Determine o consumo médio de corrente do dispositivo intermitente de baixa potência: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Introdução

Por curiosidade, queria saber quanto tempo as baterias poderiam durar no meu sensor remoto de temperatura. São necessárias duas células AA em série, mas não adianta muito colocar um amperímetro em linha e observar a tela porque a energia é consumida em rajadas. A cada dois minutos, o dispositivo liga seu transmissor de 433 MHz por alguns segundos e, em seguida, retorna a um estado quiescente de apenas manter o tempo até a próxima transmissão.

Eu precisava de um meio para agregar o consumo atual geral ao longo de um período de horas para obter uma média. Eu fiz isso alimentando o dispositivo com um supercapacitor e calculando a corrente média efetiva a partir da queda de tensão do capacitor ao longo das horas.

Claramente, isso não pode produzir um resultado totalmente preciso porque o capacitor sofre algum vazamento interno e perde carga cada vez que o voltímetro é conectado para obter uma leitura. Mas os resultados obtidos são suficientemente precisos para meus propósitos de decidir quanto tempo as baterias normais podem durar.

Suprimentos

• Dispositivo em teste (no meu caso, um sensor de temperatura remoto)
• Voltímetro (um multímetro digital é perfeito)
• Super Capacitor (usei um 4 Farad 5,5 V)
• Relógio (para observar quando as leituras são feitas)
• fios de clipe de crocodilo.

Etapa 1: verificar o equipamento

Certifique-se de que o Supercapacitor mantém sua carga suficientemente.

Usando as duas células AA (presumindo que estejam totalmente carregadas), conecte-as ao SuperCap para aumentá-lo até os 3 Volts. Desconectar. Meça a tensão do SuperCap para verificar se diz 3 Volts (ou quase) e observe a tensão e o tempo. Desconecte o voltímetro. Espere algumas horas. Meça a tensão do SuperCap novamente para verificar se há um vazamento sério. Esperançosamente, dificilmente terá mudado. Meu 4 Farad SuperCap ainda tinha metade de sua voltagem inicial depois de um mês!

A propósito, minha experiência com SuperCaps sugere que quanto maior a capacitância, mais rápido eles vazam sua tensão. Meu capacitor 100 Farad perde metade da tensão em menos de um dia.

Etapa 2: fazer medições

Conecte o SuperCap energizado ao dispositivo em teste e meça a tensão inicial, lembrando-se de anotar também o tempo.

Deixe o dispositivo funcionar a partir do SuperCap e verifique a tensão a cada poucas horas. Assim que a tensão cair, digamos, 25 por cento (entre a queda de meio e um volt para o meu dispositivo de 3 volts), observe a tensão e outra vez.

Não presuma que correr por mais tempo será melhor porque se a tensão cair muito, o dispositivo pode parar de funcionar.

Etapa 3: faça a matemática

Para um capacitor ideal (teoricamente perfeito), a descarga através de uma carga é expressa pela fórmula AZUL mostrada.

Onde:

Vc = Tensão final do capacitor Vs = Tensão do capacitor iniciale = a constante matemática aproximadamente 2.718t = o tempo em segundos R = a resistência da carga C = a capacitância

Tudo o que temos que fazer é calcular R a partir de cima. Conhecendo então a resistência efetiva e a tensão média fornecida, podemos obter o consumo médio de corrente. Isso não é fácil, a menos que você seja um matemático avançado. Para facilitar, primeiro reorganizamos essa fórmula de acordo com a versão em PRETO-E-BRANCO, em que R é o assunto.

(* significa multiplicação e ln () significa logaritmo natural do que está entre colchetes.)

Fazer matemática é chato e sujeito a erros, então fiz uma planilha para fazer o trabalho pesado.

Você verá na minha planilha que usei pela primeira vez um resistor de carga conhecido para verificar a precisão dessa abordagem. Meu pior caso foi de menos de 10 por cento de erro. Não é tão ruim.

Etapa 4: Baixe a planilha para suas próprias experiências

Você pode baixar minha planilha e colocar seus próprios valores nas colunas ao conduzir seus próprios experimentos.

Conclusão

Este método de determinação do consumo médio de corrente é adequado para a maioria dos propósitos práticos.

Como você verá na planilha, meu sensor remoto de temperatura parecia consumir cerca de 85 micro Amp. Se eu simplesmente assumir que são 100 micro Amp, significa que as baterias de 2.000 mAh no dispositivo devem durar 20.000 horas - alguns anos. Era isso que eu queria saber.