برای اندازه گیری دما از خازن ها استفاده کنید: 9 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

این پروژه به این دلیل به وجود آمد که من یک کیت خازن با خازنهای عمدتا X7R (با کیفیت خوب) خریدم ، اما برخی از مقادیر بالاتر 100nF و بالاتر دی الکتریک Y5V ارزان تر و پایدارتر بود ، که تغییرات عظیمی در دما و ولتاژ کار نشان می دهد. من معمولاً از Y5V در محصولی که طراحی می کنم استفاده نمی کنم ، بنابراین سعی کردم کاربردهای جایگزینی برای آنها پیدا کنم تا اینکه آنها را برای همیشه در قفسه بنشینم.

می خواستم ببینم آیا می توان از تغییر دما برای ایجاد یک سنسور مفید و کم هزینه استفاده کرد یا نه ، و همانطور که در صفحات بعدی مشاهده خواهید کرد ، بسیار ساده بود و تنها به یک جزء دیگر نیاز داشت.

مرحله 1: نظریه

ابتدا کمک می کند تا کمی در مورد نحوه ساخت خازن ها و انواع موجود بدانید. خازنهای سرامیکی شامل تعدادی ورق فلزی یا "صفحات" جدا شده توسط یک عایق معروف به دی الکتریک است. ویژگی های این ماده (ضخامت ، نوع سرامیک ، تعداد لایه ها) به خازن ویژگی هایی مانند ولتاژ کار ، خازن ، ضریب دما (تغییر خازن با دما) و محدوده دمای کار می دهد. تعداد زیادی دی الکتریک موجود است ، اما محبوب ترین آنها در نمودار نشان داده شده است.

NP0 (که C0G نیز نامیده می شود) - اینها بهترین هستند ، عملاً هیچ تغییری در دما ایجاد نمی کنند ، اما آنها فقط برای مقادیر خازنی پایین در محدوده picoFarad و nanoFarad پایین در دسترس هستند.

X7R - اینها منطقی هستند و تنها درصد کمی در محدوده عملکرد تغییر می کنند.

Y5V - همانطور که می بینید این شیب دارترین منحنی روی نمودار است و حداکثر اوج آن حدود 10 درجه سانتی گراد است. این تا حدی مفید بودن اثر را محدود می کند ، زیرا اگر سنسور این امکان را داشته باشد که تا زیر 10 درجه برود ، نمی توان تعیین کرد که در کدام طرف قله است.

دی الکتریک های دیگر نشان داده شده در نمودار ، مراحل میانی بین سه مورد از محبوب ترین موارد فوق هستند.

بنابراین چگونه می توانیم این را اندازه گیری کنیم؟ یک میکروکنترلر دارای سطح منطقی است که در آن ورودی های آن در نظر گرفته می شود. اگر خازن را از طریق یک مقاومت (برای کنترل زمان شارژ) شارژ کنیم ، زمان رسیدن به سطح بالا متناسب با مقدار خازن خواهد بود.

مرحله 2: مواد خود را جمع آوری کنید

شما نیاز خواهید داشت:

• خازن های Y5V ، من از اندازه 100nF 0805 استفاده کردم.
• قطعات کوچک تخته نمونه برای نصب خازن ها.
• هیت شرینک جهت عایق کاری سنسورها همچنین می توانید آنها را در اپوکسی فرو کنید یا از نوار عایق استفاده کنید.
• کابل شبکه را می توان جدا کرد تا 4 جفت پیچ خورده تولید شود. استفاده از جفت های پیچ خورده اجباری نیست ، اما پیچاندن به کاهش نویز الکتریکی کمک می کند.
• میکروکنترلر - من از آردوینو استفاده کردم اما هر کاری می کند
• مقاومت ها - من از 68k استفاده کردم اما این بستگی به اندازه خازن شما و میزان دقیق اندازه گیری دارد.

ابزارها:

• آهن لحیم کاری.
• نمونه اولیه برد برای نصب میکروکنترلر/آردوینو.
• تفنگ حرارتی برای کاهش حرارت از فندک می توان با نتایج کمی ضعیف تر نیز استفاده کرد.
• دماسنج مادون قرمز یا ترموکوپل ، برای کالیبراسیون سنسورها.
• موچین

مرحله 3: خازن های خود را لحیم کنید

در اینجا نیازی به توضیح نیست - فقط آنها را با استفاده از روش لحیم کاری دلخواه خود روی تخته های خود قرار دهید و دو سیم را وصل کنید.

مرحله 4: سنسورها را عایق بندی کنید

لوله ای با اندازه مناسب را روی سنسورها قرار دهید تا مطمئن شوید انتهای آن در معرض دید قرار نگرفته و با استفاده از هوای گرم آن را کوچک کنید.

مرحله 5: مقاومت خود را تنظیم کرده و سنسور را وصل کنید

من pinout زیر را انتخاب کردم.

PIN3: خروجی

PIN2: ورودی

مرحله 6: نوشتن نرم افزار

تکنیک اصلی اندازه گیری در بالا نشان داده شده است. برای توضیح نحوه عملکرد ، با استفاده از دستور millis () تعداد میلی ثانیه ها را از زمان روشن شدن آردوینو بر می گرداند. اگر در ابتدا و انتهای اندازه گیری قرائتی انجام دهید و مقدار شروع را از انتها کم کنید ، زمان بارگیری خازن را در میلی ثانیه بدست می آورید.

پس از اندازه گیری ، بسیار مهم است که پین خروجی را برای تخلیه خازن کم تنظیم کرده و قبل از تکرار اندازه گیری زمان مناسبی را منتظر بمانید تا خازن به طور کامل تخلیه شود. در مورد من یک ثانیه کافی بود.

سپس نتایج را از پورت سریال بیرون دادم تا بتوانم آنها را مشاهده کنم. در ابتدا متوجه شدم که میلی ثانیه به اندازه کافی دقیق نیست (فقط یک رقم واحد را نشان می دهد) ، بنابراین آن را تغییر دادم تا از دستور micros () برای بدست آوردن نتیجه در میکروثانیه استفاده کنم ، همانطور که انتظار می رفت حدود 1000 برابر مقدار قبلی بود. مقدار محیط در حدود 5000 نوسان قابل توجهی دارد ، بنابراین برای سهولت خواندن ، من بر 10 تقسیم می کنم.

مرحله 7: کالیبراسیون را انجام دهید

من دما را در دمای 27.5 درجه سانتیگراد (دمای اتاق - در انگلستان گرم است) خواندم ، سپس بسته سنسور را در یخچال قرار دادم و با دماسنج مادون قرمز اجازه دادم تا حدود 10 درجه سانتیگراد خنک شود. من مجموعه دوم قرائت ها را انجام دادم ، سپس آنها را در فر روی یخ زدایی قرار دادم ، و مرتباً با دماسنج آن را کنترل می کردم تا زمانی که آنها آماده ثبت در دمای 50 درجه سانتیگراد شدند.

همانطور که در نمودارهای بالا مشاهده می کنید ، نتایج کاملاً خطی و در هر 4 سنسور یکسان بودند.

مرحله 8: دور دوم نرم افزار

من اکنون نرم افزار خود را با استفاده از تابع نقشه آردوینو تغییر دادم تا میانگین خواندن متوسط بالا و پایین را از نمودارها به ترتیب به 10C و 50C تغییر دهید.

همه چیز طبق برنامه کار می کند ، من چند محدوده دما را بررسی کردم.

مرحله 9: خلاصه پروژه - جوانب مثبت و منفی

بنابراین آن را در اختیار دارید ، سنسور دما برای قطعات کمتر از 0.01.

بنابراین ، چرا نمی خواهید این کار را در پروژه خود انجام دهید؟

• خازن با ولتاژ تغذیه نوسان می کند ، بنابراین باید از منبع تغذیه تنظیم شده استفاده کنید (نمی تواند مستقیماً از باتری تغذیه کند) و اگر تصمیم به تغییر منبع گرفتید ، باید دوباره سنسورها را کالیبره کنید.
• ظرفیت تنها چیزی نیست که با دما تغییر می کند - در نظر بگیرید که آستانه ورودی بالا روی میکروکنترلر شما ممکن است با دما تغییر کند و معمولاً در برگه اطلاعات با دقت مشخص نمی شود.
• در حالی که 4 خازن من کاملاً سازگار بودند ، از یک دسته و یک حلقه اجزای یکسان بودند و من صادقانه نمی دانم که تغییرات دسته به دسته چقدر بد خواهد بود.
• اگر فقط می خواهید دمای پایین (زیر 10 درجه سانتیگراد) یا درجه حرارت بالا (بالای 10 درجه سانتی گراد) را اندازه گیری کنید ، فقط این خوب است ، اما اگر نیاز به اندازه گیری هر دو دارید ، نسبتاً بی فایده است.
• اندازه گیری کند است! قبل از اندازه گیری مجدد ، باید خازن را کاملاً تخلیه کنید.

امیدوارم این پروژه ایده هایی به شما داده باشد و شاید شما را برانگیخته باشد تا از اجزای دیگر برای مقاصدی غیر از آنچه که در نظر گرفته شده استفاده کنید.