Безынерционное измерение температуры воздуха ультразвуком

Привет Хабр.

Люблю не стандартные решения. Cейчас я покажу, как измерять температуру воздуха с помощью ультразвука.



Схема до безобразия проста — берем Arduino (я взял Nano) и подключаем к нему ультразвуковой дальномер (pin 2 — Echo, pin 4 — Trig). Я использовал US-020, так как он более дальнобойный и дает более стабильные показания чем HC-SR04.

Заливаем скетч:

#define Trig 4

#define Echo 2

#define Steps

static const float defDist = 173.2;//cm

static const float defTemp = 17.0;//Celsius

void setup()

{

pinMode(Trig, OUTPUT);

pinMode(Echo, INPUT);

Serial.begin(57600);

}

unsigned long impulseTime=0;

void loop()

{

float dist = 0;

for (int i = 0; i <50; i++)

{

float distance_sm=0;

digitalWrite(Trig, HIGH);

delayMicroseconds(10);

digitalWrite(Trig, LOW);

impulseTime=pulseIn(Echo, HIGH);

distance_sm=float(impulseTime)/58.0;

dist += distance_sm;

delay(50);

}

dist /= 50.0;

Serial.println(«Distance:» + String(dist));

float Speed_of_sound = defDist/dist * sqrt(1.4*287.0*(273.15 + defTemp));//c = sqrt(X*R*T)

Serial.println(«Temp:» + String((Speed_of_sound*Speed_of_sound)/(1.4*287.0) — 273.15));//T = (c*c)/(X*R) in Kelvin

}

Располагаем ультразвуковой сонар в направлении какого-нибудь препятствия на дистанции порядка двух-трех метров (меньше — хуже точность, больше — сонар может не поймать эхо) и надежно фиксируем. У меня это от стола до потолка. Запускаем, смотрим дистанцию в мониторе последовательного порта. Правим скетч — заменяем defDist и defTemp на свои показания дистанции и текущей температуры. Стартовую температуру придется замерять, или указать на глаз (как я). Опять прошиваем.

Все, в мониторе порта смотрим температуру объема воздуха между датчиком и препятствием:

А теперь пояснение «уличной магии». Согласно учебникам физики:

Скорость звука в газах зависит только от температуры и не зависит от давления газа.

И эта зависимость выражается формулой:

c = sqrt(X*R*T), где:

с — скорость звука, м/c

Х — показатель адиабаты

R — газовая постоянная, Дж/кг·К

Замеряя время отклика сонара и сравнивая его с дефолтным можно легко посчитать скорость звука. А зная скорость так же легко вычисляем температуру. Для большей точности усредняем показания датчика за 50 замеров.

В системе отсутствует инерционный тепловой элемент, которому нужно время на нагрев либо охлаждение до температуры среды. По этому полностью отсутствует инерционность измерения — если проветрить комнату, то показания меняются очень резво. Точность конечно не ахти — порядка 0,5 градуса, но зато не шаблонно.

This entry passed through the Full-Text RSS service - if this is your content and you're reading it on someone else's site, please read the FAQ at http://ift.tt/jcXqJW.