminja s temperaturo in običajno ni natančno določen v podatkovnem listu.
• Čeprav so bili moji štirje kondenzatorji precej skladni, so bili iz iste serije in istega sestavnega koluta, in iskreno se mi ne sanja, kako slaba bi bila razlika med serijami.
• Če želite meriti samo nizke temperature (pod 10C) ali visoke temperature (nad 10C), je to v redu, vendar razmeroma neuporabno, če morate izmeriti oboje.
• Merjenje je počasno! Pred ponovnim merjenjem morate popolnoma izprazniti kondenzator.

Upam, da vam je ta projekt dal nekaj idej in vas morda navdihnil za uporabo drugih komponent za namene, ki niso bili predvideni.