İçindekiler:

Sıcaklığı Ölçmek için Kapasitörleri Kullanın: 9 Adım
Sıcaklığı Ölçmek için Kapasitörleri Kullanın: 9 Adım

Video: Sıcaklığı Ölçmek için Kapasitörleri Kullanın: 9 Adım

Video: Sıcaklığı Ölçmek için Kapasitörleri Kullanın: 9 Adım
Video: Apple Watch - Gözden Kaçan 5 Özellik 2024, Kasım
Anonim
Sıcaklığı Ölçmek için Kapasitörleri Kullanın
Sıcaklığı Ölçmek için Kapasitörleri Kullanın

Bu proje, esas olarak X7R (kaliteli) kapasitörler içeren bir kapasitör kiti satın aldığım için ortaya çıktı, ancak 100nF ve üzeri yüksek değerlerden bazıları, sıcaklık ve çalışma voltajı üzerinde büyük bir değişiklik sergileyen daha ucuz ve daha az kararlı Y5V dielektrikti. Normalde tasarladığım bir üründe Y5V kullanmazdım, bu yüzden sonsuza kadar rafta kalmasına izin vermek yerine alternatif kullanımlar bulmaya çalıştım.

Kullanışlı ve çok düşük maliyetli bir sensör yapmak için sıcaklık değişiminden yararlanılıp yararlanılamayacağını görmek istedim ve sonraki birkaç sayfada göreceğiniz gibi, yalnızca bir başka bileşen gerekli olduğu için oldukça basitti.

1. Adım: Teori

teori
teori
teori
teori
teori
teori

Öncelikle, kapasitörlerin nasıl yapıldığı ve mevcut türleri hakkında biraz bilgi sahibi olmanıza yardımcı olur. Seramik kapasitörler, dielektrik olarak bilinen bir yalıtkanla ayrılmış bir dizi metal levhadan veya "plakalardan" oluşur. Bu malzemenin özellikleri (kalınlık, seramik türü, katman sayısı) kondansatöre çalışma voltajı, kapasitans, sıcaklık katsayısı (sıcaklık ile kapasitans değişimi) ve çalışma sıcaklık aralığı gibi özelliklerini verir. Oldukça az sayıda dielektrik mevcuttur, ancak en popülerleri grafikte gösterilmiştir.

NP0 (C0G olarak da adlandırılır) - bunlar en iyisidir, sıcaklıkta neredeyse hiç değişiklik olmaz, ancak bunlar yalnızca picoFarad ve düşük nanoFarad aralığında düşük kapasitans değerleri için mevcut olma eğilimindedir.

X7R - bunlar, çalışma aralığında yalnızca küçük bir yüzde değişikliği ile makul.

Y5V - görebileceğiniz gibi bunlar, 10C civarında bir tepe noktasıyla grafikteki en dik eğrilerdir. Bu, etkinin kullanışlılığını biraz sınırlar, çünkü sensörün 10 derecenin altına düşme olasılığı varsa, tepenin hangi tarafında olduğunu belirlemek imkansız olacaktır.

Grafikte gösterilen diğer dielektrikler, yukarıda açıklanan en popüler üç adım arasındaki ara adımlardır.

Peki bunu nasıl ölçebiliriz? Bir mikro denetleyici, girdilerinin yüksek olduğu kabul edilen bir mantık düzeyine sahiptir. Kondansatörü bir direnç üzerinden şarj edersek (şarj süresini kontrol etmek için), yüksek seviyeye ulaşma süresi kapasitans değeri ile orantılı olacaktır.

2. Adım: Malzemelerinizi Toplayın

Malzemelerinizi Toplayın
Malzemelerinizi Toplayın
Malzemelerinizi Toplayın
Malzemelerinizi Toplayın

İhtiyacın olacak:

  • Y5V Kondansatörler, 100nF 0805 boyutunda kullandım.
  • Kondansatörleri monte etmek için küçük prototipleme panosu parçaları.
  • Sensörleri yalıtmak için ısı büzüşmeli. Alternatif olarak, bunları epoksiye batırabilir veya yalıtım bandı kullanabilirsiniz.
  • 4 bükümlü çift elde etmek için soyulabilen ağ kablosu. Bükümlü çiftlerin kullanılması zorunlu değildir, ancak bükülme, elektriksel gürültünün azaltılmasına yardımcı olur.
  • Mikrodenetleyici - Bir Arduino kullandım ama herhangi biri yapacak
  • Dirençler - 68k kullandım ancak bu, kapasitörünüzün boyutuna ve ölçümün ne kadar doğru olmasını istediğinize bağlı.

Aletler:

  • Havya.
  • Mikrodenetleyiciyi/Arduino'yu monte etmek için prototipleme kartı.
  • Isı büzüşmesi için ısı tabancası. Bir çakmak da biraz daha kötü sonuçlarla kullanılabilir.
  • Sensörleri kalibre etmek için kızılötesi termometre veya termokupl.
  • Cımbız.

Adım 3: Kapasitörlerinizi Lehimleyin

Kapasitörlerinizi Lehimleyin
Kapasitörlerinizi Lehimleyin
Kapasitörlerinizi Lehimleyin
Kapasitörlerinizi Lehimleyin
Kapasitörlerinizi Lehimleyin
Kapasitörlerinizi Lehimleyin

Burada açıklamaya gerek yok - tercih ettiğiniz lehimleme yöntemini kullanarak bunları panolarınıza takın ve iki kabloyu bağlayın.

Adım 4: Sensörleri Yalıtın

Sensörleri Yalıtın
Sensörleri Yalıtın
Sensörleri Yalıtın
Sensörleri Yalıtın

Uygun boyutta ısıyla daralan boruyu sensörlerin üzerine, uçları açıkta kalmayacak şekilde takın ve sıcak hava kullanarak küçültün.

Adım 5: Direncinizi Takın ve Sensörü Bağlayın

Direncinizi Takın ve Sensörü Bağlayın
Direncinizi Takın ve Sensörü Bağlayın
Direncinizi Takın ve Sensörü Bağlayın
Direncinizi Takın ve Sensörü Bağlayın
Direncinizi Takın ve Sensörü Bağlayın
Direncinizi Takın ve Sensörü Bağlayın

Aşağıdaki pinout'u seçtim.

PIN3: Çıkış

PIN2: Giriş

Adım 6: Yazılım Yazın

Yazılım Yaz
Yazılım Yaz

Temel ölçüm tekniği yukarıda gösterilmiştir. Nasıl çalıştığını açıklamak için, millis() komutunu kullanmak, Arduino'nun çalıştırılmasından bu yana geçen milisaniye sayısını döndürür. Ölçümün başında ve sonunda bir okuma alırsanız ve bitiş değerini başlangıç değerini çıkarırsanız, kapasitörün şarj olması için geçen süreyi milisaniye cinsinden elde edersiniz.

Ölçümden sonra, kapasitörü boşaltmak için çıkış pinini düşük ayarlamanız ve kapasitörün tamamen boşalması için ölçümü tekrarlamadan önce uygun bir süre beklemeniz çok önemlidir. Benim durumumda bir saniye yeterliydi.

Daha sonra onları gözlemleyebilmek için sonuçları seri porttan çıkardım. Başlangıçta milisaniyenin yeterince doğru olmadığını (yalnızca tek bir rakam değeri vererek) buldum, bu yüzden sonucu mikrosaniye cinsinden elde etmek için micros() komutunu kullanacak şekilde değiştirdim, beklediğiniz gibi önceki değerin 1000 katı civarındaydı. 5000 civarındaki ortam değeri önemli ölçüde dalgalandı, bu yüzden okumayı kolaylaştırmak için I'i 10'a böldüm.

Adım 7: Kalibrasyon Gerçekleştirin

Kalibrasyon Gerçekleştirin
Kalibrasyon Gerçekleştirin
Kalibrasyon Gerçekleştirin
Kalibrasyon Gerçekleştirin
Kalibrasyon Gerçekleştirin
Kalibrasyon Gerçekleştirin

27.5C'de okumalar yaptım (oda sıcaklığı - burası Birleşik Krallık için sıcak!), sonra sensör demetini buzdolabına yerleştirdim ve kızılötesi termometreyle kontrol ederek yaklaşık 10C'ye soğumalarına izin verdim. İkinci bir okuma seti aldım, sonra bunları fırına buz çözme ayarında koydum ve 50C'de kayıt yapmaya hazır olana kadar termometre ile sürekli olarak kontrol ettim.

Yukarıdaki grafiklerden de görebileceğiniz gibi, sonuçlar oldukça doğrusaldı ve 4 sensörün tamamında tutarlıydı.

Adım 8: 2. Yazılım Turu

2. Yazılım Turu
2. Yazılım Turu

Şimdi, arazilerden üst ve alt ortalama okumaları sırasıyla 10C ve 50C'ye yeniden eşlemek için Arduino harita işlevini kullanarak yazılımımı değiştirdim.

Her şey planlandığı gibi çalışıyor, sıcaklık aralığında birkaç kontrol yaptım.

9. Adım: Proje Özeti - Artıları ve Eksileri

İşte karşınızda, bileşenlerde 0,01 sterlinden daha düşük bir sıcaklık sensörü.

Peki, neden bunu projenizde yapmak istemiyorsunuz?

  • Kapasitans, besleme voltajıyla dalgalanır, bu nedenle düzenlenmiş bir besleme kullanmalısınız (doğrudan pilden güç alamaz) ve beslemeyi değiştirmeye karar verirseniz, sensörleri yeniden kalibre etmeniz gerekir.
  • Kapasitans, sıcaklıkla değişen tek şey değildir - mikrodenetleyicinizdeki giriş yüksek eşiğinizin sıcaklıkla değişebileceğini ve genellikle veri sayfasında herhangi bir hassasiyetle tanımlanmadığını düşünün.
  • 4 kondansatörüm oldukça tutarlı olsa da, aynı partiden ve aynı bileşen makarasındandı ve açıkçası, partiden partiye varyasyonun ne kadar kötü olacağı hakkında hiçbir fikrim yok.
  • Yalnızca düşük sıcaklıkları (10C'nin altında) veya yüksek sıcaklıkları (10C'nin üzerinde) ölçmek istiyorsanız, yalnızca bu uygundur, ancak her ikisini de ölçmeniz gerekiyorsa nispeten işe yaramaz.
  • Ölçüm yavaş! Tekrar ölçüm yapabilmek için kapasitörü tamamen boşaltmanız gerekir.

Umarım bu proje size bazı fikirler vermiştir ve belki de diğer bileşenleri amaçlanan amaç dışında kullanmanız için size ilham vermiştir.

Önerilen: