Tutaj uczymy się czterech najlepszych elektronicznych obwodów termometrów, które mogą być powszechnie używane do pomiaru temperatury ciała lub temperatury atmosferycznej w pomieszczeniach w zakresie od zera do 50 stopni Celsjusza.
W poprzednim poście poznaliśmy niektóre cechy znakomitego chipa czujnika temperatury LM35 , co daje wartości wyjściowe przy zmiennych napięciach, które są bezpośrednio równoważne zmianom temperatury otoczenia, w stopniach Celsjusza.
Ta cecha w szczególności powoduje konstrukcję proponowanej temperatury pokojowej obwód termometru bardzo prosta.
1) Termometr elektroniczny wykorzystujący pojedynczy układ scalony LM35
Wymaga tylko połączenia jednego układu scalonego z odpowiednim typem miernika z ruchomą cewką i prawie natychmiast zaczniesz uzyskiwać odczyty.
IC LM35 pokaże wzrost napięcia wyjściowego o 10mV w odpowiedzi na każdy stopień wzrostu temperatury otaczającej go atmosfery.
Schemat obwodu pokazany poniżej wyjaśnia to wszystko, nie ma potrzeby stosowania skomplikowanych obwodów, wystarczy podłączyć miernik z ruchomą cewką 0-1 V FSD do odpowiednich pinów układu scalonego, odpowiednio ustawić garnek i gotowe z obwodem czujnika temperatury w pomieszczeniu .
Konfiguracja urządzenia
Po zmontowaniu obwodu i wykonaniu pokazanych połączeń można przystąpić do ustawiania termometru w sposób opisany poniżej:
- Umieść preset w połowie zakresu.
- Włączyć zasilanie obwodu.
- Weź miskę topniejącego lodu i zanurz IC wewnątrz lodu.
- Teraz ostrożnie zacznij regulować ustawienie wstępne, tak aby miernik wskazywał zero woltów.
- Procedura konfiguracji tego elektronicznego termometru została zakończona.
Po wyjęciu czujnika z lodu, w ciągu kilku sekund zacznie on wyświetlać aktualną temperaturę pokojową na mierniku bezpośrednio w stopniach Celsjusza.
2) Obwód monitorowania temperatury w pomieszczeniu
Drugi projekt termometru elektronicznego poniżej to kolejny bardzo prosty, ale bardzo precyzyjny obwód miernika temperatury powietrza, który został tutaj przedstawiony.
Zastosowanie wysoce wszechstronnego i dokładnego układu IC LM 308 sprawia, że obwód reaguje i znakomicie reaguje na najmniejsze zmiany temperatury zachodzące w otaczającej go atmosferze.
Używanie diody ogrodowej 1N4148 jako czujnika temperatury
Dioda 1N4148 (D1) jest tutaj używana jako aktywny czujnik temperatury otoczenia. Unikalna wada diody półprzewodnikowej, takiej jak 1N4148, która wykazuje zmianę charakterystyki napięcia przewodzenia pod wpływem zmiany temperatury otoczenia, została tutaj skutecznie wykorzystana, a urządzenie to jest wykorzystywane jako wydajny, tani czujnik temperatury.
Przedstawiony tutaj obwód elektronicznego czujnika temperatury powietrza jest bardzo dokładny w swojej funkcji, kategorycznie ze względu na minimalny poziom histerezy.
Pełny opis obwodu i wskazówki konstrukcyjne zawarte w niniejszym dokumencie.
Działanie obwodu
Obecny obwód elektronicznego obwodu miernika temperatury powietrza jest wyjątkowo dokładny i może być bardzo skutecznie używany do monitorowania zmian temperatury atmosferycznej. Przyjrzyjmy się pokrótce jego działaniu obwodu:
Tutaj jak zwykle używamy jako czujnika bardzo uniwersalnej „diody ogrodowej” 1N4148 ze względu na jej typową wadę (a raczej zaletę w tym przypadku) polegającą na zmianie charakterystyki przewodzenia pod wpływem zmiennej temperatury otoczenia.
Dioda 1N4148 może wygodnie wytwarzać liniowy i wykładniczy spadek napięcia na sobie w odpowiedzi na odpowiedni wzrost temperatury otoczenia.
Ten spadek napięcia wynosi około 2 mV na każdy stopień wzrostu temperatury.
Ta szczególna cecha 1N4148 jest szeroko wykorzystywana w wielu obwodach czujników temperatury niskiego zakresu.
Odnosząc się do proponowanego czujnika temperatury w pomieszczeniu ze schematem obwodu wskaźnika podanym poniżej, widzimy, że IC1 jest podłączony jako wzmacniacz odwracający i stanowi serce obwodu.
Jego nieodwracający pin nr 3 jest utrzymywany przy określonym stałym napięciu odniesienia za pomocą Z1, R4, P1 i R6.
Tranzystory T1 i T2 służą jako źródło prądu stałego i pomagają w utrzymaniu większej dokładności obwodu.
Odwracające wejście układu scalonego jest podłączone do czujnika i monitoruje nawet najmniejszą zmianę wahań napięcia na diodzie czujnika D1. Te wahania napięcia, jak wyjaśniono, są wprost proporcjonalne do zmian temperatury otoczenia.
Wykryta zmiana temperatury jest natychmiast wzmacniana do odpowiedniego poziomu napięcia przez układ scalony i odbierana na jego styku wyjściowym nr 6.
Odpowiednie odczyty są bezpośrednio przeliczane na stopnie Celsjusza za pomocą miernika z ruchomą cewką 0-1 V FSD.
Lista części
- R1, R4 = 12K,
- R2 = 100E,
- R3 = 1 M,
- R5 = 91K,
- R6 = 510 K,
- P1 = 10 K PRESET,
- P2 = 100K PRESET,
- C1 = 33 pF,
- C2, C3 = 0,0033 uF,
- T1, T2 = BC 557,
- Z1 = 4,7V, 400mW,
- D1 = 1N4148,
- IC1 = LM308,
- Płyta ogólnego przeznaczenia według rozmiaru.
- B1 i B2 = bateria 9V PP3.
- M1 = 0-1 V, woltomierz typu FSD z ruchomą cewką
Konfiguracja obwodu
Procedura jest nieco krytyczna i wymaga szczególnej uwagi. Do wykonania procedury potrzebne będą dwa dokładnie znane źródła temperatury (gorące i zimne) oraz dokładny szklany termometr rtęciowy.
Kalibrację można przeprowadzić w następujących punktach:
Początkowo zachowaj presety ustawione w połowie. Podłączyć woltomierz (1 V FSD) na wyjściu obwodu.
Jako źródło zimnej temperatury używana jest tutaj woda o temperaturze pokojowej.
Zanurz czujnik i szklany termometr w wodzie i zanotuj temperaturę w szklanym termometrze oraz równoważny wynik napięcia na woltomierzu.
Weź miskę oleju, podgrzej go do około 100 stopni Celsjusza i poczekaj, aż jego temperatura ustabilizuje się do około 80 stopni Celsjusza.
Jak wyżej, zanurz dwa czujniki i porównaj je z powyższym wynikiem. Odczyt napięcia powinien być równy zmianie temperatury w szklanym termometrze pomnożonej przez 10 mV. Nie rozumiesz? Cóż, przeczytajmy następujący przykład.
Załóżmy, że woda źródłowa o zimnej temperaturze ma 25 stopni Celsjusza (temperatura pokojowa), a gorące źródło, jak wiemy, ma temperaturę 80 stopni Celsjusza. Zatem różnica lub zmiana temperatury między nimi wynosi 55 stopni Celsjusza. Dlatego różnica w odczytach napięcia powinna być 55 pomnożona przez 10 = 550 milionów woltów lub 0,55 wolta.
Jeśli nie spełniasz kryterium, dostosuj P2 i kontynuuj powtarzanie kroków, aż w końcu to osiągniesz.
Po ustawieniu powyższej szybkości zmian (10 mV na 1 stopień Celsjusza) wystarczy ustawić P1 tak, aby miernik wskazywał 0,25 V przy 25 stopniach (czujnik trzymany w wodzie o temperaturze pokojowej).
Na tym kończy się ustawienie obwodu.
Ten obwód miernika temperatury powietrza może być również skutecznie używany jako elektroniczny termometr pokojowy.
3) Obwód termometru pokojowego wykorzystujący LM324 IC
Trzeci projekt jest prawdopodobnie najlepszy pod względem kosztów, łatwości konstrukcji i dokładności.
Pojedynczy układ scalony LM324, zwykły układ scalony 78L05 5V i kilka elementów pasywnych to wszystko, czego potrzeba, aby stworzyć ten najłatwiejszy obwód wskaźnika Celsjusza w pomieszczeniu.
Tylko 3 wzmacniacze operacyjne są używane z 4 wzmacniaczy operacyjnych modelu LM324 .
Wzmacniacz operacyjny A1 jest okablowany, aby utworzyć wirtualną masę dla obwodu, aby zapewnić jego efektywną pracę. A2 jest skonfigurowany jako wzmacniacz nieodwracający, w którym rezystor sprzężenia zwrotnego jest zastąpiony diodą 1N4148.
Ta dioda działa również jako czujnik temperatury i spada o około 2 mV z każdym stopniem wzrostu temperatury otoczenia.
Spadek o 2 mV jest wykrywany przez obwód A2 i przekształcany w odpowiednio zmieniający się potencjał na pinie # 1.
Potencjał ten jest dodatkowo wzmacniany i buforowany przez wzmacniacz odwracający A3 do zasilania dołączonego woltomierza 0 do 1 V.
Woltomierz przekształca zależną od temperatury zmienną moc wyjściową na skalibrowaną skalę temperatury, aby szybko uzyskać dane dotyczące temperatury w pomieszczeniu poprzez odpowiednie odchylenia.
Cały obwód zasilany jest pojedynczym 9 V PP3.
Więc ludzie, były to 3 fajne, łatwe do zbudowania obwody wskaźnika temperatury w pomieszczeniu, które każdy hobbysta może zbudować do monitorowania zmian temperatury otoczenia w pomieszczeniu szybko i tanio przy użyciu standardowych komponentów elektronicznych i bez angażowania skomplikowanych urządzeń Arduino.
4) Termometr elektroniczny wykorzystujący IC 723
Podobnie jak w powyższym projekcie, również tutaj zastosowano diodę krzemową jako czujnik temperatury. Potencjał złącza diody krzemowej spada o około 1 miliwolt na każdy stopień Celsjusza, co pozwala na określenie temperatury diody poprzez obliczenie napięcia na niej. Dioda skonfigurowana jako czujnik temperatury zapewnia korzyści w postaci wysokiej liniowości przy niskiej stałej czasowej.
Można go dodatkowo zastosować w szerokim zakresie temperatur, od -50 do 200 C. Ponieważ napięcie diody wymaga dość dokładnej oceny, konieczne jest niezawodne zasilanie referencyjne.
Przyzwoitą opcją jest stabilizator napięcia IC 723. Chociaż bezwzględna wartość ti napięcia Zenera w tym układzie scalonym może być różna w zależności od układu scalonego, współczynnik temperaturowy jest niezwykle mały (zwykle 0,003% na stopień C).
Dodatkowo, 723 jest znane ze stabilizacji zasilanie 12 V w całym obwodzie. Zwróć uwagę, że numery pinów na schemacie połączeń są odpowiednie tylko dla wariantu z dwoma wejściami (DIL) IC 723.
Drugi układ scalony, 3900, zawiera poczwórne wzmacniacze, w których jest używanych tylko kilka. Te wzmacniacze operacyjne są zaprojektowane aby pracować trochę inaczej, są one skonfigurowane jako jednostki napędzane prądem, a nie jako napędzane napięciem. Wejście najlepiej byłoby uznać za podstawę tranzystora w konfiguracji wspólnego emitera.
W rezultacie napięcie wejściowe często wynosi około 0,6 wolta. R1 jest sprzężony z napięciem odniesienia, a zatem prąd stały przepływa przez ten rezystor. Ze względu na duże wzmocnienie w otwartej pętli wzmacniacz operacyjny jest w stanie dostosować swoje własne wyjście, aby dokładnie taki sam prąd płynął na jego wejście odwracające, a prąd płynący przez diodę wykrywającą temperaturę (D1) pozostaje stały.
Ta konfiguracja jest ważna ze względu na fakt, że dioda jest zasadniczo źródłem napięcia o określonej rezystancji wewnętrznej, a jakiekolwiek odchylenie w przepływie prądu przez nią może w rezultacie powodować zmianę napięcia, która może być błędnie przetłumaczone jako zmiana temperatury. Napięcie wyjściowe na pinie 4 jest więc takie samo jak napięcie na wejściu odwracającym, jak również napięcie wokół diody (ta ostatnia zmienia się wraz z temperaturą).
C3 hamuje oscylacje. Pin 1 układu IC 2B jest podłączony do stałego potencjału odniesienia, a stały prąd w konsekwencji przepływa na wejście nieodwracające. Wejście odwracające układu IC 2B jest połączone za pomocą R2 z wyjściem układu IC 2A (styk 4), aby było zasilane prądem zależnym od temperatury. IC 2B wzmacnia różnicę między swoimi prądami wejściowymi do wartości, przy której odchylenie napięcia na jego wyjściu (pin 5) może być szybko odczytane za pomocą napięcia 5 do 10 wolt f.s.d. woltomierz.
W przypadku korzystania z miernika panelowego może być konieczne skonfigurowanie prawa Ohma w celu określenia rezystancji szeregowej. Jeśli 100-uA f.s.d. licznik o rezystancji wewnętrznej 1200, całkowity opór przy ugięciu w pełnej skali 10 V musi być zgodny z obliczeniami:
10 / 100uA = 100K
W rezultacie R5 musi wynosić 100 k - 1k2 = 98k8. Najbliższa wspólna wartość (100 k) będzie działać dobrze. Kalibrację można przeprowadzić w sposób opisany poniżej: punkt zerowy jest początkowo ustalany przez P1 za pomocą czujnika temperatury zanurzonego w misce z topniejącego lodu. Odchylenie w pełnej skali można następnie ustalić za pomocą P2, w tym celu diodę można zanurzyć w gorącej wodzie, której temperatura jest identyfikowana (powiedzmy, że wrząca woda testowana dowolnym standardowym termometrem ma wartość 50 °).
Poprzedni: Jak zrobić obwód latarki LED Dalej: Wykonaj ten obwód wskaźnika temperatury z sekwencyjnym wyświetlaczem LED
