Eenvoudige LED digitale temperatuursensor - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Een eenvoudige, goedkope, digitale elektronische temperatuursensor

H. William James, augustus 2015

Abstracte knipperende LED's bevatten een kleine IC-chip die ervoor zorgt dat ze continu aan en uit knipperen wanneer er spanning op staat. Deze studie toont aan dat de knippersnelheid afhankelijk is van de temperatuur als de aangelegde spanning over de LED constant blijft. Zo kan de knipperende LED worden gebruikt om de temperatuur te meten en zorgt voor een digitale uitgang.

Invoering

Light Emitting Diodes (LED) zijn er in vele vormen en zenden een verscheidenheid aan kleuren uit. Een ander type LED is de knipperende of knipperende LED. Dit zijn LED's met een kleine IC-multivibratorchip die erin is ingebed en die ervoor zorgen dat de LED begint te knipperen wanneer deze is aangesloten op een voedingsbron. Knipperende LED's kunnen worden gekocht voor minder dan een dollar per stuk en zijn verkrijgbaar in verschillende kleuren.

Het aantal led-flitsen per minuut of de knippersnelheid van de led is niet constant. Het zal variëren met significante veranderingen in de aangelegde spanning (lagere spanning = snellere flitssnelheid en vice versa). Uit studies van de auteur, die in 2010 begonnen, bleek echter dat de flitssnelheid per minuut lineair en nauwkeurig varieert met veranderende temperatuur. Naarmate de temperatuur daalt (stijgt), neemt de knippersnelheid van de LED toe (verlaagt). Rode LED's knipperen het snelst, gele knipperen langzamer en groene zelfs langzamer over een bepaald tijdsbestek.

Een knipperende LED gebruiken om de temperatuur te meten

Om de temperatuur nauwkeurig te meten met een knipperende LED, is een constante spanningsbron vereist. Een voeding van 2 tot 6 V gelijkstroom uit een stopcontact kan een stabiele spanning leveren over een knipperende LED die in serie is geplaatst met een weerstand van 10 tot 30 Ohm. Als een batterij wordt gebruikt, kan de spanning worden gestabiliseerd door een spanningsregelaar IC-chip over de batterij te gebruiken.

Terwijl de LED knippert, varieert de spanningsval erover. Om de knipperfrequentie van de LED te registreren, kan deze worden ingebouwd in een circuit dat het aantal knipperingen (en de temperatuur) dat gedurende een tijdsperiode van bijvoorbeeld één minuut is opgetreden, telt en zelfs weergeeft en verzendt. In deze studie werd een knipperende LED opgenomen in een eenvoudig audio-oscillatorcircuit. Terwijl de LED aan en uit knippert, zendt de oscillator hoorbare "piepjes" uit naar een luidspreker. De softwaretoepassing of app, "LiveBPM", die de beats per minuut van een nummer weergeeft, pikt deze piepjes op en telt en geeft ze weer als beats per minute (BPM). Zie afbeelding 1. Met een kalibratiekaart of -tabel die de piepfrequentie versus de temperatuur weergeeft, kan de temperatuur worden bepaald vanaf het display.

LED-knippersnelheid versus temperatuurverandering

Figuur 2 toont een grafiek van de knipperfrequentie per temperatuurverandering voor twee gele knipperende LED's. De LED werd vergeleken met een nauwkeurige elektronische digitale thermometer die in de buurt was geplaatst. Merk in de afbeelding op dat de kalibratie lineair is van minimaal +16 tot bijna -20C. Over dit bereik is de snelheid van temperatuurverandering ongeveer 0,95C/knipperen voor een gele LED.

Figuur 3 toont de knippersnelheid per minuut voor een gele knipperende LED van +35,2 tot -18,5C. Een best passende logaritmische curve werd toegevoegd (dunne lijn). De totale veranderingssnelheid is ongeveer 1C/knipperen.

De LED's zijn maandenlang getest en de kalibratie blijft stabiel. Met LiveBPM kan men temperatuurveranderingen in de buurt van 0,1C detecteren. De nauwkeurigheid van de knipperende LED ligt rond de +/- 0,5C van minimaal +35 tot -20C. De temperatuurresponstijd van de sensor is niet traag. Na verwijdering uit een vriezer waar het kouder was dan -15C, herstelde de sensor in slechts een paar minuten naar +17C. Door de LED-plastic kap weg te scheren, versnelt u de responstijd. Verdere testen van de LEDS over een breder temperatuurbereik zullen worden gedaan en op deze website worden geplaatst.

Wat ervoor zorgt dat de LED-knippersnelheid verandert met de temperatuur is niet duidelijk. Temperatuurveranderingen hebben invloed op de prestaties van diodes, weerstanden en condensatoren. Deze componenten bevinden zich in de LED- en IC-chip. Een andere mogelijkheid is dat de LED-componenten fysiek veranderen (bijvoorbeeld uitzetten en krimpen) met temperatuurverandering en dit verandert het IC-circuit, waardoor de knippersnelheid verandert.

conclusies

De knipperende LED kan worden gebruikt om eenvoudig de temperatuur te meten. De temperatuurrespons in deze studie laat zien dat deze over het algemeen lineair is van ongeveer +35 tot -20C. Verdere tests zullen worden uitgevoerd over een groter temperatuurbereik en de resultaten zullen op deze website worden gepubliceerd. De knipperende LED-sensor zorgt voor eenvoudigere, goedkopere elektronische circuitontwerpen om de temperatuur te meten en weer te geven.

Figuren

Figuur 1. LiveBPM App weergave van "beats per minute". Hier toont het echter temperatuurveranderingen over een periode van 30 minuten van een knipperende rode LED die in een audio-oscillatorcircuit is geplaatst. De veranderingssnelheid voor een rode LED is ongeveer 0,84C/knipperen

Figuur 2. Temperatuurkalibratiegrafiek voor twee knipperende gele LED's. De x-as is de temperatuur (graden C) en de Y-as is de knippersnelheid van de LED gedurende 1 minuut. LiveBPM-software werd gebruikt om de knippersnelheid van de LED's te bepalen.

Figuur 3. Kalibratieplot voor één geel knipperende LED. De x-as is het aantal knipperingen per minuut en de y-as is de temperatuur (C) en elk gegevenspunt toont de gemeten temperatuur. Dunne zwarte lijn is een best passende logaritmische curve.

Referenties:

Lichtgevende diode:

Temperatuureffect op diodes:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Mijn andere webpagina's,

Zelfgemaakte weerinstrumenten

Zelfgemaakte grote telescoop

Zelfgemaakte hete pepersaus

Copyright 2016: H. W. James