РадиоКот :: Миниатюрный термометр с термопарой

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Бытовая техника >

Миниатюрный термометр с термопарой

Устройство применяется для контроля температуры глицерина при лужении печатных плат в домашних условиях.

Технические характеристики

Диапазон измеряемых температур	80-500 0С
Погрешность измерения	±3  0С
Тип термопары	К — тип
Напряжение питания	3.7-10 В
Ток потребления	12-30 мА
Тип индикатора	светодиодный
Габаритные размеры	13х49
Cтоимость	<100руб

Принципиальная элетрическая схема устройства приведена ниже.

Конструктивно устройство выполнено на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита, изготовленной по ЛУТ, фактическая (измеренная) ширина дорожек составляет 0.214 мм.  

ЭДС хромель-алюмелевой термопары усиливается операционным усилителем и поступает на вход АЦП микроконтроллера, который вычисляет температуру и с помощью динамической индикации выводит показания на светодиодный семисегментный индикатор с общим анодом. Опорное напряжение АЦП — напряжение питания микроконтроллера, стабилизированные 3 В. В устройстве применен 8-разрядный микроконтроллер от ST Microelectronics — STM8S105K4U6 в корпусе VFQFPN-32 (5х5 мм). Примечательная особенность МК — цена, составляющая 22руб в розницу. Вообще говоря, низкими ценами отличается все семейство контроллеров STM8, так же есть недорогое (300руб) средство внутрисхемной отладки — ознакомительная плата STM8S DISCOVERY. 

Монтаж достаточно плотный, так как хотелось добиться миниатюрных габаритов: все резисторы и керамические конденсаторы типоразмера 0603, танталовый кондексатор типа А, операционный усилитель LM358N в SOIC8, стабилизатор LP2980AIM5-3.0 в SOT23-5. Микроконтроллер установлен горячим воздухом на предварительно подготовленные контактные площадки. Шнур термопары приклеен к плате эпоксидным клеем. В дальнейшем устройство было обтянуто прозрачной термоусадкой. Специального разъема для прошивки не предусмотрено, припаиваем проводочки от STM8S DISCOVERY к контактам платы: RESET и SWIM, Vcc и GND. С установками фузов еще проще — у STM8 нет фьюзов, все конфигурируется «на лету»!

       

Калибровка: для примененной термопары был снят график зависимости термоЭДС от температуры — линейная функция.

Далее, следует измерить два значения ЭДС термопары после операционного усилителя (перед АЦП микроконтроллера) при разных известных температурах, например, при комнатной и при температуре кипения воды. Как вариант — можно измерить температуру кипения воды и температуру кипения глицерина 290

0С (предварительно убедившись, что из него испарилась вода).

Затем измеренные значения необходимо подставить в формулу — найти наклон и смещение:

          , где

Kу = 105,7 при номиналах, указанных на схеме;

U1, U2 — ЭДС термопары в Вольтах при соответственно t1 и t2;

t1,t2 — температуры в ⁰С.

После этого требуется исправить в программе две строчки и перекомпилировать:

// вычисление температуры

    temp = (double)res/1.36;

// ввод поправки

    res = (unsigned int)temp+51;,

где вместо 1.36 подставляют значение K, а вместо 51 — округленное значение смещения.

Лужение печатной платы в глицерине — тема отдельной статьи.

Файлы:
схема в Splan7
прошивка+исходник в IAR for STM8
плата в SL5

Все вопросы в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

Цифровой термометр с термопарой | Все своими руками

Опубликовал admin | Дата 6 июня, 2019

В статье рассматривается простая схема цифрового термометра с модулем индикации, реализованном на микросхеме ТМ1637 и модулем преобразователя сигнала термопары в цифровой сигнал с использованием микросхемы МАХ6675. Внешний вид модулей на фото ниже.

Схема цифрового амперметра представлена на рисунке 1.

Основой схемы является микроконтроллер PIC16F628A с залитой в него программой. Благодаря китайским партнерам схема, как можно заметить получилась весьма и весьма простой. Каждую секунду микроконтроллер считывает цифровой код реальной температуры по последовательному протоколу SPI. Программа считывания данных с микросхемы МАХ6675 микроконтроллером PIC на Ассемблере представлена в статье «Программа взаимодействия MAX6675 с микроконтроллером PIC».

Далее из шестнадцати принятых бит программа выделяет нужные десять, преобразует числовое значение температуры в двоичном коде в двоично-десятичный код. Затем через табличные данные идет преобразование в семисегментный код, который передается в модуль индикации ТМ1637. Программа взаимодействия PIC контроллера с микросхемой ТМ1637 была рассмотрена в ранее опубликованной статье «Модуль TM1637 с PIC контроллером».

Вся схема питается стабилизированным микросхемой DA1 напряжением пять вольт. Трехвыводные однокристальные стабилизаторы с фиксированным напряжением пять бывают с разным максимальным входным напряжением, так что обратите на это внимание. Ток потребления термометра находится в пределах 15 миллиампер. Это вместе с током потребления индицирующего светодиода в модуле индикации ТМ1637. Этот светодиод находится на обратной стороне платы относительно индикатора. Для экономии энергии его можно исключить из схемы. При таком токе нагрузки в качестве микросхемы стабилизатора напряжения подойдет практически трехвыводной стабилизатор. Возможно, например, применение микросхемы LM78L05 в корпусе ТО-92. Ток нагрузки микросхемы – 100мА, а входное напряжение – 35 вольт.

В случае применения радиоэлементов в корпусах SMD в качестве DA1можно применить стабилизатор из серии AMS1117. Максимальное входное напряжение этого стабилизатора ограничено величиной восемнадцать вольт.

Все микросхемы устройства работают в импульсном режиме и паразитные пульсации питающего напряжения неизбежны, поэтому в целях улучшения фильтрации питающего напряжения и стабильности работы схемы, а также ее безотказной работы, в качестве конденсатора С1 стоит применить танталовый конденсатор. А конденсатор С2 при монтаже разместить непосредственно между выводами питания микроконтроллера.

Не думаю, что данная термопара рассчитана на измерение температуры +1023˚С (b’11 1111 1111’), хотя исходя из данных в документации, микросхема МАХ6675 имеет десяти разрядный АЦП. Я разогревал термопару газовой горелкой до +600˚С. Температура кипящей воды, измеренная данным термометром, составляла +102˚С. Я, думаю, для выпечки пирогов такой точности температуры вполне достаточно.

Успехов и удачи. К.В.Ю.

Скачать “Цифровой_термометр_с_термопарой” Цифровой_термометр_с_термопарой.rar – Загружено 142 раза – 153 KB

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:364

принцип работы цифрового устройства, простые схемы

На замену не совсем удобным аналоговым измерителям температуры, в основе работы которых лежит свойство жидкости расширяться и сжиматься, промышленность предложила дискретные устройства. Эти совсем несложные приборы обладают рядом неоспоримых преимуществ. Купить измеритель можно практически в любом магазине бытовой или климатической техники, но гораздо интереснее изготовить электронный термометр с выносным датчиком своими руками.

Суть устройства

Термометр, разговорный аналог — градусник, предназначен для измерения температуры окружающей среды. Первое устройство было изобретено в 1714 году немецким физиком Д. Г. Фаренгейтом. В основе своей конструкции он использовал прозрачную запаянную колбу, внутри которой находился спирт. После в качестве жидкости учёный применил ртуть. Но шкала аналогового измерителя, существующая и по сей день, была разработана лишь только через 30 лет шведским астрономом и метеорологом Андерс Цельсием. За начальные точки он предложил взять температуру тающего льда и кипения воды.

Интересным фактом является то, что изначально числом 100 была отмечена температура таяния льда, а за ноль взята точка кипения. Впоследствии шкалу «перевернули». По некоторым мнениям это сделал сам Цельсий, по другим — его соотечественники ботаник Линней и астроном Штремер.

Вскоре изготовление ртутных измерителей было широко налажено производством в промышленных масштабах. Со временем ртуть из-за своей ядовитости была заменена на спирт, а затем и вовсе был предложен новый тип устройства — цифровой. Сегодня, пожалуй, градусник стал неотъемлемым атрибутом любого жилища. По совету Всемирной организации здравоохранения была принята Минаматская конвенция, направленная на постепенный вывод из обихода ртутных градусников. Согласно ей в 2022 году использование ртути в измерителях будет полностью прекращено.

Поэтому из-за своих отличных характеристик термометр с цифровой схемой практически не имеет конкурентов. Предлагаемые в продаже спиртовые приборы проигрывают ему по точности и удобству восприятия данных.

Электронные модели могут располагаться в любом месте, ведь в контролируемом помещении необходимо расположить только небольшой датчик, подключённый к устройству. Этот тип используется во многих технологических процессах промышленности, например, строительных, аграрных, энергетических. С их помощью контролируется:

• температура воздуха в производственных и жилых зданиях;
• проверка нагрева сыпучих продуктов;
• состояние вязких материалов.

Принцип работы

Перед тем как непосредственно приступить к изготовлению электронного термометра, следует разобраться в принципе его действия и определиться, из каких узлов будет состоять конструкция. Промышленно выпускаемые электронные градусники различаются по своим размерам и назначению. Но все они построены на однотипном принципе действия.

Проводимость материала изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Основываясь на этом и проектируется схема электронного градусника. Так, чаще всего в конструкции применяется термопара. Это электронный прибор, стоящий из двух сваренных между собой металлов. На поверхности каждого из них имеется контактная площадка, подключённая к измерительной схеме. При нагревании или охлаждении контактов возникает термоэлектродвижущая сила, появление и изменение которой регистрируется платой электроники.

В устройствах нового поколения вместо термочувствительного элемента используется кремниевый диод. Полупроводниковый радиоэлемент, у которого наблюдается зависимость вольт-амперной характеристики от температурного воздействия. Иными словами, при прямом включении (направление тока от анода к катоду) значение падения напряжения на переходе изменяется в зависимости от нагрева полупроводника.

Обработанные данные выводятся на дисплей, с которого уже визуально снимаются пользователем. Цифровые градусники позволяют измерять изменения температуры в диапазоне от -50 ° С до 100 ° С.

Всего же в конструкции простого термометра можно выделить пять блоков:

1. Датчик — устройство, изменяющее свои параметры в зависимости от величины воздействующей на него температуры.
2. Измерительные провода — используются для выноса датчика и его расположения в различных местах, требующих контроля над температурой. Чаще всего это небольшого сечения в диаметре проводники, даже необязательно экранированные.
3. Плата электроники — содержит блок анализатора, фиксирующий изменения приходящего от датчика сигнала, а затем передающий его на экран.
4. Дисплей — монохромный или цветной экран, предназначенный для отображения данных об измеренной температуре.
5. Блок питания — собирается на типовых для радиоэлектроники интегральных микросхемах. Используется для стабилизации и преобразования питания, подающегося на все узлы платы.

Особенности изготовления

Человеку, увлекающемуся радиолюбительством, сделать электронный термометр своими руками по схеме не доставит трудностей, но в то же время обычному потребителю понадобится иметь хотя бы навыки паяния. Сегодня существует довольно много различных схем, отличающихся как сложностью повторения, так и дефицитностью радиодеталей.

При выборе схемы учитывают характеристики, которые она сможет обеспечить будущему измерительному устройству. В первую очередь — это диапазон измеряемых температур, а во вторую – погрешность. Конструктивно можно собрать проводную и беспроводную модель. При сборке второго типа используется радиомодуль, значительно удорожающий изделие.

Из-за использования чувствительных специализированных микросхем собирать навесным монтажом схему вряд ли получится. Поэтому предварительно изготавливается печатная плата. Делать её лучше из одностороннего фольгированного стеклотекстолита методом «лазерно-утюжной технологии».

Суть метода заключается в том, что с помощью, например, Sprint Layout, рисуется печатная схема устройства и распечатывается в зеркальном отображении в масштабе 1:1 на лазерном принтере. Затем, приложив отпечатанный рисунок изображением вниз к фольгированному слою, проглаживают чертёж разогретым утюгом. Из-за особенностей тонера изображение линий перенесётся на стеклотекстолит. Далее плата погружается в ванную с реактивом, например, FeCl3.

В качестве индикатора можно использовать светодиодную матрицу, но лучше приобрести любой монохромный экран. Простой экран можно взять буквально за «копейки», например, подойдёт от старых системных блоков, выполненных в форм-факторе АТ. Если планируется конструкция с выносным датчиком, то неплохим вариантом будет использование шлейфа с диаметром проводника от 0,3 мм2, но в принципе подойдёт любой провод. При этом чем вынос датчика больше, тем большего сечения нужен и провод.

В схемотехнике некоторых термометров используются микроконтроллеры. Их применение позволяет упростить электрическую схему и повысить функциональность, но при этом требует навыков программирования и умения загружать прошивку. Для этого понадобится программатор, который можно также спаять самостоятельно, например, для LPT из пяти проводов.

Простой термометр

Конструкция простого термометра состоит всего из трёх деталей и тестера. В качестве датчика температуры в схеме используется LM35. Это интегральный прибор с калиброванным выходом по напряжению. Амплитуда на выходе датчика пропорциональна температуре. Точность измерений составляет 0,75° C. Запитывать интегральную микросхему можно как от однополярного источника, так и двухполярного. Предел измерений от -55 ° до 150° C.

В качестве мультиметра можно использовать стрелочный или цифровой прибор. К датчику согласно схеме подключают источник питания. Например, КРОНу или три соединённых последовательно пальчиковых батарейки. Измеритель же подключают к клеммам V и COM и переводят в режим измерения температуры. Потребление датчика при работе не превышает 10 мкА.

Диапазон измерения мультиметра устанавливается на два вольта. Отображённый на экране результат и будет соответствовать измеряемой температуре. Последняя цифра в числе обозначает десятые доли градуса.

При желании устройство можно сделать двухканальным. Для этого дополнительно необходимо будет изготовить механический или электронный переключатель.

Цифровая схема

Одна из самых простых схем состоит всего из нескольких элементов. В основе конструкции лежит использование датчика, выдающего значение температуры в цифровом коде. Стоимость термодатчика LM 335 не превышает 50 центов, при этом после калибровки его точность измерения составляет от 0,3 ° до 1,5° C. Датчик может измерять температуру от — 40 ° до 100° C. Выпускается он в двух корпусах — TO-92 и SOIC. В качестве аналога можно использовать отечественную микросхему К1019ЕМ1.

При монтаже длина соединительных проводов может достигать пяти метров. Калибровка схемы осуществляется изменением напряжения, подаваемым на вывод один. Необходимое значение рассчитывается по формуле:

Uвых = Vвых1 * T / To, где:

• Uвых – напряжение на выходе микросхемы;
• Uвых1 – напряжение на выходе при эталонной температуре;
• T и To – измеряемая и эталонная температура.

Напряжение, формирующее выходной сигнал, зависит от температуры, поэтому питание, подающееся на датчик, должно осуществляться от источника тока. Собирается он на двух транзисторах КТ209 и не требует дополнительных настроек. Максимальный ток питания не превышает 5 мА. Увеличение выходного напряжения на 10 мВ соответствует приросту температуры на один градус.

Использование микроконтроллера

Применение в схеме самодельного термометра микроконтроллера подразумевает использование программы, управляющей его работой. В качестве микросхемы применяется ATmega8, а датчика температуры — DS18B20.

В схеме используется небольшое число радиодеталей. Она несложная и не нуждается после сборки в какой-либо наладке. Напряжение питания микроконтроллера составляет пять вольт. Для его стабилизации используется микросхема L7805. Транзисторы можно использовать любые с NPN структурой. В качестве индикатора подойдёт трёхразрядный сегментный дисплей с общим катодом.

Температура устройством может изменяться в интервале от -55 ° до 125º С с шагом в 0,1º С. Погрешность измерения не превышает 0,5º С. Обмен данными между датчиком и микроконтроллером происходит по шине 1-Wire. При большом расстоянии выноса измерительной микросхемы DS18B20 от ATmega8 необходимо подобрать подтягивающее сопротивление. Распаять его лучше непосредственно на вывод датчика.

При программировании все установки микроконтроллера оставляются заводскими, и фьюзы не изменяются. Затем к собранному термометру можно добавить ещё один датчик, а также часы. Но для этого необходимо будет обладать знаниями в программировании, чтобы дописать программный код.

Точный термометр

Применение в качестве датчиков полупроводниковых диодов и транзисторов характеризуется сложностью калибровки показаний, что в итоге приводит к погрешности результата измерений. Поэтому для получения точного результата в качестве измерителя применяется бифилярно намотанная катушка из тонкого проводника, размещённая в цилиндре, имеющем размеры порядка 4×20 мм.

Основой конструкции является микросхема ICL707 и светящийся индикатор. Питание можно подавать от любого источника с выходной амплитудой 12 В. На DA3 собран нормирующий преобразователь, изменяющий своё выходное напряжение в зависимости от сигнала, поступаемого с датчика.

Настройка заключается в выставлении на 36 ноге микросхемы напряжения, равного одному вольту. Делается это с помощью резисторов R3 и R4. Вместо датчика подключают резистор на 100 Ом. Изменением сопротивления R14 устанавливают нули на цифровом индикаторе. После чего устройство готово к измерениям.

Загрузка…

Контроллер больших температур на термопаре K-типа. PIC16F676 — Термометры — Конструкции для дома и дачи

Схема,

 

 

 

Решил  в свой ламинатор вставить   термометр , термометр на термопаре K-типа. Чтобы он у меня стал более информативен, считаю, что хоббийный радиолюбитель не может довольствоваться, когда на таком приборе горит только два светодиода «POWER” и «READY” .  Развожу  платку под свои детальки. На всякий случай с возможностью её резать пополам( это некоторая универсальность).  Сразу с местом под силовую часть на тиристоре, но пока эту часть не использую, это будет у меня схемка под паяльник (когда придумаю, как в жало термопару пристроить) 

 

 

 

 

В ламинаторе  мало места (механизмы расположены очень плотно, китай понимаеш ли), использую маленький семисегментный индикатор, но это еще не все, плата целиком тоже не влазит, вот тут пригодилась универсальность платы, разрезаю ее надвое (если использовать разъем верхняя часть подходит ко многим разработкам на пикушечках от ur5kby.)

 

 

 

Настраиваю,  сначала делаю, как сказано в форуме, не впаиваю термопару, задаю 400 (хотя если этот параметр будет в памяти, этот пункт отпадет) настраиваю переменниками примерно комнатную и точно по кипению,

Такой контроллер теоретически работает  до 999°C но в домашних условиях такую температуру вряд ли найти , самое большее это открытый огонь, но у этого источника тепла  сильная нелинейность и чувствительность к внешним условиям.

вот примерная таблица.

 

 

и еще для наглядности

 

 

Так что выбор невелик в выборе источника для настройки показаний контроллера. 

больше тут никакой игры кнопочками, Все можно собирать, 
Термопару использовал от китайского тестера. И пост в форуме надоумил меня, что эту термопару можно размножать, её длина почти полметра, отрезаю 2 см. 

 делаю трансформатором по скрутке угольком, шарик  получается, а к двум концам точно так, по медной проволочке, для хорошей пайки к моим проводам

 

.

 

 

Форум в котором обсуждается  схема http://ur5kby.at.ua/forum

 

 

АРХИВ:Скачать

Малогабаритный термометр с кремневым терморезистором.

РадиоКот >Лаборатория >Цифровые устройства >

Малогабаритный термометр с кремневым терморезистором.

Для контроля процесса ламинирования понадобился термометр, определяющими факторами являлось возможность измерять температуру на торце детали шириной 5 мм и менее, т.е. активная часть датчика должна быть минимальной. Температурный диапазон 0…200oС, при этом сам датчик должен выдерживать более высокую температуру. Источник питания 24В. Поскольку задача не очень сложная я решил её немного усложнить, решив для себя сделать данный девайс минимальными габаритами, и вот что из этого получилось.
В качестве датчика был выбран KTY84-130 — это кремневый терморезистор от PHILIPS. У данного датчика диапазон рабочих температур -40…300 °С, что как нельзя лучше для меня подходит. Диаметр датчика 1,6 длина 3,6мм — корпус SOD68 (DO-34), т.е активная часть датчика как раз подходит для выполнения поставленной задачи. Для индикации был выбран светодиодный индикатор от старого компа, ничего другого просто под рукой не было. Управляющий контроллер ATMEGA8L-8AU его ресурсов вполне достаточно. Поскольку нет требований по стабильности частоты, я использовал внутренний RC генератор, что позволило освободить дополнительные выводы порта B.
Ну вот, дело дошло до схемы, её я рисовал с печатной платы и специально для статьи, поэтому не исключены ошибки.

И сразу печатная плата (файл с ПП в формате lay можно заполучить в конце статьи):

Несколько слов по монтажу: конденсатор С3 припаивал непосредственно к пятачку платы и к пятачку аналоговой земли, используя отрезок провода, сам конденсатор приклеил под индикатором. Плату разводил под ещё один конденсатор его ставить не обязательно. Аналоговую и цифровую земли необходимо соединить в одной точке, я это сделал в месте подключения к источнику питания. Провод до датчика необходимо использовать экранированный. Сам датчик имеет анод и катод, катод обозначен полоской и его следует подключать к земле.

Сопротивление резистора R3* выбирается в зависимости от напряжения питания, опорного напряжения и диапазона температуры. В данном случае напряжение питания 5В, опорное напряжение 2,56, диапазон 0…199. Для расчета был создан EXEL файл, в который из даташита предварительно забил значения сопротивления датчика. Колонка U R содержит значения падения напряжения на сопротивлении. Таким образом, значение сопротивления R3(в таблице Rд) выбирается таким, чтобы падение напряжения при максимальной температуре было немного больше опорного напряжения. Колонка ADC показывает значения 10-ти разрядного преобразования АЦП на основании колонок Т °С и ADC строим график, который затем аппроксимируем в линию Трейда и получаем уравнение функции T(ADC), которое используем для преобразования результата АЦП в цифровое значение температуры. У меня получилось уравнение y= 2,5338x + 407,22, где y-ADC; x-T. Отсюда T(ADC)=(407-ADC)/2,5. Из данных видно, что ноль функции на самом деле при ADC=399. Преобразуем выражение для вычисления средствами контроллера, умножив его на 100, получим T(ADC)=((399-ADC)*100)/250. Полученное выражение подставляем в колонку Проверка и корректируя значения знаменателя добиваемся минимального отклонения в заданном диапазоне. В результате у меня получилось выражение T(ADC)=((399-ADC)*100)/264. Поскольку разброс сопротивления датчика составляет в среднем 4…5% то отклонение на 1…2 °С особо не влияют на общую погрешность.

Ну вот с теорией покончено приступаем к написанию прошивки.
Код основной программы можно скачать в конце статьи.
Обратите внимание, что первые две сторки include специфичны для компилятора ICC for AVR, при использовании другого компилятора необходимо подключать соответствующие файлы согласно документации.

Для повышения качества преобразования используется спящий режим ADC. Подробнее о конфигурации спящих режимов и их типов я писал тут. Для ограничения тока через индикатор в каждом цикле преобразования мы инвертируем активные выводы порта значения которых хранятся в соответствующих переменных PC, PB, PD.
Изначально микроконтроллер уже сконфигурирован на работу от внутреннего RC генератора, частота 1 МГц. На всякий случай привожу значения конфигурационных ячеек для работы внутреннего RC (FUSE bits) CKEL3…0 0100.
Паяльником нагревал датчик до 150 °С, пробовал зажигалкой до 199 °С датчик остался жив устройство работает без замечаний.
Общий потребляемый устройством ток порядка 33мА, при питании от 12В наблюдается слабый нагрев стабилизатора LP2950, несмотря на то что входное напряжение стабилизатора до 30В если требуется запитать напряжением выше 12В то желательно поставить ограничивающий резистор из учёта R=(Uвх-10)/0,033 или заменить стабилизатор на более мощный, например LM7805. Применение МК с индексом L позволяет снизить напряжение питания до 2,7В однако при этом придётся снизить сопротивление резистора R2, микросхему LP2950 тогда можно исключить.
Что из всего этого получилось можно посмотреть на фотографиях:

Файлы:
Печатная плата — 01.rar
Прошивка (с исходником) — 02.rar
Расчет параметров — 03.rar

Все вопросы — в Форум.

---

Как вам эта статья?	Заработало ли это устройство у вас?

---

Эти статьи вам тоже могут пригодиться: