4 univerzální obvody elektronického teploměru

Zde se učíme čtyři nejlepší obvody elektronických teploměrů, které lze univerzálně použít k měření tělesných teplot nebo atmosférických teplot v místnosti v rozmezí od nuly do 50 stupňů Celsia.

V předchozím příspěvku jsme se dozvěděli některé funkce vynikajícího čipu teplotního senzoru LM35 , který poskytuje výstupy s různým napětím, které je přímo ekvivalentní změnám teploty okolí, ve stupních Celsia.

Tato vlastnost zejména umožňuje konstrukci navrhované teploty místnosti obvod teploměru velmi jednoduché.

1) Elektronický teploměr využívající Single IC LM35

Vyžaduje pouze připojení jediného integrovaného obvodu s vhodným typem měřiče s pohyblivou cívkou a odečítání začnete téměř okamžitě.

IC LM35 vám ukáže nárůst jeho výstupních voltů o 10 mv v reakci na každý nárůst teploty okolní atmosféry.

Schéma zapojení zobrazené níže vysvětluje vše, není třeba žádných složitých obvodů, stačí připojit měřič pohyblivé cívky 0-1 V FSD přes příslušné piny IC, vhodně nastavit nádobu a jste připraveni na svůj obvod čidla pokojové teploty .

Nastavení jednotky

Po sestavení obvodu a dokončení zobrazených připojení můžete pokračovat v nastavení teploměru, jak je vysvětleno níže:

1. Umístěte předvolbu do středního rozsahu.
2. Zapněte napájení obvodu.
3. Vezměte misku s tajícím ledem a ponořte IC dovnitř ledu.
4. Nyní opatrně začněte upravovat předvolbu tak, aby měřič četl nula voltů.
5. Nastavení tohoto elektronického teploměru je hotové.

Jakmile vyjmete snímač z ledu, během několika sekund začne zobrazovat aktuální pokojovou teplotu na měřiči přímo ve stupních Celsia.

2) Obvod monitoru pokojové teploty

Níže uvedený druhý návrh elektronického teploměru představuje další velmi jednoduchý, ale velmi přesný měřicí obvod snímače teploty vzduchu.

Použití vysoce univerzálního a přesného IC LM 308 umožňuje obvodu reagovat a skvěle reagovat na nejmenší změny teploty, ke kterým dochází v okolní atmosféře.

Použití zahradní diody 1N4148 jako snímače teploty

Dioda 1N4148 (D1) se zde používá jako aktivní snímač okolní teploty. Zde byla účinně využita jedinečná nevýhoda polovodičové diody, jako je 1N4148, která ukazuje změnu charakteristiky dopředného napětí s vlivem změny teploty okolí, a toto zařízení se používá jako účinný levný snímač teploty.

Zde prezentovaný obvod měřidla elektronického snímače teploty vzduchu je velmi přesný, a to kategoricky kvůli minimální úrovni hystereze.

Zde je uveden kompletní popis obvodu a konstrukční vodítka.

Obvodový provoz

Současný obvod elektronického měřicího obvodu snímače teploty vzduchu je mimořádně přesný a lze jej velmi efektivně použít k monitorování změn atmosférické teploty. Podívejme se stručně na jeho fungování obvodu:

Zde jako obvykle používáme jako senzor velmi všestrannou „zahradní diodu“ 1N4148 kvůli jeho typické nevýhodě (nebo spíše výhodě pro tento případ) změny jeho vodivé charakteristiky vlivem proměnlivé teploty okolí.

Dioda 1N4148 je pohodlně schopna produkovat lineární a exponenciální pokles napětí přes sebe v reakci na odpovídající zvýšení teploty okolí.

Tento pokles napětí je kolem 2 mV pro každý nárůst teploty.

Tato konkrétní vlastnost 1N4148 je široce využívána v mnoha obvodech teplotních senzorů s nízkým rozsahem.

S odkazem na navrhovaný monitor pokojové teploty s níže uvedeným schématem indikačního obvodu vidíme, že IC1 je zapojen jako invertující zesilovač a tvoří srdce obvodu.

Jeho neinvertující pin # 3 je udržován na konkrétním pevném referenčním napětí pomocí Z1, R4, P1 a R6.

Tranzistor T1 a T2 se používají jako zdroj konstantního proudu a pomáhá udržovat vyšší přesnost obvodu.

Invertující vstup IC je připojen k senzoru a sleduje i sebemenší změnu variace napětí napříč senzorovou diodou D1. Tyto změny napětí, jak je vysvětleno, jsou přímo úměrné změnám teploty okolí.

Snímaná teplotní variace je IC okamžitě zesílena na odpovídající úroveň napětí a je přijímána na svém výstupním pinu # 6.

Příslušné hodnoty jsou přímo převedeny do stupňů Celsia pomocí měřiče typu pohyblivé cívky 0-1V FSD.

Seznam dílů

• R1, R4 = 12K,
• R2 = 100E,
• R3 = 1M,
• R5 = 91K,
• R6 = 510K,
• P1 = 10K PRESET,
• P2 = 100K PRESET,
• C1 = 33pF,
• C2, C3 = 0,0033uF,
• T1, T2 = BC 557,
• Z1 = 4,7 V, 400 mW,
• D1 = 1N4148,
• IC1 = LM308,
• Univerzální deska podle velikosti.
• B1 a B2 = 9V PP3 baterie.
• M1 = 0 - 1 V, voltmetr s pohyblivou cívkou FSD

Nastavení obvodu

Postup je trochu kritický a vyžaduje zvláštní pozornost. K dokončení postupu budete potřebovat dva přesně známé zdroje teploty (horký a studený) a přesný teploměr rtuť ve skle.

Kalibraci lze provést pomocí následujících bodů:

Zpočátku ponechejte předvolby nastavené uprostřed. Připojte voltmetr (1 V FSD) na výstup obvodu.

U zdroje studené teploty se zde používá voda o teplotě místnosti.

Ponořte senzor a skleněný teploměr do vody a zaznamenejte teplotu ve skleněném teploměru a ekvivalentní výstup napětí ve voltmetru.

Vezměte misku s olejem, zahřejte ji na asi 100 stupňů Celsia a počkejte, až se její teplota ustálí na asi 80 stupňů Celsia.

Jak je uvedeno výše, ponořte oba senzory a porovnejte je s výše uvedeným výsledkem. Odečet napětí by se měl rovnat změně teploty ve skleněném teploměru krát 10 mil. Voltů. Nerozuměli jste? Přečtěte si následující příklad.

Předpokládejme, že studená zdrojová voda má teplotu 25 stupňů Celsia (pokojová teplota), horký zdroj, jak víme, má teplotu 80 stupňů Celsia. Rozdíl nebo změna teploty mezi nimi je tedy 55 stupňů Celsia. Rozdíl ve odečtu napětí by proto měl být 55 vynásoben 10 = 550 ml voltů nebo 0,55 voltu.

Pokud kritérium zcela nesplníte, upravte P2 a pokračujte v opakování kroků, dokud ho nakonec nedosáhnete.
Jakmile je nastavena výše uvedená rychlost změny (10 mV na 1 stupeň Celsia), stačí upravit P1 tak, aby měřič ukazoval 0,25 voltu při 25 stupních (snímač udržovaný ve vodě při pokojové teplotě).

Tím je nastavení obvodu ukončeno.
Tento měřicí obvod snímače teploty vzduchu lze také efektivně použít jako pokojový elektronický teploměr.

3) Obvod pokojového teploměru pomocí IC LM324

Třetí design je pravděpodobně nejlepší z hlediska nákladů, snadnosti konstrukce a přesnosti.

Jediný integrovaný obvod LM324, běžný integrovaný obvod 78L05 5 V a několik pasivních součástek je vše, co je zapotřebí k vytvoření tohoto nejjednoduššího kontrolního obvodu místnosti Celsia.

Používají se pouze 3 operační zesilovače ze 4 operačních zesilovačů LM324 .

Operační zesilovač A1 je zapojen tak, aby vytvořil virtuální uzemnění obvodu pro jeho efektivní práci. A2 je konfigurován jako neinvertující zesilovač, kde je zpětnovazební rezistor nahrazen diodou 1N4148.

Tato dioda funguje také jako teplotní čidlo a při každém zvýšení okolní teploty klesá kolem 2 mV.

Tento pokles 2 mV je detekován obvodem A2 a je převeden na odpovídající kolísající potenciál na pinu # 1.

Tento potenciál je dále zesílen a vyrovnáván invertujícím zesilovačem A3 pro napájení připojené jednotky voltmetru 0 až 1V.

Voltmetr převádí teplotně závislý měnící se výstup na kalibrovanou teplotní stupnici, aby rychle vyprodukoval údaje o pokojové teplotě prostřednictvím příslušných výchylek.

Celý obvod je napájen jediným 9 V PP3.

Lidi, šlo o 3 chladné a snadno sestavitelné obvody indikátorů pokojové teploty, které může každý fanda sestavit pro rychlé a levné sledování kolísání teploty okolí provozovny pomocí standardních elektronických součástek a bez zapojení složitých zařízení Arduino.

4) Elektronický teploměr pomocí IC 723

Stejně jako výše uvedená konstrukce je i zde použita křemíková dioda jako teplotní senzor. Potenciál spojení křemíkové diody klesá pro každý stupeň Celsia přibližně o 1 milivolt, což umožňuje stanovit teplotu diody výpočtem napětí na ní. Pokud je dioda konfigurována jako teplotní senzor, nabízí výhody vysoké linearity s nízkou časovou konstantou.

Mohlo by to být navíc možné implementovat v širokém teplotním rozsahu od -50 do 200 ° C. Jelikož je nutné diodové napětí vyhodnotit docela přesně, je nutný spolehlivý referenční zdroj.

Slušnou možností je stabilizátor napětí IC 723. I když se absolutní ti hodnota zenerova napětí v tomto IC může lišit od IC k jiné, teplotní koeficient je extrémně malý (obvykle 0,003% na stupeň C).

Navíc, je známo, že 723 se stabilizuje napájení 12 voltů v celém obvodu. Všimněte si, že čísla pinů ve schématu zapojení jsou vhodná pouze pro variantu dual-in - line (DIL) IC 723.

Druhý IC, model 3900, obsahuje čtyřnásobné zesilovače, kde se využívá jen pár. Tyto operační zesilovače jsou navrženy aby fungovaly trochu jinak, jsou konfigurovány jako jednotky poháněné proudem místo jako jednotky napájené napětím. Za vstup lze nejlépe považovat základnu tranzistoru v konfiguraci společného emitoru.

Výsledkem je, že vstupní napětí je často kolem 0,6 voltu. R1 je spojen s referenčním napětím a tímto rezistorem se tudíž pohybuje konstantní proud. Díky velkému zesílení otevřené smyčky je operační zesilovač schopen přizpůsobit svůj vlastní výstup tak, aby do jeho invertujícího vstupu proudil přesně stejný proud a proud přes diodu snímající teplotu (D1) tak zůstává konstantní.

Toto nastavení je důležité vzhledem k tomu, že dioda je v podstatě zdrojem napětí, který má specifický vnitřní odpor, a jakýkoli druh odchylky v proudu, který se přes něj pohybuje, může ve výsledku způsobit změnu napětí, která by mohla být nakonec chybně přeloženo jako změna teploty. Výstupní napětí na pinu 4 je tedy stejné jako napětí na invertujícím vstupu, stejně jako napětí kolem diody (druhé se mění s teplotou).

C3 inhibuje oscilaci. Pin 1 IC 2B je připojen k pevnému referenčnímu potenciálu a konstantní proud se následně přesune do neinvertujícího vstupu. Invertující vstup IC 2B je napojen pomocí R2 na výstup IC 2A (pin 4), aby byl provozován proudem závislým na teplotě. IC 2B zesiluje rozdíl mezi svými vstupními proudy na hodnotu, kterou lze rychle přečíst odchylku napětí na jeho výstupu (pin 5) s 5 až 10 volty f.s.d. voltmetr.

V případě, že je použit panelový měřič, může být nutné pro stanovení sériového odporu nakonfigurovat Ohmův zákon. Pokud 100 uA f.s.d. Je použit měřič s vnitřním odporem 1200, celkový odpor pro 10 V odchylku v plném rozsahu musí být podle výpočtu:

10 / 100uA = 100K

Výsledkem R5 musí být 100 k - 1k2 = 98k8. Nejbližší společná hodnota (100 k) bude fungovat dobře. Kalibraci lze provést, jak je vysvětleno níže: nulový bod je zpočátku fixován P1 pomocí teplotního senzoru ponořeného do misky s tajícím ledem. Poté může být dioda ponořena do horké vody, jejíž teplota je identifikována (řekněme vroucí voda testovaná jakýmkoli standardním teploměrem na 50 °).