Karah

Просадки мехмодов. Часть II: Кнопки и контакты.

Кратко напомним главный смысл части I на следующем иллюстративном примере:
Вы зарядили батарею, подсоединили клемы мультиметра, и он показал напряжение 4.2 v. Затем вы подключили непосредственно к батарее нагрузку (скажем, с сопротивлением 1 ом) и вновь измерили напряжение. Оно оказалось 4.0 v. Это значит, что падение напряжения на батарее с нагрузкой равно 4.2 – 4.0 = 0.2 v. Каждый без труда может повторить такие замеры и определить падение напряжения на своей батарее. Разумеется, конкретный результат будет сильно зависеть от типа используемой батареи и её заряда.

В представленном примере не было никакого мехмода. Но почему же тогда напряжение ощутимо падает?

Дело в том, что у любой батареи есть собственное (внутреннее) сопротивление. Обозначим его Rb. Это –довольно хитрая величина. В отличие от постоянного (заданного сопротивления нагрузки Ra), Rb не является постоянной величиной. Из-за происходящих в батарее электрохимических реакций внутреннее сопротивление Rb оказывается зависящим от сопротивления нагрузки. Если никакой нагрузки нет (т.е. Ra равно бесконечности), то Rb очень близко к нулю (типичная величина 0.05 ом и даже меньше). Если имеется нагрузка с конечным сопротивлением, то в батарее начинаются электрохимические реакции, и они протекают тем интенсивнее, чем меньше Ra. В предельном случае при коротком замыкании (когда Ra = 0) реакции идут столь интенсивно, что батарея сильно разогревается и даже способна взорваться. Итак, если сопротивление нагрузки понижается, то Rb растет и, следовательно, напряжение, приложенное к нагрузке, неизбежно падает.

Что привносит в наши расуждения наличие мехмода? В сущности, мехмод это – просто металлический корпус и контакты. Они характеризуются некоторым сопротивлением, которое мы будем обозначать Rm. Присутствие в цепи этого сопротивления приведет к дополнительному падению напряжения на нагрузке на величину U*Rm/(Ra+Rb+Rm), где U – напряжение на ненагруженной батарее. Если бы наш мехмод имел нулевое сопротивление (Rm = 0), то разговор в этом месте можно было бы закончить, поскольку о падении напряжения на батареях мы уже подробно говорили в части I. Повторим лишь, что сама батарея является основной причиной падания напряжения. Однако, давайте всеже определим действительную вличину сопротивления мехмода.

Для чистоты эксперимента мы с коллегой Гельмутом спаяли тонким изолированным медным проводом два полюса умершей батареи и в таком виде поместили её в мехмод. Очевидно, что такая конструкция дает возможность измерить собственное сопротивление мехмода на контактах 510-коннектора при нажатой кнопке. Чтобы замеры были более впечатляющими мы взяли старинный "ретро-мехмод" Galileo – алюминиевый телескоп с низкокачественными резьбами. Не желая утомлять себя лишними десятичными знаками, в качестве измерительного прибора мы отыскали простенький мультиметр Voltcraft-VCT70, позволяющий мерять сопротивление с точностью до 0.1 ом. Итак, собрали мехмод с закороченной батареей, подсоединили клемы к коннектору, нажали кнопку и... получили Rm = 0. Снова нажали кнопку и ... опять Rm = 0. Следовательно, собственного сопротивления нет даже у "ретро-мода". Что это означает? Это значит, что мы можем повторить сформулированное ранее максималистское Утверждение #1: ... Все мехмоды не имеют просадок напряжения... Действительно, если даже наш "ретро-мод" демонстрирует нулувое собственное сопротивление, то естественно ожидать, что его более совершенные собратья по цеху вряд ли будут вести себя хуже.

Нулевое собственное сопротивление мехмода не должно удивлять. В самом деле, нас же не удивляет фактическое отсутствие сопротивления у столовой ложки или иного куска металла. В электротехнике о таком сопротивлении говорят как о реактивной составляющей электрического сопротивления контактов и эта составляющая почти всегда принимается равной нулю. Так что, пора заканчивать дискуссию? Нет, ибо как часто бывает, чёрт оказывается в деталях.


Гельмут упорно продолжал нажимать кнопку и на 17-ой раз получил Rm = 0.6 ом, а при 43-ем нажатии мультиметр вообще показал бысконечное сопротивление – кнопка мехмода не сработала, нажатие оказалось холостым. С этого места начинаются детали наших измерений. Сразу же аннонсируем важные для нас электротехнические термины "переходное сопротивление" и "контактное нажатие", которые и будут составлять один из главных предметов последующего обсуждения. А пока заметим, что измерение статического собственного сопротивления мехмода высокоточным омметром это – простейший способ оценки качества мода. Другая простая оценка связана с определением вероятности холостого нажатия кнопки.

Уже из нашего упражнения с "ретро-модом" нетрудно заключить, что такое понятие как "собственное сопротивление мехмода" не является постоянной величиной, будучи на самом деле категорией статистической. Иными (упрощенными) словами: можно нажать кнопку "удачно", а можно и "не удачно", т.е. как-то криво. Именно в этих нюансах и скрыта суть проблемы.

Методика измерений. Поскольку сопротивление определяется не слишком точно и при этом надо тщательно следить за контактами, в этой части наших экспериментов мы решили измерять суммарное падение напряжения в цепи "нагрузка+батарея+мехмод" с помощью Танкометра:



Танкометр - прибор очень удобный и достаточно точный. Он позволяет легко провести многократные замеры, что необходимо для статистической интерпретации данных. Последовательность действий такова: Танкометр с установленной нагрузкой присоединяется к 510-коннектору мехмода и после кратковременного нажатия кнопки измеряется напряжение. Разница между напряжением на ненагруженной баратее и измеренным напряжением дает суммарную просадку. Поскольку необходимо выполнять большое число замеров, важно чтобы батарея в процессе всех тестов не успела бы заметно разрядиться. Поэтому мы выбираем достаточно высокое сопротивление нагревателя 1.6 ом и стартуем с заряда батареи, близкого к 3.75v (т.е. с пологого участка кривой разряда). Использование Танкометра позволяет легко приблизить эксперимент к "полевым условиям": замеры делаются в положениях "стоя", "сидя" и "лежа", нажимая кнопку как правой, так и левой рукой, т.е. полностью имитируется реальный процесс курения.
Важное замечание: В нашем статистическом анализе (на показанных ниже графиках) мы исключили из рассмотрения "холостые" нажатия кнопки, т.е. такие, когда Танкометр выдал нулевое напряжение (в этих случаях просадка в точности равна напряжению на ненагруженной батарее). Подобные "несчастные случаи" обычно редки, но встречаются.

Результаты.
В качестве примера мы исследовали два флагманских мехмода: Precise+ 18650 и Caravela в формате 18500.
Начнем с Precise+. Первое нажатие кнопки дало падение напряжения 0.34v, второе – 0.59v, третье – 0.43v и так далее. Эти результаты приведены на рисунке, где просадка показана для 100 измерений (красная линия).



Как видно, разброс замеров весьма большой. Какой же из них определяет суммарную просадку? Может быть, самый маленький, близкий к просадке батареи, или, напротив, самый большой? А может быть, ограничиться единственным замером, как поступают некоторые участники форумов? Правильный ответ: следует найти среднюю просадку для всех выполненных измерений и чем их больше, тем точнее будет результат. Именно эта величина представлена горизонтальной синей линией на рисунке. Наши отдельные измерения "пляшут" вокруг этой линии: иногда просадка близка к среднему значению, иногда сильно отличается от него в ту или иную сторону. Мы находим, что средняя суммарная просадка довольно велика: 0.453v.

Отложим пока обсуждение этой величины и попробуем ответить на вопрос: как охарактеризовать разброс просадок, т.е. неизбежные неравномерности напряжения, подаваемого на нагреватель? Очевидной причиной неравномерностей служит тот факт, что мы не можем нажимать кнопку всегда одним и тем же образом - гарантированно будут хотя бы маленькие отличия.

Характеристикой разброса просадок является дисперсия (или, что то же самое, вариация, Var) измеренных величин. Чем больше Var, тем больше разброс. Наглядным представлением служит гистограмма, изображенная на правой половине рисунка. Каждый столбик определяет здесь число нажатий, которые привели к просадке в данном интервале (например, первый столбик говорит нам, что в семи нажатиях мы получили просадку в интервале от 0.31 до 0.34v). Ширина гистограммы как раз и связана с дисперсией. Мы не будем напоминать простейшую математику, а сразу сообщим результат этого первого теста: Var = 0.0853v. Эта величина характеризует разброс просадок для взятого мода Precise+ при выбранном сопротивлении нагрузки 1.6 ом и заряде батареи Panasonic CGR18650CH. Нет особой нужды напоминать, что при иных исходных параметрах все результаты будут отличаться.

Для второго теста мы взяли Каравеллу с батареей AW IMR 18500 (стартовое напряжение 3.8v) при той же нагрузке 1.6 ом. Надо заметить, что Каравелла в том виде, как её поставляет Педро, не вполне подходит для точных измерений из-за того, что плюсовой контакт с атомайзером и батареей допускает лишь грубую регулировку. Поэтому вместо этого пина (а) использовался латунный телескопический пин от GP Paps (d-f), как это показано ниже на рисунке для двух верхних крышек (стальной h и латунной g):



Результаты наших измерений представлены здесь:



По сравнению с предыдущим тестом мы замечаем: 1) средняя просадка существенно уменьшилась (до 0.325v), но 2) разброс просадок вырос (Var = 0.146v).

... Окончание