Gumamit ng mga Capacitor upang Sukatin ang Temperatura: 9 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Ang proyektong ito ay naganap sapagkat bumili ako ng isang capacitor kit na may pangunahing X7R (magandang kalidad) na mga capacitor, ngunit ang ilan sa mga mas mataas na halaga na 100nF at mas mataas ay ang mas mura at hindi gaanong matatag na Y5V dielectric, na nagpapakita ng napakalaking pagbabago sa temperatura at operating voltage. Hindi ko normal na gagamitin ang Y5V sa isang produktong idinisenyo ko, kaya't sinubukan kong makahanap ng mga kahaliling paggamit para sa kanila kaysa hayaan silang umupo sa istante magpakailanman.

Nais kong makita kung ang pagsasaayos ng temperatura ay maaaring samantalahin upang makagawa ng isang kapaki-pakinabang at napakababang sensor ng gastos, at tulad ng makikita mo sa susunod na ilang mga pahina ito ay medyo simple, na may isang kinakailangang bahagi lamang.

Hakbang 1: Teorya

Una makakatulong ito upang malaman ng kaunti tungkol sa kung paano itinatayo ang mga capacitor, at ang mga magagamit na uri. Ang mga ceramic capacitor ay binubuo ng isang bilang ng mga sheet ng metal, o mga ‘plate’ na pinaghihiwalay ng isang insulator, na kilala bilang isang dielectric. Ang mga katangian ng materyal na ito (kapal, uri ng ceramic, bilang ng mga layer) ay nagbibigay sa capacitor ng mga katangian tulad ng operating voltage, capacitance, coefficient ng temperatura (pagbabago ng capacitance na may temperatura) at saklaw na temperatura ng operating. Mayroong medyo ilang mga dielectrics na magagamit, ngunit ang pinakatanyag ay ipinapakita sa grap.

NP0 (tinatawag ding C0G) - ito ang pinakamahusay, na halos walang pagbabago sa temperatura ngunit may posibilidad na magagamit lamang sila para sa mababang halaga ng capacitance sa picoFarad at mababang saklaw ng nanoFarad.

X7R - makatuwiran ang mga ito, na may maliit na porsyentong pagbabago lamang sa saklaw ng operating.

Y5V - tulad ng makikita mo ang mga ito ang pinaka matarik na curve sa grapiko, na may tuktok na humigit-kumulang 10C. Nililimitahan nito ang pagiging kapaki-pakinabang ng epekto nang medyo, dahil kung ang sensor ay may posibilidad na magpunta sa ibaba ng 10 degree imposibleng matukoy kung aling bahagi ng rurok ito.

Ang iba pang mga dielectrics na ipinakita sa grap ay mga intermediate na hakbang sa pagitan ng tatlong pinakatanyag na inilarawan sa itaas.

Kaya paano natin ito masusukat? Ang isang microcontroller ay may antas ng lohika kung saan ang mga input nito ay itinuturing na mataas. Kung sisingilin namin ang capacitor sa pamamagitan ng isang risistor (upang makontrol ang oras ng pagsingil), ang oras upang maabot ang mataas na antas ay proporsyonal sa halaga ng capacitance.

Hakbang 2: Ipunin ang Iyong Mga Materyal

Kakailanganin mong:

• Y5V Capacitors, gumamit ako ng 100nF 0805 na laki.
• Maliliit na piraso ng prototyping board upang mai-mount ang mga capacitor.
• Heatshrink upang ihiwalay ang mga sensor. Bilang kahalili maaari mong isawsaw ang mga ito sa epoxy, o gumamit ng insulation tape.
• Network cable na maaaring hubad pababa upang makabuo ng 4 baluktot na mga pares. Hindi sapilitan na gumamit ng mga baluktot na pares, ngunit ang pag-ikot ay nakakatulong na mabawasan ang ingay sa kuryente.
• Microcontroller - Gumamit ako ng Arduino ngunit may gagawin
• Mga Resistor - Gumamit ako ng 68k ngunit depende ito sa laki ng iyong capacitor at kung gaano katumpak ang nais mong pagsukat.

Mga tool:

• Panghinang.
• Prototyping board upang mai-mount ang microcontroller / Arduino.
• Heat gun para sa heatshrink. Ang isang lighter ng sigarilyo ay maaaring magamit din na may bahagyang mas mahirap na mga resulta.
• Infrared thermometer o thermocouple, upang i-calibrate ang mga sensor.
• Mga Tweezer.

Hakbang 3: Paghinang ng Iyong Mga Capacitor

Walang kinakailangang paliwanag dito - iakma lamang ang mga ito sa iyong mga board gamit ang iyong ginustong pamamaraan ng paghihinang, at ikabit ang dalawang mga wire.

Hakbang 4: Insulate ang Sensors

Pagkasyahin nang naaangkop na laki ng heatshrink tube sa mga sensor na tinitiyak na walang mga dulo na nakalantad, at pag-urong ito gamit ang mainit na hangin.

Hakbang 5: Pagkasyahin ang Iyong Resistor at Ikonekta ang Sensor

Pinili ko ang sumusunod na pinout.

PIN3: Output

PIN2: Input

Hakbang 6: Sumulat ng Software

Ang pangunahing pamamaraan ng pagsukat ay ipinapakita sa itaas. Upang ipaliwanag kung paano ito gumagana, ang paggamit ng millis () na utos ay nagbabalik ng bilang ng mga milliseconds mula nang mapagana ang Arduino. Kung kukuha ka ng isang pagbabasa sa simula at pagtatapos ng pagsukat, at ibawas ang panimulang halaga mula sa huli nakukuha mo ang oras sa milliseconds para singilin ang capacitor.

Pagkatapos ng pagsukat, napakahalaga na itakda mo ang output pin mababa upang maalis ang capacitor, at maghintay ng isang naaangkop na tagal ng oras bago ulitin ang pagsukat upang ang kapasitor ay ganap na mapalabas. Sa aking kaso isang segundo ay sapat.

Pagkatapos ay inilabas ko ang mga resulta sa labas ng serial port upang maobserbahan ko ang mga ito. Sa una nalaman ko na ang milliseconds ay hindi sapat na tumpak (nagbibigay lamang ng isang solong halaga ng figure), kaya binago ko ito upang magamit ang micros () na utos upang makuha ang resulta sa mga microsecond, na tulad ng inaasahan mong nasa paligid ng 1000x ang dating halaga. Ang ambient na halaga sa humigit-kumulang na 5000 ay nagbago-bago, kaya upang mas madaling mabasa na hinati ako sa 10.

Hakbang 7: Magsagawa ng Pagkakalibrate

Kumuha ako ng mga pagbasa sa 27.5C (temperatura ng kuwarto - mainit dito para sa UK!), Pagkatapos ay inilagay ang sensor bundle sa ref at pinapayagan silang palamig hanggang sa humigit-kumulang 10C, sinuri ang infrared thermometer. Kumuha ako ng isang pangalawang hanay ng mga pagbasa, pagkatapos ay ilagay ito sa oven sa setting ng defrost, patuloy na pagsubaybay sa thermometer hanggang handa silang mag-record sa 50C.

Tulad ng nakikita mo mula sa mga plots sa itaas, ang mga resulta ay medyo linear, at pare-pareho sa lahat ng 4 na sensor.

Hakbang 8: Round ng Software 2

Binago ko ngayon ang aking software gamit ang pagpapaandar ng mapa ng Arduino, upang mai-remap ang itaas at mas mababang average na pagbabasa mula sa mga plots hanggang sa 10C at 50C ayon sa pagkakabanggit.

Ang lahat ay gumagana tulad ng nakaplano, nagsagawa ako ng ilang mga tseke sa saklaw ng temperatura.

Hakbang 9: Buod ng Proyekto - Mga kalamangan at kahinaan

Kaya't mayroon ka nito, isang sensor ng temperatura na mas mababa sa £ 0.01 sa mga bahagi.

Kaya, bakit hindi mo nais na gawin ito sa iyong proyekto?

• Ang kapasidad ay nagbabagu-bago sa supply boltahe, kaya dapat gumamit ng isang kinokontrol na supply (hindi maaaring direktang lakas mula sa isang baterya) at kung magpasya kang baguhin ang suplay dapat mong i-calibrate muli ang mga sensor.
• Ang capacitance ay hindi lamang ang bagay na nagbabago sa temperatura - isaalang-alang na ang iyong input na mataas na threshold sa iyong microcontroller ay maaaring magbago sa temperatura, at hindi ito karaniwang tinukoy sa datasheet nang may anumang katumpakan.
• Habang ang aking 4 na capacitor ay lahat ay pare-pareho, nagmula sila sa parehong batch at sa parehong sangkap na lumiligid at sa totoo lang wala akong ideya kung gaano masama ang pagkakaiba-iba ng batch-to-batch.
• Kung nais mo lamang masukat ang mababang temperatura (sa ibaba 10C) o mataas na temperatura (sa itaas 10C) lamang ito ay OK, ngunit medyo walang silbi kung kailangan mong sukatin ang pareho.
• Ang pagsukat ay mabagal! Kailangan mong ganap na maalis ang capacitor bago mo sukatin muli.

Umaasa ako na ang proyektong ito ay nagbigay sa iyo ng ilang mga ideya, at marahil ay pumukaw sa iyo na gumamit ng iba pang mga bahagi para sa mga hangaring iba kaysa sa nilayon.