Domowy termometr cyfrowy. Schemat, opis

Bezpłatna biblioteka techniczna

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Schematy urządzeń radioelektronicznych i elektrycznych

Domowy termometr cyfrowy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Regulatory mocy, termometry, stabilizatory ciepła

Komentarze do artykułu

Potrzeba miernika temperatury wynika z wielu okoliczności. W życiu codziennym np. konieczność szybkiego zmierzenia temperatury ciała lub wody, do kąpieli dziecka, temperatury wewnątrz lub na zewnątrz pomieszczenia, w szklarni lub szklarni, w piwnicy, jeśli przechowuje się tam warzywa, w komora lodówki lub zamrażarki, woda w akwarium i wiele innych przedmiotów.

Termometry domowe zwykle podlegają takim wymaganiom, jak dokładność pomiaru - nie gorsza niż 0,5 C w zakresie temperatur od -50 do +100 ° C (przy pomiarze temperatury ciała ludzkiego - nie gorsza niż 0,1 ... 0,2 ° C), mały rozmiar , ekonomiczność, autonomia zasilania, niska bezwładność cieplna i bezpieczeństwo higieniczne. Stosunkowo prosty termometr cyfrowy opisany tutaj w dużej mierze spełnia te wymagania.

Czułym elementem urządzenia jest czujnik temperatury, którego zasada działania opiera się na właściwości niektórych materiałów do zmiany ich rezystancji elektrycznej wraz ze zmianą temperatury. Czujniki temperatury mogą być różne. Na przykład w przemyśle często stosuje się masywne metalowe (miedziane lub platynowe) konwertery termiczne.

W przypadku urządzeń gospodarstwa domowego najbardziej odpowiednie są małe termistory półprzewodnikowe MMT, KMT, ST1, ST3, TR-4. MMT-4, które w porównaniu do przetworników metalowych charakteryzują się znacznie mniejszą bezwładnością cieplną, prawie dziesięciokrotnie wyższym temperaturowym współczynnikiem rezystancji (TCR), wyższą rezystancją elektryczną, co pozwala całkowicie pominąć rezystancję przewodów łączących czujnik do urządzenia. Najlepsze właściwości posiada miniaturowy termistor zeszklony TR-4 w kształcie kropli o obniżonym TCR. Ma wymiary 6x4x2,5 mm; elastyczne przewody o długości 80 mm wykonane są z drutu o niskim przewodnictwie cieplnym. Jego masa wynosi 0,3 g.

Główne charakterystyki elektryczne termistora TR-4: rezystancja nominalna - 1 kOhm ± 2% w temperaturze +25 ° C, TKS - około 2% / ° C, zakres temperatur pracy -60 ... + 200 "C, stała czasowa - 3 s .

Domowy termometr cyfrowy

Wadą termistorów półprzewodnikowych jest nieliniowość zależności rezystancji od temperatury oraz znaczny rozrzut charakterystyk, co jest główną przyczyną utrudniającą ich powszechne stosowanie do pomiaru temperatury. Wykres ilustruje typową zależność rezystancji termistorów półprzewodnikowych TR-4 i MMT-4 od temperatury. Jednak odpowiednie rozwiązania projektowe obwodów do linearyzacji charakterystyki mogą w dużej mierze wyeliminować te niedociągnięcia.

Główne parametry techniczne termometru wykorzystującego w nim termistor TR-4:

Schemat ideowy termometru pokazano na ryc. 1. Podstawą urządzenia jest integrujący przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) DA3, do którego wyjścia podłączony jest czterocyfrowy wskaźnik ciekłokrystaliczny HG1. Taka podstawa elementu pozwoliła na zmniejszenie poboru mocy oraz zapewnienie urządzeniu niewielkich wymiarów i wagi.

Domowy termometr cyfrowy
Ryż. 1. Schemat ideowy

Domowy termometr cyfrowy
Ryż. 2. PCB

Obwód pomiarowy przyrządu tworzą rezystor nastawczy prądu R1, rezystory R2 i R3, które tworzą napięcie odniesienia Uobr, termistor R4, napięcie Ut, od którego zmienia się ono w zależności od temperatury, oraz rezystor kompensujący, którego funkcją jest co jest realizowane przez rezystory R5, R6. Aby zmniejszyć błąd samonagrzewania się termistora, wartość rezystora nastawczego R1 dobiera się tak, aby prąd w obwodzie pomiarowym wynosił około 0,1 mA.

Urządzenie wykorzystuje bezpośredni pomiar rezystancji cieplnej metodą ilorazową - termistor R4 i rezystor odniesienia (R2 + R3) są połączone szeregowo i przepływa przez nie ten sam prąd. Spadek napięcia występujący na termistorze jest podawany na piny wejściowe 30 i 31, a spadek napięcia na rezystorze odniesienia, który działa jako źródło napięcia odniesienia Uobr, na piny 35 i 36 przetwornika ADC DA3.

Przy tej metodzie pomiaru wynik konwersji ADC nie zależy od prądu w obwodzie pomiarowym, co oznacza, że nie ma potrzeby stosowania tradycyjnie stosowanych wysokiej jakości źródeł prądowych i napięciowych, od których zależy charakterystyka dokładności miernika w dużej mierze zależy.

W przypadku urządzenia pracującego w trybie pomiaru temperatury typowym problemem jest skompensowanie początkowej wartości oporu cieplnego w temperaturze zerowej. Aby to zrobić, wybiera się rezystancję rezystora kompensacyjnego (R5 + R6) równą rezystancji termistora R4 w temperaturze zerowej oraz w celu skompensowania sumy wartości napięć Ut + Uk dostarczonych do ADC pin 30, na jego pin 31 podawane jest napięcie równe 2 Uk, które tworzy wzmacniacz operacyjny DA2 o wzmocnieniu K=(1+R14/R13)=2. Wtedy, biorąc pod uwagę fakt, że rezystancja termistora maleje wraz ze wzrostem temperatury, mamy Uin ac = U+in - U-in = 2Uk-(Ut+Uk) = Uk-Ut.

Linearyzacja nieliniowej zależności rezystancji termicznej od temperatury jest realizowana poprzez zbocznikowanie termistora R4 z rezystorem R11 - z grubsza, a dokładnie poprzez wprowadzenie do urządzenia wzmacniacza operacyjnego DA1. Ale rezystor bocznikowy R11 tylko częściowo koryguje tę nieliniowość, nieco rozszerzając zakres temperatur roboczych.

Zasada dokładnej linearyzacji opiera się na zmianach współczynnika konwersji ADC w zależności od napięcia odniesienia Uobr. Zmienia się dzięki sprzężeniu zwrotnemu przez wzmacniacz operacyjny DA1. Przy takim połączeniu część napięcia wejściowego Uin, określona przez wzmocnienie wzmacniacza operacyjnego DA1 V = [1+(R8+R9)/R7], jest dodawana do napięcia Uobr. Im bardziej rezystancja termistora rośnie wraz ze spadkiem temperatury, tym szybciej rośnie napięcie odniesienia, a to prowadzi do proporcjonalnego spadku współczynnika konwersji ADC: -arr - napięcia odpowiednio na pinach 0 i 36 przetwornika ADC.

Jeżeli przyjmiemy wartość dzielenia najmniej znaczącej cyfry równą 0,1 C, to w postaci ostatecznej wskazanie wskaźnika cyfrowego NG1 będzie określone wyrażeniem N=100Uin/Uobr=100(Uk-Ut)/[(U0 -B(Uk-Ut)]=100(R5 +R6-R4)/[(R2+R3)-B(R5+R6-R4)]

Pozostałe elementy termometru zapewniające działanie przetwornika ADC są typowe. Tranzystor VT1, włączony przez falownik, służy do wskazania znaku dziesiętnego na wskaźniku cyfrowym HG1.

Detale urządzenia zamontowano na płytce drukowanej wykonanej z folii z włókna szklanego o grubości 1,5 mm. Chip DA3 jest montowany z boku drukowanych przewodników. Gniazda X1, X2 (od złącza 2PM) są wlutowane bezpośrednio do płytek drukowanych. Dostępne są również drukowane podkładki do mocowania przełącznika SA1. Rezystory stałe - C2-29V, rezystory strojenia - SP3-38a. Kondensatory: C1 - K50-6, C3 i C7 - K22U, C5 - K73-17, C2 i C6 - K73-24. Przełącznik SA1 - PD9-2, bateria GB1 - "Korund". Wskaźnik IZHKTS1-4/8 można zastąpić IZHTS-5.

Konstrukcja czujnika jest dowolna. Na przykład w pręcie z tworzywa sztucznego o średnicy 5 i długości 65-70 mm wierci się przelotowy otwór osiowy o średnicy około 3 mm, a następnie wierci się wgłębienie na jednym z jego końców. Na wyprowadzenia termistora nakładamy cienkie rurki izolacyjne, wyprowadzenia wprowadzamy w otwór w pręcie, termistor montuje się we wnęce i uszczelnia klejem BOV-1 o nazwie lakier KO947. Końce dwużyłowego elastycznego kabla są przylutowane do wyprowadzeń, a kawałek cienkościennej rurki duraluminiowej służącej jako uchwyt czujnika jest ciasno osadzony na przeciwległym do termistora końcu pręta. Długość przewodu przyłączeniowego wynosi około 1,5 m.

Ze względu na duże zróżnicowanie parametrów termistorów półprzewodnikowych, do urządzenia wprowadzono trzy rezystory dostrajające: R5 - do zerowania, R2 - do ustawienia skali skali oraz R9 - do linearyzacji charakterystyki termistora.

Najprostszą regulację termometru wygodnie przeprowadza się według trzech kontrolnych wartości temperatury: stopionej wody (0°C), ciała ludzkiego (36,6°C) i wrzącej wody (100°C). Pierwszy z tych punktów pomiarowych mierzy temperaturę wody w lodzie, a nie wody z lodem, która może przekraczać 1°C. W drugim punkcie kontrolnym termometr medyczny służy jako przyrząd referencyjny. Punkt wrzenia wody należy skorygować o ciśnienie atmosferyczne. Na przykład w Piatigorsku, położonym na wysokości około 500 m n.p.m., woda wrze w temperaturze 92,5°C.

Regulacja rozpoczyna się poprzez umieszczenie czujnika w stopionej wodzie. Rezystor trymera R5 ustawia wskaźnik na zero. Następnie, regulując naprzemiennie rezystory R2 i R9, uzyskuje się odczyty wskaźnika odpowiadające wartościom temperatury w pozostałych dwóch punktach kontrolnych. Następnie ponownie umieszcza się czujnik w roztopionej wodzie i powtarza się wszystkie pomiary kontrolne.

Bardziej precyzyjną regulację urządzenia można wykonać za pomocą przemysłowych termometrów rtęciowych o działce skali 0,2°C.

Zamiast termistora TR-4 w czujniku można zastosować inne termistory o szerszym zastosowaniu, ale z obowiązkowym dopasowaniem rezystancji niektórych rezystorów urządzenia. Tak więc w przypadku MMT-4 o rezystancji nominalnej 1,3 kOhm rezystancję rezystora R11 należy zmniejszyć do 3,3 kOhm, aw przypadku termistora ST3-19 o rezystancji nominalnej 2,2 kOhm - do 3 kOhm.

Tryby pracy ADC przy zastosowaniu termistorów TR-4 i MMT-4 w urządzeniu przedstawiono w tabeli. Jeśli nie ma wystarczających limitów regulacji z rezystorami przycinającymi, z wyjątkiem R11, może być konieczne wybranie rezystorów R3, R6, R8.

Autor; V. Suetin, Piatigorsk; Publikacja: cxem.net

Zobacz inne artykuły Sekcja Regulatory mocy, termometry, stabilizatory ciepła.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Pomiar ultra niskiej grawitacji 19.03.2021

Precyzyjne eksperymenty umożliwiły zmierzenie przyciągania między obiektami o masie zaledwie 0,09 grama i wykazały, że prawo Newtona obowiązuje również na tym poziomie.

Od czasów Izaaka Newtona wiadomo było, że siła przyciągania grawitacyjnego między parą obiektów jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Ogólna teoria względności, która pojawiła się na początku XX wieku, która traktuje grawitację jako geometryczne deformacje czasoprzestrzeni, dokładniej opisuje zachowanie masywnych tematów w skali astronomicznej. Nie wiadomo jednak, jak zachowuje się grawitacja po przeciwnej stronie skali, na poziomie cząstek elementarnych.

Nawet testy formuł newtonowskich przeprowadza się z reguły na obiektach o masie rzędu kilogramów i gramów: ich grawitacja jest tak mała, że niezwykle trudno ją zmierzyć. Ostatnio jednak zespołowi Tobiasa Westphala z Austriackiej Akademii Nauk udało się wykonać tę pracę dla złotych kul ważących zaledwie 90 miligramów, rejestrując rekordowo niską siłę grawitacji.

Eksperymenty opierają się na schemacie wymyślonym przez Henry'ego Cavendisha, który po raz pierwszy zmierzył w ten sposób oddziaływania grawitacyjne między obiektami w swoim laboratorium. W tym celu umocował masę próbną (ołowianą kulę) na końcu drewnianej belki zawieszonej na nitce i wyważył ją drugą kulą tego samego rodzaju. Druga, masywniejsza kula powoli zbliżała się do obciążenia testowego, którego przyciąganie powodowało lekki obrót wahacza. Rejestrując skręcenie nici, można było dokładnie oszacować wielkość obrotu i obliczyć siłę przyciągania między masami.

Tobias Westphal i jego koledzy przeprowadzili podobny eksperyment, w którym jako odważniki testowe posłużyły złote kulki ważące zaledwie 90 miligramów, zamontowane na miniaturowym szklanym jarzmie i zawieszone na bardzo cienkiej silikonowej nitce. Ugięcie wahacza rejestrowano obracając zamontowane na nim lustro, które oświetlała wiązka laserowa. I oczywiście, pracując na tym poziomie dokładności, naukowcy musieli przeprowadzać eksperymenty w głębokiej próżni i starannie ekranować pola elektromagnetyczne za pomocą klatki Faradaya.

Dokładne pomiary wykazały, że formuła Newtona nadal działa na skalę mas miligramowych. Obliczając stałą grawitacyjną (G) na podstawie swoich pomiarów naukowcy wykazali, że różni się ona tylko o dziewięć procent od standardowej przyjętej wartości. Ale najważniejsze jest to, że autorzy wykazali, że takie pomiary są w zasadzie możliwe i pozwalają na rejestrację ultramałych sił grawitacyjnych. Być może kiedyś pomogą zrozumieć ich pracę na poziomie cząstek elementarnych.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Każdy materiał zamienia się w szkło

▪ Procesor ARM 7 nm do samochodów autonomicznych

▪ Lokalizacja strumienia dźwięku tworzy idealny sygnał

▪ Korale przesuwają granice Japonii

▪ Zaćmienie Słońca tworzy unikalne fale w ziemskiej atmosferze

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Duża encyklopedia dla dzieci i dorosłych. Wybór artykułu

▪ artykuł pożarowy. Przyczyny pożarów. Środki bezpieczeństwa przeciwpożarowego. Podstawy bezpiecznego życia

▪ artykuł Ile osób zginęło w najbardziej niszczycielskim pożarze w Londynie? Szczegółowa odpowiedź

▪ Artykuł z lawendy lekarskiej. Legendy, uprawa, metody aplikacji

▪ Artykuł Szminka. Proste przepisy i porady

▪ artykuł Zasilacz dużej mocy, 100 W. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn