Sensore di temperatura digitale a LED semplice: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:03

Un sensore di temperatura elettronico digitale semplice, a basso costo

H. William James, agosto 2015

I LED lampeggianti contengono un piccolo chip IC che li fa lampeggiare continuamente quando viene applicata una tensione. Questo studio mostra che la frequenza di lampeggio dipende dalla temperatura se la tensione applicata ai capi del LED rimane costante. Pertanto, il LED lampeggiante può essere utilizzato per misurare la temperatura e fornisce un'uscita digitale.

introduzione

I diodi ad emissione luminosa (LED) sono disponibili in molte forme ed emettono una varietà di colori. Un altro tipo di LED è il LED lampeggiante o lampeggiante. Si tratta di LED con un minuscolo chip multivibratore IC incorporato all'interno che fa sì che il LED inizi a lampeggiare quando è collegato a una fonte di alimentazione. I LED lampeggianti possono essere acquistati per meno di un dollaro ciascuno e sono disponibili in una varietà di colori.

Il numero di lampeggi del LED al minuto o la frequenza di lampeggio del LED non è costante. Varierà con cambiamenti significativi nella tensione applicata (tensione più bassa = frequenza di lampeggio più veloce e viceversa). Tuttavia, gli studi dell'autore, a partire dal 2010, hanno scoperto che la velocità del flash al minuto varia in modo lineare e preciso al variare della temperatura. Quando la temperatura diminuisce (aumenta) la frequenza di lampeggio del LED aumenta (diminuisce). I LED rossi lampeggiano più velocemente, mentre quelli gialli lampeggiano più lentamente e quelli verdi ancora più lentamente in un determinato intervallo di tempo.

Utilizzo di un LED lampeggiante per misurare la temperatura

Per misurare accuratamente la temperatura con un LED lampeggiante, è necessaria una sorgente di tensione costante. Un alimentatore da 2 a 6 V CC da una presa a muro CA può fornire una tensione stabile attraverso un LED lampeggiante posto in serie con un resistore da 10 a 30 Ohm. Se viene utilizzata una batteria, la tensione può essere stabilizzata utilizzando un chip IC regolatore di tensione attraverso la batteria.

Quando il LED lampeggia, la caduta di tensione su di esso varia. Per registrare la frequenza di lampeggio del LED può essere integrato in un circuito che conta e persino visualizza e trasmette il numero di lampeggi (e la temperatura) che si sono verificati in un periodo di tempo come un minuto. In questo studio, un LED lampeggiante è stato incorporato in un semplice circuito audio-oscillatore. Quando il LED lampeggia e si spegne, l'oscillatore emette dei "beep" udibili a un altoparlante. L'applicazione software o app, "LiveBPM", che visualizza i battiti al minuto di una canzone, raccoglie questi segnali acustici e li conta e li visualizza come battiti al minuto (BPM). Vedere la Figura 1. Un grafico o una tabella di calibrazione che mostra la frequenza dei segnali acustici rispetto alla temperatura consente di determinare la temperatura dal display.

Frequenza di lampeggio del LED rispetto alla variazione di temperatura

La Figura 2 mostra un grafico della frequenza di lampeggio per variazione di temperatura per due LED lampeggianti gialli. Il LED è stato confrontato con un accurato termometro digitale elettronico posizionato nelle vicinanze. Notare nella figura che la calibrazione è lineare da almeno +16 a quasi -20C. In questo intervallo, la velocità di variazione della temperatura è di circa 0,95°C/lampeggio per un LED giallo.

La Figura 3 mostra la frequenza di lampeggio al minuto per un LED lampeggiante giallo da +35,2 a -18,5C. È stata aggiunta una curva logaritmica best fit (linea sottile). Il tasso di variazione complessivo è di circa 1C/blink.

I LED sono stati testati per mesi e la calibrazione rimane stabile. Utilizzando LiveBPM, è possibile rilevare variazioni di temperatura intorno a 0,1 °C. La precisione del LED lampeggiante è di circa +/- 0,5 C da almeno +35 a -20 C. Il tempo di risposta della temperatura del sensore non è lento. Dopo essere stato rimosso da un congelatore dove faceva più freddo di -15°C, il sensore è tornato a +17°C in appena un paio di minuti. La rimozione della copertura in plastica del LED aiuta ad accelerare i tempi di risposta. Ulteriori test dei LED su un intervallo di temperatura più ampio verranno eseguiti e pubblicati su questo sito Web.

Ciò che causa la variazione della frequenza di lampeggio del LED con la temperatura non è chiaro. Le variazioni di temperatura influiscono sulle prestazioni di diodi, resistori e condensatori. Questi componenti si trovano all'interno del LED e del chip IC. Un'altra possibilità è che i componenti LED stiano cambiando fisicamente (ad esempio, espandendosi e contraendosi) con il cambiamento di temperatura e questo cambia il circuito IC, causando un cambiamento nella frequenza di lampeggio.

Conclusioni

Il LED lampeggiante può essere utilizzato per misurare facilmente la temperatura. La risposta alla temperatura in questo studio mostra che è generalmente lineare da circa +35 a -20C. Ulteriori test saranno effettuati su un intervallo di temperatura più ampio e i risultati saranno pubblicati su questo sito web. Il sensore LED lampeggiante consente progetti di circuiti elettronici più semplici ed economici per misurare e visualizzare la temperatura.

cifre

Figura 1. Visualizzazione dell'app LiveBPM dei "battiti al minuto". Tuttavia, qui sta visualizzando i cambiamenti di temperatura in un periodo di 30 minuti da un LED rosso lampeggiante inserito in un circuito oscillatore audio. La velocità di variazione per un LED rosso è di circa 0,84C/lampeggio

Figura 2. Grafico di calibrazione della temperatura per due LED gialli lampeggianti. L'asse x è la temperatura (gradi C) e l'asse Y è la frequenza di lampeggio del LED per 1 minuto. Il software LiveBPM è stato utilizzato per determinare la frequenza di lampeggio dei LED.

Figura 3. Grafico di calibrazione per un LED giallo lampeggiante. L'asse x è il lampeggio al minuto e l'asse y è la temperatura (C) e ogni punto dati mostra la temperatura misurata. La sottile linea nera è la curva logaritmica più adatta.

Riferimenti:

Diodo a emissione luminosa:

Effetto della temperatura sui diodi:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Le mie altre pagine web,

Strumenti meteorologici fatti in casa

Telescopio grande fatto in casa

Salsa al peperoncino fatta in casa

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