Gebruik kondensators om temperatuur te meet: 9 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Hierdie projek het ontstaan omdat ek 'n kondensatorset met hoofsaaklik X7R (goeie kwaliteit) kapasitors gekoop het, maar sommige van die hoër waardes 100nF en hoër was die goedkoper en minder stabiele Y5V -diëlektriese, wat 'n massiewe verandering in temperatuur en werkspanning toon. Ek sou Y5V normaalweg nie gebruik in 'n produk wat ek ontwerp nie, so ek het probeer om alternatiewe gebruike daarvoor te vind eerder as om dit vir ewig op die rak te laat sit.

Ek wou kyk of die temperatuurverandering gebruik kan word om 'n nuttige en goedkoop sensor te maak.

Stap 1: Teorie

Eerstens help dit om 'n bietjie te weet oor hoe kondensators gebou is en die beskikbare tipes. Keramiek -kondensators bestaan uit 'n aantal metaalplate, of 'plate' geskei deur 'n isolator, bekend as 'n diëlektrikum. Die eienskappe van hierdie materiaal (dikte, tipe keramiek, aantal lae) gee die kondensator sy eienskappe, soos werkspanning, kapasitansie, temperatuurkoëffisiënt (kapasitansieverandering met temperatuur) en bedryfstemperatuurbereik. Daar is 'n hele paar diëlektries beskikbaar, maar die gewildste word op die grafiek getoon.

NP0 (ook C0G genoem) - dit is die beste, met feitlik geen temperatuurverandering nie, maar dit is gewoonlik slegs beskikbaar vir lae kapasitansie -waardes in die picoFarad- en die lae nanoFarad -reeks.

X7R - dit is redelik, met slegs 'n klein persentasieverandering oor die werkingsbereik.

Y5V - soos u kan sien, is dit die steilste kromme op die grafiek, met 'n piek van ongeveer 10C. Dit beperk die bruikbaarheid van die effek ietwat, want as die sensor die moontlikheid het om ooit onder 10 grade te gaan, is dit onmoontlik om te bepaal aan watter kant van die piek dit is.

Die ander diëlektrie wat op die grafiek getoon word, is tussenstappe tussen die drie gewildste hierbo beskryf.

So, hoe kan ons dit meet? 'N Mikrobeheerder het 'n logiese vlak waarop sy insette hoog geag word. As ons die kapasitor via 'n weerstand laai (om die laaityd te beheer), sal die tyd om die hoë vlak te bereik, eweredig wees aan die kapasitansiewaarde.

Stap 2: Versamel u materiaal

Jy sal nodig hê:

• Y5V -kondensators, ek het 100nF 0805 -grootte gebruik.
• Klein stukkies prototipe bord om die kapasitors te monteer.
• Hitte krimp om die sensors te isoleer. Alternatiewelik kan u dit in epoxy doop of isolasieband gebruik.
• Netwerkkabel wat gestroop kan word om 4 gedraaide pare op te lewer. Dit is nie verpligtend om gedraaide pare te gebruik nie, maar die draai help om elektriese geraas te verminder.
• Mikrokontroleerder - ek het 'n Arduino gebruik, maar ek sal dit doen
• Weerstands - ek het 68k gebruik, maar dit hang af van die grootte van u kapasitor en hoe akkuraat u die meting wil hê.

Gereedskap:

• Soldeerbout.
• Prototipe bord om die mikrobeheerder/Arduino te monteer.
• Warmpistool vir die heatsink. 'N Sigaretaansteker kan ook gebruik word met effens swakker resultate.
• Infrarooi termometer of termokoppel om die sensors te kalibreer.
• Pincet.

Stap 3: soldeer u kondensators

Hier is geen verduideliking nodig nie - pas dit net met u soldeermetode op u planke vas en heg die twee drade vas.

Stap 4: Isoleer die sensors

Plaas die krimpbuis van die regte grootte oor die sensors sodat geen punte blootgestel word nie, en krimp dit met behulp van warm lug.

Stap 5: Pas u weerstand aan en koppel die sensor aan

Ek het die volgende pinout gekies.

PIN3: Uitset

PIN2: Invoer

Stap 6: Skryf sagteware

Die basiese metingstegniek word hierbo getoon. Om te verduidelik hoe dit werk, gee die millis () opdrag die aantal millisekondes terug sedert die Arduino aangeskakel is. As u aan die begin en einde van die meting meet, en die beginwaarde van die einde aftrek, kry u die tyd in millisekondes voordat die kapasitor kan laai.

Na meting is dit baie belangrik dat u die uitgangspen laag stel om die kapasitor te ontlaai, en 'n gepaste tyd te wag voordat u die meting herhaal sodat die kapasitor heeltemal ontlaai word. In my geval was 'n tweede voldoende.

Ek spoel toe die resultate uit die seriële poort sodat ek dit kan sien. Aanvanklik het ek agtergekom dat millisekondes nie akkuraat genoeg was nie (wat slegs 'n enkele syferwaarde gee), en ek het dit verander om die opdrag micros () te gebruik om die resultaat in mikrosekondes te verkry, wat, soos u sou verwag, ongeveer 1000x die vorige waarde was. Die omgewingswaarde van ongeveer 5000 het aansienlik gewissel, dus om dit makliker te maak, het ek gedeel met 10.

Stap 7: voer kalibrasie uit

Ek het metings by 27.5C (kamertemperatuur - warm hier in die VK!) Geneem, die sensorbundel in die yskas geplaas en laat afkoel tot ongeveer 10C, met die infrarooi termometer. Ek het 'n tweede stel metings geneem en dit dan in die oond gesit op die ontdooi -instelling, terwyl ek voortdurend met 'n termometer gemonitor word totdat hulle gereed was om op te neem by 50C.

Soos u op die plotte hierbo kan sien, was die resultate redelik lineêr en konsekwent oor al 4 sensors.

Stap 8: Sagteware -ronde 2

Ek het my sagteware nou aangepas met behulp van die Arduino -kaartfunksie om die boonste en onderste gemiddelde lesings van die plotte na 10C en 50C onderskeidelik te verander.

Alles werk soos beplan, en ek het 'n paar kontroles uitgevoer oor die temperatuur.

Stap 9: Projekopsomming - voor- en nadele

So daar is 'n temperatuursensor vir minder as £ 0,01 aan komponente.

Waarom wil u dit dan nie in u projek doen nie?

• Kapasiteit wissel met toevoerspanning, dus moet 'n gereguleerde toevoer gebruik word (kan nie direk van 'n battery voorsien word nie) en as u besluit om die toevoer te verander, moet u die sensors weer kalibreer.
• Die kapasitansie is nie die enigste ding wat met temperatuur verander nie - dink dat u hoë drempelwaarde op u mikrobeheerder met die temperatuur kan verander, en dit word gewoonlik nie presies in die datablad gedefinieer nie.
• Alhoewel my 4 kondensators redelik konsekwent was, was hulle uit dieselfde groep en dieselfde spoelkomponent, en ek het eerlikwaar geen idee hoe erg die batch-to-batch-variasie sou wees nie.
• As u slegs lae temperature (onder 10C) of hoë temperature (bo 10C) wil meet, is dit net reg, maar relatief nutteloos as u albei moet meet.
• Meting is stadig! U moet die kapasitor volledig ontlaai voordat u weer kan meet.

Ek hoop dat hierdie projek u 'n paar idees gegee het en u miskien kan inspireer om ander komponente te gebruik vir ander doeleindes as wat dit bedoel was.