تحديد متوسط الاستهلاك الحالي لجهاز متقطع منخفض الطاقة: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

مقدمة

بدافع الفضول ، أردت معرفة المدة التي قد تدوم فيها البطاريات في مستشعر درجة الحرارة عن بُعد. يتطلب الأمر خليتين AA على التوالي ، لكن لا يساعد في وضع مقياس التيار الكهربائي في الطابور ومشاهدة الشاشة لأن الطاقة تُستهلك في رشقات نارية. كل دقيقتين ، يقوم الجهاز بتشغيل جهاز الإرسال 433 ميجاهرتز لبضع ثوان ، ثم يعود إلى حالة الهدوء المتمثلة في الاحتفاظ بالوقت حتى الإرسال التالي.

كنت بحاجة إلى وسيلة لتجميع الاستهلاك الحالي الإجمالي على مدى ساعات للحصول على متوسط. لقد فعلت ذلك عن طريق تشغيل الجهاز من Super Capacitor وحساب متوسط التيار الفعال من انخفاض جهد المكثف على مدار ساعات.

من الواضح أن هذا لا يمكن أن يسفر عن نتيجة دقيقة تمامًا لأن المكثف يعاني من بعض التسرب الداخلي ويفقد الشحنة في كل مرة يتم فيها توصيل الفولتميتر للحصول على قراءة. لكن النتائج التي تم الحصول عليها دقيقة بشكل كافٍ لأغراضي المتمثلة في تحديد المدة التي قد تستمر فيها البطاريات العادية.

اللوازم

• الجهاز قيد الاختبار (في حالتي جهاز استشعار درجة الحرارة عن بعد)
• الفولتميتر (جهاز رقمي متعدد مثالي)
• Super Capacitor (لقد استخدمت 4 Farad 5.5V واحد)
• الساعة (لتدوين عند أخذ القراءات)
• يؤدي مقطع التمساح.

الخطوة 1: فحص المعدات

تأكد من أن المكثف الفائق يحمل شحنته بشكل كافٍ.

باستخدام خليتي AA (بافتراض أنهما مشحونان بالكامل) قم بتوصيلهما بـ SuperCap لإحضاره إلى 3 فولت. قطع الاتصال. قم بقياس جهد SuperCap للتحقق من أنه يقول 3 فولت (أو تقريبًا) ولاحظ الجهد والوقت. افصل الفولتميتر. انتظر بضع ساعات. قم بقياس جهد SuperCap مرة أخرى للتحقق مما إذا كان هناك تسريب خطير. نأمل أن يتغير ذلك بصعوبة. لا يزال لدى 4 Farad SuperCap نصف جهده الأولي بعد شهر!

بالمناسبة ، تجربتي مع SuperCaps تشير إلى أنه كلما زادت السعة ، زادت سرعة تسرب الفولتية. مكثف 100 فاراد يفقد نصف جهده في أقل من يوم واحد.

الخطوة 2: خذ القياسات

قم بتوصيل SuperCap بالطاقة بالجهاز قيد الاختبار وقياس الجهد الأولي ، وتذكر ملاحظة الوقت أيضًا.

اترك الجهاز ليعمل من SuperCap وتحقق من الجهد كل بضع ساعات. بمجرد أن ينخفض الجهد ، على سبيل المثال ، 25 في المائة (ما بين انخفاض نصف إلى واحد فولت لجهاز 3 فولت) لاحظ الجهد ومرة أخرى.

لا تفترض أن الركض لفترة أطول سيكون أفضل لأنه إذا انخفض الجهد الكهربائي منخفضًا جدًا ، فقد يتوقف الجهاز عن العمل.

الخطوة 3: حل الرياضيات

بالنسبة لمكثف مثالي (مثالي من الناحية النظرية) ، يتم التعبير عن التفريغ من خلال الحمل بالصيغة الزرقاء الموضحة.

أين:

Vc = جهد المكثف النهائي Vs = جهد المكثف الأولي = الثابت الرياضي تقريبًا 2.718t = الوقت بالثواني R = مقاومة الحمل C = السعة

كل ما علينا فعله هو حساب R مما سبق. ثم معرفة المقاومة الفعالة ومتوسط الجهد الموفر يمكننا الحصول على متوسط الاستهلاك الحالي. هذا ليس بالأمر السهل إلا إذا كنت عالم رياضيات متقدمًا. لتسهيل الأمر ، نعيد ترتيب هذه الصيغة أولاً وفقًا لإصدار BLACK - & - WHITE حيث يكون R هو الموضوع.

(* تعني الضرب و ln () تعني اللوغاريتم الطبيعي لما هو بين الأقواس.)

إن ممارسة الرياضيات أمر مزعج وعرضة للخطأ ، لذلك قمت بعمل جدول بيانات للقيام برفع الأحمال الثقيلة.

سترى من جدول البيانات الخاص بي أنني استخدمت أولاً مقاوم حمل معروف للتحقق من دقة هذا النهج. أسوأ حالتي كانت خطأ أقل من 10 في المائة. ليس سيئا جدا.

الخطوة 4: تنزيل جدول البيانات لتجاربك الخاصة

يمكنك تنزيل جدول البيانات الخاص بي ووضع قيمك الخاصة في الأعمدة عند إجراء تجاربك الخاصة.

استنتاج

هذه الطريقة لتحديد متوسط الاستهلاك الحالي مناسبة لمعظم الأغراض العملية.

كما سترى من جدول البيانات ، يبدو أن مستشعر درجة الحرارة عن بعد يستهلك حوالي 85 ميكرو أمبير. إذا افترضت ببساطة أن هذا 100 ميكرو أمبير ، فهذا يعني أن بطاريات 2000 مللي أمبير في الجهاز يجب أن تدوم 20000 ساعة - بضع سنوات. وهو ما أردت أن أعرفه.