Kdysi dávno, ještě před začátkem doby LED-ové, jsem si koupil „designový“ lustr, a byly v něm halogeny s paticí G9. Tyto titěrné žárovky, do kterých se sotva vešlo wolframové vlákno, dnes samozřejmě mají svou LED-kovou náhradu. Na krabičce je hrdě uvedena životnost 25000 hodin, což jsou téměř tři roky nepřetržitého provozu. S trochou cynismu je však můžete považovat za věčné, protože vždy spolehlivě odejdou před uplynutím dvouleté záruky; stačí si tedy uložit účet… Z pohledu konstruktéra to ovšem je dost prekérní situace. Tady totiž dostává na frak iluze, že když vyzkouším svůj výrobek, nota bene v nejhorších podmínkách, a on funguje, je všechno v pořádku. Vyvedeme vás na úvod tohoto dílu z omylu krátkým představením součástek, které by vám mohly dělat problémy.

Na tyto součástky dejte největší pozor

LED – při vyšší teplotě rychle ztrácejí účinnost, viz graf. 

Obrázek: Ledrise

Pokud je LED více ks, roste i pravděpodobnost, že některé odejde zcela, a potom zhasnou všechny, co jsou s ní spojené v sérii. Což je případ z úvodu. Bohužel, LED nejsou jediné součástky, které nerady teplo.

Elektrolytické kondenzátory – jejich životnost klesá cca na polovinu se zvýšením teploty o 10°C. Ve venkovní elektronice použijeme vždy vysokoteplotní.

Akumulátory – vydaly by na samostatný článek, spíše knihu. Umísťují se zásadně do nejchladnější části výrobku. Při nabíjení za jiné, než pokojové teploty, je třeba respektovat pokyny výrobce. A nejspíš také zapomenout na slibovanou životnost.

OLED displeje – do venkovní elektroniky nejsou moc vhodné.

Součástky s feromagnetiky – čili motorky, větráčky, reproduktory, tlumivky, trafa, magnety … zde se bohužel součástka mění z fungující na nefungující někdy velmi rychle. Příklad: větráček, dle výrobce funkční do 80°C. Při 81°C fungoval jako by nic, při 82°C se zastavil.

Keramické kondenzátory – udávám jako příklad proto, že velkokapacitní multilayer kondenzátory z některých hmot mohou při vysoké teplotě ztratit i 90% své kapacity. Co taková změna udělá s parametry hardwaru, těžko zobecnit.

Závislost kapacity keramických kondenzátorů na teplotě. Obrázek: Wikipedia

Pojďme tedy měřit teplotu

Výše uvedené příklady by vás měly přesvědčit o tom, že měření teploty uvnitř vyvíjeného výrobku má svůj význam.  V minulém díle jsme s termokamerou možná našli tu součástku, která „neměla být vůbec teplá“, zjistili jsme, který článek baterie je nejteplejší, apod. Dnes jsme si možná přidali na seznam pár součástek, jejichž teplotu by bylo lepší vědět. Samozřejmě, jen pro jistotu – vše máme jistě pod kontrolou... Vznikl nám seznam, a nepřekvapivě, potřeba vícekanálového měření teploty. Samozřejmě, jsou i součástky, které si změří teplotu samy, mají čidlo na čipu, což je skvělé. O těch někdy příště. Nyní se soustředíme na výběr čidel.

Digitální čidla, hlavně s rozhraním I2C, jsou levná (řádově 10 Kč). Kdo je rozený bastlíř, nemůže jinak, než že si připojí tato čidla na nějaký vlastní hardware. Nabízí se také hotové převodníky z I2C na USB. Jelikož se touto volbou čidel ocitáme tak trochu v low-cost segmentu, budeme možná muset chvíli experimentovat, než se vše povede zprovoznit, ale rozpočet bude řádově menší.

Jednou z výhod jsou i malé rozměry čidel. Třeba extrémní Texas Instruments TMP118 s rozměry cca 0,6 x 0,6 mm.

Nevýhodou je omezený teplotní rozsah, obvykle do 125°C, zatímco Pt čidla, viz dále, zvládají 500 °C (slovy, pět set).

Analogová čidla, „stará škola“ – dnes takřka výhradně PT-1000, využijete, pokud se rozhodnete být více profi a koupíte si záznamník (datalogger) teploty. Záznamník má tu výhodu, že vám bude měřit teplotu, i když vaše zařízení klekne, a klidně i týden, měsíc v nastavených intervalech, nepřijdete o data, a také je to oficiální měřidlo (často i s kalibračním listem).

Příklad 4-kanálového dataloggeru pro čidla PT-1000 Comet system

Nyní se nenechte zaskočit cenou PT-1000 čidel – ano, hotová čidla „pro mantáky“ jsou drahá, stojí i tisíce, ale pro nás jsou nakonec i příliš velká, my použijeme „holá“ čidla, kde je cena od 30 Kč, a při toleranci čidla 0,1°C od 100 Kč – je ale třeba připočítat ještě toleranci záznamníku. Běžná velikost Pt čidel je 2x5 mm, vzácněji 2x2 mm, a levné je i SMD provedení, obvykle 1206.

Příklad čidla PT1000 o rozměrech 2x5x1 mm, obrázek: TME.eu

Lepíme čidla do výrobku

Nízká cena čidel je pro nás zásadní, abychom je mohli „obětovat“. Počítáme předem s tím, že výrobek budeme měřit opakovaně (exteriér, termokomora, solární simulátor…), čidla přilepíme pořádně a necháme je uvnitř. Nicméně, recyklace když už výrobek opravdu neplánujete měřit, je možná – většinou se párkrát povede.

Zde je pár tipů, jak čidla přilepit: není nic horšího, než když v polovině měření najednou teplota jednoho čidla „skočí“ třeba o 10 °C. To se totiž právě odlepilo čidlo, a máte po měření. Proto je dobré čidlo přilepit důkladně. Můžeme ho přichytit sekundovým lepidlem, ale poté ho zakápneme 5-minutovým epoxidem (nebo pokud máte, tak UV lepidlem – je to rychlejší).

Přívody k čidlu (co nejtenčí) fixujeme na více bodech. Pěnová jedno- nebo oboustranně lepící páska nastříhaná na kousky funguje spolehlivě. Přívody zakončíme vně výrobku nějakým levným konektorem (rozlámeme klasický pin header) a popíšeme je.

Zkouška spojení

Ideálně ještě před zapnutím zkoušeného výrobku zapneme svůj převodník nebo záznamník teplot a přesvědčíme se, že všechna čidla ukazují pokojovou teplotu. Pokud je nějaké teplejší, potom jsme ho asi před chvílí drželi v ruce, nebo pájeli. Takže, pokud tato teplota klesá, bude to asi O.K.

První měření

Poprvé měříme vždy za pokojové teploty, abychom se přesvědčili, že vše funguje. Ušetříme si tak zbytečný provoz klimakomory apod. Během tohoto měření možná budete zkoušet různé režimy práce svého výrobku – od „standby“ až po plný výkon. Možná budete teplotu hlídat a pokus ukončíte v momentě, kdy dosáhnete „nezdravou“ teplotu. Výsledkem měření je graf – přechodový děj, kdy se výrobek zahřívá z vypnutého stavu a teploty se ustalují. V grafu uvidíte, jak rychle se teploty mění v různých bodech. Odhadnete, jak dlouhé musí být měření, abyste výsledek mohli považovat za ustálený. Zjistíte, že některá čidla byla zbytečná, takže je přesunete jinam. A nyní již můžete vyrazit do zkušebny, terénu, solárního simulátoru – jak libo. O tom bude příští díl našeho seriálu.