Einfacher digitaler LED-Temperatursensor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:20

Ein einfacher, kostengünstiger, digitaler elektronischer Temperatursensor

H. William James, August 2015

Zusammenfassung Blinkende LEDs enthalten einen kleinen IC-Chip, der sie beim Anlegen einer Spannung ständig ein- und ausblinken lässt. Diese Studie zeigt, dass die Blinkrate temperaturabhängig ist, wenn die an der LED angelegte Spannung konstant bleibt. Somit kann die blinkende LED zur Temperaturmessung verwendet werden und bietet einen digitalen Ausgang.

Einführung

Leuchtdioden (LED) gibt es in vielen Formen und emittieren eine Vielzahl von Farben. Eine andere Art von LED ist die blinkende oder blinkende LED. Dies sind LEDs mit einem winzigen IC-Multivibrator-Chip, der darin eingebettet ist, dass die LED zu blinken beginnt, wenn sie an eine Stromquelle angeschlossen wird. Blinkende LEDs können für weniger als einen Dollar pro Stück erworben werden und sind in einer Vielzahl von Farben erhältlich.

Die Anzahl der LED-Blitze pro Minute bzw. die Blinkfrequenz der LED ist nicht konstant. Sie variiert mit signifikanten Änderungen der angelegten Spannung (niedrigere Spannung = schnellere Blitzrate und umgekehrt). Studien des Autors, die im Jahr 2010 begannen, ergaben jedoch, dass die Blitzrate pro Minute bei Temperaturänderungen linear und genau variiert. Wenn die Temperatur sinkt (erhöht), erhöht (verringert) sich die Blinkfrequenz der LED. Rote LEDs blinken in einem bestimmten Zeitbereich am schnellsten, während gelbe langsamer und grüne noch langsamer blinken.

Verwenden einer blinkenden LED zum Messen der Temperatur

Um die Temperatur mit einer blinkenden LED genau zu messen, ist eine Konstantspannungsquelle erforderlich. Eine 2 bis 6 V DC-Stromversorgung von einer AC-Wandsteckdose kann eine stabile Spannung über eine blinkende LED liefern, die in Reihe mit einem 10 bis 30 Ohm Widerstand geschaltet ist. Wenn eine Batterie verwendet wird, kann die Spannung stabilisiert werden, indem ein Spannungsregler-IC-Chip über die Batterie verwendet wird.

Wenn die LED blinkt, variiert der Spannungsabfall darüber. Um die Blinkfrequenz der LED aufzuzeichnen, kann sie in einen Schaltkreis eingebaut werden, der zählt und sogar die Anzahl der Blinksignale (und die Temperatur) anzeigt und überträgt, die über einen Zeitraum von beispielsweise einer Minute aufgetreten sind. In dieser Studie wurde eine blinkende LED in eine einfache Audio-Oszillatorschaltung eingebaut. Während die LED ein- und ausblinkt, gibt der Oszillator hörbare „Pieptöne“an einen Lautsprecher ab. Die Softwareanwendung oder App „LiveBPM“, die die Schläge pro Minute eines Songs anzeigt, nimmt diese Pieptöne auf und zählt sie und zeigt sie als Schläge pro Minute (BPM) an. Siehe Abbildung 1. Eine Kalibrierungstabelle oder -tabelle, die die Signaltonrate im Verhältnis zur Temperatur zeigt, ermöglicht die Bestimmung der Temperatur auf dem Display.

LED-Blinkfrequenz vs. Temperaturänderung

Abbildung 2 zeigt ein Diagramm der Blinkrate pro Temperaturänderung für zwei gelb blinkende LEDs. Die LED wurde mit einem genauen elektronischen Digitalthermometer in der Nähe verglichen. Beachten Sie in der Abbildung, dass die Kalibrierung von mindestens +16 bis etwa -20 °C linear ist. Über diesen Bereich beträgt die Temperaturänderungsrate etwa 0,95 °C/Blinken für eine gelbe LED.

Abbildung 3 zeigt die Blinkrate pro Minute für eine gelb blinkende LED von +35,2 bis -18,5 °C. Eine logarithmische Best-Fit-Kurve wurde hinzugefügt (dünne Linie). Die Gesamtänderungsrate beträgt etwa 1C/Blinken.

Die LEDs wurden monatelang getestet und die Kalibrierung bleibt stabil. Mit LiveBPM kann man Temperaturänderungen nahe 0,1C erkennen. Die Genauigkeit der blinkenden LED liegt bei +/- 0,5C von mindestens +35 bis -20C. Die Temperaturansprechzeit des Sensors ist nicht langsam. Nach dem Herausnehmen aus einem Gefrierschrank, in dem es kälter als -15 °C war, erholte sich der Sensor in nur wenigen Minuten auf +17 °C. Das Wegschneiden der LED-Kunststoffabdeckung beschleunigt die Reaktionszeit. Weitere Tests der LEDs über einen breiteren Temperaturbereich werden durchgeführt und auf dieser Website veröffentlicht.

Was dazu führt, dass sich die LED-Blinkfrequenz mit der Temperatur ändert, ist nicht klar. Temperaturänderungen beeinflussen die Leistung von Dioden, Widerständen und Kondensatoren. Diese Komponenten befinden sich im Inneren der LED und des IC-Chips. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass sich die LED-Komponenten bei Temperaturänderungen physikalisch ändern (z. B. ausdehnen und zusammenziehen), und dies ändert die IC-Schaltung, was eine Änderung der Blinkrate verursacht.

Schlussfolgerungen

Mit der blinkenden LED lässt sich die Temperatur einfach messen. Die Temperaturantwort in dieser Studie zeigt, dass sie von etwa +35 bis -20 °C im Allgemeinen linear ist. Weitere Tests werden über einen breiteren Temperaturbereich durchgeführt und die Ergebnisse auf dieser Website veröffentlicht. Der blinkende LED-Sensor ermöglicht einfachere, kostengünstigere elektronische Schaltungsdesigns zum Messen und Anzeigen der Temperatur.

Figuren

Abbildung 1. LiveBPM App-Anzeige von "Beats per Minute". Hier zeigt es jedoch Temperaturänderungen über einen Zeitraum von 30 Minuten durch eine blinkende rote LED an, die in einen Audiooszillatorkreis eingefügt ist. Die Änderungsrate für eine rote LED beträgt etwa 0,84C/Blinken

Abbildung 2. Temperaturkalibrierungsdiagramm für zwei blinkende gelbe LEDs. Die X-Achse ist die Temperatur (Grad C) und die Y-Achse ist die Blinkrate der LED während 1 Minute. Mit der LiveBPM-Software wurde die Blinkrate der LEDs ermittelt.

Abbildung 3. Kalibrierkurve für eine gelb blinkende LED. Die x-Achse ist das Blinken pro Minute und die y-Achse ist die Temperatur (C) und jeder Datenpunkt zeigt die gemessene Temperatur. Die dünne schwarze Linie ist eine am besten angepasste logarithmische Kurve.

Verweise:

Leuchtdiode:

Temperatureinfluss auf Dioden:

en.wikipedia.org/wiki/Diode#Temperature_measurements

LiveBPM:

Meine anderen Webseiten,

Hausgemachte Wetterinstrumente

Selbstgebautes großes Teleskop

Hausgemachte Peperonisauce

Copyright 2016: H. W. James