|
Авторский сайт Кравцова Виталия Николаевича. Представленные конструкции уникальны и разработаны только автором |
||
|
ТЕРМОМЕТР С ЦИФРОВОЙ ИНДИКАЦИЕЙ
Цифровые термометры довольно широко представлены в торговой сети. Это, как
правило, автономные приборы с питанием от гальванических
элементов и жидкокристаллическим индикатором. Датчиком температуры
в таких устройствах чаще всего являются терморезисторы или специальные
полупроводниковые датчики, выдающие двоичный код температуры по запросу
управляющего микроконтроллера. Насколько точно такие термометры измеряют
температуру во всём рабочем диапазоне определяется серьёзностью
фирмы изготовителя, которая не всегда на высоте, что может иметь фатальные
последствия, если, например, термометр используется для контроля температуры в
инкубаторе.  Для защиты от внешних повреждений и удобства подключения
чувствительные элементы очень часто помещают в специальный корпус с боксом для
подключения внешних проводников. Главное достоинство этих приборов —
линейная нормированная (табличная) зависимость сопротивления от
температуры, что позволяет легко производить замену датчиков и производить
настройку цифровых термометров, используя только набор прецизионных резисторов,
с сопротивлением, равным табличному значению сопротивления при выбранной
температуре. Погрешность измерения в диапазоне температур от -200 град.С
до +200 град.С не превышает 0,5 град.С , и , главное, показания достоверны. Термометры сопротивления выпускают с разными температурными
характеристиками, называемыми  Выше приведённая схема как раз использует в качестве
датчика медный термометр сопротивления градуировки 100М. В схеме можно применить
абсолютно любые датчики с любой градуировкой, но необходимо будет подобрать
номиналы элементов измерительного моста. Термометр имеет светящиеся индикаторы и
питается от любого сетевого адаптера или аккумулятора с выходным напряжением 12
В.
На
операционном усилителе DA2 и транзисторе
VT1 собран узел получения искусственной средней
точки, необходимой для работы аналого — цифрового преобразователя
DA1, а на ОУ DA3
собран нормирующий преобразователь, выдающий напряжение -2,000 … +2,000
В при изменении температуры датчика от -200 град.С до +200 град.С.
После изготовления устройства приступают к его настройке. Вначале подбором
резисторов R3, R4 добиваются уровня
напряжения на выводе 36 микросхемы DA1
равным 1,000В, контролируя его цифровым мультиметром.
Вместо одного из резисторов можно использовать прецизионный проволочный
резистор.
Далее приступают к настройке нормирующего преобразователя.
Вместо датчика температуры подключают прецизионный резистор сопротивлением 100,0
Ом и вращением подстроечного резистора R14 добиваются
нулевых показаний цифрового индикатора. Чтобы регулировка удалась,
все резисторы нормирующего преобразователя должны быть прецизионными
или тщательно подобранными с помощью цифрового мультиметра — отклонение
сопротивлений парных резисторов (с одинаковым на схеме
сопротивлением) не должно превышать 1%. Если настройка нуля прошла успешно,
вместо датчика подключают прецизионный резистор с сопротивлением,
равным одному из значений сопротивления датчика при выбранной температуре.
Подбором резистора R7 и
подстроечного R6 добиваются показания этой
температуры на цифровом индикаторе прибора. Если датчик температуры
будет соединяться с цифровым термометром с помощью кабеля
длиной несколько метров, настройку нуля и диапазона необходимо проводить
при подключенном кабеле.
|
Уважаемые посетители! Все материалы сайта в случае их некоммерческого использования предоставляются бесплатно, хотя автор затрачивает достаточно большие средства на их обновление расширение и размещение.  Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял новые материалы — активней используйте контекстную рекламу, размещённую на страницах — для себя Вы узнаете много нового и полезного, а автору позволит частично компенсировать собственные затраты чтобы уделять Вам больше внимания. ВНИМАНИЕ! Вам нужно разработать сложное электронное устройство? Тогда Вам сюда…
| |
Цифровой термометр — Электрические принципиальные схемы
Прибор предназначен для точного измерения в широких пределах температуры различных объектов и может быть рекомендован для использования как в быту, так и в технике. В отличие от опубликованных ранее подобных устройств, в этом термометре использована БИС серии К572, поэтому он содержит относительно небольшое число элементов.
Основные технические характеристики
Пределы измеряемой температуры, °С
-50…+99.9
Основная погрешность измерения, °С
±0,1
Дополнительные погрешности, °С:
от изменения температуры окружающей среды в пределах от 0 до +40 °С
±0,05
от смены датчиков
±0,1
Наибольшая длина экранированного кабеля для соединения датчиков с прибором (при сопротивлении каждого провода в кабеле не более 5 Ом), м
300
Потребляемая мощность, Вт
3
Габариты, мм
120Х 110Х40
Структурная схема цифрового термометра показана на рис.
1. Изменение температуры объекта, в котором размещен термодатчик, вызывает изменение сопротивления датчика, которое в блоке Е1 преобразуется в соответствующее изменение напряжения. Преобразователь U1 питается от стабилизатора тока G1. Выходной сигнал блока Е1 усиливается усилителем А1 и поступает к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) U2, на выходе которого включен цифровой блок индикации h2, высвечивающий текущую температуру контролируемого объекта.
Структурная схема
Переключателем SB1 (см. принципиальную схему) выбирают один из термодатчиков RK1, RK2, установленных на объекте, температуру которого необходимо измерить. Датчик включен в одно из плеч измерительного моста постоянного тока, выполненного на прецизионных резисторах R1 — R5. Точность и линейность показаний индикатора в пределах измеряемой температуры определяется в основном стабильностью тока, питающего измерительный мост.
Принципиальная схема (нажмите для увеличения)
Стабилизатор тока питания моста выполнен на операционном усилителе DA1.
2. Подстроечный резистор R11 позволяет в небольших пределах изменять значение выходного тока, что дает возможность изменять крутизну преобразования сопротивления термодатчика в напряжение и обеспечивает установку верхней границы измеряемой температуры. Нижнюю границу устанавливают подстроечным резистором R1.
Напряжение с диагонали измерительного моста, пропорциональное температуре, усиливается дифференциальным усилителем, выполненным на операционном усилителе DA1.1, и с его выхода подается на вход АЦП. Конденсаторы С1, С2, С4 служат для фильтрации помех.
АЦП реализован на БИС К572ПВ2А и работает по принципу двойного интегрирования с автокорректировкой «нуля» и автоматическим определением, полярности входного сигнала. Сигнал, несущий информацию о текущей температуре выбранного объекта, представлен на выходе АЦП в виде, удобном для отображения семиэлементными индикаторами. Он поступает на табло, состоящее из трех светодиодных индикаторов HG1 — HG3 и светодиода HL1.
Светодиод загорается при отрицательной температуре измеряемого объекта.
Для разделения целых и десятых долей градуса на индикаторе HG2 высвечивается запятая.
Питается термометр от сети переменного тока напряжением 220 В через трансформатор Т1. Для стабилизации питающего двуполярного напряжения предусмотрены параметрические стабилизаторы VD1R18 и VD2R19. Образцовое напряжение для АЦП и стабилизатора тока снято с делителя напряжения на резисторах R16, R17. Оно дополнительно фильтровано конденсатором С12.
Все элементы цифрового термометра размещены на двух печатных платах (см. рис.3 и рис.4 ), соединенных между собой уголками.
Чертеж основной платы
Чертеж дополнительной платы
В приборе использованы постоянные резисторы R2 — R5 — С2-29В-0,125: R18, R19 — МЛТ-0,5; подстроечные — СПЗ-38, остальные — МЛТ-0,125. Конденсаторы С1 — С5, С9 — К73-17-С7, С10, С11 — КТ.1; С6, С8 — К10-7; С12-С 14 — К50-6.
Для обеспечения взаимозаменяемости термодатчиков при сохранении заданной точности использованы серийно выпускаемые термопреобразователи сопротивления ТСМ-6114 ГОСТ 6651-72 с номинальной статической характеристикой гр.
23. При отсутствии стандартных датчиков можно изготовить их самостоятельно. Для этого необходимо отмерить 619 см провода ПЭТВ диаметром 0,05 мм. намотать его бифилярно на изоляционную оправку, к одному концу провода датчика припаять один гибкий вывод, ко второму — два таких же вывода.
Можно припаять датчик прямо к проводникам подводящего кабеля. На каждый датчик потребуется три проводника в кабеле. Такое подключение позволяет скомпенсировать температурную погрешность, вносимую проводниками кабеля.
Далее изготовляют корпус, способный работать в той среде, где будет установлен датчик, закрепляют в нем оправку с обмоткой и заливают эпоксидной смолой. Сопротивление датчика при температуре 20 °С должно быть 57, 52 Ом.
Трансформатор питания для уменьшения габаритов выполнен из четырех магнитопроводовПЛ6,5Х12,5х16 (сечение около 3 см.кв). Обмотка I содержит 3000 витков провода ПЭВ-2 0,08, II — 2Х130 витков провода ПЭВ-2 0,18, 111 — 70 витков провода ПЭВ-2 0,4. В трансформаторе питания возможно применение иного магнитопровода, однако высоту корпуса термометра при этом придется увеличить.
Микросхему К157УД2 можно заменить на К140УД20 с соответствующими цепями коррекции: К572ПВ2А — на КР572ПВ2А, но придется изменить рисунок проводников печатной платы, а при увеличении допустимой погрешности до ±0,3 °С можно использовать и К572ПВ2 с любым буквенным индексом.
Безошибочно собранный из заведомо исправных элементов термометр налаживания не требует, необходимо лишь установить границы измеряемого диапазона. Для этого вместо датчика включают его эквивалент (магазин резисторов или точный резистор). Вначале включают резистор сопротивлением 41,7 Ом, и резистором R1 устанавливают на табло показание минус 50 °С; затем заменяют резистор на другой, с номиналом 75,59 Ом, и резистором R11 устанавливают показание плюс 99,9 °С. Операцию калибровки следует повторить дважды.
При необходимости расширить интервал измеряемой температуры до 180°С нужно подключить к АЦП еще один цифровой индикатор АЛС324Б. Остальные технические характеристики термометра при этом сохраняются.
Авторы: Н.
Хоменков, А. Зверев, г. Орел;
Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru
Цепь цифрового индикатора температуры
Эта поясняемая схема цифрового индикатора температуры была создана для расчета температуры радиатора усилителя мощности мощностью более 1 кВА, однако она, очевидно, может применяться для других усилителей мощности и даже для различных других целей.
Термометр не только отображает диапазон нагрева радиатора на нескольких дисплеях, но и дополнительно имеет переключаемый выход, который, например, может быть использован для включения вентилятора в случае превышения порога нагрева. -определенный уровень.
Предлагаемая схема цифрового измерителя температуры включает четыре части: источник опорного напряжения, IC1, датчик, IC4, сегмент дисплея, IC2, а также IC3, а также часть переключателя, IC5. IC1, типоразмер 723, обеспечивает стабильное напряжение источника для датчика и переключателя. Это напряжение составляет около 8 В. Датчик температуры выдает напряжение 10 мВ/К, основанное на температуре.
Например, при 0°c напряжение вокруг IC4 составляет 273 X 0,01 = 2,73 В (0°c = 273 K)
Область экрана дисплея построена вокруг пары старых добрых верных моделей: lCs CA 3161E и CA 3162Э. lC2 включает аналого-цифровой преобразователь, а также схему мультиплексирования для дисплеев. IC3 может быть драйвером семисегментного декодера BCD. Используется всего пара дисплеев, чтобы температуру можно было посмотреть в градусах.
lC2 считывает разницу между напряжением, предлагаемым датчиком, и эталонным напряжением, установленным потенциометром P 1.
Это действительно рекомендуется, чтобы избавиться от «273 градусов ниже 0», т. V. Чтобы это стало возможным, секция считывания и секция измерения/переключения управляются независимо.
Минус LC2 и LC3 подключен к движку P1, который находится под напряжением 2,73 В, а вход «измерителя» LC2 фактически связан с датчиком IC4. В этом конкретном методе 2,73 В компенсируются для того, чтобы напряжение, оцененное lC2, повышалось на 10 мВ на градус Цельсия от 0 ° C и отображало градусы Цельсия.
Самый последний, но не менее важный участок схемы — это компаратор и переключающий выход (IC5 и T3).
Напряжение, выдаваемое датчиком, сравнивается с помощью IC5 с использованием напряжения, извлеченного R9 и R10 из опорного напряжения lC1. Как только напряжение датчика превышает это дополнительное опорное напряжение, результат изменения состояния IC5 и транзистор открывается.
T3 может легко, например, с помощью реле включения вентилятора обеспечить дополнительное охлаждение силового транзистора. Кроме того, можно отключить звуковую систему с помощью предохранительных реле в усилителе, чтобы обеспечить значительное снижение рассеяния на силовых транзисторах, если предположить, что перегрев вызван работой громкоговорителя!
Вместе со значениями R9 и R10, как показано, компаратор изменяет состояние примерно при 80°C. Это, конечно, дополнительно зависит от опорного напряжения, заданного lC1, которое включает в себя довольно допуск. Температуру, при которой IC5 меняет статус, можно изменить, изменив значение R9.
если термометр выведен на выведенную на печатную плату печатную плату, абсолютно ничего особо испортиться не должно.
С другой стороны, важно, чтобы заземление источника питания для IC1, IC4 и IC5 было соединено с заземлением усилителя мощности. Источник питания для термометра должен быть автономным с использованием трансформатора с парой изолированных вторичных цепей.
Датчик этого измерителя температуры должен быть установлен как можно ближе к силовым транзисторам на радиаторе. Если вы хотите построить схему на доске в своем личном стиле, помните о следующих факторах. Оба источника питания следует держать отдельно друг от друга.
Единственная пара соединений между счетчиком и измерительным сегментом должна быть четко обозначена на принципиальной схеме. lC2 и IC3 имеют отдельную линию питания через выход регулятора 5 В, в то время как эмиттеры T1 и T2 должны иметь отдельную линию питания через выход lC6. IC3 должен будет иметь свою собственную линию OV через регулятор.
Все эти меры безопасности необходимы для того, чтобы избежать влияния на lC2 помех, вызванных высокими пиковыми токами, проявляющимися во время мультиплексирования пары дисплеев.
Для регулировки термометра необходим точный, в идеале цифровой, измеритель.
Сначала свяжите Y и Z друг с другом и измените потенциометр P4, чтобы получить на дисплее значение 00. После этого уберите ссылку и используйте d.c. напряжение примерно 0,9 В на Y. Затем точно настройте P3, чтобы получить показание идентичного значения, «как в Y (рассчитанное с помощью точного измерителя!).
Имейте в виду, что последняя цифра фактически не отображается! Например, если напряжение на Y равно 883 мВ, на экране может отображаться 88. Затем свяжите Y и X друг с другом.
Определите напряжение на конденсаторе C5: при необходимости его можно увеличить до 2,73 В с помощью потенциометра P1. Что касается датчика температуры, то, если вас устраивает точность около 3 ° C, сосудом P2 можно пренебречь».
для отображения 00.
Это также можно сделать, погрузив датчик в воду температурой около 37° C и определив температуру воды с помощью медицинского термометра. Затем P2 точно настраивается для обеспечения отображения, соответствующего показаниям научного термометра.
Цифровой термометр со светодиодным/ЖК-дисплеем
Цифровой термометр со светодиодным/ЖК-дисплеем
Теперь мы представляем вам две версии самодельного цифрового термометра с ICL7106, которые я
недавно построенный. В одной версии используется светодиодный дисплей, во второй — ЖК-дисплей.
В обоих вариантах в качестве датчика температуры используется кремниевый транзистор. Температуру определяют по
падение напряжения, зависимость от температуры примерно -2,2 мВ/°С. Сила может быть либо 9V батареи или подходящего источника питания.
Генератор с R1 и C1 определяет частоту дискретизации — при использовании 100k и 100p частота составляет 3 Гц. теоретический
диапазон температур составляет от -199,9 до 199,9 °С, реальный диапазон температур ограничен измерительным транзистором примерно до
от -65,0 до 150,0 °С.
Разрешение до 0,1 °C. Если вы хотите использовать его в качестве комнатного термометра, нет необходимости использовать цифру сотен (слева).
или знак минус. Также цифра справа от десятичной точки может быть опущена, если достаточно разрешения 1 °C.
Таким образом, для простого комнатного термометра требуется только двухразрядный дисплей, как на фото ниже.
Светодиодная версия
Светодиодная версия обычно строится на схеме ICL7107, которая имеет более высокий выходной ток, но эта схема требует симметричного стабилизированного источника питания.
Преимуществом 7106 является простой блок питания без стабилизации. Проблема решается малоточным (1 мА) сверхъярким дисплеем.
7106 также легче спасти от чего-то (например, цифрового мультиметра), чем 7107. Я не буду обсуждать здесь 7107.
Информацию об обеих этих интегральных схемах можно найти в их
техническая спецификация.
Версия с ЖК-дисплеем
Здесь схема 7106 подключена обычным образом.
ЖК-дисплей управляется сигналом переменного тока 60 Гц. На всех выходах
для дисплея и клеммы общего электрода имеют прямоугольную форму волны 60 Гц. Выходы для сегментов, которые не должны отображаться,
имеют напряжение в фазе с общим электродом. Выходы для сегментов, которые отображаются, не совпадают по фазе.
T1 используется как инвертор для десятичной точки. Также возможно изготовление термометра с ЖК-дисплеем.
путем восстановления дешевого или старого цифрового мультиметра (в большинстве из них использовалась схема ICL7106 или аналог…7106).
Потребляемый ток менее 1 мА, поэтому подходит для питания от батареи.
Калибровка
Термометр должен быть откалиброван. Калибровка выполняется с помощью триммера P1 и P2 в два этапа.
Первым шагом является установка нуля с помощью дробленого льда (смесь льда и воды). Установите P2 примерно по центру. Зонд (транзистор)
Поместите в водонепроницаемый контейнер и погрузите в
колотый лед (кусочки льда в воде). После стабилизации установите P1 и отобразите 00,0 °C.
На втором этапе Р2 устанавливают при известной температуре, предпочтительно в кипящей воде при 100°С.
В качестве альтернативы настройку P2 можно выполнить по другому термометру при комнатной температуре. Для точной настройки можно использовать многооборотный
триммеры.
Принципиальная схема цифрового термометра со светодиодным дисплеем
Принципиальная схема цифрового термометра с ЖК-дисплеем
Тестовое подключение комнатного термометра со светодиодным дисплеем, 0-99 °C, разрешение до 1 °C.
Руины старого мультиметра, приготовленного для превращения в термометр….
… и готовый ЖК-термометр, от -65 до 150 °C, разрешение 0,1 °C.
Калибровка нуля в дробленом льду.
Старые интегральные схемы MH7106 и MHB7106 производства TESLA, Чехия. Сегодня ищу ICL7106.
Различные термометры. Для калибровки P2 их тоже можно использовать (чтобы не работать с кипятком)
но точность хуже.
