Kondenzátorokkal mérje a hőmérsékletet: 9 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:42

Ez a projekt azért jött létre, mert megvettem egy kondenzátor készletet, amely főként X7R (jó minőségű) kondenzátorokat tartalmaz, de a magasabb értékek közül néhány 100nF és annál magasabb volt az olcsóbb és kevésbé stabil Y5V dielektrikum, amely hatalmas változást mutat a hőmérséklet és az üzemi feszültség felett. Általában nem használnám az Y5V -t egy általam tervezett termékben, ezért megpróbáltam alternatív felhasználási módokat találni számukra, nem pedig hagyni, hogy örökre a polcon üljenek.

Szerettem volna látni, hogy a hőmérsékletváltozást ki lehet -e használni egy hasznos és nagyon alacsony költségű érzékelő készítésére, és ahogy a következő oldalakon látni fogjátok, ez elég egyszerű volt, és csak egy másik összetevőre volt szükség.

1. lépés: Elmélet

Először is segít egy kicsit tudni a kondenzátorok felépítéséről és a rendelkezésre álló típusokról. A kerámia kondenzátorok számos fémlemezből vagy szigetelővel elválasztott „lemezből” állnak, amelyet dielektrikumnak neveznek. Ennek az anyagnak a tulajdonságai (vastagság, kerámia típusa, rétegek száma) megadják a kondenzátor tulajdonságait, például az üzemi feszültséget, a kapacitást, a hőmérsékleti együtthatót (kapacitásváltozás a hőmérséklettel) és az üzemi hőmérséklet -tartományt. Elég sok dielektrikum áll rendelkezésre, de a legnépszerűbbek a grafikonon láthatók.

NP0 (más néven C0G) - ezek a legjobbak, gyakorlatilag nem változtatnak a hőmérsékleten, azonban általában csak a picoFarad és az alacsony nanoFarad tartományú alacsony kapacitású értékekhez állnak rendelkezésre.

X7R - ezek ésszerűek, csak kis százalékos változással a működési tartományon belül.

Y5V - mint látható, ezek a grafikon legmeredekebb görbéje, a csúcs 10 ° C körül van. Ez némileg korlátozza a hatás hasznosságát, mert ha az érzékelőnek lehetősége van arra, hogy valaha 10 fok alá süllyedjen, akkor lehetetlen megállapítani, hogy a csúcs melyik oldala.

A grafikonon látható egyéb dielektrikumok közbenső lépések a fent leírt három legnépszerűbb között.

Tehát hogyan mérhetjük ezt? A mikrovezérlőnek van egy logikai szintje, amelyen a bemeneteit magasnak tekintik. Ha ellenálláson keresztül töltjük fel a kondenzátort (a töltési idő szabályozására), akkor a magas szint eléréséhez szükséges idő arányos lesz a kapacitás értékével.

2. lépés: Gyűjtse össze anyagait

Szükséged lesz:

• Y5V kondenzátorok, 100nF 0805 méretet használtam.
• Kis darab prototípus -tábla a kondenzátorok felszereléséhez.
• Hőzsugorítás az érzékelők szigetelésére. Alternatív megoldásként epoxigyantába márthatja őket, vagy szigetelőszalagot használhat.
• Hálózati kábel, amely lecsupaszítható 4 csavart érpárhoz. A csavart érpárok használata nem kötelező, de a csavarás segít csökkenteni az elektromos zajokat.
• Mikrokontroller - Arduino -t használtam, de bármelyik megteszi
• Ellenállások - 68 k -t használtam, de ez a kondenzátor méretétől és a mérés pontosságától függ.

Eszközök:

• Forrasztópáka.
• Prototípus -tábla a mikrokontroller/Arduino felszereléséhez.
• Hőpisztoly a hűtőborda számára. Szivargyújtó is használható, gyengébb eredménnyel.
• Infravörös hőmérő vagy hőelem az érzékelők kalibrálásához.
• Csipesz.

3. lépés: Forrasztja be a kondenzátorokat

Itt nincs szükség magyarázatra - csak illessze a táblákhoz a kívánt forrasztási módszerrel, és csatlakoztassa a két vezetéket.

4. lépés: Szigetelje az érzékelőket

Illessze a megfelelő méretű hőre zsugorodó csövet az érzékelőkre, ügyelve arra, hogy a végük ne legyen szabadon, és zsugorítsa forró levegővel.

Lépés: Szerelje fel az ellenállást és csatlakoztassa az érzékelőt

A következő pinoutot választottam.

PIN3: Kimenet

PIN2: Bemenet

6. lépés: Szoftver írása

Az alapvető mérési technika fent látható. A működés elmagyarázásához a millis () parancs használatával az Arduino bekapcsolása óta eltelt ezredmásodpercek számát adja vissza. Ha leolvas egy mérést a mérés elején és végén, és kivonja a kezdőértéket a végéből, akkor ezredmásodperc alatt megkapja a kondenzátor töltési idejét.

A mérés után nagyon fontos, hogy a kimeneti tüskét alacsonyra állítsa a kondenzátor kisütéséhez, és várjon megfelelő ideig, mielőtt megismétli a mérést, hogy a kondenzátor teljesen lemerüljön. Esetemben egy másodperc elég volt.

Ezután kidobtam az eredményeket a soros portból, hogy megfigyelhessem őket. Kezdetben azt tapasztaltam, hogy a ezredmásodpercek nem elég pontosak (csak egyetlen számértéket adnak meg), ezért módosítottam, hogy a micros () paranccsal kapjam meg az eredményt mikroszekundumban, ami az elvárásnak megfelelően 1000x volt az előző értéknél. Az 5000 körüli környezeti érték jelentősen ingadozott, így az olvasás megkönnyítése érdekében osztottam 10 -gyel.

7. lépés: Végezze el a kalibrálást

A méréseket 27,5 ° C -on végeztem (szobahőmérséklet - itt forró az Egyesült Királyságban!), Majd a szenzorköteget a hűtőbe tettem, és hagytam, hogy lehűljenek körülbelül 10 ° C -ra, ellenőrizve az infravörös hőmérővel. Vettem egy második leolvasási sorozatot, majd betettem a sütőbe leolvasztási fokozatra, folyamatosan figyelve a hőmérővel, amíg készen nem álltak a felvételre 50 ° C -on.

Amint a fenti ábrákból látható, az eredmények meglehetősen lineárisak és következetesek voltak mind a 4 érzékelő esetében.

8. lépés: Szoftver 2. forduló

Most módosítottam a szoftveremet az Arduino térkép funkció segítségével, hogy a diagramok felső és alsó átlagát 10C -ra, illetve 50C -ra alakítsam át.

Minden a tervek szerint működik, elvégeztem néhány ellenőrzést a hőmérsékleti tartományban.

9. lépés: A projekt összefoglalása - Előnyök és hátrányok

Tehát itt van, egy hőmérséklet -érzékelő kevesebb, mint 0,01 fontért alkatrészekben.

Akkor miért nem akarja ezt tenni a projektben?

• A kapacitás a tápfeszültség függvényében ingadozik, ezért szabályozott tápegységet kell használni (nem közvetlenül az akkumulátorról lehet táplálni), és ha a tápellátás megváltoztatása mellett dönt, akkor újra kell kalibrálnia az érzékelőket.
• Nem csak a kapacitás változik a hőmérséklettel - vegye figyelembe, hogy a mikrokontroller bemeneti magas küszöbértéke változhat a hőmérséklettel, és általában nincs pontosan meghatározva az adatlapon.
• Míg a négy kondenzátorom meglehetősen konzisztens volt, ugyanabból a tételből és ugyanabból az alkatrésztekercsből származtak, és őszintén szólva fogalmam sincs, mennyire rossz a tételenkénti variáció.
• Ha csak alacsony hőmérsékletet (10 ° C alatt) vagy magas hőmérsékletet (10 ° C felett) szeretne mérni, akkor ez rendben van, de viszonylag haszontalan, ha mindkettőt mérnie kell.
• Lassú a mérés! Mielőtt újra mérhetne, teljesen le kell meríteni a kondenzátort.

Remélem, hogy ez a projekt adott ötleteket, és talán arra ösztönöz, hogy más komponenseket a tervezettől eltérő célokra használjon.