השתמש בקבלים למדידת טמפרטורה: 9 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

הפרויקט הזה בא בגלל שקניתי ערכת קבלים עם קבלים בעיקר X7R (באיכות טובה), אבל כמה מהערכים הגבוהים יותר 100nF ומעלה היו הדיאלקטרי Y5V הזול והפחות יציב, המציג שינוי מסיבי על הטמפרטורה ומתח ההפעלה. בדרך כלל לא הייתי משתמש ב- Y5V במוצר שאני מעצב, אז ניסיתי למצוא להם שימושים חלופיים במקום לתת להם לשבת על המדף לנצח.

רציתי לבדוק אם ניתן לנצל את שינוי הטמפרטורה כדי ליצור חיישן שימושי בעלות נמוכה מאוד, וכפי שתראה בעמודים הבאים זה היה פשוט למדי, ונדרש רק רכיב אחד נוסף.

שלב 1: תיאוריה

ראשית זה עוזר לדעת מעט על אופן בניית הקבלים ועל הסוגים הזמינים. קבלים קרמיים מורכבים ממספר יריעות מתכת, או 'לוחות' המופרדות על ידי מבודד, המכונה דיאלקטרי. המאפיינים של חומר זה (עובי, סוג קרמיקה, מספר שכבות) מעניקים לקבל את תכונותיו כגון מתח הפעלה, קיבול, מקדם טמפרטורה (שינוי קיבול עם הטמפרטורה) וטווח טמפרטורות הפעלה. יש לא מעט דיאלקטריות זמינות, אך הפופולריות ביותר מוצגות בגרף.

NP0 (נקרא גם C0G) - אלה הטובים ביותר, כמעט ללא שינוי בטמפרטורה אולם הם נוטים להיות זמינים רק עבור ערכי קיבול נמוכים בטווח picoFarad ובנפח nanoFarad נמוך.

X7R - אלה סבירים, עם רק שינוי קטן באחוזים בטווח הפעולה.

Y5V - כפי שאתה יכול לראות אלה העקומה התלולה ביותר בגרף, עם שיא סביב 10C. זה מגביל במידה מסוימת את התועלת של האפקט, כי אם לחיישן תהיה אפשרות לרדת מתחת ל 10 מעלות אי אפשר לקבוע באיזה צד של השיא מדובר.

שאר הדיאלקטריות המוצגות בגרף הן שלבי ביניים בין שלוש הפופולריות ביותר שתוארו לעיל.

אז איך נוכל למדוד זאת? לבקר מיקרו יש רמה לוגית שבה התשומות שלו נחשבות גבוהות. אם נטען את הקבל באמצעות נגד (כדי לשלוט בזמן הטעינה), הזמן להגיע לרמה הגבוהה יהיה פרופורציונלי לערך הקיבול.

שלב 2: אסוף את החומרים שלך

אתה תצטרך:

• קבלים Y5V, השתמשתי בגודל 100nF 0805.
• חתיכות קטנות של לוח אב טיפוס להרכבת הקבלים.
• כיווץ חום לבידוד החיישנים. לחלופין אתה יכול לטבול אותם באפוקסי, או להשתמש בקלטת בידוד.
• כבל רשת שניתן להסיר אותו ולהניב 4 זוגות מעוותים. לא חובה להשתמש בזוגות מעוותים, אבל הפיתול עוזר להפחית רעש חשמלי.
• מיקרו -בקר - השתמשתי בארדואינו אבל כל מה שיעשה
• נגדים - השתמשתי ב- 68k אבל זה תלוי בגודל הקבל שלך ובאיזו מידה מדויקת אתה רוצה שהמדידה תהיה.

כלים:

• מלחם.
• לוח אב טיפוס להרכבת המיקרו -בקר/ארדואינו.
• אקדח חום עבור מכווץ החום. ניתן להשתמש במצית סיגריות גם עם תוצאות מעט פחות.
• מדחום אינפרא אדום או צמד תרמו, לכיול החיישנים.
• מַלְקֶטֶת.

שלב 3: הלחם את הקבלים שלך

אין צורך בהסבר כאן - פשוט התאם אותם ללוחות שלך בשיטת הלחמה המועדפת עליך, והצמד את שני החוטים.

שלב 4: לבודד את החיישנים

התאימו צינור כיווץ חום בגודל המתאים מעל החיישנים וודא שלא ייחשפו קצוות, וכווצו אותו באמצעות אוויר חם.

שלב 5: התאם את הנגד וחבר את החיישן

בחרתי את ה- pinout הבא.

PIN3: פלט

PIN2: קלט

שלב 6: תוכנת כתיבה

טכניקת המדידה הבסיסית מוצגת למעלה. כדי להסביר כיצד זה עובד, השימוש בפקודה millis () מחזיר את מספר האלפיות השנייה מאז שהארדואינו הופעל. אם אתה עורך קריאה בתחילת ובסוף המדידה, וחסר את ערך ההתחלה מהקצה, תקבל את הזמן באלפיות השנייה עד שהקבל יטען.

לאחר המדידה, חשוב מאוד שתגדיר את סיכת הפלט נמוכה כדי לפרוק את הקבל, ותחכה פרק זמן מתאים לפני שתחזור על המדידה, כך שהקבל ישתחרר לחלוטין. במקרה שלי שנייה מספיקה.

לאחר מכן פלטתי את התוצאות מהיציאה הסדרתית כדי שאוכל לצפות בהן. בהתחלה גיליתי שמילי שניות לא מספיק מדויקות (נותן ערך נתון בודד), אז שיניתי את זה כדי להשתמש בפקודה micros () כדי להשיג את התוצאה במיקרו שניות, שכפי שאתה מצפה היה בערך פי 1000 מהערך הקודם. ערך הסביבה בסביבות 5000 השתנה באופן משמעותי, כך שכדי להקל על הקריאה חלקתי ב -10.

שלב 7: בצע כיול

עשיתי קריאות בטמפרטורה של 27.5C (טמפרטורת החדר - חם כאן בבריטניה!), ואז הנחתי את צרור החיישנים במקרר ואפשרתי להם להתקרר עד 10C בערך, ובדוק עם מד החום האינפרא אדום. עשיתי סדרה שנייה של קריאות, ולאחר מכן הכנסתי אותן לתנור על הגדרת ההפשרה, תוך כדי מעקב מתמיד עם מדחום עד שהן היו מוכנות להקלטה ב 50 מעלות צלזיוס.

כפי שאתה יכול לראות מן המגרשים לעיל, התוצאות היו די לינאריות ועקביות בכל ארבעת החיישנים.

שלב 8: סיבוב תוכנה 2

כעת שיניתי את התוכנה שלי באמצעות פונקציית המפה של Arduino, כדי לשנות את הקריאות הממוצעות העליונות והתחתונות מהעלילות ל 10C ו- 50C בהתאמה.

הכל עובד כמתוכנן, ביצעתי כמה בדיקות בטווח הטמפרטורות.

שלב 9: סיכום הפרויקט - יתרונות וחסרונות

אז הנה לכם, חיישן טמפרטורה בפחות מ- 0.01 ליש ט ברכיבים.

אז למה שלא תרצה לעשות זאת בפרויקט שלך?

• הקיבול משתנה עם מתח האספקה, לכן עליך להשתמש באספקה מוסדרת (לא ניתן להפעיל ישירות מסוללה) ואם תחליט לשנות אספקה עליך לכייל את החיישנים שוב.
• הקיבול הוא לא הדבר היחיד שמשתנה עם הטמפרטורה - קח בחשבון שסף הקלט הגבוה שלך על המיקרו -בקר שלך עשוי להשתנות עם הטמפרטורה, וזה בדרך כלל לא מוגדר בגליון הנתונים בדיוק כלשהו.
• אף על פי ש -4 הקבלים שלי היו די עקביים, הם היו מאותו אצווה ומאותו סליל רכיב ואין לי באמת מושג עד כמה תהיה השונות של אצווה לאצווה גרועה.
• אם אתה רק רוצה למדוד טמפרטורות נמוכות (מתחת ל 10 מעלות צלזיוס) או טמפרטורות גבוהות (מעל 10 מעלות צלזיוס) רק שזה בסדר, אבל יחסית חסר תועלת אם אתה צריך למדוד את שניהם.
• המדידה איטית! עליך לפרוק את הקבל במלואו לפני שתוכל למדוד שוב.

אני מקווה שהפרויקט הזה נתן לך כמה רעיונות, ואולי יעורר אותך להשתמש ברכיבים אחרים למטרות אחרות ממה שהיו מיועדות.