4 Ηλεκτρονικά κυκλώματα γενικών θερμομέτρων

Εδώ μαθαίνουμε τέσσερα καλύτερα ηλεκτρονικά κυκλώματα θερμομέτρων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν παγκοσμίως για τη μέτρηση των θερμοκρασιών του σώματος ή των θερμοκρασιών του ατμοσφαιρικού δωματίου που κυμαίνονται από μηδέν έως 50 βαθμούς Κελσίου.

Στην προηγούμενη ανάρτηση μάθαμε μερικά από τα χαρακτηριστικά του εξαιρετικού τσιπ αισθητήρα θερμοκρασίας LM35 , που δίνει έξοδοι σε ποικίλες τάσεις που αντιστοιχούν άμεσα σε αλλαγές θερμοκρασίας περιβάλλοντος, σε Κελσίου.

Αυτό το χαρακτηριστικό κάνει ιδιαίτερα την κατασκευή της προτεινόμενης θερμοκρασίας δωματίου κύκλωμα θερμομέτρου πολύ απλό.

1) Ηλεκτρονικό θερμόμετρο χρησιμοποιώντας ένα ενιαίο IC LM35

Απαιτεί απλώς ένα μόνο IC για σύνδεση με έναν κατάλληλο τύπο μετρητή κινούμενου πηνίου και αρχίζετε να λαμβάνετε τις μετρήσεις σχεδόν αμέσως.

Το IC LM35 θα σας δείξει αύξηση 10mv στα βολτ εξόδου του ως απόκριση σε κάθε βαθμό αύξησης της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας που την περιβάλλει.

Το διάγραμμα κυκλώματος που φαίνεται παρακάτω εξηγεί τα πάντα, χωρίς ανάγκη περίπλοκων κυκλωμάτων, απλώς συνδέστε έναν μετρητή πηνίου FSD 0-1 V στις αντίστοιχες ακίδες του IC, ρυθμίστε το δοχείο κατάλληλα και είστε έτοιμοι με το κύκλωμα αισθητήρα θερμοκρασίας δωματίου .

Ρύθμιση της μονάδας

Αφού συναρμολογήσετε το κύκλωμα και ολοκληρώσετε τις προβλεπόμενες συνδέσεις, μπορείτε να προχωρήσετε στη ρύθμιση του θερμομέτρου όπως εξηγείται παρακάτω:

1. Βάλτε την προεπιλογή στο εύρος της μέσης.
2. Ενεργοποιήστε την τροφοδοσία στο κύκλωμα.
3. Πάρτε ένα μπολ με λιωμένο πάγο και βυθίστε το IC μέσα στον πάγο.
4. Τώρα αρχίστε προσεκτικά να ρυθμίσετε την προεπιλογή, έτσι ώστε ο μετρητής να διαβάζει μηδέν βολτ.
5. Η διαδικασία ρύθμισης αυτού του ηλεκτρονικού θερμομέτρου έχει ολοκληρωθεί.

Μόλις αφαιρέσετε τον αισθητήρα από τον πάγο, μέσα σε δευτερόλεπτα θα αρχίσει να εμφανίζει την τρέχουσα θερμοκρασία δωματίου πάνω από το μετρητή απευθείας σε Κελσίου.

2) Κύκλωμα παρακολούθησης θερμοκρασίας δωματίου

Ο δεύτερος ηλεκτρονικός σχεδιασμός θερμομέτρου παρακάτω είναι ένα άλλο πολύ απλό αλλά εξαιρετικά ακριβές κύκλωμα μετρητή αισθητήρα θερμοκρασίας αέρα που παρουσιάστηκε εδώ.

Η χρήση του εξαιρετικά ευπροσάρμοστου και ακριβούς IC LM 308 κάνει το κύκλωμα να ανταποκρίνεται και να αντιδρά υπέροχα στις μικρότερες αλλαγές θερμοκρασίας που συμβαίνουν στη γύρω ατμόσφαιρα.

Χρησιμοποιώντας τη δίοδο κήπου 1N4148 ως αισθητήρα θερμοκρασίας

Η δίοδος 1N4148 (D1) χρησιμοποιείται ως ενεργός αισθητήρας θερμοκρασίας περιβάλλοντος εδώ. Το μοναδικό μειονέκτημα μιας διόδου ημιαγωγών όπως το 1N4148 που δείχνει χαρακτηριστική αλλαγή τάσης προς τα εμπρός με την επίδραση της αλλαγής θερμοκρασίας περιβάλλοντος έχει αξιοποιηθεί αποτελεσματικά εδώ και αυτή η συσκευή χρησιμοποιείται ως αποτελεσματικός, φθηνός αισθητήρας θερμοκρασίας.

Το ηλεκτρονικό κύκλωμα μετρητή αισθητήρα θερμοκρασίας αέρα που παρουσιάζεται εδώ είναι πολύ ακριβές στη λειτουργία του, κατηγορηματικά λόγω του ελάχιστου επιπέδου υστέρησης.

Πλήρης περιγραφή κυκλώματος και στοιχεία κατασκευής που περιλαμβάνονται εδώ.

Λειτουργία κυκλώματος

Το παρόν κύκλωμα ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος αισθητήρα θερμοκρασίας αέρα είναι εξαιρετικά ακριβές και μπορεί να χρησιμοποιηθεί πολύ αποτελεσματικά για την παρακολούθηση των διακυμάνσεων της ατμοσφαιρικής θερμοκρασίας. Ας μελετήσουμε εν συντομία τη λειτουργία του κυκλώματος:

Εδώ, ως συνήθως, χρησιμοποιούμε την πολύ ευέλικτη «δίοδο κήπου» 1N4148 ως αισθητήρα λόγω του τυπικού μειονεκτήματος (ή μάλλον πλεονεκτήματος για την παρούσα περίπτωση) της αλλαγής του χαρακτηριστικού αγωγιμότητας στην επίδραση μιας μεταβαλλόμενης θερμοκρασίας περιβάλλοντος.

Η δίοδος 1N4148 είναι άνετα ικανή να παράγει μια γραμμική και εκθετική πτώση τάσης κατά μήκος της απόκρισης σε αντίστοιχη αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος.

Αυτή η πτώση τάσης είναι περίπου 2mV για κάθε βαθμό αύξησης της θερμοκρασίας.

Αυτό το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του 1N4148 αξιοποιείται εκτενώς σε πολλά κυκλώματα αισθητήρα θερμοκρασίας χαμηλής εμβέλειας.

Αναφερόμενος στην προτεινόμενη οθόνη θερμοκρασίας δωματίου με το διάγραμμα κυκλώματος ένδειξης που δίνεται παρακάτω, βλέπουμε ότι, το IC1 είναι ενσύρματο ως ενισχυτής αντιστροφής και σχηματίζει την καρδιά του κυκλώματος.

Ο μη αναστρέψιμος πείρος του # 3 συγκρατείται σε μια συγκεκριμένη σταθερή τάση αναφοράς με τη βοήθεια των Z1, R4, P1 και R6.

Τα τρανζίστορ T1 και T2 χρησιμοποιούνται ως πηγή σταθερού ρεύματος και βοηθούν στη διατήρηση υψηλότερης ακρίβειας του κυκλώματος.

Η είσοδος αναστροφής του IC συνδέεται με τον αισθητήρα και παρακολουθεί ακόμη και την παραμικρή μεταβολή της διακύμανσης τάσης κατά μήκος της διόδου αισθητήρα D1. Αυτές οι μεταβολές τάσης όπως εξηγούνται, είναι άμεσα ανάλογες με τις αλλαγές στη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

Η ανιχνευμένη διακύμανση θερμοκρασίας ενισχύεται αμέσως σε ένα αντίστοιχο επίπεδο τάσης από το IC και λαμβάνεται στον πείρο εξόδου # 6.

Οι σχετικές ενδείξεις μεταφράζονται απευθείας σε βαθμό Κελσίου μέσω ενός μετρητή τύπου πηνίου FSD 0-1V.

Λίστα ανταλλακτικών

• R1, R4 = 12K,
• R2 = 100E,
• R3 = 1Μ,
• R5 = 91Κ,
• R6 = 510K,
• P1 = 10Κ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ,
• P2 = 100Κ ΠΡΟΚΑΤΑΡΚΤΙΚΟ,
• C1 = 33pF,
• C2, C3 = 0,0033uF,
• T1, T2 = BC 557,
• Z1 = 4.7V, 400mW,
• D1 = 1N4148,
• IC1 = LM308,
• Γενικός πίνακας σκοπού ανά μέγεθος.
• B1 και B2 = 9V PP3 μπαταρία.
• M1 = 0 - 1 V, βολτόμετρο τύπου πηνίου κίνησης FSD

Ρύθμιση του κυκλώματος

Η διαδικασία είναι λίγο κρίσιμη και απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή. Για να ολοκληρώσετε τη διαδικασία, θα χρειαστείτε δύο ακριβείς γνωστές πηγές θερμοκρασίας (ζεστό και κρύο) και ένα ακριβές θερμόμετρο υδραργύρου σε γυαλί.

Η βαθμονόμηση μπορεί να ολοκληρωθεί με τα ακόλουθα σημεία:

Αρχικά διατηρήστε τις προκαθορισμένες ρυθμίσεις στο μέσο τους. Συνδέστε ένα βολτόμετρο (1 V FSD) στην έξοδο του κυκλώματος.

Για την πηγή θερμοκρασίας κρύου, χρησιμοποιείται νερό σε θερμοκρασία δωματίου περίπου εδώ.

Βυθίστε τον αισθητήρα και το θερμόμετρο γυαλιού στο νερό και καταγράψτε τη θερμοκρασία στο θερμόμετρο γυαλιού και την ισοδύναμη έκβαση τάσης στο βολτόμετρο.

Πάρτε ένα μπολ λαδιού, θερμάνετε το στους περίπου 100 βαθμούς Κελσίου και περιμένετε μέχρι να σταθεροποιηθεί η θερμοκρασία του στους περίπου 80 βαθμούς Κελσίου.

Όπως παραπάνω, βυθίστε τους δύο αισθητήρες και συγκρίνετέ τους με το παραπάνω αποτέλεσμα. Η ένταση της τάσης πρέπει να είναι ίση με την αλλαγή θερμοκρασίας στο θερμόμετρο γυαλιού επί 10 mill volt. Δεν το κατάλαβα; Λοιπόν, ας διαβάσουμε το ακόλουθο παράδειγμα.

Ας υποθέσουμε, το κρύο νερό πηγής θερμοκρασίας είναι 25 βαθμούς Κελσίου (θερμοκρασία δωματίου), η καυτή πηγή, όπως γνωρίζουμε είναι στους 80 βαθμούς Κελσίου. Έτσι, η διαφορά ή η αλλαγή θερμοκρασίας μεταξύ τους είναι ίση με 55 βαθμούς Κελσίου. Ως εκ τούτου, η διαφορά στις ενδείξεις τάσης θα πρέπει να πολλαπλασιαστεί 55 με 10 = 550 mill volts ή 0,55 volt.

Εάν δεν ικανοποιήσετε αρκετά το κριτήριο, προσαρμόστε το P2 και συνεχίστε να επαναλαμβάνετε τα βήματα, έως ότου επιτύχετε τελικά.
Μόλις οριστεί ο παραπάνω ρυθμός αλλαγής (10 mV ανά 1 βαθμό Κελσίου), απλώς ρυθμίστε το P1 έτσι ώστε ο μετρητής να δείχνει 0,25 βολτ στους 25 μοίρες (ο αισθητήρας διατηρείται σε νερό σε θερμοκρασία δωματίου).

Αυτό ολοκληρώνει τη ρύθμιση του κυκλώματος.
Αυτό το κύκλωμα μετρητή αισθητήρα θερμοκρασίας αέρα μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά ως ηλεκτρονική μονάδα θερμομέτρου δωματίου.

3) Κύκλωμα θερμομέτρου δωματίου με χρήση LM324 IC

Ο 3ος σχεδιασμός είναι ίσως ο καλύτερος όσον αφορά το κόστος, την ευκολία κατασκευής και την ακρίβεια.

Ένα μόνο LM324 IC, ένα 78L05 5V κανονικό IC και μερικά παθητικά εξαρτήματα είναι το μόνο που χρειάζεται για να γίνει αυτό το ευκολότερο κύκλωμα ένδειξης Κελσίου δωματίου.

Μόνο 3 ενισχυτές op χρησιμοποιούνται από τους 4 op ενισχυτές του LM324 .

Το Op amp A1 είναι ενσύρματο για τη δημιουργία μιας εικονικής γείωσης για το κύκλωμα, για την αποτελεσματική λειτουργία του. Το A2 έχει διαμορφωθεί ως ενισχυτής χωρίς αναστροφή όπου η αντίσταση ανάδρασης αντικαθίσταται με δίοδο 1N4148.

Αυτή η δίοδος λειτουργεί επίσης ως αισθητήρας θερμοκρασίας και πέφτει περίπου 2 mV από κάθε αύξηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος.

Αυτή η πτώση 2 mV ανιχνεύεται από το κύκλωμα Α2 και μετατρέπεται σε αντίστοιχα μεταβαλλόμενο δυναμικό στον πείρο # 1.

Αυτό το δυναμικό ενισχύεται περαιτέρω και ρυθμίζεται από τον Α3 αντιστρεπτικό ενισχυτή για τροφοδοσία της συνδεδεμένης μονάδας βολτόμετρου 0 έως 1V.

Το βολτόμετρο μεταφράζει την εξαρτώμενη από τη θερμοκρασία μεταβαλλόμενη έξοδο σε βαθμονομημένη κλίμακα θερμοκρασίας για να παράγει γρήγορα τα δεδομένα θερμοκρασίας δωματίου μέσω των σχετικών εκτροπών.

Ολόκληρο το κύκλωμα τροφοδοτείται από ένα μόνο 9 V PP3.

Λοιπόν, αυτά ήταν 3 δροσερά, εύχρηστα κυκλώματα ένδειξης θερμοκρασίας δωματίου, τα οποία μπορεί να δημιουργήσει οποιοσδήποτε χόμπι για την παρακολούθηση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας περιβάλλοντος μιας υπόθεσης γρήγορα και φθηνά χρησιμοποιώντας τυπικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα και χωρίς να περιλαμβάνονται πολύπλοκες συσκευές Arduino.

4) Ηλεκτρονικό θερμόμετρο με χρήση IC 723

Ακριβώς όπως και ο παραπάνω σχεδιασμός εδώ χρησιμοποιείται δίοδος πυριτίου σαν αισθητήρας θερμοκρασίας. Το δυναμικό σύνδεσης μιας δίοδος πυριτίου μειώνεται κατά περίπου 1 millivolt για κάθε βαθμό εκατονταβάθμου, το οποίο επιτρέπει τη θερμοκρασία της διόδου να προσδιοριστεί υπολογίζοντας την τάση πάνω από αυτήν. Όταν έχει διαμορφωθεί ως αισθητήρας θερμοκρασίας, μια δίοδος προσφέρει τα οφέλη της υψηλής γραμμικότητας με σταθερή χαμηλού χρόνου.

Θα μπορούσε επιπλέον να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, από -50 έως 200 C. Δεδομένου ότι η τάση της διόδου πρέπει να εκτιμηθεί με ακρίβεια, είναι απαραίτητη μια αξιόπιστη παροχή αναφοράς.

Μια αξιοπρεπής επιλογή είναι ο σταθεροποιητής τάσης IC 723. Παρόλο που η απόλυτη τιμή τιμής της τάσης zener μέσα σε αυτό το IC μπορεί να διαφέρει από IC σε άλλο, ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι εξαιρετικά μικρός (συνήθως 0,003% ανά βαθμό C).

Επιπλέον, το 723 είναι γνωστό ότι σταθεροποιείται η παροχή 12 volt σε όλο το κύκλωμα. Παρατηρήστε ότι οι αριθμοί ακίδων στο διάγραμμα κυκλώματος είναι κατάλληλοι μόνο για την παραλλαγή διπλής γραμμής (DIL) του IC 723.

Το άλλο IC, το 3900, περιλαμβάνει ενισχυτές quad όπου χρησιμοποιούνται μόνο μερικά. Αυτά τα έχουν σχεδιαστεί op ενισχυτές για να λειτουργήσουν λίγο διαφορετικά, αυτά διαμορφώνονται ως μονάδες με ρεύμα αντί για κίνηση με τάση. Μια είσοδος θα μπορούσε καλύτερα να θεωρηθεί ως η βάση τρανζίστορ σε μια διαμόρφωση κοινού εκπομπού.

Ως αποτέλεσμα, η τάση εισόδου είναι συχνά περίπου 0,6 volt. Το R1 συνδέεται με την τάση αναφοράς και συνεπώς ένα σταθερό ρεύμα κινείται μέσω αυτής της αντίστασης. Λόγω του μεγάλου κέρδους ανοικτού βρόχου, ο ενισχυτής είναι σε θέση να προσαρμόσει τη δική του έξοδο, έτσι ώστε το ίδιο ακριβώς ρεύμα να τρέχει στην αντιστρεπτική του είσοδο και το ρεύμα μέσω της δίοδος ευαισθησίας θερμοκρασίας (D1) να παραμένει σταθερό.

Αυτή η ρύθμιση είναι σημαντική λόγω του γεγονότος ότι η δίοδος είναι, ουσιαστικά, μια πηγή τάσης που έχει συγκεκριμένη εσωτερική αντίσταση και κάθε είδους απόκλιση στο ρεύμα που κινείται μέσω αυτής μπορεί ως αποτέλεσμα να δημιουργήσει μια διακύμανση στην τάση που θα μπορούσε να καταλήξει να είναι μεταφράστηκε εσφαλμένα ως διακύμανση της θερμοκρασίας. Η τάση εξόδου στον ακροδέκτη 4 είναι συνεπώς η ίδια με την τάση στην αντίστροφη είσοδο καθώς και την τάση γύρω από τη δίοδο (η τελευταία αλλάζει με τη θερμοκρασία).

Το C3 αναστέλλει την ταλάντωση. Ο ακροδέκτης 1 του IC 2B συνδέεται με το σταθερό δυναμικό αναφοράς και συνεπώς ένα σταθερό ρεύμα μετακινείται στη μη αναστρέψιμη είσοδο. Η είσοδος αναστροφής του IC 2B συνδέεται μέσω του R2 στην έξοδο του IC 2A (ακίδα 4), ώστε να λειτουργεί από ένα ρεύμα που εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Το IC 2B ενισχύει τη διαφορά μεταξύ των ρευμάτων εισόδου σε μια τιμή που η απόκλιση τάσης στην έξοδο (ακίδα 5) θα μπορούσε να αναγνωστεί γρήγορα με 5 έως 10 volt f.s.d. βολτόμετρο.

Σε περίπτωση που χρησιμοποιείται μετρητής πάνελ, ο νόμος του Ohm μπορεί να χρειαστεί να διαμορφωθεί για να προσδιορίσει την αντίσταση της σειράς. Εάν ένα 100-uA f.s.d. Χρησιμοποιείται μετρητής με εσωτερική αντίσταση 1200, η ​​συνολική αντίσταση για εκτροπή πλήρους κλίμακας 10 V πρέπει να είναι σύμφωνα με τον υπολογισμό:

10 / 100uA = 100K

Ως αποτέλεσμα, το R5 πρέπει να είναι 100 k - 1k2 = 98k8. Η πλησιέστερη κοινή τιμή (100 k) θα λειτουργήσει καλά. Η βαθμονόμηση μπορεί να γίνει όπως εξηγείται παρακάτω: το μηδέν σημείο αρχικά καθορίζεται από το P1 χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα θερμοκρασίας βυθισμένο σε ένα μπολ με λιώσιμο πάγου. Η απόκλιση πλήρους κλίμακας μπορεί στη συνέχεια να σταθεροποιηθεί με P2 για αυτό η δίοδος μπορεί να βυθιστεί μέσα σε ζεστό νερό του οποίου η θερμοκρασία προσδιορίζεται (ας πούμε ότι το βραστό νερό δοκιμάστηκε με οποιοδήποτε τυπικό θερμόμετρο να είναι στους 50 °).