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2020年7月

JFET 2SJ105 を定電流素子と使う

シリコンダイオードを温度計に使おうと考えて、それを微弱な
電流の定電流で駆動しようと考えた。

電源は3.5~4.5Vで変動する可能性がある。
このようは目的で2SK30がよく用いられるが、手持ちが
少なくなったので、別のJFETの利用を考えた。

在庫があったのがP型の2SJ105。これがうまく行ったので
記録しておく。
105
回路はこれだけ。
電源電圧を変化させて負荷抵抗の1KΩで降下する電圧を測定して
で電流を計算した。
ソースに結合する抵抗を変えて電流を測定した。
J105
横軸が電源電圧。縦軸は流れる電流。
今回はソース抵抗を10KΩとした。
ダイオードの駆動は約100μAとなった。




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ダイソーの2032電池の測定

2032電池が必要になったので、ダイソーに行って購入・・・・しようとした。
3種類売っていて、どれを購入してよいか・・迷います。
Img_20200730_115056
高価なほうが性能が良いのか?
今回、思い切って測定することにした。
どうせやるなら定電流放電としようと、回路を工夫した。
(その経緯は前の書き込みに記した)

10.5mAの定電流で放電し、電池の電極間の電圧を
データーロガーで10秒間隔で記録した。

結果をグラフで示す。
 Photo_20200730124701
(画像をクリックすると拡大します。)
横軸が放電時間、縦軸は電池電圧。

放電停止を2.0Vとすると
  GoldenPower 66 mAh
  Maxell           54 mAh
  Mitsubishi      45 mAh
の結果となった。

(この測定の前に25mAで放電して測定した。相対的な順位は
今回と同様で容量は上記のそれぞれ約1/3と計算された。
これはまずいと思い、電流を10mAに減らして再度測定した)

ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
2032電池は規格では210mAhである(230mAの製品もある)。
上記の結果は規格の約1/4とかなり小さく測定された。

規格表(JIS?)を見ると
  標準放電電流 0.20 mA
  連続放電電流   3 mA
  パルス放電電流 15 mA
と書かれている。
ちなみに、パナソニックのカタログは0.2mAで記されている。

電子機器のメモリーバックアップとか数十μAの消費電流で
1年程度使うのならば、いずれも問題なく使えるだろう。

このデーターからは、10mAでLEDを点灯させるような
用途には明らかにGoldenPowerがお薦めだ。

Maxellは明らかに内部抵抗が安定して低い。時々10mAとか
のパルス的な大電流が流れるような使用に適していると思う。

MitsubishiとGoldenPowerの内部抵抗は比較的高い。
これらの結果からは、Mitsubishiは買いでは無い。

但し、いずれの電池も、放電停止して1~2時間後に
電池電圧を測定すると2.8Vとか、かなりの程度復活している。

電池の内部は化学反応で、物質の移動が必要だ。
10mAという放電電流は、電池の設計の50倍の電流なので
物質の移動が間に合わないということがあるのかもしれない。

今回の放電方法はこの電池には適していないことがわかる。

ーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
私の使用している機器ではGoldenPowerはすぐに使用停止に
なってしまった。データーに現れない性質があるのかもしれない。

Maxellに交換したところ、現在のところ安定して動いている。

ところで、これまでは、パナソニックの電池を使っていて、それは
かなりの長期間の運用が可能なことはわかっていた。
が @300円ぐらいするので、安価なものですまそうと
して、今回の結果となった。

合計6袋購入。パナソニックの電池も調べてみたいが・・・。

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正確な温度計 (その3)

その2で、標準温度計ができたのでいよいよ100均温度計の
校正です。

100均1号は抵抗を微調整するだけで校正完了。


と言っても0.1℃のレベルで示度を一致させるのには大変な時間が
かかりました。
温度計に手を触れただけで示度が変わり、かつ、示度が安定するまでに
10分ほどかかります。
先ずポテンショメーターで決めてその抵抗値と同じ抵抗と交換します
が、示度が変わってしまいます。再度微調整します。

100均2号は、ちょっとマシにしてやろうと考えた。
Img_20200727_205845
使われているサーミスタ(左)はいかにも安そうな感じで、基盤に密着しています。

それを、写真右の抵抗値の同等の高感度サーミスターに交換して、ケースの外に
出してみた。
これは企画倒れ。反応が速すぎて、示度が刻々と変化して、読み取るのに苦労します。
元のサーミスターに戻しました。

手で持って反応時間を見ると、高感度型は1秒以内に変化量の90%ぐらい変動して
数秒で完全に落ち着く。
それに対して、安価型はそれの倍以上の時間がかかり反応速度がだいぶ遅い。

雰囲気の微妙な変動を適度に平均していると思われる。
この遅さが有効なのだろう。

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正確な温度計 (その2)

その1で3個も電子温度計を作ったが、結局室温付近は正確でない
ことを悟った。

部屋に、古いアルコール気温計(最高50℃)がぶら下がっていた。
最近はそれを読み取ったことはない。
まじまじと見ていると、結構正確じゃないかと思えてきた。

0/100℃を校正すれば、等分目盛りが付いているので
中間の温度は校正する必要はない。

早速近くのホームセンターへ。
ありました、調理器具コーナーと農業用品コーナーに。
後者の方が安い(¥400)ので購入。

Dsc_0077

帰宅して早速0/100℃をチェックしました。
どちらも信じられないほどピッタリ一致。(気圧補正はしました)。

電子回路の示度との差も体温計と類似しているので
体温付近も正確と考えられます。

最安値で正確性が保証されていない商品ですが、
私としては十分標準温度計として使えます。
ルーペを使って目測で1/10℃を読みます。

温度の変化への追随性が悪いのは眼をつぶりましょう。

旧式のアナログですが、すっきりしました。

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定電流回路(電池放電用)

(2020/7/30 追記)
ダイソーでリチウム電池2032を3種類売っている。
これを使った携帯機器が簡単に電池切れの症状を
示す。
そこで、電池の放電特性などを調べる目的で、
安定して放電する装置を考えた。

仕様は2~3Vの範囲で数十mAの定電流で放電させる。
最初バイポーラトランジスタで組んでみたがバイアス電流を
確保できないので、定電流性が思わしくない。
そこでFETを使ってみたところ良い結果が得られた。
6344
FETはVgthが≒1Vと小さな物を選んだ。
約30mAが33Ωの抵抗を流れると約1Vの電位を生ずる。
これをSSM3J16FUが拾う。
バイアス抵抗を選ぶと下記のような結果が得られた。

★下にグラフあり

横軸が電池の電圧。縦軸が放電回路を流れる電流。
2Vからかなり精度の高い定電流性能が示されている。
1.5Vでも使えないことは無い。

FETのVgthや増幅率に個体差があるので、組んだ後で
抵抗の大きさは変更する必要がある。

これを使って、電池を放電してみる計画。

★この電池のマニュアルを見ると、連続では数mAで、
瞬間的の放電は20mA、とされている。
約30mAの連続放電は規格外だが、放電時間を短くしたいので
このこのような放電電流とした。
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
この条件で放電させたが、電池に対してかなり無理があった。
また、原因不明の放電の不具合があった、ので、
回路を変更した
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
回路は同様だが放電用のMOS-FETをSSM3K324に変更した。
これはIRLML6344(1.07V)と比べるとVgthが0.84Vと0.23V低い。
また、放電電流を約10mAとした。
324
電流をグラフにしてみた。
Photo_20200730113301
横軸が電池電圧。縦軸が放電電流。324の方が1V付近まで安定して放電できる。
6344に比べると定電流特性は若干劣る。
実際に不具合は起こっていない。

6344を利用した方は定電流特性はとても良い。2Vを放電終了とするならば、こちらも利用可能だ。
但し、原因不明の機能停止があった。(未解決)。

【注】この回路ではコンデンサを入れないとしっかりと発振する。

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正確な温度計 (その1)

自宅近くの百均のフレッツに0.1℃目盛りのデジタル温度計が売られていた。
即購入。
Dsc_0068 
こんな物です。見た目は高級感たっぷり。
以前Daisoで買ったデジタル温度計は100均用に作られた物のようで
表示が薄く、程なく壊れてしまった。

解体してみると、サーミスタと抵抗、それにコンデンサ。
あとは一個のIC(マイクロコンピューターだろう)。
ボタン電池が2個使われているのが惜しい。
500円ぐらいで販売されている製品の規格外れ品と想像される。

古いSatoの銘がある温度計(2000円?)の場合は抵抗として
普通の炭素皮膜(1%)が使われていたが、これはチップ抵抗。

表示が0.1℃というのは魅力だ。サーミスタと抵抗を交換すれば
正確な温度計に変身するかもしれない。

(1)ところで、基準となる温度は?
当然、手元にそんな物は無い。

(1a)昔、熱電対を使う目的で購入したAD595が手元にあった。
応急配線で使っていたので、今回、銅基盤を削って丁寧に配線し直した。

出力をデジタルテスターのmVレンジで読めば温度になる。
Dsc_0070
左に見える線の先端の銀色部分が感温部。金色のICがAD595。

0℃は氷+水で作った。
100℃はヤカンで水を沸騰させて作った。
緩やかに沸騰させ、ヤカンの注ぎ口から緩やかに蒸気を噴出させて
それを沸点(凝固点)とした。
その日の気圧(直近のアメダス)と海抜100mから気圧を算出し
そこから沸点を算出した。99.5℃と出た。
これらの数値を使ってAD595+熱電対の値を校正した(読みを換算した)。

表示が不安定で使いにくい。また、熱電対の出力の表をみると微妙に
直線ではない。これがAD595の内部で補正されているかも不安だ。

(1b)悶々としながら模索していて、同上の目的で、かつて秋月電子から購入した
ICL1736(デジタル電圧計)を利用したデジタル温度計のキットを見つけた。
それを熱電対用に使っていたのだが、その温度補償回路にB8100Bという
高精度温度センサーICが使われていた。これを使ってデジタル温度計を
組んでみた。
以前組んだときは原理がわからずに組んでいたが、今回は動きを理解しながら
組み直せた。

表示も安定していて、とても良い感じだ。
温度変化に追随するまでの時間が1分近くかかる。
これがデメリットであり、かつ、メリットとも言える。

熱電対の場合、感温部は0.2mm程度であり、空気のゆらぎなどを感じてしまうらしい。
それに対してB8100Bの場合はプラスチックのケースの熱伝導率が悪く、
ゆらぎを平均して測定してくれている。
揺れ動く数値を暗算で平均するよりも、よっぽど見やすい。
(熱電対は微小の液体の温度を測定する目的で使っていた)

これも0℃と99.5℃で校正した。
結構スッキリとしたのだが、なんとなく表示される温度が低い。
B8100Bは高精度と言いつつ「リニアリティ±1.0% -20~80℃」というのが
引っかかる。肝心の100℃は保証されていない?

(1c)手元にある使えそうな素子を物色して、高級品のサーミスタ(100KΩ)を見つけた。
これを使って0℃と99.5℃の抵抗値を測定して、その値からB係数を割り出して、
抵抗⇒温度のテーブルを作成した。
私の力ではこれを使って直読できる温度計を作れない。
これを基準として、シリコンダイオードを温度センサーとして、そのリニアリティを
調べた。
先ず0℃と99.5℃の時のVfを測定した。
段ボール箱の中に40Wにヒーターと小型ファンを入れてサーミスタを利用して
手動で40.0℃を維持する恒温箱を作り、その時のVfを測定した。

3種類のダイオードを調べたがいずれも良好なリニアリティを示した。
今回は1N4118を使った。

これをやはり秋月電子のICL1736のキットに組み込んだ。

結局この3個の温度計が出来た。
Img_8780
左から、熱電対温度計(出力をテスターで読み取る)、
B8100Bを利用した温度計、
1N4118を利用した温度計。
写真には無いがサーミスタ+テスターも使った。
いずれも氷点と沸点で校正した。
ーーーーーーーーーーーーーーーー
さて、これらを用いて室温を測ると、写真でも示される如く
示度に若干の差がある。
どれが正しいのか?
我が家には元々基準となる温度計などない・・・と思っていた。
が、なんとあったのです。

「体温計」これは体温付近の温度を正確に示すように校正されていました。

そこで36℃付近の恒温槽を作り、体温計を基準として3個の温度計の
示度を見ると、いずれも0.5~0.8℃低く示されていた。

ネットで調べてみると、いずれも温度:出力はほぼ比例はしているものの、
正確には比例していない。
(おまけにサーミスタのB値も一定では無いらしい。)

室温付近の温度と示度のずれはほぼ説明がつく。

詳細なデーターが報告されているのは熱電対だけなので、これを使おうと
工夫をしているうちにうっかりAD595を燃やしてしまった。
高価だし再度購入する元気はない。

がっくり。

とりあえず、万策尽きた。

★その2へ続く

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1粒播種装置の作成 Ver2

2020/6/23に1粒播種装置の作成について書き込んだ。

モーターが大きいので小さいモーターを探していた。

一昨日町田のサトー電気のメニューを見ていたら
「マイクロモーター」が売られていることに気がついた。
早速買ってきた。(@180)
Img_20200704_150304 
長さ11mmで軸の太さが0.8mm。(写真では軸の先端には既に重りが取り付けてある)

買ってから使い方を考えよう。
1.2Vで約180回転/秒で回転している。
(スマホの音波の周波数計で測定)
電流は15mA程度。

旧システムに使っている130型は100mA程度なので、これを使えば大幅な省エネになる。
(電池寿命が延びる)

このままでは振動が少なく、バイブレーターにならないので、
軸に何かを取り付けなくてはならない。
模型ショップに問い合わせたが、使えるものが無かった。

内径1mm∮のポリエチレン管は当然ガバガバ。
どうせ偏芯させるのだから、銅線を差し込んで無理やり軸を差し込んでみた。
うまい具合に差し込むことができた。
0.45mmの銅線では重さが若干足りない。0.6mmの銅線を使って十分な振動が得られた。
Img_20200704_150336
ポリエチレン管の穴経は1mm。これに0.6mmの銅線を入れて軸を差し込んだ。

Img_20200704_150416
(クリックすると拡大します)
前回のセットのモーターを撤去して、このモーター(バイブレーター)をサジに直接取り付けた。

振動の最適値を探し出すのは一苦労。
前回作った可変低電圧駆動なので、回転数を変えても、安定した回転数を保っている。
今回は0.93Vで90回転/秒(10mA)ぐらいで、ごまの種子がうまいこと落下してくれる。

この状態だとサジの先端はごく僅かしか振動していない。

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タイマー付きトグルスイッチ(就眠ランプ)ver3

以前、枕元の読書灯が自動的に切れる就眠ランプを作った。
スイッチをトグル式に改良した。(Ver1)

問題は、トグルがonの状態でタイマーが切れると、
再起動時に、off の push を一回押して、ついで on の push を
しなくてはならない。2回押し。
これはめんどくさいので、タイマーが切れた信号をトグルに
入れる回路を追加した。(Ver2) 再起動 1 回押し。

これで運用していたが、なぜか電池の持ちが悪かった。
調べてみると、電源電圧が2.2V程度に低下するとoffの状態で
22mAの電流が流れている。さらにoffが効かなくなる。

P-MOS (BSS84)のVgthが大きいのが原因じゃないかと想像した。
測定すると、-2.2Vを必要とする。 
試作時の2.5Vでは全く問題なかったが。
そこで、Vgthの小さいP-MOSを調達した。
(SSM3J16FU、チップワンストップで購入)

よくよく考えると、offはN-MOSが受け持っていて、問題は
こっちだったかもしれない。
で、念の為にこれも交換した。(RUE002N02)

いずれもVgthは1.0Vぐらい。

Ver3ではVer2から、これらを交換した。
その他、抵抗とコンデンサを時定数を考慮しつつ在庫のものと利用した。
_ver3 
(クリックすると拡大します)
インバーターは1.5Vで安定して機能する。
回路全体も、今回は安定して1.5Vまで機能している。
★22mAの謎の電流の原因が判明した。
RCによるタイマーの電圧は非常に緩やかに低下する。
offになる時点でインバーター③の動作点が不安定になりon-offを繰り返す。
これを防ぐためにインバーター③の後ろに平滑コンデンサを入れた。
これで全体の動作が安定した。

LED点灯のドライバーは今回はSD3303を利用して、定電流とした。

基盤(3.5✕4.5cm)は先ず描画ソフトで設計図を書き、
手製の掘削ナイフで溝を掘ってパターンを掘った。
今回は、手間がかかった。
Img_20200701
中央部にインバーターICを設置。

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