Termometr
Przedstawiony tu elektroniczny termometr cyfrowy może służyć do pomiaru temperatur dodatnich, jak i ujemnych. Uniwersalna konstrukcja pozwala na szerokie zastosowanie tego urządzenia. Jest ono bardzo przydatne zarówno w domu, jak i samochodzie.
Opis układu
Termometr zbudowany został w oparciu o przetwornik analogowo-cyfrowy C 520D, US3. W przedstawionym rozwiązaniu wykorzystywane są dwie cyfry przetwornika, co zapewnia odczyt temperatury z dokładnością 1°C. Multipleksowe sterowanie cyframi i zastosowanie jednego dekodera UCY 7447 (US4), pozwala na uproszczenie konstrukcji.
Wyświetlanie wyniku pomiaru temperatur dodatnich realizowane jest na dwóch cyfrach. W przypadku pomiaru temperatury ujemnej, znak minus wyświetlany jest za pomocą diody elektroluminescencyjnej D2. Dioda ta została zastosowana w miejsce segmentu "g" pierwszego wyświetlacza. Miliwoltomierz może mierzyć napięcia ujemne, do wartości 99 mV Przykłady odczytu wyników pomiaru temperatur przedstawia tabela.
W przypadku, gdy temperatura wynosi 31,5°C, to termometr wyświetli nam wynik pośredni, tzn. 31°C lub 32°C. Wyświetlacz wskazujący cyfry 1 lub 2 może zmieniać na przemian ten wynik. Nie przeszkadza to jednak w prawidłowym odczycie wyniku pomiaru.
Czujnikiem temperatury jest dioda pojemnościowa (warikap). Zmiana napięcia na diodzie spolaryzowanej w kierunku przewodzenia wynosi ok. 2 mV/°C, i pozwala na pomiar temperatury w szerokim zakresie. Tak małe zmiany napięcia w funkcji temperatury, wymagają zastosowania odpowiedniego źródła napięcia referencyjnego. Źródłem tego napięcia jest stabilizator LM 7805 (US1). Wartość napięcia powinna wynosić 10V. Przez rezystor R2 płynie prąd diody pojemnościowej. Wartość tego prądu wynosi ok. 130uA i zapewnia liniową pracę termometru.
Na schemacie ideowym został przedstawiony termometr, przeznaczony do pracy w samochodzie. Przystosowanie tego urządzenia do pracy w pomieszczeniu wymaga zastosowania transformatora sieciowego i prostownika w układzie Graetza. Zastosowane mikroprzełączniki WŁ1 i WŁ2 umożliwiają podłączenie trzech czujników temperatury (D2, D3, D4). Mikroprzełączniki posiadają dwie sekcje styków, jedną załączającą, a drugą rozłączającą. Gdy oba przełączniki znajdują się w pozycji spoczynkowej informacja o temperaturze pobierana jest z diody D3. Po włączeniu WŁ1 następuje przełączenie na diodę D2, a po włączeniu WŁ2 jako czujnik zaczyna pracować dioda D4. Potencjometry P1 i P2 przeznaczone są do kalibracji termometru.
Montaż i uruchomienie
W termometrze zastosowano podwójny wyświetlacz ze wspólną anodą. Przypominam, że zastosowany typ wyświetlacza produkowany jest w Polsce. Dioda D5 (znak minus) powinna świecić w takim samym kolorze jak wyświetlacz. Kondensator C1 montujemy w pozycji leżącej, co umożliwi nam zmniejszenie wysokości obudowy. Z kolei rezystory R12R18 zamontowane są w pozycji pionowej. Przed wlutowaniem przełączników WŁ1 i WŁ2 należy rozwiercić odpowiednie otwory w płytce drukowanej, tak aby ich nóżki zmieściły się w nich. Na czas uruchamiania rezystory R1, R6, R10, R11 zastąpione są potencjometrami montażowymi. Chcąc zastosować czujniki w dużej odległości (kilka metrów) od termometru przed rozpoczęciem uruchamiania należy je przygotować wraz z przewodami i dodatkowymi kondensatorami ceramicznymi o pojemności 47 nF.
Czujnik wraz z kondensatorem ceramicznym zaizolowany jest silikonem, co eliminuje wpływ wilgotności powietrza na wskazania temperatury. Po zmontowaniu układu można przystąpić do uruchamiania. Wcześniej jednak musimy poczynić pewne przygotowania, oraz zaopatrzyć się w wodę destylowaną (w ostateczności może być to zwykła przegotowana woda). Część wody wlewamy do pojemników na kostki lodu i umieszczamy je w zamrażarce. Drugą porcję wody nalewamy do szklanki i wstawiamy do lodówki. Po zamarznięciu, kostki lodu wrzucamy do szklanki ze schłodzoną wodą, dokładnie mieszamy i zostawiamy w lodówce (na dolnej półce), aż do czasu gdy przystąpimy do regulacji. Taka mieszanina wody z lodem ma temperaturę 0°C. Resztę wody nalewamy do niewielkiego garnka i gotujemy na niewielkim ogniu, gotowanie powinno przebiegać powoli, co gwarantuje utrzymanie temperatury 100°C.
Przed włączeniem zasilania suwaki potencjometrów montażowych ustawiamy w środkowym położeniu. Po włączeniu zasilania dobierając wartość rezystora R1 (ok. 1k) ustawiamy napięcie wyjściowe stabilizatora US1 na 10 V. Stabilizator US2 w trakcie pracy nieznacznie grzeje się, dlatego też można przymocować do niego niewielki radiator z blachy aluminiowej. Diody pojemnościowe pełniące funkcję czujników nie są doskonałe, ich parametry elektryczne różnią się pomiędzy sobą. Dlatego też konieczne jest skorygowanie prądu płynącego przez wszystkie trzy diody dobierając wartości rezystorów R10 i R11 (zastępujemy je potencjometrami montażowymi 220ohm). Następnie wszystkie trzy czujniki zanurzamy w szklance z mieszaniną wody i lodu o temp. 0°C. Dobierając wartość rezystora R6 (potencjometr 10k) ustawiamy na wyświetlaczu wynik 01°C. Po wymontowaniu potencjometru i zmierzeniu jego rezystancji zastępujemy go rezystorem. Przylutowany rezystor powinien ostygnąć, ponieważ jego jego rezystancja zmienia się wraz z temperaturą. Po ostygnięciu rezystora potencjometrem P2 ustawiamy wskazania termometru dokładnie na 00°C. Czynności te wykonujemy dla spoczynkowej pozycji przełączników WŁ1 i WŁ2. Po włączeniu WŁ1 dobieramy wartość rezystora R10, tak żeby wskazania termometru wynosiły 00°C. W czasie dobierania wartości rezystora włącznik WŁ1 musi być cały czas wciśnięty (można przykleić go kawałkiem taśmy klejącej), a czujniki muszą być zanurzone w wodzie z lodem. Podobnie postępujemy z rezystorem R11, przy włączonym WŁ2.
Po wyregulowaniu wskazań termometru dla 0°C można przystąpić do regulacji w temperaturze 100°C. Wszystkie trzy czujniki umieszczamy w gotującej się wodzie. Po odczekaniu kilku minut potencjometrem P1 ustawiamy wskazania wyświetlacza na 99°C lub 00°C. Ten drugi wynik odpowiada wartości 100, lecz pierwsza cyfra nie jest wyświetlana. Wskazane jest powtórne sprawdzenie nastaw potencjometrów w temperaturze 0°C, lecz trzeba chwilkę poczekać, aby czujniki ostygły na powietrzu. Natychmiastowe zanurzenie gorących czujników w wodzie o temp 0°C może spowodować ich uszkodzenie, a także zwiększenie temperatury w naczyniu z lodem.
Elektroniczny termometr z odczytem cyfrowym umieszczony w samochodzie, może mierzyć temperaturę w trzech punktach, np.: w kabinie, silniku i nadkolach kół przednich. Ten ostatni punkt pomiarowy pozwala zorientować się w wartości temperatury przy powierzchni i ostrzec kierowcę przed możliwością wystąpienia gołoledzi. Należy jednak pamiętać, aby przewody doprowadzające sygnały od czujników były dobrane przed regulacją. Czujniki nie mogą się stykać bezpośrednio z elementami metalowymi, powinny być one zamocowane na wspornikach. Czujnik w nadkolu, trzeba osłonić przed zbyt szybkim przepływem powietrza, gdyż w przeciwnym wypadku nie będzie on pokazywał właściwej temperatury.
Wykaz elementów
US1 - LM 7805
US3 - C 520D
US4 - UCY 7447
T1-T3 - BC 308B lub dowolny pnp h21 > 200
Dl - BYP 401-501000 (1N4001007)
D2-D4 - BB 105G (warikap)
D5 - dioda elektroluminescencyjna 2,5X5 mm, kolor świecenia taki sam jak wyświetlacza
Rl* - dobierany, patrz opis w tekście
R2, R5 - 68k/0,125 W
R3, R4 - 180k/0,125 W
R6* - dobierany, patrz opis w tekście
R7 - 27k/0,125 W
R8 - 22k/0,125 W
R9 - 100ohm/0,125 W
R10*, Rll* - dobierany, patrz opis w tekście
R12-R18 - 180ohm/0,125 W
Pl - 47k typ TYP 1232 "stojący"
P2 - 100ohm typ TVP 1232 "stojący"
Cl - 100uF/25 V typ 04/U
C2 - 100 nF/100 V typ MKSE-018-02
C3, C5 - 22uF/16 V typ 04/U
C4, C6 - 47 nF typ KFP
gumisiek@kki.net.pl
Przedstawiony tu elektroniczny termometr cyfrowy może służyć do pomiaru temperatur dodatnich, jak i ujemnych. Uniwersalna konstrukcja pozwala na szerokie zastosowanie tego urządzenia. Jest ono bardzo przydatne zarówno w domu, jak i samochodzie.
Opis układu
Termometr zbudowany został w oparciu o przetwornik analogowo-cyfrowy C 520D, US3. W przedstawionym rozwiązaniu wykorzystywane są dwie cyfry przetwornika, co zapewnia odczyt temperatury z dokładnością 1°C. Multipleksowe sterowanie cyframi i zastosowanie jednego dekodera UCY 7447 (US4), pozwala na uproszczenie konstrukcji.
Wyświetlanie wyniku pomiaru temperatur dodatnich realizowane jest na dwóch cyfrach. W przypadku pomiaru temperatury ujemnej, znak minus wyświetlany jest za pomocą diody elektroluminescencyjnej D2. Dioda ta została zastosowana w miejsce segmentu "g" pierwszego wyświetlacza. Miliwoltomierz może mierzyć napięcia ujemne, do wartości 99 mV Przykłady odczytu wyników pomiaru temperatur przedstawia tabela.
W przypadku, gdy temperatura wynosi 31,5°C, to termometr wyświetli nam wynik pośredni, tzn. 31°C lub 32°C. Wyświetlacz wskazujący cyfry 1 lub 2 może zmieniać na przemian ten wynik. Nie przeszkadza to jednak w prawidłowym odczycie wyniku pomiaru.
Czujnikiem temperatury jest dioda pojemnościowa (warikap). Zmiana napięcia na diodzie spolaryzowanej w kierunku przewodzenia wynosi ok. 2 mV/°C, i pozwala na pomiar temperatury w szerokim zakresie. Tak małe zmiany napięcia w funkcji temperatury, wymagają zastosowania odpowiedniego źródła napięcia referencyjnego. Źródłem tego napięcia jest stabilizator LM 7805 (US1). Wartość napięcia powinna wynosić 10V. Przez rezystor R2 płynie prąd diody pojemnościowej. Wartość tego prądu wynosi ok. 130uA i zapewnia liniową pracę termometru.
Na schemacie ideowym został przedstawiony termometr, przeznaczony do pracy w samochodzie. Przystosowanie tego urządzenia do pracy w pomieszczeniu wymaga zastosowania transformatora sieciowego i prostownika w układzie Graetza. Zastosowane mikroprzełączniki WŁ1 i WŁ2 umożliwiają podłączenie trzech czujników temperatury (D2, D3, D4). Mikroprzełączniki posiadają dwie sekcje styków, jedną załączającą, a drugą rozłączającą. Gdy oba przełączniki znajdują się w pozycji spoczynkowej informacja o temperaturze pobierana jest z diody D3. Po włączeniu WŁ1 następuje przełączenie na diodę D2, a po włączeniu WŁ2 jako czujnik zaczyna pracować dioda D4. Potencjometry P1 i P2 przeznaczone są do kalibracji termometru.
Montaż i uruchomienie
W termometrze zastosowano podwójny wyświetlacz ze wspólną anodą. Przypominam, że zastosowany typ wyświetlacza produkowany jest w Polsce. Dioda D5 (znak minus) powinna świecić w takim samym kolorze jak wyświetlacz. Kondensator C1 montujemy w pozycji leżącej, co umożliwi nam zmniejszenie wysokości obudowy. Z kolei rezystory R12R18 zamontowane są w pozycji pionowej. Przed wlutowaniem przełączników WŁ1 i WŁ2 należy rozwiercić odpowiednie otwory w płytce drukowanej, tak aby ich nóżki zmieściły się w nich. Na czas uruchamiania rezystory R1, R6, R10, R11 zastąpione są potencjometrami montażowymi. Chcąc zastosować czujniki w dużej odległości (kilka metrów) od termometru przed rozpoczęciem uruchamiania należy je przygotować wraz z przewodami i dodatkowymi kondensatorami ceramicznymi o pojemności 47 nF.
Czujnik wraz z kondensatorem ceramicznym zaizolowany jest silikonem, co eliminuje wpływ wilgotności powietrza na wskazania temperatury. Po zmontowaniu układu można przystąpić do uruchamiania. Wcześniej jednak musimy poczynić pewne przygotowania, oraz zaopatrzyć się w wodę destylowaną (w ostateczności może być to zwykła przegotowana woda). Część wody wlewamy do pojemników na kostki lodu i umieszczamy je w zamrażarce. Drugą porcję wody nalewamy do szklanki i wstawiamy do lodówki. Po zamarznięciu, kostki lodu wrzucamy do szklanki ze schłodzoną wodą, dokładnie mieszamy i zostawiamy w lodówce (na dolnej półce), aż do czasu gdy przystąpimy do regulacji. Taka mieszanina wody z lodem ma temperaturę 0°C. Resztę wody nalewamy do niewielkiego garnka i gotujemy na niewielkim ogniu, gotowanie powinno przebiegać powoli, co gwarantuje utrzymanie temperatury 100°C.
Przed włączeniem zasilania suwaki potencjometrów montażowych ustawiamy w środkowym położeniu. Po włączeniu zasilania dobierając wartość rezystora R1 (ok. 1k) ustawiamy napięcie wyjściowe stabilizatora US1 na 10 V. Stabilizator US2 w trakcie pracy nieznacznie grzeje się, dlatego też można przymocować do niego niewielki radiator z blachy aluminiowej. Diody pojemnościowe pełniące funkcję czujników nie są doskonałe, ich parametry elektryczne różnią się pomiędzy sobą. Dlatego też konieczne jest skorygowanie prądu płynącego przez wszystkie trzy diody dobierając wartości rezystorów R10 i R11 (zastępujemy je potencjometrami montażowymi 220ohm). Następnie wszystkie trzy czujniki zanurzamy w szklance z mieszaniną wody i lodu o temp. 0°C. Dobierając wartość rezystora R6 (potencjometr 10k) ustawiamy na wyświetlaczu wynik 01°C. Po wymontowaniu potencjometru i zmierzeniu jego rezystancji zastępujemy go rezystorem. Przylutowany rezystor powinien ostygnąć, ponieważ jego jego rezystancja zmienia się wraz z temperaturą. Po ostygnięciu rezystora potencjometrem P2 ustawiamy wskazania termometru dokładnie na 00°C. Czynności te wykonujemy dla spoczynkowej pozycji przełączników WŁ1 i WŁ2. Po włączeniu WŁ1 dobieramy wartość rezystora R10, tak żeby wskazania termometru wynosiły 00°C. W czasie dobierania wartości rezystora włącznik WŁ1 musi być cały czas wciśnięty (można przykleić go kawałkiem taśmy klejącej), a czujniki muszą być zanurzone w wodzie z lodem. Podobnie postępujemy z rezystorem R11, przy włączonym WŁ2.
Po wyregulowaniu wskazań termometru dla 0°C można przystąpić do regulacji w temperaturze 100°C. Wszystkie trzy czujniki umieszczamy w gotującej się wodzie. Po odczekaniu kilku minut potencjometrem P1 ustawiamy wskazania wyświetlacza na 99°C lub 00°C. Ten drugi wynik odpowiada wartości 100, lecz pierwsza cyfra nie jest wyświetlana. Wskazane jest powtórne sprawdzenie nastaw potencjometrów w temperaturze 0°C, lecz trzeba chwilkę poczekać, aby czujniki ostygły na powietrzu. Natychmiastowe zanurzenie gorących czujników w wodzie o temp 0°C może spowodować ich uszkodzenie, a także zwiększenie temperatury w naczyniu z lodem.
Elektroniczny termometr z odczytem cyfrowym umieszczony w samochodzie, może mierzyć temperaturę w trzech punktach, np.: w kabinie, silniku i nadkolach kół przednich. Ten ostatni punkt pomiarowy pozwala zorientować się w wartości temperatury przy powierzchni i ostrzec kierowcę przed możliwością wystąpienia gołoledzi. Należy jednak pamiętać, aby przewody doprowadzające sygnały od czujników były dobrane przed regulacją. Czujniki nie mogą się stykać bezpośrednio z elementami metalowymi, powinny być one zamocowane na wspornikach. Czujnik w nadkolu, trzeba osłonić przed zbyt szybkim przepływem powietrza, gdyż w przeciwnym wypadku nie będzie on pokazywał właściwej temperatury.
Wykaz elementów
US1 - LM 7805
US3 - C 520D
US4 - UCY 7447
T1-T3 - BC 308B lub dowolny pnp h21 > 200
Dl - BYP 401-501000 (1N4001007)
D2-D4 - BB 105G (warikap)
D5 - dioda elektroluminescencyjna 2,5X5 mm, kolor świecenia taki sam jak wyświetlacza
Rl* - dobierany, patrz opis w tekście
R2, R5 - 68k/0,125 W
R3, R4 - 180k/0,125 W
R6* - dobierany, patrz opis w tekście
R7 - 27k/0,125 W
R8 - 22k/0,125 W
R9 - 100ohm/0,125 W
R10*, Rll* - dobierany, patrz opis w tekście
R12-R18 - 180ohm/0,125 W
Pl - 47k typ TYP 1232 "stojący"
P2 - 100ohm typ TVP 1232 "stojący"
Cl - 100uF/25 V typ 04/U
C2 - 100 nF/100 V typ MKSE-018-02
C3, C5 - 22uF/16 V typ 04/U
C4, C6 - 47 nF typ KFP
gumisiek@kki.net.pl
Cool? Ranking DIY
