Temperatūrai matuoti naudokite kondensatorius: 9 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Šis projektas atsirado dėl to, kad nusipirkau kondensatorių rinkinį, kuriame daugiausia buvo X7R (geros kokybės) kondensatoriai, tačiau kai kurios didesnės 100nF ir didesnės vertės buvo pigesnės ir ne tokios stabilios Y5V dielektrinės, kurios labai keičia temperatūrą ir darbinę įtampą. Aš paprastai nenaudočiau Y5V savo kuriamame gaminyje, todėl stengiausi rasti alternatyvų jų panaudojimą, o ne leisti jiems amžinai sėdėti lentynoje.

Norėjau išsiaiškinti, ar temperatūros pokyčius būtų galima panaudoti, kad būtų sukurtas naudingas ir labai nebrangus jutiklis, ir kaip pamatysite per ateinančius kelis puslapius, tai buvo gana paprasta ir reikėjo tik vieno kito komponento.

1 žingsnis: teorija

Pirmiausia padeda šiek tiek sužinoti apie kondensatorių konstrukciją ir galimus tipus. Keraminius kondensatorius sudaro daugybė metalo lakštų arba „plokščių“, atskirtų izoliatoriumi, žinomu kaip dielektrikas. Šios medžiagos savybės (storis, keramikos rūšis, sluoksnių skaičius) suteikia kondensatoriui tokias savybes, kaip darbinė įtampa, talpa, temperatūros koeficientas (talpos pokytis priklausomai nuo temperatūros) ir darbinės temperatūros diapazonas. Yra daug dielektrikų, tačiau populiariausi yra pateikti diagramoje.

NP0 (taip pat vadinamas C0G) - tai geriausi, praktiškai nesikeičiantys, tačiau jie paprastai būna prieinami tik esant mažoms talpos vertėms picoFarad ir žemoje nanoFarad diapazone.

X7R - tai yra pagrįsta, tik nedidelis procentinis pokytis per veikimo diapazoną.

Y5V - kaip matote, tai yra stačiausia grafiko kreivė, kurios smailė yra apie 10C. Tai šiek tiek apriboja efekto naudingumą, nes jei jutiklis gali nukristi žemiau 10 laipsnių, bus neįmanoma nustatyti, kuri smailės pusė yra.

Kiti grafike parodyti dielektrikai yra tarpiniai žingsniai tarp trijų populiariausių aukščiau aprašytų.

Taigi, kaip mes galime tai išmatuoti? Mikrovaldiklis turi loginį lygį, kuriame jo įvestis laikoma aukšta. Jei įkrausime kondensatorių per rezistorių (įkrovimo laikui valdyti), laikas pasiekti aukštą lygį bus proporcingas talpos vertei.

2 žingsnis: Surinkite savo medžiagas

Jums reikės:

• Y5V kondensatoriai, naudojau 100nF 0805 dydį.
• Maži prototipų plokštės gabalai kondensatoriams montuoti.
• Šilumos susitraukimas, skirtas izoliuoti jutiklius. Arba galite panardinti juos į epoksidą arba naudoti izoliacinę juostelę.
• Tinklo kabelis, kurį galima nuimti, kad gautų 4 susuktas poras. Nebūtina naudoti vytos poros, tačiau sukimas padeda sumažinti elektros triukšmą.
• Mikrokontroleris - aš naudojau „Arduino“, bet bet koks tiks
• Rezistoriai - naudojau 68 k, bet tai priklauso nuo jūsų kondensatoriaus dydžio ir tikslaus matavimo.

Įrankiai:

• Lituoklis.
• Prototipų plokštė, skirta montuoti mikrovaldiklį/„Arduino“.
• Šiluminis pistoletas šilumokaičiui. Taip pat galima naudoti cigarečių žiebtuvėlį, kurio rezultatai bus šiek tiek prastesni.
• Infraraudonųjų spindulių termometras arba termoelementas jutikliams kalibruoti.
• Pincetai.

3 žingsnis: lituokite kondensatorius

Čia nereikia jokių paaiškinimų - tiesiog pritvirtinkite juos prie savo plokščių naudodami pageidaujamą litavimo metodą ir pritvirtinkite du laidus.

4 žingsnis: izoliuokite jutiklius

Uždėkite atitinkamo dydžio šilumnešio vamzdelį ant jutiklių, kad jo galai nebūtų atidengti, ir sutraukite jį karštu oru.

5 žingsnis: Sumontuokite rezistorių ir prijunkite jutiklį

Aš pasirinkau šį kontaktą.

PIN3: išvestis

PIN2: įvestis

6 veiksmas: rašykite programinę įrangą

Pagrindinė matavimo technika parodyta aukščiau. Norėdami paaiškinti, kaip tai veikia, naudojant komandą millis () pateikiamas milisekundžių skaičius nuo „Arduino“įjungimo. Jei matavimo pradžioje ir pabaigoje matuojate rodmenis ir iš galo atimate pradinę vertę, gausite laiką milisekundėmis, per kurį kondensatorius įkraus.

Po matavimo labai svarbu, kad išvesties kaištis būtų žemas, kad iškrautų kondensatorių, ir palaukite atitinkamą laiką prieš pakartodami matavimą, kad kondensatorius būtų visiškai išsikrovęs. Mano atveju užteko sekundės.

Tada išspyriau rezultatus iš nuoseklaus prievado, kad galėčiau juos stebėti. Iš pradžių pastebėjau, kad milisekundės nėra pakankamai tikslios (pateikiama tik vieno skaičiaus reikšmė), todėl pakeičiau jį, kad naudočiau komandą micros (), kad gautumėte rezultatą mikrosekundėmis, kurios, kaip ir tikėjotės, buvo maždaug 1000 kartų ankstesnės. Aplinkos vertė, esant maždaug 5000, labai svyravo, todėl, kad būtų lengviau skaityti, padalinau iš 10.

7 žingsnis: atlikite kalibravimą

Aš skaičiau 27,5 ° C temperatūroje (kambario temperatūra - karšta čia JK!), Tada įdėjau jutiklių ryšulį į šaldytuvą ir leidau jiems atvėsti iki maždaug 10 ° C, patikrindama infraraudonųjų spindulių termometru. Aš paėmiau antrą rodmenų rinkinį, tada įdėjau juos į orkaitę atšildymo režime, nuolat stebėdamas termometru, kol jie bus paruošti įrašyti 50 ° C temperatūroje.

Kaip matote iš aukščiau pateiktų brėžinių, rezultatai buvo gana tiesiniai ir nuoseklūs visuose 4 jutikliuose.

8 žingsnis: 2 programinės įrangos turas

Dabar pakeičiau savo programinę įrangą naudodamas „Arduino“žemėlapio funkciją, kad viršutiniai ir apatiniai vidutiniai sklypo rodmenys būtų pertvarkyti atitinkamai į 10C ir 50C.

Viskas veikia taip, kaip planuota, atlikiau kelis patikrinimus temperatūrų diapazone.

9 žingsnis: projekto santrauka - pliusai ir minusai

Taigi, jūs turite jį, temperatūros jutiklį už mažiau nei 0,01 svaro sterlingų.

Taigi, kodėl nenorėtumėte to daryti savo projekte?

• Talpa kinta priklausomai nuo maitinimo įtampos, todėl turite naudoti reguliuojamą maitinimo šaltinį (negali tiesiogiai maitinti iš akumuliatoriaus), o jei nuspręsite pakeisti maitinimą, turite dar kartą sukalibruoti jutiklius.
• Talpa nėra vienintelis dalykas, kuris kinta priklausomai nuo temperatūros - atminkite, kad jūsų įvestas aukštas mikrovaldiklio slenkstis gali keistis priklausomai nuo temperatūros, ir jis paprastai nėra tiksliai apibrėžtas duomenų lape.
• Nors mano keturi kondensatoriai buvo gana nuoseklūs, jie buvo iš tos pačios partijos ir tos pačios sudedamosios dalies ritės, ir aš nuoširdžiai neįsivaizduoju, kaip blogai gali keistis partija.
• Jei norite matuoti tik žemą (žemesnę nei 10 ° C) arba aukštą (aukštesnę nei 10 ° C) temperatūrą, tai yra gerai, bet palyginti nenaudinga, jei reikia matuoti abu.
• Matavimas yra lėtas! Prieš vėl matuojant, turite visiškai iškrauti kondensatorių.

Tikiuosi, kad šis projektas suteikė jums idėjų ir galbūt įkvėps jus naudoti kitus komponentus kitiems tikslams, nei buvo numatyta.