तापमान मापने के लिए कैपेसिटर का प्रयोग करें: 9 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

यह परियोजना इसलिए आई क्योंकि मैंने मुख्य रूप से X7R (अच्छी गुणवत्ता) कैपेसिटर के साथ एक कैपेसिटर किट खरीदी थी, लेकिन 100nF और उससे अधिक के कुछ उच्च मूल्य सस्ते और कम स्थिर Y5V ढांकता हुआ थे, जो तापमान और ऑपरेटिंग वोल्टेज पर बड़े पैमाने पर बदलाव प्रदर्शित करते हैं। मैं आमतौर पर अपने द्वारा डिज़ाइन किए जा रहे उत्पाद में Y5V का उपयोग नहीं करता, इसलिए मैंने उन्हें हमेशा के लिए शेल्फ पर बैठने के बजाय उनके लिए वैकल्पिक उपयोग खोजने की कोशिश की।

मैं देखना चाहता था कि क्या उपयोगी और बहुत कम लागत वाला सेंसर बनाने के लिए तापमान परिवर्तन का फायदा उठाया जा सकता है, और जैसा कि आप अगले कुछ पृष्ठों में देखेंगे, यह काफी सरल था, केवल एक अन्य घटक की आवश्यकता थी।

चरण 1: सिद्धांत

पहले यह थोड़ा जानने में मदद करता है कि कैपेसिटर कैसे बनाए जाते हैं, और उपलब्ध प्रकार। सिरेमिक कैपेसिटर में कई धातु की चादरें होती हैं, या एक इन्सुलेटर द्वारा अलग की गई 'प्लेटें' होती हैं, जिन्हें ढांकता हुआ कहा जाता है। इस सामग्री की विशेषताएं (मोटाई, सिरेमिक का प्रकार, परतों की संख्या) कैपेसिटर को ऑपरेटिंग वोल्टेज, कैपेसिटेंस, तापमान गुणांक (तापमान के साथ समाई परिवर्तन) और ऑपरेटिंग तापमान रेंज जैसे गुण देती है। काफी कुछ डाइलेक्ट्रिक्स उपलब्ध हैं, लेकिन सबसे लोकप्रिय ग्राफ पर दिखाए गए हैं।

NP0 (जिसे C0G भी कहा जाता है) - ये सबसे अच्छे हैं, वस्तुतः तापमान में कोई बदलाव नहीं होता है, हालांकि वे केवल पिकोफैराड और कम नैनोफैरड रेंज में कम कैपेसिटेंस मानों के लिए उपलब्ध होते हैं।

X7R - ये उचित हैं, ऑपरेटिंग रेंज में केवल एक छोटा प्रतिशत परिवर्तन के साथ।

Y5V - जैसा कि आप देख सकते हैं कि ये ग्राफ पर सबसे तेज वक्र हैं, जिसकी चोटी 10C के आसपास है। यह प्रभाव की उपयोगिता को कुछ हद तक सीमित करता है, क्योंकि यदि सेंसर के कभी भी 10 डिग्री से नीचे जाने की संभावना है, तो यह निर्धारित करना असंभव होगा कि यह शिखर का कौन सा पक्ष है।

ग्राफ पर दिखाए गए अन्य डाइलेक्ट्रिक्स ऊपर वर्णित तीन सबसे लोकप्रिय के बीच के मध्यवर्ती चरण हैं।

तो हम इसे कैसे माप सकते हैं? एक माइक्रोकंट्रोलर का तर्क स्तर होता है जिस पर इसके इनपुट को उच्च माना जाता है। यदि हम संधारित्र को एक रोकनेवाला (चार्ज समय को नियंत्रित करने के लिए) के माध्यम से चार्ज करते हैं, तो उच्च स्तर तक पहुंचने का समय समाई मूल्य के समानुपाती होगा।

चरण 2: अपनी सामग्री इकट्ठा करें

आपको चाहिये होगा:

• Y5V कैपेसिटर, मैंने 100nF 0805 आकार का उपयोग किया।
• कैपेसिटर को माउंट करने के लिए प्रोटोटाइप बोर्ड के छोटे टुकड़े।
• सेंसर को इन्सुलेट करने के लिए हीटश्रिंक। वैकल्पिक रूप से आप उन्हें एपॉक्सी में डुबो सकते हैं, या इन्सुलेशन टेप का उपयोग कर सकते हैं।
• नेटवर्क केबल जिसे 4 ट्विस्टेड पेयर प्राप्त करने के लिए नीचे उतारा जा सकता है। मुड़ जोड़े का उपयोग करना अनिवार्य नहीं है, लेकिन घुमा विद्युत शोर को कम करने में मदद करता है।
• माइक्रोकंट्रोलर - मैंने एक Arduino का उपयोग किया है लेकिन कोई भी करेगा
• रेसिस्टर्स - मैंने 68k का उपयोग किया है लेकिन यह आपके कैपेसिटर के आकार पर निर्भर करता है और आप माप को कितना सटीक बनाना चाहते हैं।

उपकरण:

• सोल्डरिंग आयरन।
• माइक्रोकंट्रोलर / Arduino को माउंट करने के लिए प्रोटोटाइप बोर्ड।
• हीट श्रिंक के लिए हीट गन। सिगरेट लाइटर का उपयोग थोड़े खराब परिणामों के साथ भी किया जा सकता है।
• इन्फ्रारेड थर्मामीटर या थर्मोकपल, सेंसर को कैलिब्रेट करने के लिए।
• चिमटी।

चरण 3: अपने कैपेसिटर को मिलाएं

यहां किसी स्पष्टीकरण की आवश्यकता नहीं है - बस अपनी पसंदीदा सोल्डरिंग विधि का उपयोग करके उन्हें अपने बोर्डों में फिट करें, और दो तारों को संलग्न करें।

चरण 4: सेंसर को इंसुलेट करें

सेंसर के ऊपर उचित आकार की हीटश्रिंक ट्यूब फिट करें, यह सुनिश्चित करें कि कोई सिरा उजागर न हो, और गर्म हवा का उपयोग करके इसे सिकोड़ें।

चरण 5: अपने प्रतिरोधी को फिट करें और सेंसर को कनेक्ट करें

मैंने निम्नलिखित पिनआउट का चयन किया।

पिन 3: आउटपुट

PIN2: इनपुट

चरण 6: सॉफ्टवेयर लिखें

मूल माप तकनीक ऊपर दिखाई गई है। यह समझाने के लिए कि यह कैसे काम करता है, मिलिस () कमांड का उपयोग करके मिलीसेकंड की संख्या लौटाता है क्योंकि Arduino को संचालित किया गया था। यदि आप माप की शुरुआत और अंत में रीडिंग लेते हैं, और अंत से शुरुआती मान घटाते हैं तो आपको कैपेसिटर को चार्ज करने के लिए मिलीसेकंड में समय मिलता है।

माप के बाद, यह बहुत महत्वपूर्ण है कि आप कैपेसिटर को डिस्चार्ज करने के लिए आउटपुट पिन को कम सेट करें, और माप को दोहराने से पहले उचित मात्रा में प्रतीक्षा करें ताकि कैपेसिटर पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाए। मेरे मामले में एक सेकंड पर्याप्त था।

फिर मैंने परिणामों को सीरियल पोर्ट से बाहर निकाल दिया ताकि मैं उनका अवलोकन कर सकूं। प्रारंभ में मैंने पाया कि मिलीसेकंड पर्याप्त सटीक नहीं था (केवल एक आंकड़ा मान दे रहा था), इसलिए मैंने माइक्रोसेकंड में परिणाम प्राप्त करने के लिए माइक्रो () कमांड का उपयोग करने के लिए इसे बदल दिया, जैसा कि आप उम्मीद करेंगे कि पिछले मान के लगभग 1000x था। लगभग 5000 पर परिवेश मूल्य में काफी उतार-चढ़ाव आया, इसलिए इसे पढ़ना आसान बनाने के लिए I को 10 से विभाजित किया गया।

चरण 7: अंशांकन करें

मैंने 27.5C (कमरे का तापमान - यूके के लिए यहाँ गर्म!) पर रीडिंग ली, फिर सेंसर बंडल को फ्रिज में रखा और इन्फ्रारेड थर्मामीटर से जाँच करते हुए उन्हें लगभग 10C तक ठंडा होने दिया। मैंने रीडिंग का दूसरा सेट लिया, फिर उन्हें डीफ़्रॉस्ट सेटिंग पर ओवन में रख दिया, थर्मामीटर से लगातार निगरानी करते हुए जब तक वे 50C पर रिकॉर्ड करने के लिए तैयार नहीं हो जाते।

जैसा कि आप ऊपर के भूखंडों से देख सकते हैं, परिणाम काफी रैखिक थे, और सभी 4 सेंसरों के अनुरूप थे।

चरण 8: सॉफ्टवेयर राउंड 2

मैंने अब अपने सॉफ़्टवेयर को Arduino मैप फ़ंक्शन का उपयोग करके संशोधित किया है, प्लॉट्स से ऊपरी और निचले औसत रीडिंग को क्रमशः 10C और 50C तक रीमैप करने के लिए।

सभी योजना के अनुसार काम कर रहे हैं, मैंने तापमान सीमा में कुछ जांच की है।

चरण 9: परियोजना सारांश - पेशेवरों और विपक्ष

तो वहां आपके पास है, घटकों में £0.01 से कम के लिए एक तापमान संवेदक।

तो, आप इसे अपने प्रोजेक्ट में क्यों नहीं करना चाहेंगे?

• आपूर्ति वोल्टेज के साथ कैपेसिटेंस में उतार-चढ़ाव होता है, इसलिए एक विनियमित आपूर्ति का उपयोग करना चाहिए (बैटरी से सीधे बिजली नहीं मिल सकती है) और यदि आप आपूर्ति बदलने का निर्णय लेते हैं तो आपको सेंसर को फिर से जांचना होगा।
• कैपेसिटेंस केवल एक चीज नहीं है जो तापमान के साथ बदलती है - विचार करें कि आपके माइक्रोकंट्रोलर पर आपका इनपुट उच्च थ्रेशोल्ड तापमान के साथ बदल सकता है, और इसे आमतौर पर डेटाशीट में किसी भी सटीकता के साथ परिभाषित नहीं किया जाता है।
• जबकि मेरे 4 कैपेसिटर सभी काफी सुसंगत थे, वे एक ही बैच और एक ही घटक रील से थे और मुझे ईमानदारी से पता नहीं है कि बैच-टू-बैच भिन्नता कितनी खराब होगी।
• यदि आप केवल कम तापमान (10C से नीचे) या उच्च तापमान (10C से ऊपर) को मापना चाहते हैं, तो यह ठीक है, लेकिन अपेक्षाकृत बेकार है यदि आपको दोनों को मापने की आवश्यकता है।
• माप धीमा है! इससे पहले कि आप फिर से माप सकें, आपको कैपेसिटर को पूरी तरह से डिस्चार्ज करना होगा।

मुझे आशा है कि इस परियोजना ने आपको कुछ विचार दिए हैं, और हो सकता है कि आप अन्य घटकों का उपयोग उन उद्देश्यों के अलावा अन्य उद्देश्यों के लिए करने के लिए प्रेरित करें जो वे चाहते थे।