Durante lo sviluppo del progetto di un dispositivo accade spesso che sia necessario costruire anche delle attrezzature di prova ad hoc per verificare il corretto funzionamento del dispositivo.
Detto ciò, durante lo sviluppo dei miei progetti si è posto il problema di sottoporre i dispositivi a temperature più elevate di quella ambiente per un certo periodo di tempo, vuoi per verificarne il corretto funzionamento, vuoi per fare prove di vita accelerate.
Queste prove sono molto importanti per valutare l’affidabilità di un prodotto perché, come noto, la temperatura è un elemento accelerante dei fenomeni chimici e fisici che degradano i componenti di un sistema.
I test a temperatura relativamente elevata accelerano notevolmente l’insorgenza di guasti: per esempio un test della durata di 100 ore con tensioni di alimentazione ed altre eventuali tensioni prossime ai valori massimi stabiliti dal progetto può rappresentare la probabilità di guasto nel corso di alcuni anni.
Le prove a varie temperature sono utili anche per rilevare anche eventuali scostamenti di valori al di fuori dei limiti di progetto, per esempio lo scostamento della frequenza di un oscillatore dal valore nominale può eccedere i limiti stabiliti in fase di progetto, analogo discorso si può fare per determinare la dipendenza dalla temperatura della tensione di uscita di un alimentatore stabilizzato.
Per quanto l’apparecchio descritto in questo articolo non possa produrre temperature inferiori a quella dell’ambiente, in generale dai valori ottenuti nel campo 20 – 50 °C con tecniche di calcolo abbastanza semplici e strumenti come Excel si posso estrapolare i valori attesi (di frequenza, di tensione ecc.) prolungando verso il basso il grafico degli scostamenti ottenuti per diversi valori di temperatura.
Un esame approfondito delle prove di affidabilità ci porterebbe lontano dall’oggetto di questo articolo e comunque sull’argomento si trova una vasta letteratura in rete e in libreria.
Come si vede dalla foto, l’attrezzo è costituito da una scatola di derivazione per impianti elettrici Marlanvil di circa 30 x 22 x 12,5 cm, da tre lampade ad incandescenza come elementi riscaldanti da un ventilatore per il ricircolo dell’aria, in modo da avere una temperatura uniforme all’interno della scatola, da un semplice circuito che svolge le funzioni di termometro di riferimento, di comando delle lampade e da un alimentatore.
All’interno della scatola a sinistra è presente un dispositivo in prova e all’esterno il circuito per i controllo termostatico della temperatura.
Per entrare nei dettagli il dispositivo impiega un ventilatore, ricavato da un PC da rottamare, connesso ad piccolo alimentatore da 12 Volt 1 Amper, reperibile sul mercato asiatico con qualche euro.
Le regolazioni del valore della temperatura di test e della durata del test si effettuano con un controller esterno e una App Android che saranno oggetto di prossimi articoli.
Revisione A
A seguito dell’esperienza acquisita con l’uso abbiamo constatato che, nei casi in cui il dispositivo in prova ha un consumo rilevante e quindi è soggetto ad un consistente auto riscaldamento, occorre ridurre sensibilmente la quantità di calore fornita dalle lampade per cui in qualche caso può essere sufficiente una sola lampada da 5 Watt, come si vede in figura.
Inoltre è stato aggiunto un termometro (sul pannello frontale a sinistra) con una risoluzione di 0,1 °C (0,0 → 99,9 °C).
Il dettaglio del pannello frontale mostra la morsettiera con l’uscita del sensore di temperatura (V OUT), l’uscita dell’alimentatore a 12 Volt e la connessione al relay interno.
L’uscita del sensore di temperatura e quella del relay vanno collegate al circuito di controllo della camera climatica che vedremo in un prossimo articolo.
L’immagine seguente mostra lo schema elettrico dei circuiti del sensore di temperatura (MCP9701A) e del relay per il comando dell’accensione delle lampade.
Considerati la notevole semplicità e l’esigenza di un solo esemplare si è deciso di realizzare il circuito su una basetta forata delle dimensioni di 75 x 35 mm.
Il relay allo stato solido da 264 Volt, 2 Amper è facilmente reperibile sul mercato cinese (per es. Aliexpress) al prezzo di qualche euro e può essere facilmente sostituito da un componente equivalente o da un relay elettromeccanico.
Tutta la parte elettrica è stata montata su una base in plexiglass di 295 x 215 x 3 mm sagomata agli angoli, come si vede nella figura seguente:
Nello spazio libero a sinistra va posto in dispositivo in prova e in alto a sinistra si vede un foro, di circa 16 mm di diametro coperto da un tappo in plastica nero, che serve per far passare i cavi necessari per il funzionamento del dispositivo.
I primi due morsetti della morsettiera esterna (V. OUT) forniscono il segnale prodotto dal sensore MCP9701A e vanno collegati all’ingresso analogico del circuito di controllo, i due morsetti centrali della morsettiera esterna (POWER) forniscono una tensione continua a 12 volt, e i due morsetti a destra controllano il relay alla stato solido e devono essere collegati all’uscita digitale del circuito di controllo.
Per quanto questo attrezzo, dal costo di alcune decine di Euro, non possa essere essere paragonato a delle vere camere climatiche, può comunque essere di notevole aiuto per migliorare la stabilità e l’affidabilità di dispositivi elettronici, sia per progetti amatoriali sia per i laboratori di progettazione elettronica di piccole aziende.
A questo articolo ne seguiranno altri due inerenti la realizzazione della scheda di controllo e il relativo firmware.
