Utilizați condensatori pentru a măsura temperatura: 9 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Acest proiect a apărut pentru că am cumpărat un kit de condensatori cu condensatori X7R (de bună calitate), dar unele dintre valorile mai mari de 100nF și mai sus erau dielectricul Y5V mai ieftin și mai puțin stabil, care prezintă o schimbare masivă a temperaturii și a tensiunii de funcționare. În mod normal, nu aș folosi Y5V într-un produs pe care îl proiectez, așa că am încercat să le găsesc utilizări alternative, mai degrabă decât să le las să stea pe raft pentru totdeauna.

Am vrut să văd dacă schimbarea temperaturii ar putea fi exploatată pentru a crea un senzor util și cu costuri foarte mici și, așa cum veți vedea în următoarele câteva pagini, a fost destul de simplu, fiind necesară doar o altă componentă.

Pasul 1: Teorie

În primul rând, ajută să știți puțin despre modul în care sunt construite condensatoarele și tipurile disponibile. Condensatoarele ceramice constau dintr-un număr de foi de metal sau „plăci” separate de un izolator, cunoscut sub numele de dielectric. Caracteristicile acestui material (grosime, tip de ceramică, număr de straturi) conferă condensatorului proprietăți precum tensiunea de funcționare, capacitatea, coeficientul de temperatură (schimbarea capacității cu temperatura) și intervalul de temperatură de funcționare. Există destul de puține dielectricități disponibile, dar cele mai populare sunt prezentate în grafic.

NP0 (numit și C0G) - acestea sunt cele mai bune, practic fără schimbări de temperatură, totuși tind să fie disponibile numai pentru valori de capacitate scăzute în gama picoFarad și nanoFarad scăzut.

X7R - acestea sunt rezonabile, cu doar o mică modificare procentuală în intervalul de funcționare.

Y5V - după cum puteți vedea, acestea sunt cea mai abruptă curbă din grafic, cu un vârf în jurul valorii de 10C. Acest lucru limitează oarecum utilitatea efectului, deoarece dacă senzorul are posibilitatea de a merge vreodată sub 10 grade, va fi imposibil să se determine ce parte a vârfului este.

Celelalte dielectrice afișate pe grafic sunt pași intermediari între cele mai populare trei descrise mai sus.

Deci, cum putem măsura acest lucru? Un microcontroler are un nivel logic la care intrările sale sunt considerate ridicate. Dacă încărcăm condensatorul printr-un rezistor (pentru a controla timpul de încărcare), timpul pentru atingerea nivelului ridicat va fi proporțional cu valoarea capacității.

Pasul 2: Strângeți-vă materialele

Vei avea nevoie:

• Condensatoare Y5V, am folosit dimensiunea 100nF 0805.
• Bucăți mici de placă de prototipare pentru montarea condensatorilor.
• Termocontractare pentru a izola senzorii. Alternativ, le puteți înmuia în epoxidic sau utilizați bandă izolatoare.
• Cablu de rețea care poate fi decupat pentru a produce 4 perechi răsucite. Nu este obligatoriu să utilizați perechi răsucite, dar răsucirea ajută la reducerea zgomotului electric.
• Microcontroler - am folosit un Arduino, dar orice va face
• Rezistoare - am folosit 68k, dar acest lucru depinde de dimensiunea condensatorului dvs. și de cât de precisă doriți să fie măsurarea.

Instrumente:

• Ciocan de lipit.
• Placă de prototipare pentru montarea microcontrolerului / Arduino.
• Pistola de încălzire pentru termoretrație. O brichetă poate fi utilizată și cu rezultate puțin mai slabe.
• Termometru cu infraroșu sau termocuplu, pentru calibrarea senzorilor.
• Pensetă.

Pasul 3: lipiți condensatorii

Nu este necesară nicio explicație aici - montați-le pe plăcile dvs. folosind metoda preferată de lipire și atașați cele două fire.

Pasul 4: Izolați senzorii

Montați tubul termocontractabil de dimensiuni adecvate peste senzori, asigurându-vă că nu există capete expuse și micșorați-l folosind aer cald.

Pasul 5: Montați rezistorul și conectați senzorul

Am selectat următorul pinout.

PIN3: ieșire

PIN2: Intrare

Pasul 6: Scrieți software

Tehnica de măsurare de bază este prezentată mai sus. Pentru a explica cum funcționează, folosind comanda millis () returnează numărul de milisecunde de la pornirea Arduino. Dacă luați o citire la începutul și la sfârșitul măsurătorii și scădeți valoarea de pornire de la sfârșit, obțineți timpul în milisecunde pentru încărcarea condensatorului.

După măsurare, este foarte important să setați pinul de ieșire scăzut pentru a descărca condensatorul și să așteptați o perioadă adecvată de timp înainte de a repeta măsurarea, astfel încât condensatorul să fie complet descărcat. În cazul meu a fost suficientă o secundă.

Am scos apoi rezultatele din portul serial, astfel încât să le pot observa. Inițial am constatat că milisecundele nu erau suficient de precise (oferind doar o singură valoare), așa că am schimbat-o pentru a utiliza comanda micros () pentru a obține rezultatul în microsecunde, care, așa cum vă așteptați, a fost de aproximativ 1000x valoarea precedentă. Valoarea ambientală de aproximativ 5000 a fluctuat semnificativ, așa că pentru a ușura citirea am împărțit la 10.

Pasul 7: Efectuați calibrarea

Am luat citiri la 27,5 ° C (temperatura camerei - fierbinte aici pentru Marea Britanie!), Apoi am pus pachetul de senzori în frigider și le-am permis să se răcească la aproximativ 10 ° C, verificând cu termometrul cu infraroșu. Am luat un al doilea set de citiri, apoi le-am introdus în cuptor pe setarea de dezgheț, monitorizând continuu cu termometru până când au fost gata să înregistreze la 50C.

După cum puteți vedea din graficele de mai sus, rezultatele au fost destul de liniare și consistente în toți cei 4 senzori.

Pasul 8: Runda software 2

Mi-am modificat acum software-ul folosind funcția de hartă Arduino, pentru a remapta citirile medii superioare și inferioare de pe parcele la 10C și respectiv 50C.

Totul funcționează conform planificării, am efectuat câteva verificări în intervalul de temperatură.

Pasul 9: Rezumatul proiectului - Pro și contra

Deci, iată-l, un senzor de temperatură pentru mai puțin de 0,01 GBP în componente.

Deci, de ce nu ai vrea să faci asta în proiectul tău?

• Capacitatea fluctuează odată cu tensiunea de alimentare, deci trebuie să utilizați o sursă de alimentare reglementată (nu poate alimenta direct de la o baterie) și dacă decideți să schimbați sursa de alimentare, atunci trebuie să calibrați din nou senzorii.
• Capacitatea nu este singurul lucru care se schimbă odată cu temperatura - luați în considerare faptul că pragul de intrare ridicat pe microcontrolerul dvs. se poate modifica odată cu temperatura și nu este de obicei definit în foaia tehnică cu nicio precizie.
• În timp ce cele 4 condensatoare ale mele erau destul de consistente, erau din același lot și același tambur de componente și, sincer, nu am nicio idee cât de proastă ar fi varianta de la lot la lot.
• Dacă doriți doar să măsurați temperaturi scăzute (sub 10 ° C) sau temperaturi ridicate (peste 10 ° C), acest lucru este în regulă, dar relativ inutil dacă trebuie să măsurați ambele.
• Măsurarea este lentă! Trebuie să descărcați complet condensatorul înainte de a putea măsura din nou.

Sper că acest proiect v-a oferit câteva idei și poate vă poate inspira să utilizați alte componente în alte scopuri decât cele prevăzute.