Enkel LED digital temperatursensor: 3 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

En enkel, billig, digital elektronisk temperatursensor

H. William James, augusti 2015

Abstrakt blinkande lysdioder innehåller ett litet IC -chip som gör att de kontinuerligt blinkar till och från när en spänning appliceras. Denna studie visar att blinkhastigheten är beroende av temperaturen om den applicerade spänningen över lysdioden förblir konstant. Således kan den blinkande lysdioden användas för att mäta temperatur och ger en digital utgång.

Introduktion

Light Emitting Diodes (LED) finns i många former och avger en mängd olika färger. En annan typ av LED är blinkande eller blinkande LED. Dessa är lysdioder med ett litet IC -multivibratorchip inbäddat som gör att lysdioden börjar blinka när den är ansluten till en strömkälla. Blinkande lysdioder kan köpas för mindre än en dollar vardera och finns i en mängd olika färger.

Antalet lysdioder blinkar per minut eller blinkningshastigheten för lysdioden är inte konstant. Det kommer att variera med betydande förändringar i den applicerade spänningen (lägre spänning = snabbare flashhastighet och vice versa). Studier av författaren, med början 2010, fann emellertid att blixtfrekvensen per minut varierar linjärt och exakt med förändrad temperatur. När temperaturen sjunker (ökar) ökar (minskar) blinkningshastigheten för lysdioden. Röda lysdioder blinkar snabbast, medan de gula blinkar långsammare och gröna lyser ännu långsammare under ett givet tidsintervall.

Använd en blinkande LED för att mäta temperaturen

För att mäta temperaturen exakt med en blinkande lysdiod krävs en konstant spänningskälla. En 2 till 6V likström från ett vägguttag kan ge stabil spänning över en blinkande lysdiod placerad i serie med ett 10 till 30 Ohm motstånd. Om ett batteri används kan spänningen stabiliseras genom att använda ett spänningsregulator IC -chip över batteriet.

När lysdioden blinkar varierar spänningsfallet över den. För att registrera blinkningshastigheten för lysdioden kan den byggas in i en krets som räknar och till och med visar och överför antalet blinkningar (och temperaturen) som inträffade under en tidsperiod, till exempel en minut. I denna studie införlivades en blinkande lysdiod i en enkel ljudoscillatorkrets. När lysdioden blinkar på och av, avger oscillatorn hörbara "pip" till en högtalare. Programvaran eller appen, “LiveBPM”, som visar slag per minut för en låt, tar upp dessa pip och räknar och visar dem som slag per minut (BPM). Se figur 1. Ett kalibreringstabell eller en tabell som visar piphastighet kontra temperatur gör det möjligt att bestämma temperaturen från displayen.

LED -blinkhastighet kontra temperaturförändring

Figur 2 visar en diagram över blinkningshastigheten per temperaturförändring för två gula blinkande lysdioder. Lysdioden jämfördes med en exakt elektronisk digital termometer placerad nära. Notera i figuren att kalibreringen är linjär från minst +16 till nära -20C. Över detta intervall är temperaturförändringshastigheten cirka 0,95C/blinkning för en gul lysdiod.

Figur 3 visar blinkhastigheten per minut för en gul blinkande lysdiod från +35,2 till -18,5C. En logaritmisk kurva med bäst passform tillsattes (tunn linje). Den totala förändringstakten är cirka 1C/blinkning.

Lysdioderna har testats i flera månader och kalibreringen förblir stabil. Med LiveBPM kan man upptäcka temperaturförändringar nära 0,1C. Noggrannheten hos den blinkande lysdioden är cirka +/- 0,5C från minst +35 till -20C. Sensorns temperaturresponstid är inte långsam. Efter borttagning från en frys där det var kallare än -15C återhämtade sig sensorn till +17C på bara ett par minuter. Att raka bort LED -plastkåpan hjälper till att påskynda svarstiden. Ytterligare test av lysdioderna över ett större temperaturintervall kommer att göras och läggas ut på denna webbplats.

Vad som orsakar LED -blinkningshastigheten att förändras med temperaturen är inte klart. Temperaturförändringar påverkar prestandan hos dioder, motstånd och kondensatorer. Dessa komponenter finns inuti LED- och IC -chipet. En annan möjlighet är att LED -komponenterna fysiskt förändras (t.ex. expanderar och drar ihop sig) med temperaturförändringar och detta ändrar IC -kretsen och orsakar en förändring av blinkningshastigheten.

Slutsatser

Den blinkande lysdioden kan användas för att enkelt mäta temperaturen. Temperaturresponsen i denna studie visar att den generellt är linjär från cirka +35 till -20C. Ytterligare tester kommer att göras över ett bredare temperaturintervall och resultaten publiceras på denna webbplats. Den blinkande LED -sensorn möjliggör enklare och billigare elektroniska kretsdesigner för att mäta och visa temperatur.

Figurer

Figur 1. LiveBPM App -visning av "slag per minut". Men här visar det temperaturförändringar under en 30 -minutersperiod från en blinkande röd lysdiod insatt i en ljudoscillatorkrets. Ändringstakten för en röd lysdiod är cirka 0,84 C/blinkning

Figur 2. Temperaturkalibreringsdiagram för två blinkande gula lysdioder. X-axeln är temperatur (grader C) och Y-axeln är blinkningshastigheten för lysdioden under 1 minut. LiveBPM -programvara användes för att bestämma blinkningshastigheten för lysdioderna.

Figur 3. Kalibreringsdiagram för en gul blinkande lysdiod. X-axeln är blinkningarna per minut och y-axeln är temperaturen (C) och varje datapunkt visar den uppmätta temperaturen. Tunn svart linje är en logaritmisk kurva som passar bäst.

Referenser:

Light Emitting Diode:

Temperatureffekt på dioder:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Mina andra webbsidor,

Hemmagjorda väderinstrument

Hemmagjort stort teleskop

Hemlagad Hot Pepper sås

Copyright 2016: H. W. James