Jednoduchý LED digitálny snímač teploty: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Jednoduchý, nízkonákladový, digitálny elektronický snímač teploty

H. William James, august 2015

Abstrakt Blikajúce diódy LED obsahujú malý čip IC, ktorý spôsobuje nepretržité blikanie zapínania a vypínania pri použití napätia. Táto štúdia ukazuje, že rýchlosť blikania závisí od teploty, ak aplikované napätie cez diódu LED zostane konštantné. Blikajúcu LED diódu je možné použiť na meranie teploty a poskytuje digitálny výstup.

Úvod

Svetelné diódy (LED) majú mnoho tvarov a vyžarujú rôzne farby. Ďalším typom diódy LED je blikajúca alebo blikajúca dióda LED. Jedná sa o LED diódy s malým integrovaným čipom multivibrátora IC, ktoré spôsobujú, že LED dióda začne blikať po pripojení k zdroju napájania. Blikajúce LED diódy je možné zakúpiť za cenu nižšiu ako jeden dolár a sú k dispozícii v rôznych farbách.

Počet LED bliknutí za minútu alebo miera blikania LED nie je konštantná. Bude sa meniť s významnými zmenami v aplikovanom napätí (nižšie napätie = vyššia rýchlosť záblesku a naopak). Štúdie autora z roku 2010 však zistili, že rýchlosť blesku za minútu sa mení lineárne a presne s meniacou sa teplotou. Keď teplota klesá (zvyšuje sa), rýchlosť blikania diódy LED sa zvyšuje (znižuje). Červené LED diódy blikajú najrýchlejšie, zatiaľ čo žlté v danom časovom rozsahu blikajú pomalšie a zelené ešte pomalšie.

Na meranie teploty použite blikajúcu diódu LED

Na presné meranie teploty pomocou blikajúcej LED diódy je potrebný zdroj konštantného napätia. Napájanie 2 až 6 V DC z elektrickej zásuvky v stene môže poskytovať stabilné napätie na blikajúcej dióde LED umiestnenej v sérii s odporom 10 až 30 ohmov. Ak je použitá batéria, napätie je možné stabilizovať pomocou čipu IC regulátora napätia naprieč batériou.

Keď LED dióda bliká, pokles napätia na nej sa líši. Na zaznamenanie rýchlosti blikania diódy LED môže byť vstavaný do obvodu, ktorý počíta a dokonca zobrazuje a prenáša počet bliknutí (a teplotu), ktoré nastali v časovom období, ako je napríklad jedna minúta. V tejto štúdii bola blikajúca dióda LED začlenená do jednoduchého obvodu audio-oscilátora. Keď LED dióda bliká a zhasína, oscilátor vydá reproduktoru počuteľné „pípnutia“. Softvérová aplikácia alebo aplikácia „LiveBPM“, ktorá zobrazuje údery skladby za minútu, zachytí tieto pípnutia a spočíta ich a zobrazí ich ako úderov za minútu (BPM). Pozri obrázok 1. Kalibračná tabuľka alebo tabuľka znázorňujúca pípnutie v závislosti od teploty umožňuje určiť teplotu z displeja.

Rýchlosť blikania LED vs. zmena teploty

Obrázok 2 zobrazuje graf rýchlosti blikania na zmenu teploty pre dve žlté blikajúce diódy LED. LED dióda bola porovnaná s presným elektronickým digitálnym teplomerom umiestneným v blízkosti. Na obrázku si všimnite, že kalibrácia je lineárna od najmenej +16 do takmer -20 ° C. V tomto rozsahu je rýchlosť zmeny teploty asi 0,95 ° C/bliknutie pre žltú LED diódu.

Obrázok 3 zobrazuje rýchlosť blikania za minútu pre žltú blikajúcu LED od +35,2 do -18,5 ° C. Bola pridaná najlepšie vyhovujúca logaritmická krivka (tenká čiara). Celková rýchlosť zmeny je asi 1 ° C/žmurknutie.

LED diódy boli testované niekoľko mesiacov a kalibrácia zostáva stabilná. Pomocou LiveBPM je možné detekovať zmeny teploty blízko 0,1 ° C. Presnosť blikajúcej LED diódy sa pohybuje okolo +/- 0,5 ° C najmenej od +35 do -20 ° C. Časová odozva senzora na teplotu nie je pomalá. Po vybratí z mrazničky, kde bolo chladnejšie ako -15 ° C, sa senzor za pár minút dostal na +17 ° C. Oholenie plastového krytu LED pomáha urýchliť dobu odozvy. Uskutoční sa ďalšie testovanie LED v širšom teplotnom rozsahu a zverejní sa na tejto webovej stránke.

Nie je jasné, čo spôsobuje zmenu rýchlosti blikania LED s teplotou. Teplotné zmeny ovplyvňujú výkon diód, rezistorov a kondenzátorov. Tieto komponenty sú vo vnútri LED a IC čipu. Ďalšou možnosťou je, že komponenty LED sa fyzicky menia (napr. Rozpínajú a sťahujú) so zmenou teploty a to mení obvod IC, čo spôsobuje zmenu rýchlosti blikania.

Závery

Blikajúcu LED diódu je možné použiť na jednoduché meranie teploty. Teplotná odozva v tejto štúdii ukazuje, že je spravidla lineárna od asi +35 do -20 ° C. Ďalšie testovanie sa uskutoční v širšom teplotnom rozsahu a výsledky budú zverejnené na tomto webe. Blikajúci LED senzor umožňuje jednoduchší a lacnejší návrh elektronických obvodov na meranie a zobrazenie teploty.

Figúrky

Postava 1. Aplikácia LiveBPM zobrazuje „údery za minútu“. Tu však zobrazuje zmeny teploty v priebehu 30 minút z blikajúcej červenej diódy LED vloženej do obvodu zvukového oscilátora. Rýchlosť zmeny červenej LED diódy je asi 0,84 ° C/blikanie

Obrázok 2. Graf kalibrácie teploty pre dve blikajúce žlté diódy LED. Os x je teplota (stupne C) a os Y je rýchlosť blikania LED diódy počas 1 minúty. Na určenie rýchlosti blikania diód LED bol použitý softvér LiveBPM.

Obrázok 3. Kalibračný diagram pre jednu žltú blikajúcu diódu LED. Os x je bliknutie za minútu a os y je teplota (C) a každý údajový bod zobrazuje nameranú teplotu. Tenká čierna čiara je najvhodnejšou logaritmickou krivkou.

Referencie:

Svetelná dióda:

Teplotný vplyv na diódy:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Moje ďalšie webové stránky,

Domáce meteorologické nástroje

Domáci veľký ďalekohľad

Domáca omáčka z pálivej papriky

Copyright 2016: H. W. James