Përdorni kondensatorë për të matur temperaturën: 9 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:25

Ky projekt erdhi sepse bleva një kondensator me kondensatorë kryesisht X7R (me cilësi të mirë), por disa nga vlerat më të larta 100nF dhe më lart ishin dielektrikët Y5V më të lirë dhe më pak të qëndrueshëm, të cilët shfaqin një ndryshim masiv mbi temperaturën dhe tensionin e funksionimit. Unë normalisht nuk do të përdorja Y5V në një produkt që po dizajnoja, kështu që u përpoqa të gjeja përdorime alternative për ta në vend që t'i lëmë ata të ulen në raft përgjithmonë.

Doja të shihja nëse ndryshimi i temperaturës mund të shfrytëzohej për të bërë një sensor të dobishëm dhe me kosto shumë të ulët, dhe siç do të shihni gjatë faqeve të ardhshme ishte mjaft e thjeshtë, me vetëm një përbërës tjetër të kërkuar.

Hapi 1: Teoria

Së pari ju ndihmon të dini pak për mënyrën se si janë ndërtuar kondensatorët dhe llojet në dispozicion. Kondensatorët qeramikë përbëhen nga një numër fletësh metalike, ose "pllaka" të ndara nga një izolator, i njohur si dielektrik. Karakteristikat e këtij materiali (trashësia, lloji i qeramikës, numri i shtresave) i japin kondensatorit vetitë e tij të tilla si tensioni i funksionimit, kapaciteti, koeficienti i temperaturës (ndryshimi i kapacitetit me temperaturën) dhe diapazoni i temperaturës së funksionimit. Ka mjaft dielektrikë në dispozicion, por më të njohurit janë treguar në grafik.

NP0 (i quajtur edhe C0G) - këto janë më të mirat, me pothuajse asnjë ndryshim të temperaturës megjithatë ato priren të jenë të disponueshme vetëm për vlera të ulëta të kapacitetit në gamën picoFarad dhe të ulët nanoFarad.

X7R - këto janë të arsyeshme, me vetëm një përqindje të vogël ndryshimi në diapazonin e funksionimit.

Y5V - siç mund ta shihni këto janë kurba më e pjerrët në grafik, me një kulm rreth 10C. Kjo kufizon disi dobinë e efektit, sepse nëse sensori ka mundësinë të shkojë ndonjëherë nën 10 gradë do të jetë e pamundur të përcaktohet se cila anë e majës është.

Dielektrikët e tjerë të treguar në grafik janë hapa të ndërmjetëm midis tre më të njohurave të përshkruara më sipër.

Pra, si mund ta masim këtë? Një mikrokontrollues ka një nivel logjik në të cilin inputet e tij konsiderohen të larta. Nëse ngarkojmë kondensatorin përmes një rezistence (për të kontrolluar kohën e ngarkimit), koha për të arritur nivelin e lartë do të jetë proporcionale me vlerën e kapacitetit.

Hapi 2: Mblidhni materialet tuaja

Do t'ju duhet:

• Kondensatorë Y5V, kam përdorur madhësinë 100nF 0805.
• Pjesë të vogla të bordit prototip për të montuar kondensatorët.
• Ngrohje për të izoluar sensorët. Përndryshe ju mund t'i zhytni ato në epoksi, ose të përdorni shirit izolues.
• Kablloja e rrjetit e cila mund të zhvishet për të dhënë 4 çifte të përdredhur. Nuk është e detyrueshme të përdorni çifte të përdredhur, por përdredhja ndihmon në zvogëlimin e zhurmës elektrike.
• Mikrokontrollues - Kam përdorur një Arduino, por çdo gjë do të bëjë
• Rezistentët - Kam përdorur 68k, por kjo varet nga madhësia e kondensatorit tuaj dhe sa e saktë dëshironi të jetë matja.

Mjetet:

• Makine per ngjitjen e metalit.
• Prototipi i bordit për montimin e mikrokontrolluesit/Arduino.
• Armë ngrohëse për zvogëlimin e nxehtësisë. Një çakmak mund të përdoret gjithashtu me rezultate pak më të dobëta.
• Termometër infra të kuqe ose termoelement, për të kalibruar sensorët.
• Piskatore.

Hapi 3: Saldoni kondensatorët tuaj

Asnjë shpjegim nuk nevojitet këtu - thjesht vendosini ato në dërrasat tuaja duke përdorur metodën tuaj të preferuar të bashkimit dhe bashkojini të dy telat.

Hapi 4: Izoloni sensorët

Vendosni tubin e madhësisë së duhur të zvogëlimit të nxehtësisë mbi sensorët duke siguruar që asnjë skaj të mos jetë i ekspozuar dhe tkurreni atë duke përdorur ajër të nxehtë.

Hapi 5: Përshtateni rezistencën tuaj dhe lidhni sensorin

Zgjodha pinout -in e mëposhtëm.

PIN3: Dalja

PIN2: Hyrja

Hapi 6: Shkruani Softuer

Teknika bazë e matjes është treguar më lart. Për të shpjeguar se si funksionon, duke përdorur komandën millis (), kthehet numri i milisekondave që kur u aktivizua Arduino. Nëse merrni një lexim në fillim dhe në fund të matjes dhe zbritni vlerën fillestare nga fundi, merrni kohën në milisekonda që kondensatori të ngarkohet.

Pas matjes, është shumë e rëndësishme që të vendosni pinin e daljes të ulët për të shkarkuar kondensatorin dhe të prisni një kohë të përshtatshme para se të përsërisni matjen në mënyrë që kondensatori të shkarkohet plotësisht. Në rastin tim, një e dytë ishte e mjaftueshme.

Pastaj i nxora rezultatet nga porti serik në mënyrë që t'i vëzhgoja ato. Fillimisht zbulova se milisekondat nuk ishin mjaft të sakta (duke dhënë vetëm një vlerë të vetme të figurës), kështu që e ndryshova atë duke përdorur komandën micros () për të marrë rezultatin në mikrosekonda, i cili siç do të prisnit ishte rreth 1000x vlera e mëparshme. Vlera e ambientit në rreth 5000 u luhat në mënyrë të konsiderueshme, kështu që për ta bërë më të lehtë leximin u nda me 10.

Hapi 7: Kryeni Kalibrimin

I mora leximet në 27.5C (temperatura e dhomës - e nxehtë këtu për Mbretërinë e Bashkuar!), Pastaj e vendosa paketën e sensorit në frigorifer dhe i lejova të ftohen në afërsisht 10C, duke kontrolluar me termometrin infra të kuqe. Mora një grup të dytë leximesh, pastaj i futa në furrë në temperaturën e shkrirjes, duke i monitoruar vazhdimisht me termometër derisa të ishin gati për regjistrim në 50C.

Siç mund ta shihni nga komplotet e mësipërme, rezultatet ishin mjaft lineare dhe të qëndrueshme në të katër sensorët.

Hapi 8: Raundi 2 i Softuerit

Tani modifikova programin tim duke përdorur funksionin e hartës Arduino, për të riformuar leximet mesatare të sipërme dhe të poshtme nga komplotet në 10C dhe 50C respektivisht.

Gjithçka po funksionon siç ishte planifikuar, kam kryer disa kontrolle në të gjithë gamën e temperaturës.

Hapi 9: Përmbledhje e projektit - të mirat dhe të këqijat

Pra, ju e keni atë, një sensor të temperaturës për më pak se 0.01 in në përbërës.

Pra, pse nuk do të donit ta bënit këtë në projektin tuaj?

• Kapaciteti luhatet me tensionin e furnizimit, kështu që duhet të përdorni një furnizim të rregulluar (nuk mund të furnizohet drejtpërdrejt nga një bateri) dhe nëse vendosni të ndryshoni furnizimin, atëherë duhet të kalibroni përsëri sensorët.
• Kapaciteti nuk është e vetmja gjë që ndryshon me temperaturën - merrni parasysh që pragu juaj i lartë i hyrjes në mikrokontrolluesin tuaj mund të ndryshojë me temperaturën, dhe zakonisht nuk përcaktohet në fletën e të dhënave me ndonjë saktësi.
• Ndërsa 4 kondensatorët e mi ishin të gjithë mjaft të qëndrueshëm, ata ishin nga e njëjta grumbull dhe i njëjti mbështjell përbërës dhe sinqerisht nuk kam asnjë ide se sa e keqe do të ishte ndryshimi nga grupi në grup.
• Nëse dëshironi të matni vetëm temperaturat e ulëta (nën 10C) ose temperaturat e larta (mbi 10C) vetëm kjo është në rregull, por relativisht e padobishme nëse keni nevojë të matni të dyja.
• Matja është e ngadaltë! Ju duhet të shkarkoni plotësisht kondensatorin para se të matni përsëri.

Shpresoj se ky projekt ju ka dhënë disa ide, dhe ndoshta ju frymëzon të përdorni komponentë të tjerë për qëllime të tjera nga ato që ishin menduar.