Термодатчик своими руками схема: Простой терморегулятор своими руками

Содержание

Терморегулятор своими руками: схема и пошаговая инструкция по изготовлению самодельного устройства

Многие из полезных вещей, которые помогут увеличить комфорт в нашей жизни, можно без особого труда собрать своими руками. Это же касается и термостата (его еще называют терморегулятором).

Данный прибор позволяет включать или выключать нужное оборудование по охлаждению или нагреванию, осуществляя регулировку, когда происходит определенные изменения температуры там, где он установлен.

К примеру, он может в случае сильных холодов самостоятельно включить расположенный в подвале обогреватель. Поэтому стоит рассмотреть, как можно самостоятельно сделать подобное устройство.

Как работает


Схема работы терморегулятора на примере теплого пола. (Для увеличения нажмите)

Принцип функционирования термостата достаточно прост, поэтому многие радиолюбители для оттачивания своего мастерства делают самодельные аппараты.

При этом можно использовать множество различных схем, хотя наиболее популярной является микросхема-компаратор.

Данный элемент имеет несколько входов, но всего один выход. Так, на первый выход поступает так называемое «Эталонное напряжение», имеющее значение установленной температуры. На второй же поступает напряжение уже непосредственно от термодатчика.

После этого, компаратор сравнивает эти оба значения. В случае, если напряжение с термодатчика имеет определенное отклонение от «эталонного», на выход посылается сигнал, который должен будет включить реле. После этого, подается напряжение на соответствующий нагревающий или охлаждающий аппарат.

Процесс изготовления


Важно помнить, что в цепи сила тока не должна быть больше 5 мА, именно поэтому, чтобы подключить термореле, используется транзистор большой мощнос

Итак, рассмотрим процесс самостоятельного изготовления простого терморегулятора на 12 В, имеющего датчик температуры воздуха.

Все должно происходить следующим образом:

  1. Сначала необходимо подготовить корпус. Лучше всего в этом качестве использовать старый электрический счетчик, такой, как «Гранит-1»;
  2. На базе этого же счетчика более оптимально собирать и схему. Для этого, к входу компаратора (он обычно помечен «+») нужно подключить потенциометр, который дает возможность задавать температуру. К знаку «-», обозначающему инверсный вход, нужно присоединить термодатчик LM335. В этом случае, когда напряжение на «плюсе» будет больше, чем на «минусе», на выход компаратора будет отправлено значение 1 (то есть высокое). После этого регулятор отправит питание на реле, которое в свою очередь включит уже, например, котел отопления. Когда напряжение, поступающее на «минус» будет больше, чем на «плюсе», на выходе компаратора снова будет 0, после чего отключится и реле;
  3. Для обеспечения перепада температур, иными словами для работы терморегулятора, допустим при 22 включение, а при 25 отключение, нужно, используя терморезистор, создать между «плюсом» компаратора и его выходом, обратную связь;
  4. Чтобы обеспечить питание, рекомендуется делать трансформатор из катушки. Её можно взять, к примеру, из старого электросчетчика (он должен быть индуктивного типа). Дело в том, что на катушке можно сделать вторичную обмотку. Для получения желанного напряжения в 12 В, будет достаточно намотать 540 витков. При этом, чтобы они уместились, диаметр провода должен составлять не более 0.4 мм.

Совет мастера: чтобы включить нагреватель, лучше всего применять клеммник счетчика.

Мощность нагревателя и установка терморегулятора

В зависимости от уровня выдерживаемой мощности контактами используемого реле, будет зависеть и мощность самого нагревателя.

В случаях, когда значение составляет приблизительно 30 А (это тот уровень, на который рассчитаны автомобильные реле), возможно применение обогревателя мощностью 6.6 кВт (исходя из расчета 30х220).

Но прежде, желательно убедится в том, что вся проводка, а также автомат смогут выдержать нужную нагрузку.

Стоит отметить: любители самоделок могут смастерить электронный терморегулятор своими руками на основе электромагнитного реле с мощными контактами, выдерживающими ток до 30 ампер. Такое самодельное устройство может использоваться для различных бытовых нужд.

Установку терморегулятора необходимо осуществлять практически в самой нижней части стены комнаты, так как именно там скапливается холодный воздух. Также важным моментом является отсутствие тепловых помех, которые могут воздействовать на прибор и тем самым сбивать его с толку.

К примеру, он не будет функционировать должным образом, если будет установлен на сквозняке или рядом с каким-то электроприбором, интенсивно излучающим тепло.

Настройка


Для измерения температуры лучше использовать терморезистор, у которого при изменении температуры меняется электрическое сопротивление

Нужно отметить, что указанный в нашей статье вариант терморегулятора, созданного из датчика LM335, нет необходимости настраивать.

Достаточно лишь знать точное напряжение, которое будет подаваться на «плюс» компаратора. Узнать его можно с помощью вольтметра.

Нужные в конкретных случаях значения можно высчитать используя для этого формулу, такую как: V = (273 + T) x 0. 01. В этом случае Т будет обозначать нужную температуру, указываемую в Цельсии. Поэтому для температуры в 20 градусов, значение будет равняться 2,93 В.

Во всех остальных случаях напряжение будет необходимо проверять уже непосредственно опытным путем. Чтобы это сделать, используется цифровой термометр такой, как ТМ-902С. Чтобы обеспечить максимальную точность настройки, датчики обоих устройств (имеется ввиду термометра и терморегулятора) желательно закрепить друг к другу, после чего можно проводить замеры.

Смотрите видео, в котором популярно разъясняется, как сделать терморегулятор своими руками:

Терморегулятор для котла отопления своими руками

Автономное отопление – это расходы из семейного бюджета, и экономные хозяева стараются их уменьшить. Но как это сделать, чтобы в доме было тепло и уютно в холода? Выход простой – нужно установить терморегулятор для котла. С его помощью экономится до 20% энергоносителей – газа, электричества, жидкого или твердого топлива.

Разновидности теплогенераторов и регулировка температуры

Типы котлов индивидуального отопления для квартир и домов: теплогенераторы на твердом топливе, газовые котлы, агрегаты на электричестве и на жидком топливе. Основной материал корпуса и элементов любого котла – сталь и/или чугун. В любой из моделей может быть установлен терморегулятор для котла или простейший термоэлемент, чтобы можно было регулировать температуру теплоносителя в автоматическом или ручном режиме. Термоэлементы для котла отопления

 

Конструкция термоэлемента проста – корпус из стали, который уменьшается или увеличивается в размерах, если изменяется температура теплоносителя. При изменении размеров корпуса также меняется положение рычага датчика, регулирующего положение внутренней заслонки. Открытая заслонка провоцирует более активное горение газа или другого топлива, закрытая – уменьшает активность горения. Если необходимо полностью затушить котел, то термостат устанавливают в нулевое положение, и горение без доступа воздуха прекращается.

В современные теплогенераторы встраивают микроконтроллеры (микросхемы), управляющие воздушным потоком в зависимости от установленного теплового режима при помощи регулировки режима специального вентилятора. Температурный регулятор для котла на любых энергоносителях

 

Газовый котел используют в качестве генератора тепла для отопительной системы чаще всего, так как это самый экономный и простой в обслуживании агрегат.  Некоторые двухконтурные модели котлов имеют в комплекте отдельный терморегулятор для котла – для системы отопления и ГВС. Одноконтурные агрегаты оборудованы одним теплообменником только для отопления. Проводной терморегулятор для газового котла

 

Электрический котел устанавливают в жилье, к которому не подведена газовая магистраль. Такое оборудование имеет высокий КПД, но электроэнергия стоит дороже, чем газ или твердое топливо. В данном оборудовании предусматривается регулировка температуры и защита от перегревания теплогенератора. Таймер механического типа для отопительных котлов

 

Работает такой механический таймер для котла на электричестве просто – в нем можно активировать три режима: теплогенератор выключен, включен, включается по заданной программе. Стандартное внешнее оформление таймера – крупный круглый циферблат с 24 делениями шкалы. Поворотом диска устанавливается требуемое время включения или выключения отопления. Наружная часть таймера – это набор вкладок с периодом срабатывания в 15 минут. Они служат для более удобного управления режимами работы котла. Есть возможность срочной перенастройки при работающем теплогенераторе. Механический таймер имеет существенный недостаток в управлении – он срабатывает в заданном режиме каждый день, и для перестройки его требуется регулировать.

Разновидности терморегуляторов

  1. По функциональности все регуляторы температуры подразделяются на конструкции с опцией поддержания температуры и многофункциональные.
  2. По конструктивному исполнению терморегуляторы для котлов отопления бывают радиоуправляемыми и с проводным подключением для соединения кабелем. Монтируется терморегулятор в любом месте помещения, датчик температуры подключают в блок управления электрокотлом или газовым генератором.

Комнатные термостаты для отопления требуют постоянного воздушного потока, поэтому их нельзя закрывать плотными решетками, отгораживать шторами или мебелью. Рядом с ними нежелательно располагать осветительные и отопительные приборы, бытовую технику, излучающую тепло при работе.

Комнатный электронный программируемый термостат можно настроить на выбор требуемой температуры, перенастроить и изменить режим работы в любое время. Такой температурный датчик имеет функцию программирования работы в выходные дни и в будни, для любого дня недели, для зимнего и демисезонного отопления, вне зависимости от присутствия или отсутствия людей в доме. Комнатный термостат с программатором

 

Программируемый контроллер оснащен функциями, расширяющими возможности регулирования температуры:

  1. Опция «Партия», выключающая котел на несколько часов, с возобновлением его работы.
  2. Функция «Перекрыть», меняющая температуру в любом из заданных режимов работы.
  3. Опция «Праздник», ускоряющая или замедляющая нагрев котла на определенное количество дней.

Центральный терморегулятор для электрокотла монтируется на любом расстоянии от котла и управляет отоплением во всех помещениях. Ранние модели имеют проводное соединение, современное электронное оборудование управляется из командного пункта. Иногда теплогенераторы снабжены дилатометрическим термостатом для электрокотла или твердотопливного оборудования, управляемым дистанционно. Комнатная автоматика для электрокотла выключает его после замера температуры – при повышенной отопление выключается и наоборот. Терморегулятор для электрического котла

 

Рекомендации по термореле:

  1. Начальное положение – 200С.
  2. Ночная температура – 19-21
    0
    С.
  3. Для детской –220С.
  4. Для пожилых людей и инвалидов – 220С.

Одним контроллером можно регулировать температуру как в отдельных помещениях, так и во всем доме.

Термостатические клапаны для регулировки температуры

Включение термостатического клапана в систему отопления – самое простое и эффективное решение, чтобы теплоноситель циркулировал по трубам с заданной температурой. Регулировка температуры происходит путем подмешивания более холодного теплоносителя к теплому. Стандартное подключение клапана – на схеме ниже: Как подключить трехходовой термоклапан смешения

 

Термоклапан, установленный на радиатор, контролирует и регулирует температуру в комнатах, изменяя мощность потока горячего теплоносителя к отопительному котлу через секции батареи, и не оказывает влияния на работу котла. Такое подключение устройства обеспечивает настройку температуры для отдельно взятого помещения. Подобную схему подключения терморегулятора с датчиком температуры применяют как дополнение к основному регулирующему оборудованию. Каждый сезон термостатический смесительный клапан необходимо осматривать на предмет перенастройки и проверки работоспособности.

Самодельный терморегулятор для любого котла

Из схемы регулятора температуры для котла с датчиком видно, что аппаратура работает на микросхемах Atmega-8 и 566, имеет жидкокристаллический дисплей, встроенный фотоэлемент и несколько датчиков температуры. Контроллер Atmega-8 следит за заданными режимами работы терморегулятора. Терморегулятор, собранный своими руками, – схема устройства

Данный термодатчик для котла отопления останавливает или запускает теплогенератор при колебаниях температуры в помещениях, а для ее контроля служат датчики U1 и U2. Включенные в схему два таймера задают время остановки или запуска теплогенератора. Работающий в устройстве фоторезистор регулирует остановку или запуск в темное или светлое время суток. Датчик U1 монтируется в комнате, датчик U2 – за окном.

Необходимо организовать подключение наружного датчика как можно ближе к котлу. Терморегулятор, собранный на микросхеме K561ЛА7 своими руками

 

Схема регулятора температуры на отечественной микросхеме К651ЛА7 простая и позволяет легко регулировать параметры теплоносителя. Термостатом служит терморезистор, во много раз уменьшающий свое сопротивление при нагреве от теплоносителя. Терморезистор включается в делитель напряжения, а резистор R2 (на схеме) служит для плавной регулировки температуры. Подключение терморегулятора на контроллере PIC16F84A

 

На этой схеме нарисовано электронное оборудование на микросхеме PIC16F84A-04/P. Датчиком температуры выступает цифровой термометр DS18B20. Компактное мини-реле предназначено для управления нагрузкой и присоединяется к ней на выходе схемы. Мини-переключателями SB1-SB3 задают требуемое значение температуры, показатели которой выводятся на жидкокристаллический индикатор. Перед реализацией этой схемы необходимо перепрограммировать контроллер и стереть с микросхемы все предыдущие данные. Такая схема надежна в работе при любых условиях эксплуатации.

Рекомендации:

  1. Практически все термостаты – унифицированные, то есть их можно устанавливать на любые котлы. Но профессионалы рекомендуют выбирать регулятор температуры от изготовителя котла. Это сделает намного проще и монтаж, и процесс эксплуатации оборудования.
  2. Перед тем, как приобрести оборудование, рекомендуется произвести расчеты полной площади отапливаемого помещения, вычислить оптимальную температуру для него, чтобы оно не перегружалось, но и не простаивало. Также рекомендуется поменять электропроводку, которая будет задействована при подключении всего электрооборудования, включая электрический котел.
  3. Перед монтажом отопительного оборудования помещение необходимо теплоизолировать, чтобы уменьшить неоправданные тепловые потери и затраты на энергоносители.
  4. При нехватке средств дорогостоящее оборудование механический термостат – лучший выход. Единственный недостаток – нужно будет периодически корректировать работу термостата вручную.

ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКУТЕР


   Мы продолжаем работу по тюнингу и усовершенствования скутера, и на этот раз соберём LED термодатчик двигателя. Этот датчик предназначен для контроля температуры скутера. Датчик применим к любому двигателю внутреннего сгорания (автомобили, моторные лодки), рабочая температура которых лежит в пределах около 100 градусов. Благодаря микроконтроллеру конструктивно прибор имеет очень простую схему. Простота схемы — это залог безотказной работы прибора.

Схема светодиодного термометра для скутера

   Датчик температуры TMP36 имеет собственный стабилизатор, диапазон погрешности не превышает один градус по цельсию. Фото его в самодельном корпусе с проводом на картинке ниже: 

   Информирование о температуре происходит через светодиоды. Зелёные светодиоды информируют о нормальной температуре, о повышенной температуре сигнализируют яркие красные светодиоды. Микроконтроллер играет роль преобразователя аналогового сигнала датчика температуры в светоиндицируемую информацию о температуре двигателя. 

   Программа термометра с выводом информации на светодиоды.

; Контроллер PIC12F675
; Кварц — внутренний, 4 МГц
; Порты:
; GP0 — вход с датчика температуры TMP36
; GP1 — выход для первого зелёного светодиода
; GP2 — выход для второго зелёного светодиода
; GP3 — не используется, настроен входом
; GP4 — выход для первого яркого светодиода
; GP5 — выход для второго красного светодиода
; Датчик-TMP36

    Стратегия программы:
; при включении питания — тест светодиодов (поочерёдное загорание светодиодов)
; температура < 30град. — мигают зелёные
; зелёный1 работает от 60град.
; зелёный2 работает от 80град.
; красный1 работает от 100град.
; красный2 работает от 110град.
; выше 120град. — мигают красные
; при обрыве датчика — мигают все светодиоды

   При включении питания происходит тест прибора, который заключается в поочерёдном зажигании всех светодиодов. Если температура ниже 30 градусов — мигают оба зелёных светодиода, при достижении 60 градусов загорается первый зелёный светодиод, при достижении 80 градусов загорается второй зелёный светодиод, при достижении 100 градусов загорается первый яркий красный светодиод, при достижении 110 градусов загорается второй яркий красный светодиод, при достижении 120 градусов — красные светодиоды начинают мигать, если цепь датчика находится в обрыве, тогда мигают все светодиоды вместе. Все необходимые файлы и прошивка в архиве.


Поделитесь полезными схемами

САМОДЕЛЬНЫЙ ПЛЕЕР НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ

   Хочу предложить вашему вниманию простейший способ изготовления самодельного WAV — плеера. Данный аудиоплеер собран на микроконтроллере AVR ATtiny85 но можно использовать также применить ATtiny25/45/85. У микроконтроллеров этой серии всего восемь ножек и два ШИМ (Fast PWM) с несущей 250kHz. Для управления картой памяти достаточно припаять 6 проводов — два для подачи питания и четыре сигнальные. 




ПОДСТАВКА ДЛЯ НОУТБУКА СВОИМИ РУКАМИ
     Владельцам нотубуков и нетбуков посвящается эта статья. Хронический перегрев процессора — основной недостаток ноутбуков, из-за этого резко снижается производительность компьютера, а иногда это приводит к отказу работ некоторых программ или же ноутбука в целом.


принцип работы цифрового устройства, простые схемы

На чтение 9 мин. Просмотров 11.9k. Опубликовано

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.

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 4х20 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.

Терморегуляторы своими руками — инструкция и схема подключения

Автоматическое управление подачей теплоносителя используется во многих технологических процессах, в том числе и для бытовых отопительных систем. Фактором определяющим действие терморегулятора, является наружная температура, значение которой анализируется и при достижении установленного предела, расход сокращается либо увеличивается.

Терморегуляторы бывают различного исполнения и сегодня в продаже достаточно много промышленных версий, работающих по различному принципу и предназначенных для использования в разных областях. Также доступны и простейшие электронные схемы, собрать которые может любой, при наличии соответствующих познаний в электронике.

Описание

Терморегулятор представляет собой устройство, устанавливаемое в системах энергоснабжения и позволяющее оптимизировать затраты энергии на обогрев. Основные элементы терморегулятора:

  1. Температурные датчики – контролируют уровень температуры, формируя электрические импульсы соответствующей величины.
  2. Аналитический блок – обрабатывает электрические сигналы поступающие от датчиков и производит конвертацию значения температуры в величину, характеризующую положение исполнительного органа.
  3. Исполнительный орган – регулирует подачу, на величину указанную аналитическим блоком.

Современный терморегулятор – это микросхема на основе диодов, триодов или стабилитрона, могущих преобразовывать энергию тепла в электрическую. Как в промышленном, так и самодельном варианте, это единый блок, к которому подключается термопара, выносная или располагаемая здесь же. Терморегулятор включается последовательно в электрическую цепь питания исполняющего органа, таким образом, уменьшая или увеличивая значение питающего напряжения.

Принцип работы

Датчик температуры подает электрические импульсы, величина тока которых зависит от уровня температуры. Заложенное соотношение этих величин позволяет устройству очень точно определить температурный порог и принять решение, например, на сколько градусов должна быть открыта заслонка подачи воздуха в твердотопливный котел, либо открыта задвижка подачи горячей воды. Суть работы терморегулятора заключается в преобразовании одной величины в другую и соотнесении результата с уровнем силы тока.

Простые самодельные регуляторы, как правило, имеют механическое управление в виде резистора, передвигая который, пользователь устанавливает необходимый температурный порог срабатывания, то есть, указывая, при какой наружной температуре необходимо будет увеличить подачу. Имеющие более расширенный функционал, промышленные приборы, могут программироваться на более широкие пределы, при помощи контроллера, в зависимости от различных диапазонов температуры. У них отсутствуют механические элементы управления, что способствует долгой работе.

Как сделать своими руками

Сделанные собственноручно регуляторы получили широкое применение в бытовых условиях, тем более, что необходимые электронные детали и схемы всегда можно найти. Подогрев воды в аквариуме, включение вентилирования помещения при повышении температуры и многие другие несложные технологические операции вполне можно переложить на такую автоматику.

Схемы авторегуляторов

В настоящее время, у любителей самодельной электроники, популярностью пользуются две схемы автоматического управления:

  1. На основе регулируемого стабилитрона типа TL431 – принцип работы состоит в фиксации превышения порога напряжения в 2,5 вольт. Когда на управляющем электроде он будет пробит, стабилитрон приходит в открытое положение и через него проходит нагрузочный ток. В том случае, когда напряжение не пробивает порог в 2,5 вольт, схема приходит в закрытое положение и отключает нагрузку. Достоинство схемы в предельной простоте и высокой надежности, так как стабилитрон оснащается только одним входом, для подачи регулируемого напряжения.
  2. Тиристорная микросхема типа К561ЛА7, либо ее современный зарубежный аналог CD4011B – основным элементом является тиристор Т122 или КУ202, выполняющий роль мощного коммутирующего звена. Потребляемый схемой ток в нормальном режиме не превышает 5 мА, при температуре резистора от 60 до 70 градусов. Транзистор приходит в открытое положение при поступлении импульсов, что в свою очередь является сигналом для открытия тиристора. При отсутствии радиатора, последний приобретает пропускную способность до 200 Вт. Для увеличения этого порога, понадобится установка более мощного тиристора, либо оснащение уже имеющегося радиатором, что позволит довести коммутируемую способность до 1 кВт.

Необходимые материалы и инструменты

Сборка самостоятельно не займет много времени, однако обязательно потребуются некоторые знания в области электроники и электротехники, а также опыт работы с паяльником. Для работы необходимо следующее:

  • Паяльник импульсный или обычный с тонким нагревательным элементом.
  • Печатная плата.
  • Припой и флюс.
  • Кислота для вытравливания дорожек.
  • Электронные детали согласно выбранной схемы.

Схема терморегулятора

Пошаговое руководство

  1. Электронные элементы необходимо разместить на плате с таким расчетом, чтобы их легко было монтировать, не задевая паяльником соседние, возле деталей активно выделяющих тепло, расстояние делают несколько большим.
  2. Дорожки между элементами протравливаются согласно рисунку, если такого нет, то предварительно выполняется эскиз на бумаге.
  3. Обязательно проверяется работоспособность каждого элемента при помощи мультиметра и только после этого выполняется посадка на плату с последующим припаиванием к дорожкам.
  4. Необходимо проверять полярность диодов, триодов и других деталей в соответствии со схемой.
  5. Для пайки радиодеталей не рекомендуется использовать кислоту, поскольку она может закоротить близкорасположенные соседние дорожки, для изоляции, в пространство между ними добавляется канифоль.
  6. После сборки, выполняется регулировка устройства, путем подбора оптимального резистора для максимально точного порога открывания и закрывания тиристора.

Область применения самодельных терморегуляторов

В быту, применение терморегулятора встречается чаще всего у дачников, эксплуатирующих самодельные инкубаторы и как показывает практика, они не менее эффективны, чем заводские модели. По сути, использовать такое устройство можно везде, где необходимо произвести какие-то действия зависящие от показаний температуры. Аналогично можно оснастить автоматикой систему опрыскивания газона или полива, выдвижения светозащитных конструкций или просто звуковую, либо световую сигнализацию, предупреждающую о чем-либо.

Ремонт своими руками

Собранные собственноручно, эти приборы служат достаточно долго, однако существует несколько стандартных ситуаций, когда может потребоваться ремонт:

  • Выход из строя регулировочного резистора – случается наиболее часто, поскольку изнашиваются медные дорожки, внутри элемента, по которым скользит электрод, решается заменой детали.
  • Перегрев тиристора или триода – неправильно была подобрана мощность или прибор находится в плохо вентилируемой зоне помещения. Чтобы в дальнейшем избежать подобного, тиристоры оборудуются радиаторами, либо же следует переместить терморегулятор в зону с нейтральным микроклиматом, что особенно актуально для влажных помещений.
  • Некорректная регулировка температуры – возможно повреждение терморезистора, коррозия или грязь на измерительных электродах.

Преимущества и недостатки

Несомненно, использование автоматического регулирования, уже само по себе является преимуществом, так как потребитель энергии получает такие возможности:

  • Экономия энергоресурсов.
  • Постоянная комфортная температура в помещении.
  • Не требуется участие человека.

Автоматическое управление нашло особенно большое применение в системах отопления многоквартирных домов. Оборудуемые терморегуляторами вводные задвижки автоматически управляют подачей теплоносителя, благодаря чему жители получают значительно меньшие счета.

Недостатком такого прибора можно считать его стоимость, что впрочем, не относится к тем, что изготовлены своими руками. Дорогостоящими являются только устройства промышленного исполнения, предназначенные для регулирования подачи жидких и газообразных сред, так как исполнительный механизм включает в себя специальный двигатель и другую запорную арматуру.

Советы и рекомендации

Хотя сам прибор достаточно нетребователен к условиям эксплуатации, точность реагирования зависит от качества первичного сигнала и особенно это касается автоматики работающей в условиях повышенной влажности или контактирующей с агрессивными средами. Термодатчики в таких случаях, не должны контактировать с теплоносителем напрямую.

Выводы закладываются в гильзу из латуни, и герметично запаиваются эпоксидным клеем. Оставить на поверхности можно торец терморезистора, что будет способствовать большей чувствительности.

Статья была полезна?

1,00 (оценок: 1)

схема регулятора температуры, установка и настройка термостата для батареи отопления

Как правило, схема терморегулятора температуры воздуха достаточно проста, чтобы даже начинающий радиолюбитель смог с ней справиться. Так как детали к подобным приборам по отдельности стоят недорого, то можно собрать работающее устройство буквально «за копейки». Единственное, чему нужно уделять внимание, делая регулятор температуры своими руками, так это его безопасности.

Зачем нужен регулятор температуры на радиаторе

В настоящее время все большее количество потребителей приходят к выводу, что без терморегулятора ни одна отопительная система не может быть экономически выгодной и надежной. Регулятор температуры воздуха даже с ручными настройками способен создать и поддерживать в комнатах нужный микроклимат, а более сложные цифровые аналоги позволяют управлять «погодой» в доме, находясь от него на расстоянии.

Что дает установка терморегулятора на радиатор отопления:

  • Поддержание одинакового нагрева воздуха в комнате даже тогда, когда за окном температура упала или, наоборот, поднялась. Если в отопительной системе нет подобного устройства, то в первом случае в помещениях станет прохладно, а во втором – жарко.
  • Установка терморегулятора электронного или цифрового типа на радиаторах дает возможность регулировать температуру в зависимости от времени суток, так как они оснащены встроенным таймером. Так, когда в будние дни домочадцев нет дома до вечера, то можно выставить параметры более низкие, например +14-16°C с тем, чтобы они повысились к возвращению людей домой.
  • Экономия энергоресурсов, так как при повышении температуры в комнате термостат перекрывает путь теплоносителю в радиатор до его остывания до нужного параметра. Особенно заметна экономия в автономных системах обогрева, хотя и при подключении квартиры к городской теплосети при наличии счетчика его работа так же значительно уменьшит счет за отопление.
  • Комфорт и уют, вот что создает установка терморегулятора на радиатор.
  • Безопасность – еще один «конек» термостатов. Как показывает практика их использования в отопительном контуре, они не допускают завоздушенности в трубах и радиаторах, и нормализую напор теплоносителя.

Это основные преимущества, которые получает потребитель, даже если сделан терморегулятор своими руками.

Подбирая устройство, следует учесть тип отопительной системы и материал, из которого изготовлены батареи и трубы. Сегодня на рынке представлены модели для чугунных радиаторов и стальных или алюминиевых, для однотрубных и двухтрубных контуров.

Последовательность действий при изготовлении терморегулятора

Чтобы сделать простой терморегулятор своими руками, схема которого предусматривает наличие датчика, нужно проделать следующие шаги:

  • В качестве корпуса можно приспособить старый электросчетчик.
  • К месту, где у него нарисован «+» подсоединяется переменный резистор (потенциометр), который будет задавать температурные параметры.
  • К знаку «-» на корпусе счетчика подсоединяется аналоговый датчик температуры LM335, который можно купить в любом магазине товаров для теплооборудования. Это самый простой и дешевый датчик, главной задачей которого будет отслеживать напряжение в сети. Как только на плюсе оно повысится, прибор отдает об этом сигнал реле, и ток начнет поступать к котлу или теплоноситель в систему. Когда показатель повышается на минусе, происходит обратный процесс, и устройство отключает обогреватель.
  • Чтобы терморегулятор работал правильно, включая систему, когда температура воздуха в комнате опускается, например, до +20°C и выключая при нагреве до +25°C, нужно создать между плюсом и минусом связь.
  • Для обеспечения питания можно использовать катушку, чтобы «превратить» ее в трансформатор. Подойдет та, что стояла в старом счетчике.

Так можно сделать самое примитивное устройство на 12В, тогда как схема электронного терморегулятора температуры содержит в своей основе электромагнитное реле, способное работать при 30 амперах.

Следует знать, что устройство, в основе которого термодатчик LM335, настраивается не на температуру воздуха, а на уровень напряжения в сети. Так, если нужно, чтобы воздух прогревался до +20 градусов, то выставляется параметр на 2.93 В.

Правила монтажа

Мало сделать регулятор температуры своими руками, его еще нужно правильно монтировать. Схема подключение комнатного термостата должна учитывать:

  • Возле устройства не должно быть нагревательных приборов.
  • Он не должен находиться под прямыми солнечными лучами.
  • Высота установки терморегулятора от пола должна составлять не менее 80 см.
  • Если радиатор закрыт коробом или гардиной, то следует сделать выносной датчик и закрепить его в нескольких метрах от рабочей части прибора.

Если предстоит подключение терморегулятора к батареям в автономной системе отопления, в функции которого будет входить отслеживание работы котла, то лучше отдать предпочтение покупному устройству той же фирмы.

Установка терморегулятора на батарею

Отопительная система – это единый «организм», в котором все элементы должны соответствовать друг другу и слаженно работать. Установка терморегулятора на радиатор отопления – это внедрение в него прибора, который должен полностью ему подходить по всем параметрам. Например, нельзя на чугунную батарею ставить термостат для алюминиевого радиатора, так как он попросту не выдержит напора воды или ее состава, если речь идет о городской теплосети.

Схема подключения терморегулятора следующая:

    • Слив воды из радиатора и его отсоединение от контура.
    • Если отопительная система однотрубная, то обязательно устанавливается байпас, чтобы носитель мог продолжать двигаться по трубам, когда ему перекрывается вход в батарею.
    • Монтаж терморегулятора производится путем вкручивания его в отверстие, через которое теплоноситель подается в радиатор.

Вкручивая термостат, нужно отслеживать, чтобы стрелка на его корпусе была по направлению течения воды в системе.

  • Термостатическую часть прибора следует установить горизонтально, но так, чтобы расположенный в нем датчик нагрева воздуха не попадал под воздействие температуры радиатора. Если отопительная система не позволяет этого сделать, то нужно монтировать устройство с выносным датчиком.
  • Когда монтируется терморегулятор для двухтрубной системы отопления, то он ставится в отверстие радиатора, куда входит подающая труба, а на выходе закручивается шаровой кран.
  • Радиатор подключается к контуру и проводится настройка терморегулятора и его проверка.

Довольно часто в отопительных системах используется трехходовой клапан с терморегулятором, который разделяет поток на две части и регулирует очередность подачи горячей и холодной воды. Он может быть как механического управления (ручка терморегулятора поворачивается вручную) и стоить недорого, так и автоматического с электроприводом.

Настройка термостата

Не зависимо от того, какой тип регулятора температуры используется, нужно придерживаться основных правил при их подключении. Настройки терморегулятора батареи отопления, как правило, не требуют особых знаний:

  • Необходимо убрать все источники теплопотерь в комнате.
  • Открыть клапан терморегулятора, провернув ручку до упора влево.
  • Спустя время проверить, насколько поднялась температура в комнате. Если она стала выше на 6-7 градусов, то нужно ручку регулятора вернуть в исходное положение, провернув ее вправо.
  • Медленно открыть клапан, создав оптимальный поток теплоносителя, который будет поддерживать температуру на одном уровне.

Так настраивается ручной термостат, тогда как у электронных аналогов все параметры указаны на дисплее. Достаточно внести их в устройство, чтобы дальше оно автоматически отслеживало изменения температуры воздуха в помещении.

Регулятор температуры воздуха в отопительной системе способен творить «чудеса» даже в условиях городской теплосети и создавать для людей комфортную жизнь и экономию средств. Конечно, схема регулятора температуры достаточно проста, чтобы сделать его своими руками, но настоящую гарантию качества и надежность работы обеспечивают исключительно приборы от производителей.

Терморегулятор с обратной связью своими руками. Схема и описание работы

Система регулирования температуры — это автоматическая система управления, которая поддерживает температуру объекта на заданном уровне.

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Как правило, система контроля температуры используется в кондиционерах, холодильниках, инкубаторах и.т.д. Для того, чтобы реализовать систему контроля температуры нам нужен датчик температуры, контроллер и система охлаждения.

В этом проекте мы реализовали простую систему контроля температуры с использованием доступных компонентов. Целью данного проекта является автоматическое включение или выключение вентилятора в зависимости от температуры окружающей среды.

Терморегулятор с обратной связью

Аппаратные требования для этой простой схемы контроля температуры являются следующими: LM35, L293D, LM358, вентилятор и немного пассивных компонентов (резисторов).

  • 1 х LM35 датчик температуры
  • 1 х LM358 операционный усилитель
  • 1 х L293D драйвер двигателя
  • 1 х 12V DC вентилятор
  • 1 х 10 кОм резистор (1/4 Вт)
  • 1 х 5 кОм потенциометр
  • 1 х макетная плата
  • Соединительные провода
  • Источник питания 12В

Датчик температуры LM35

LM35 — это датчик температуры с измерением в Цельсия, напряжение на его выходе прямо-пропорционально температуре. LM35 может измерять температуру в диапазоне от -55 0 С до +150 0 C.

В этом проекте мы используем датчик температуры LM35 для измерения температуры и отправки соответствующих значений напряжения на контроллер (операционный усилитель).

Операционный усилитель LM358

LM358 – микросхема, состоящая из 2 независимых операционных усилителей. LM358 имеет широкий спектр применений, таких как фильтры, драйверы светодиодов или ламп, генераторы импульсов, генераторы с управляемым напряжением (ГУН), усилители и т. д. В этом проекте мы используем LM358 в режиме компаратора.

Примечание: несмотря на то, что LM358 имеет два операционных усилителя, мы будем использовать только один.

Драйвера двигателя L293D

L293D – драйвер двигателя, который может управлять 2 моторами одновременно с индивидуальными входными сигналами, так как он имеет двойной драйвер H–моста. В этом проекте, мы собираемся управлять вентилятором ПК 12В с помощью микросхемы драйвера двигателя.

Принципиальная схема терморегулятора

LM35 имеет 3 контакта: VCC, Data и GND. Подключите VCC и GND к 12В и GND соответственно и сформируйте делитель напряжения с контактом данных и резистором 10 кОм. Сигнал с делителя подается на неинвертирующий вход (контакт 3) операционного усилителя (LM358).

Потенциометр 5 кОм подключен к инвертирующему входу (контакт 2) операционного усилителя. Контакты 8 и 4 подключены к источнику питания 12В и GND. Выход ОУ т. е. вывод 1 соединен с выводом 3 (1А), который является первым входом драйвера микросхемы драйвера двигателя.

Второй вход драйвера L293D (2A — контакт 7) подключен к GND. Контакты 1, 8 и 16 (Enable 1, VCC2 и VCC2) подключены к источнику питания 12 В, а контакты 4, 5, 12 и 13 подключены к GND. Двигатель (12 В вентилятор ПК) подключен между контактами 3 и 6 (1Y и 2Y).

Работа схемы

Работу схемы «Система контроля температуры» легко объяснить, сравнив его с системой управления с обратной связью.

Система управления с обратной связью состоит из входа, устройства управления, выхода и обратной связи. Входной сигнал обычно представляет собой датчик, который непрерывно контролирует тестовый параметр. Здесь вход — это датчик температуры LM35, а измеряемый нами параметр — это температура.

Данные с входа передаются управляющему устройству или системе. Это устройство управления активирует выход в соответствии с входными сигналами. В нашем проекте LM358 является контроллером и выступает в качестве компаратора.

Если температура превышает желаемую температуру, нам нужно активировать вентилятор. Итак, нам нужно настроить потенциометр таким образом, чтобы если температура повышается выше определенного значения, выход операционного усилителя должен перейти в высокое состояние.

Этот высокий выходной сигнал от операционного усилителя поступает на драйвер двигателя, который вместе с вентилятором образует выходную часть системы управления.

Поскольку другой вход привода драйвера двигателя подключен к GND, всякий раз, когда выход операционного усилителя становиться высоким вентилятор начинает вращаться.

Это охладит окружающую среду, и это явление действует как обратная связь в системе управления. Если температура снижается, LM35 обнаруживает ее и подает сигнал операционному усилителю, чтобы выключить вентилятор.

Блок питания 0…30 В / 3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Учебное пособие по датчику температуры

! : 5 шагов (с картинками)


Как измерить температуру!

Использовать TMP36 просто: просто подключите левый контакт к источнику питания (2,7-5,5 В), а правый контакт — к земле. Тогда средний вывод будет иметь аналоговое напряжение, которое прямо пропорционально (линейно) температуре. Аналоговое напряжение не зависит от источника питания.

Чтобы преобразовать напряжение в температуру, просто используйте основную формулу:

Температура в градусах Цельсия = [(Vout в мВ) — 500] / 10

Так, например, если выходное напряжение равно 1 В, это означает, что температура ((1000 мВ — 500) / 10) = 50 градусов Цельсия

Если вы используете LM35 или аналогичный, используйте линию ‘a’ на изображении выше и формулу: Температура в Цельсии = (Vout в мВ) / 10

Тестирование датчика температуры

Проверить эти датчики довольно просто, но вам понадобится аккумулятор или блок питания.

Подключите источник питания 2,7-5,5 В (2-4 батарейки AA отлично работают) так, чтобы заземление было подключено к контакту 3 (правый контакт), а питание — к контакту 1 (левый контакт)

Затем подключите мультиметр к Режим постоянного напряжения на землю и оставшийся контакт 2 (средний). Если у вас TMP36 и его температура примерно комнатная (25 градусов C), напряжение должно быть около 0,75 В. Обратите внимание, что если вы используете LM35, напряжение будет 0,25 В
(см. Изображение ниже)

Вы можете изменить диапазон напряжения, нажав пальцами на пластиковый корпус датчика, вы увидите температуру / повышение напряжения.
(См. Изображение ниже)

Или вы можете прикоснуться к датчику кубиком льда, желательно в пластиковом пакете, чтобы вода не попала в вашу цепь, и увидеть падение температуры / напряжения.
(См. Изображение ниже)

Подключение к датчику температуры

В этих датчиках есть небольшие микросхемы, и, хотя они не такие хрупкие, с ними необходимо обращаться должным образом. Будьте осторожны со статическим электричеством при обращении с ними и убедитесь, что источник питания подключен правильно и находится в пределах 2.7 и 5,5 В постоянного тока — так что не пытайтесь использовать батарею 9 В!

с макетом на-92

Они поставляются в упаковке «TO-92», что означает, что чип размещен в пластиковом полуцилиндре с тремя ножками. Ножки можно легко согнуть, чтобы датчик можно было вставить в макетную плату. Также можно припаять к контактам для подключения длинных проводов. Если вам нужно сделать датчик водонепроницаемым, вы можете ознакомиться с инструкциями по созданию отличного футляра в следующем шаге.

Цепь реле реле датчика температуры

Сегодня мы собираемся продемонстрировать проект схемы релейного переключателя датчика температуры.Это похоже на обычный датчик тепла или температуры с реле, поэтому всякий раз, когда цепь получает тепло, реле срабатывает, как и нагрузка или устройство, подключенные к реле. К реле можно подключить любое устройство переменного тока 110 В, 220 В или постоянного тока, чтобы вы могли автоматически управлять им при желаемой температуре.

Схема недорогая и простая, в ней всего 5-6 компонентов. Это идеальная схема для новичков, которым нужен простой электронный проект, или для тех, кому нужно недорогое решение для своих требований к чувствительности к теплу.

Компоненты оборудования

S.no Компонент Значение Количество
1 Входное питание DC 9V 1
2 Термистор 10 кОм 1
3 Транзистор BC547B 1
4 Реле 6 В 1
5 Диод 1N4007 1
6 Переменный резистор 20 кОм 1
Принципиальная схема

Рабочее пояснение

Эта схема может работать от 9-вольтовой батареи, трансформатора или адаптера. Мы соединили два транзистора BC547B как пару Дарлингтона. Это увеличивает чувствительность и коэффициент усиления схемы. Чтобы отрегулировать желаемый уровень нагрева, при котором вы хотите, чтобы ваше реле активировалось, мы использовали переменные резисторы на 20 кОм. Термистор является основным компонентом, поскольку он воспринимает тепло. Подключать его нужно немного подальше от других компонентов в цепи, чтобы тепло не попадало на них.

Принцип работы этой схемы довольно прост для понимания. Когда термистор получает тепло, его сопротивление уменьшается, и он пропускает ток в цепь, которая активирует транзисторы.Когда транзисторы активируются, они передают напряжение на реле, которое затем активируется. Теперь любое устройство, подключенное к реле, включится.

Приложения и способы использования

Это очень полезная схема, и ее можно использовать для многих целей, например, для включения вентилятора при желаемой температуре. Активируйте аварийную сигнализацию температуры для мест или устройств, которые вы не хотите перегревать.

Руководство по работе с датчиком температуры для начинающих

Мониторинг температуры в режиме реального времени с помощью специальных датчиков температуры гарантирует, что современные меньшие и более быстрые системы работают в безопасной тепловой зоне.Датчики нового поколения отслеживают горячие точки внутренних и внешних компонентов с предельной точностью. Наличие точных, недорогих и простых в использовании сенсорных iC позволяет разработчикам проводить измерения температуры на кристалле, чтобы добиться максимальной производительности от своих систем.

Температура — это наиболее часто измеряемая величина окружающей среды, и многие биологические, химические, физические, механические и электронные системы подвержены влиянию температуры. Некоторые процессы работают хорошо только в узком диапазоне температур.Поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы контролировать и защищать систему.

При превышении температурных пределов электронные компоненты и схемы могут быть повреждены из-за воздействия высоких температур. Измерение температуры помогает повысить стабильность цепи. Измеряя температуру внутри оборудования, можно определить высокие уровни температуры и предпринять действия для снижения температуры системы или даже отключения системы для предотвращения аварий.

Полностью автономный беспроводной датчик температуры с питанием от вибрационного комбайна

В настоящее время используется несколько методов измерения температуры.Наиболее распространенными из них являются термопары, термисторы и интегральные схемы датчиков (ИС). Что больше всего подходит для вашего приложения, зависит от требуемого диапазона температур, линейности, точности, стоимости, характеристик и простоты проектирования необходимой вспомогательной схемы.

Четыре наиболее распространенных типа датчиков температуры:

  1. Термистор отрицательного температурного коэффициента (NTC)
  2. Температурный датчик сопротивления (RTD)
  3. Термопара
  4. Полупроводниковые датчики

Термистор NTC

Термистор NTC обеспечивает высокое сопротивление при низких температурах.При повышении температуры сопротивление быстро падает. Это связано с тем, что термистор NTC испытывает такое большое изменение сопротивления на ° C, небольшие изменения температуры отражаются очень быстро и с высокой точностью (от 0,05 до 1,5 ° C). [1]

Датчик температуры RTD

Резистивный датчик температуры измеряет температуру, коррелируя сопротивление элемента RTD с температурой.

Термопары

Термопара состоит из двух разнородных металлов, соединенных вместе на одном конце, для создания небольшого уникального напряжения при заданной температуре.Термоэлектрическое напряжение, возникающее в результате разницы температур от одного конца провода к другому, на самом деле является суммой всех разностей напряжений вдоль провода от конца до конца.

Термопары

доступны в различных комбинациях металлов или калибровок. Четыре наиболее распространенных калибровки — это J, K, T и E. Каждая калибровка имеет свой диапазон температур и среду, хотя максимальная температура зависит от диаметра провода, используемого в термопаре.Например, термопара типа J изготовлена ​​из железа и константановой проволоки.

Термопары типа K

Термопары очень популярны из-за их низкой тепловой массы и широкого диапазона рабочих температур, который может достигать примерно 1700 ° C для обычных типов. Однако чувствительность термопар довольно мала (порядка десятков микровольт на градус Цельсия). Для получения приемлемого выходного напряжения необходим усилитель с низким смещением.

Термисторы

Термисторы — это специальные твердотельные датчики температуры, которые ведут себя как термочувствительные электрические резисторы.Обычно они состоят из полупроводниковых материалов. В основном существует два типа термисторов: с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), которые используются в основном для измерения температуры, и с положительным температурным коэффициентом (PTC), которые используются в основном для управления электрическим током.

Термистор показывает изменение электрического сопротивления при изменении его температуры. Сопротивление измеряется путем пропускания через него небольшого измеренного постоянного тока и измерения возникающего при этом падения напряжения.Когда дело доходит до типа NTC, отрицательный коэффициент может достигать нескольких процентов на ºC, что позволяет схеме термистора обнаруживать мельчайшие изменения температуры, которые нельзя наблюдать с помощью схемы термопары.

Недорогие термисторы часто выполняют простые функции измерения (и определения точки срабатывания) в системах низкого уровня. Термисторы низкой точности часто бывают недорогими. Вы можете найти термометры, которые будут работать в диапазоне температур от -100 ° C до + 550 ° C, хотя большинство из них рассчитаны на максимальные рабочие температуры от 100 ° C до 150 ° C.Простые термостаты или контроллеры на основе термисторов могут быть реализованы с очень небольшим количеством компонентов. Только термистор, компаратор и несколько других компонентов могут сделать эту работу.

Термисторы PTC

Поскольку термисторы являются чрезвычайно нелинейными устройствами, которые сильно зависят от параметров процесса, и их характеристики могут ухудшаться из-за самонагрева, они имеют недостатки в некоторых приложениях. Например, температурная функция сопротивления термистора очень нелинейна, поэтому, если необходимо измерить широкий диапазон температур, вам потребуется выполнить существенную линеаризацию.

ИС датчиков

Существует широкий спектр микросхем датчиков температуры, которые позволяют упростить самый широкий спектр задач по мониторингу температуры. Эти кремниевые датчики температуры существенно отличаются от вышеупомянутых типов по нескольким важным параметрам.

Первый — это диапазон рабочих температур. ИС датчика температуры может работать в номинальном диапазоне температур ИС от -55 ° C до + 150 ° C. Второе важное отличие — это функциональность. Кремниевый датчик температуры представляет собой интегральную схему и, следовательно, может включать в себя обширную схему обработки сигналов в том же корпусе, что и датчик.Нет необходимости добавлять схемы компенсации (или линеаризации) для микросхем температурных датчиков.

Некоторые из них представляют собой аналоговые схемы с выходом по напряжению или по току. Другие комбинируют аналоговые чувствительные схемы с компараторами напряжения для обеспечения функций оповещения. Некоторые другие сенсорные ИС сочетают в себе аналоговую чувствительную схему с цифровыми входами / выходами и регистрами управления, что делает их идеальным решением для микропроцессорных систем.

Цифровой выходной датчик обычно содержит датчик температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), двухпроводной цифровой интерфейс и регистры для управления работой ИС.Температура постоянно измеряется и может быть считана в любое время. При желании хост-процессор может дать команду датчику контролировать температуру и установить высокий (или низкий) выход на выходном контакте, если температура превышает запрограммированный предел. Также можно запрограммировать более низкую пороговую температуру, и хост может быть уведомлен, когда температура упадет ниже этого порога. Таким образом, цифровой выходной датчик может использоваться для надежного контроля температуры в микропроцессорных системах.

Как пользоваться?

Датчик температуры выдает аналоговый или цифровой выходной сигнал, мощность которого зависит от температуры датчика.Тепло передается к чувствительному элементу через корпус датчика и его металлические провода. Как правило, датчик в металлическом корпусе имеет преобладающий тепловой путь через корпус. Для датчиков в пластиковых корпусах преобладающим тепловым трактом являются выводы. Таким образом, датчик IC, установленный на плате, отлично справляется с измерением температуры печатной платы.

Если необходимо измерить температуру чего-либо, кроме печатной платы, необходимо убедиться, что датчик и его провода имеют ту же температуру, что и объект, который вы хотите измерить.Обычно это включает в себя обеспечение хорошего механического (и теплового) контакта путем прикрепления датчика и его выводов к измеряемому объекту с помощью теплопроводящей эпоксидной смолы.

Если необходимо измерить температуру жидкости, датчик можно установить внутри металлической трубки с закрытым концом и погрузить в ванну или ввинтить в резьбовое отверстие в резервуаре. Датчики температуры и вся сопутствующая проводка и цепи должны быть изолированными и сухими, чтобы избежать утечки и коррозии.

Любая линейная цепь, подключенная к проводам в неблагоприятной окружающей среде, может иметь отрицательное влияние на характеристики мощных электромагнитных источников, таких как реле, радиопередатчики, двигатели с искрящими щетками и т. Д., Поскольку ее проводка может действовать как антенна, а внутренние переходы могут действовать как выпрямители.В таких случаях небольшой байпасный конденсатор между контактом источника питания и шиной заземления помогает устранить шум источника питания.

Контроллер интеллектуального вентилятора охлаждения, основанный на ИС датчика температуры LM56, который включает вентилятор при одной температуре, а затем увеличивает его скорость, если температура поднимается выше второго порогового значения.

Также можно добавить фильтрацию выходного сигнала. При использовании аналоговых датчиков, которые не должны напрямую управлять большими емкостными нагрузками, конденсатор выходного фильтра может быть изолирован с помощью резистора низкого номинала (например, цепи Зобеля), включенного последовательно с конденсатором.

Трехконтактный датчик требует трех проводов для питания, заземления и выходных сигналов. При измерении температуры в удаленном месте желательно минимизировать количество проводов между датчиком и основной платой. В таких ситуациях можно использовать двухконтактный датчик. Переход на два провода означает, что питание и сигнал должны сосуществовать на одних и тех же проводах.

От усилителей звука к персональным компьютерам

Усилители звука, которые рассеивают более нескольких ватт, всегда имеют силовые транзисторы или всю интегральную схему усилителя мощности, прикрученную к радиатору.Часто желательно контролировать температуру в усилителе мощности звука, чтобы защитить электронику от перегрева, включив охлаждающий вентилятор или выключив систему. Хороший способ контролировать температуру — установить датчик температуры на радиаторе. Установите корпус датчика, просверлив отверстие в радиаторе и приклейте датчик к радиатору термопастой или теплопроводящей эпоксидной смолой.

Персональные компьютеры последних поколений рассеивают много энергии, что означает, что они имеют тенденцию к нагреванию.Микросхемы высокопроизводительных процессоров компьютеров потребляют слишком много энергии и могут сильно нагреваться, чтобы получить чрезвычайно опасные повреждения из-за высокой температуры. Для повышения стабильности системы часто желательно следить за температурой процессора и активировать охлаждающий вентилятор, замедлять системные часы или полностью выключать компьютер, если процессор становится слишком горячим.

Хорошее место для установки датчика температуры находится в центре отверстия, просверленного в радиаторе микропроцессора, который может быть прикреплен к процессору или прикреплен эпоксидной смолой.Другое место — это полость под процессором с разъемом. Также возможно установить датчик на печатной плате рядом с разъемом микропроцессора.


Автор — международно сертифицированный внештатный разработчик электронных схем, технический писатель, обозреватель, консультант, эксперт в предметной области и инструктор.

Эта статья была впервые опубликована 20 августа 2017 г. и обновлена ​​2 апреля 2020 г.

Как подключить датчик температуры LM35 к Arduino?

В этом руководстве мы узнаем, как подключить LM35 к Arduino и реализовать простой датчик температуры Arduino LM35.Чтобы продемонстрировать результат, я подключу датчик температуры LM35 к Arduino UNO и отображу показания температуры на модуле ЖК-дисплея 16 × 2.

Краткое примечание по датчику температуры LM35

LM35 — это классический датчик температуры IC. Это прецизионный датчик температуры по Цельсию. Это также аналоговый датчик, выходное напряжение которого линейно пропорционально температуре в градусах Цельсия.

В серии датчиков температуры LM есть и другие устройства, такие как LM34 (откалиброванный на градусы Фаренгейта) и LM335 (откалиброванный на градусы Кельвина), но LM35 кажется популярным выбором для проектов DIY.

Некоторые из важных характеристик датчика температуры LM35:

  • Диапазон температур, который он может измерять: от -55 0 C до +150 0 C (полный диапазон)
  • Точность: 0,5 0 C при 25 0 C (± 1/4 0 C при комнатной температуре)
  • Напряжение питания: от 4 до 30 В
  • Передаточная функция: линейная с + 10 мВ / 0 C масштабный коэффициент
  • Калибровка: Нет необходимости, поскольку датчик откалиброван для градусов Цельсия (Цельсия)

В серии LM35 есть 5 различных устройств с различными диапазонами температуры и корпусами.Следующая таблица будет полезна при сравнении различных датчиков LM35.

Устройство серии LM35 Диапазон температур Упаковка (и)
LM35 –55 0 C до +150 0 C TO – CAN
LM35A –55 0 C до +150 0 C TO – CAN
LM35C –40 0 C до +110 0 C TO – 92 (Пластик)
LM35CA –40 0 C до +110 0 C TO – 92 (пластик)
LM35D 0 0 C до +100 0 C TO – 92, TO – 220 (пластик), SOIC (8-контактный)

У меня датчик LM35 типа LM35D.Итак, я могу построить датчик температуры с диапазоном от 0 0 C до +100 0 C. Если вы хотите измерить полный диапазон, то есть от –55 0 C до +150 0 C, тогда Вы должны посмотреть на LM35 или LM35 в металлической упаковке TO-CAN.

Одной из распространенных упаковок LM35 является пластиковый пакет TO-92. На следующем изображении показана распиновка датчика LM35 в корпусе TO – 92. Распиновку других корпусов см. В технических данных.

Pin Описание
+ V S Плюс источника питания
V OUT Аналоговый выход
GND GND GND (Отрицательный источник питания)

Измерение температуры без Arduino

Поскольку LM35 является аналоговым датчиком температуры, мы можем измерять температуру, просто измеряя выходное напряжение.Для этого вам нужно взглянуть на таблицу LM35 для передаточной функции.

Согласно таблице данных, выходное напряжение линейно пропорционально температуре с масштабным коэффициентом + 10 мВ / 0 C. Передаточная функция определяется как:

Здесь V OUT — выходное напряжение LM35. и T — температура в 0 C. Итак, если мы измеряем выходное напряжение датчика температуры LM35, то мы можем измерить температуру с помощью простых вычислений.

Сначала подключите источник питания к датчику, т. Е. + 5V к контакту + V S и GND к контакту GND соответственно. Теперь возьмите цифровой мультиметр и настройте его на измерение постоянного напряжения. Если у вас есть ручной дальномер, установите на цифровом мультиметре диапазон 2000 мВ.

Подключите красный датчик к выводу V OUT LM35, а датчик COM к GND. Как вы можете видеть на изображении выше, цифровой мультиметр отображает выходное напряжение LM35 в мВ (милливольтах). Здесь выходное напряжение составляло 276 мВ.

Чтобы получить температуру, разделите это значение на 10 мВ, и результат будет 27,6 0 C.

Датчик температуры Arduino LM35

Даже если вы можете легко измерить температуру, используя только датчик LM35 и мультиметр, микроконтроллер вроде Arduino будет очень полезен при отображении результата на LCD или OLED.

Вы даже можете создать веб-сервер, используя ESP8266 или ESP32, чтобы отображать показания температуры с датчика температуры LM35 на веб-странице.

В этом проекте я остановлюсь на Arduino и построю простой датчик температуры Arduino LM35 и отображу результат на ЖК-дисплее 16 × 2. Для простоты я воспользуюсь модулем PCF8574 I 2 C для преобразования обычного ЖК-дисплея в ЖК-дисплей I 2 C, так что вам потребуется всего два провода от Arduino к ЖК-дисплею 16 × 2.

Я уже сделал специальный учебник по взаимодействию I2C LCD с Arduino. Прочтите это руководство, прежде чем продолжить.

Необходимые компоненты

  • Arduino UNO
  • LM35 Температурный датчик
  • ЖК-дисплей 16 × 2
  • PCF8574 I 2 Модуль C для ЖК-дисплея
  • Соединительные провода
  • Макетная плата
  • Схема питания 9019 9019 Макетная плата 9028 На следующем изображении показана принципиальная схема датчика температуры Arduino LM35.Выходной контакт LM35 подключен к аналоговому входу 0, то есть A0. Для ЖК-дисплея I2C контакты SDA и SCL подключены к контактам A4 и A5 Arduino UNO соответственно.

    Код

    Перед написанием фактического кода для проекта мы должны определить адрес подчиненного устройства I2C модуля PCF8574. Для этого выполните соединения в соответствии с принципиальной схемой, подключите Arduino к компьютеру и загрузите следующий тестовый код.

    Откройте Serial Monitor и, если устройство подключено правильно и работает, вы получите адрес ведомого устройства, напечатанный на Serial Monitor.В моем случае это 0x3F. Используйте этот адрес подчиненного устройства в фактическом коде.

    Ниже приведен код для измерения температуры с помощью датчика температуры LM35 с использованием Arduino и отображения результата на ЖК-дисплее I2C.

    Расчет температуры с помощью АЦП

    Поскольку LM35 является аналоговым датчиком, его выход представляет собой аналоговое напряжение, которое линейно пропорционально температуре с масштабным коэффициентом 10 мВ / 0 C. Итак, мы должны измерить аналоговое напряжение. с помощью Arduino и разделите результат на 10 мВ, чтобы получить температуру в 0 C.

    Один из способов получить точный результат от этого проекта — использовать фактическое значение AREF, видимое микроконтроллером ATmega328P, а не вслепую вводить теоретические 5 В (5000 мВ) при вычислении аналогового напряжения с выхода АЦП.

    Если ADC_VAL — это выход АЦП, который представляет собой число от 0 до 1023, AREF — фактическое опорное напряжение для блока АЦП, а ADC_RES — разрешение АЦП, то мы можем вычислить входное аналоговое напряжение ADC_IN как:

    ADC_IN = (ADC_VAL * AREF) / ADC_RES

    Поскольку АЦП в Arduino UNO или, скорее, микроконтроллер ATmega328P имеет 10-битное разрешение, значение ADC_RES составляет 2 10 = 1024.

    Результат — входное аналоговое напряжение в мВ (при условии, что вы использовали мВ для AREF). Теперь разделите это аналоговое напряжение на 10 мВ, чтобы получить температуру в 0 C.

    Температура в ℃ = ADC_IN / 10 мВ

    Заключение

    Здесь построен простой проект под названием Arduino LM35 Temperature Sensor. Вы узнали о классическом датчике температуры LM35, о том, как измерять температуру с помощью LM35 без какого-либо микроконтроллера, а также о том, как взаимодействовать с датчиком температуры LM35 с Arduino и отображать температуру на ЖК-дисплее I2C.

    Распиновка датчика температуры LM35, руководство по подключению, конструкция схемы и принципы работы

    LM35 — это датчик температуры, который выдает аналоговый сигнал, пропорциональный мгновенной температуре. Выходное напряжение можно легко интерпретировать для получения значения температуры в градусах Цельсия. Преимущество lm35 перед термистором в том, что он не требует внешней калибровки. Покрытие также защищает его от самонагревания. Низкая стоимость (около 0,95 доллара США) и большая точность делают его популярным среди любителей, изготовителей электронных схем и студентов.Многие недорогие продукты используют преимущества низкой стоимости, большей точности и используют LM35 в своих продуктах. До первого выпуска прошло примерно 15+ лет, но датчик все еще существует и используется в любых продуктах.

    LM35 Датчик температуры Характеристики
    • Калибровка непосредственно по Цельсию (Цельсию)
    • Линейный коэффициент масштабирования + 10 мВ / ° C
    • 0,5 ° C Гарантированная точность (при 25 ° C)
    • Рассчитан на полный диапазон от −55 ° C до 150 ° C
    • Подходит для удаленных приложений
    • Работает от 4 В до 30 В
    • Потребление тока менее 60 мкА
    • Низкое самонагревание, 0.08 ° C в неподвижном воздухе
    • Только нелинейность ± ¼ ° C Типичный
    • Низкоомный выход, 0,1 Ом для нагрузки 1 мА

    Вывод LM35

    LM35 Вывод

    LM35 может измерять от -55 до 150 градусов по Цельсию. Уровень точности очень высок при работе при оптимальных уровнях температуры и влажности. Преобразование выходного напряжения в градусы Цельсия также легко и просто.
    Входное напряжение на LM35 может быть от +4 до 30 вольт. Он потребляет около 60 мкА тока. Lm35 имеет много членов семейства, несколько имен — LM35C, LM35CA, LM35D, LM135, LM135A, LM235, LM335. Все члены семейства LM35 работают по одним и тем же принципам, но возможности измерения температуры различаются, а также они доступны во многих пакетах (SOIC, TO-220, TO-92, TO).
    Принцип работы LM35 (понимание линейного масштабного коэффициента LM35)

    Масштабный коэффициент LM35

    Чтобы понять принцип работы датчика температуры LM35, мы должны понимать коэффициент линейного масштабирования.В характеристиках LM35 это значение составляет +10 милливольт на градус Цельсия . Это означает, что с увеличением выходной мощности 10 мВ на выводе датчика vout значение температуры увеличивается на единицу. Например, если датчик выдает 100 мВ на выводе vout, температура в градусах Цельсия будет составлять 10 градусов по Цельсию. То же самое и с отрицательными показаниями температуры. Если датчик выдает -100 милливольт, температура будет -10 градусов по Цельсию.


    Конфигурация цепи датчика температуры LM35

    LM35 может использоваться в двух схемах конфигурации.Оба дают разные результаты. В первой конфигурации вы можете измерять положительную температуру только от 2 градусов Цельсия до 150 градусов Цельсия. В этой первой конфигурации мы просто запитываем lm35 и подключаем выход напрямую к аналого-цифровым преобразователям. Во второй конфигурации мы можем использовать все ресурсы датчика и можем измерять температуру во всем диапазоне от -55 градусов по Цельсию до 150 градусов по Цельсию. Эта конфигурация немного сложна, но дает хорошие результаты. В этом случае мы должны подключить внешний резистор, чтобы повысить уровень отрицательного напряжения.Значение внешнего резистора можно рассчитать по формуле, приведенной ниже в схеме конфигурации. Схема второй конфигурации может быть изготовлена ​​различными способами. Чтобы узнать о схемах второй конфигурации, посетите лист данных LM35 от Texas Instruments. Технический паспорт Texas Instruments включает схему с четкими значениями компонентов.

    Хотя в первой конфигурации резистор на выходе не требовался, я рекомендую подключить резистор от 80 кОм до 100 кОм между выводами vout и gnd.Когда я провел несколько экспериментов, я заметил, что показания некоторое время колеблются, и штифт vout плавает. Таким образом, резистор между vout и gnd закрывает вывод vout на низком уровне и предотвращает его плавание.

    Уровень точности LM35

    Параметры точности для обеих конфигураций различаются. Средний уровень точности составляет + — 1 градус Цельсия для обеих конфигураций. Но уровень точности снижается для температуры от 2 до 25 градусов по Цельсию. Теперь, когда мы обсудили распиновку, структуру, линейный масштабный коэффициент и уровень точности датчика температуры LM35, пришло время перечислить шаги по измерению температуры с помощью датчика температуры LM35.


    Шаги для расчета температуры с помощью датчика температуры LM35
    • Построить схему.
    • Подайте питание на LM35 vcc на + 5-20 В и заземление на землю.
    • Подключите Vout ко входу аналого-цифрового преобразователя.
    • Пример показания АЦП, выходное напряжение vout.
    • Преобразует напряжение в температуру.
    Формула для преобразования напряжения в температуру

    Формула для преобразования напряжения в температуру по Цельсию для LM35:
    Температура по Цельсию = напряжение, считываемое АЦП / 10 мВ (милливольты)

    Я делю на 10 мВ, потому что коэффициент линейного масштабирования для LM35 равен 10 мВ.

    Следуя вышеуказанным шагам и руководству, вы можете легко связать датчик температуры LM35 с любым микроконтроллером, который имеет встроенные контакты аналого-цифрового преобразователя. Практически все микроконтроллеры сегодня имеют встроенный АЦП.

    Некоторые проекты, созданные с использованием LM35 и различных микроконтроллеров.

    ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ

    | Electronics Project

    В этом проекте IC LM35 используется в качестве датчика для точного определения температуры по шкале Цельсия.Линейность определяет, насколько стабильно изменяется выходной сигнал датчика в диапазоне температур. В отличие от термистора, линейность прецизионных датчиков IC имеет очень хорошую точность 0,5 ° C и широкий диапазон температур. его выходное напряжение линейно пропорционально температуре Цельсия (Цельсия).

    LM35 рассчитан на работу в диапазоне температур от -55 ° до + 150 ° C. Он потребляет всего 60 мкА от источника питания, он имеет очень низкий уровень самонагрева, менее 0,1 ° C в неподвижном воздухе. LM35 Работает от 4 до 30 вольт.

    Выходной сигнал микросхемы IC составляет 10 мВ / градус Цельсия, например, если выходной сигнал датчика составляет 280 мВ, тогда температура составляет 28 градусов Цельсия, поэтому с помощью цифрового мультиметра мы можем легко вычислить градус температуры. Для точки срабатывания вы должны установить напряжение на контакте 2 микросхемы IC 741 с помощью предустановки или потенциометра.

    Наша цель этого проекта — не построить термометр, а активировать или деактивировать устройство при определенной предельной температуре. Для простоты мы использовали 2 светодиода для индикации как низкой (зеленый), так и высокой (красный) температуры.

    Рабочий: Выход IC2 увеличивается пропорционально температуре на 10 мВ на градус. Это изменяющееся напряжение подается на компаратор IC 741 (усилитель OP). Операционные усилители являются одними из наиболее широко используемых сегодня электронных устройств. Операционные усилители — это один из типов дифференциальных усилителей. Он имеет два входа инвертирующий (-) и неинвертирующий (+) и один выходной контакт. Мы использовали IC741 в качестве неинвертирующего усилителя, что означает, что контакт 3 является входом, а выход не реверсирован. Эта схема усиливает разницу между входными клеммами.

    В качестве компаратора бистабильный выход операционного усилителя имеет следующий вид: —

    Список деталей:

    Микросхема LM35, Микросхема LM741

    Сопротивление: 10 кОм, 470 Ом = 2 шт.

    Предустановка или выходной сигнал 2 кОм

    Светодиод 2шт (красный и зеленый)

    Аккумулятор 9 В с защелкой

    Переключатель, провод

    * Выполняя этот проект датчика температуры, учащийся сможет выполнить множество аналогичных проектов, например, автоматический контроллер обогревателя, определение температуры чая или кофе во избежание ожога языка, автоматический контроллер вентилятора и т. Д.

    Датчик температуры Проект: резистивные датчики температуры (RTD) | Проект

    Марк Харрис

    | & nbsp Создано: 22 сентября 2020 г. & nbsp | & nbsp Обновлено: 11 января 2021 г.

    Это четвертая часть цикла статей, в котором мы рассмотрим все основные типы датчиков температуры, которые вы можете использовать в электронном проекте.Мы рассматриваем различные способы реализации этих различных датчиков в конструкции. В конце этой серии мы собираемся сопоставить датчики и их реализации в реальных условиях конкуренции. Это тестирование в реальных условиях позволит нам лучше понять, как различные датчики ведут себя и реагируют на изменяющиеся условия, а также насколько линейно и точно они могут определять температуру.

    Как и в случае с моими проектами, вы можете найти файлы дизайна для этого проекта, выпущенного под лицензией MIT с открытым исходным кодом, на GitHub.Вы можете использовать схемы или проект по своему усмотрению, даже в коммерческих проектах. Вы найдете подробную информацию о детекторах сопротивления, которые мы обсуждаем, а также о ряде других термометров сопротивления в моей обширной библиотеке Altium Designer с открытым исходным кодом. Вы также найдете подробную информацию обо всех различных типах датчиков температуры и огромном количестве различных компонентов, содержащихся в этой библиотеке.

    В этой части серии мы рассмотрим резистивные датчики температуры (RTD), которые являются одними из самых точных элементов измерения температуры, к которым у нас есть легкий доступ.Я намеренно называю здесь «элементы» интегральными схемами и устройствами микроэлектромеханической системы (МЭМС), которые мы рассмотрим в следующих статьях, могут быть более точными и иметь более линейный выходной сигнал. RTD — это, по сути, тип резистора, значение которого изменяется с очень точной скоростью при изменении температуры.

    Датчики температуры жизненно важны для многих отраслей промышленности. Даже на вашей печатной плате датчик температуры может использоваться для обеспечения точности данных, полученных от других датчиков, а также для защиты вашей платы от перегрева.В этой серии статей мы рассмотрим ряд различных типов датчиков и способы их использования. Мы будем смотреть на:

    Во введении к этой серии, посвященной датчикам температуры, мы создали два шаблона проекта, которые позволят нам иметь стандартную испытательную установку для различных датчиков температуры, каждый с одинаковым интерфейсом и расположением разъемов. Один из этих проектов предназначен для цифровых датчиков температуры, а другой — для аналоговых датчиков температуры. В этой статье мы будем использовать оба, используя шаблон цифрового проекта для АЦП высокого разрешения и аналоговый шаблон для всех других реализаций.

    В конце серии мы создадим две хост-платы для этих сенсорных карт: одна предназначена для тестирования одной карты в целях проверки, а другая — для взаимодействия со стопкой карт. Эту вторую главную плату с установленными на ней несколькими датчиками мы будем использовать, когда будем оценивать производительность всех реализаций датчиков относительно друг друга.

    Температурные датчики сопротивления (RTD)

    Температурные датчики сопротивления

    , или для краткости RTD, имеют такую ​​же реализацию, что и термисторы, но, как правило, более точны.Хотя термистор с точностью до 1% считается точным и приемлемым, RTD с допуском 0,1% не является редкостью. Стоимость RTD значительно выше, чем для термистора, но это компромисс в пользу лучшей точности. В дополнение к более жестким допускам RTD по сравнению с термисторами, которые мы рассмотрели в статье о термисторе NTC, RTD также имеет гораздо более линейную температурную кривую, что значительно упрощает использование измеренного сопротивления.

    Температурные датчики сопротивления на основе никеля обычно имеют более низкую максимальную температуру срабатывания, чем их платиновые аналоги. Платиновые детекторы способны измерять значения, выходящие за пределы точки плавления припоя, поэтому вы, как правило, обнаруживаете, что для высокотемпературных применений они устанавливаются на кабель с помощью гофрированных соединений или встроены в измерительное устройство, а не просто как поверхностный монтаж. составная часть. Многие резистивные датчики температуры могут также достаточно хорошо работать в нижнем диапазоне диапазона, при этом на рынке имеется значительное количество опций для рабочих температур, значительно ниже тех, которые вы обычно найдете в естественной среде.Компоненты RTD для поверхностного монтажа обычно имеют диапазон рабочих температур, аналогичный большинству других деталей для поверхностного монтажа (от -55 ° C до 175 ° C). Однако компоненты RTD, установленные на выводах, могут работать в диапазоне от -200 ° C до 850 ° C.

    В отличие от термисторов, которые определяют сопротивление при 25 ° C как свое номинальное сопротивление, RTD используют сопротивление при 0 ° C в качестве номинального сопротивления.

    Как и в случае с термисторами, снижение тока через детектор имеет решающее значение для обеспечения точного измерения температуры без влияния на результат из-за эффектов самонагрева.Обычно требуется, чтобы ток, протекающий через RTD, составлял от 0,1 до 1,5 мА. RTD, как правило, имеют гораздо более низкие значения сопротивления, чем термистор, поэтому более высокий ток может вызвать серьезную проблему самонагрева, если не отмечен. Это означает, что вам, скорее всего, потребуется использовать метод, альтернативный использованию простого делителя напряжения, чтобы получить точные показания.

    Часть

    PTS060301B100RP100

    32207638

    ЦНИ1000ТА

    Тип

    RTD

    RTD

    RTD

    Материал

    Платина

    Платина

    Никель

    Измерение температуры мин.

    -55 ° С

    50 ° С

    -55 ° С

    Макс.датчик температуры

    + 155 ° С

    + 150 ° С

    + 150 ° С

    Диапазон срабатывания

    Местный

    Местный

    Местный

    Сопротивление при 0 ° C

    100 Ом

    100 Ом

    100 Ом

    Допуск сопротивления

    ± 0.3%

    ± 0,12%

    Температурный коэффициент (ppm / ° C)

    3850 частей на миллион / ° C

    3850 частей на миллион / ° C

    Точность

    ± 0,3 ° С

    ± 0.3 ° С

    Производитель

    Vishay Beyschlag

    Heraeus Nexensos США

    Diodes Inc

    Упаковка

    0603 (1608 метрическая система)

    0603 (1608 метрическая система)

    СОТ-23-3


    Реализация RTD: делитель напряжения

    Простая схема, такая как делитель напряжения, не рекомендуется для использования с RTD.Низкое сопротивление детектора означает, что вы испытаете небольшой эффект саморазогрева, который приведет к неточным измерениям, особенно при использовании датчика 100 Ом, такого как тот, который мы будем рассматривать здесь. Мы могли бы реализовать делитель напряжения для резистивных датчиков температуры 1 кОм, которые мы собираемся использовать; однако это будет не так весело! Надеемся, что с помощью резистивного датчика температуры на 100 Ом мы сможем увидеть, что делитель напряжения дает гораздо худшие характеристики, и покажем, почему использование альтернативных топологий является гораздо лучшей идеей, несмотря на их дополнительную сложность.При 0 ° C мы должны ожидать, что через RTD протекает ток около 16,5 мА, что вдвое больше идеального максимума, и мне любопытно посмотреть, как это влияет на измеряемую температуру.


    Если это не очевидно из того, что я сказал выше, это не рекомендуемая реализация для RTD. Это стандартный способ использования резистивного элемента для измерения температуры и обычное решение с датчиками с гораздо более высоким сопротивлением, такими как термисторы NTC и PTC.Мы просто добавляем его сюда в образовательных целях.


    Печатная плата для этой реализации настолько проста, как и следовало ожидать, с добавлением всего двух дополнительных компонентов по сравнению с платой шаблона проекта.

    Опять же, это довольно ужасная идея для реализации RTD. Он сам будет генерировать слишком много тепла, чтобы можно было использовать его точность и допуски. Оставьте простые делители напряжения устройствам термисторного типа.

    Реализация RTD: базовый мост Уитстона

    Один из самых точных способов измерения сопротивления — использовать мост Уитстона. Мост Уитстона использует две уравновешенные ножки в мостовой схеме для измерения неизвестного сопротивления одного резистора в одной из четырех ножек. Если это неизвестное сопротивление представляет собой устройство, такое как RTD, мы можем очень точно измерить сопротивление этого устройства. Эта схема обеспечивает изменение напряжения при изменении сопротивления, позволяя микроконтроллеру или другому устройству мониторинга измерять сопротивление неизвестного элемента — в данном случае RTD.

    Я планирую использовать микроконтроллер на материнских платах, которые мы построим позже в этой серии. Они будут иметь дифференциальные входы и 16-битный АЦП, подключенный к этим контактам. Это означает, что мы можем подключить мост Уитстона напрямую к дифференциальным входам АЦП микроконтроллера. Это не даст нам такой точности, как усиленный мост Уитстона, который мы обсудим позже в этой статье. Однако это означает, что мы не будем вносить в систему какие-либо ошибки или смещения, связанные с усилителем, что снижает требования к испытаниям и заводской калибровке устройства.Это также даст нам возможность взглянуть на необработанный выходной сигнал моста Уитстона с датчиком RTD.


    Если разрешение выхода достаточно для приложения и доступен АЦП с дифференциальными входами, это простая реализация. С добавлением операционного усилителя или инструментального усилителя дифференциальное выходное напряжение моста Уитстона может быть увеличено, обеспечивая более пригодное для использования напряжение, которое больше подходит для типичного разрешения АЦП и совместимо с АЦП, у которых нет дифференциальных входов. .

    Мост Уитстона будет иметь нулевое напряжение на выходах, когда он идеально сбалансирован. Поскольку это симметричная схема, для этого нам понадобятся высокоточные резисторы. Кроме того, поскольку он используется в качестве датчика температуры, нам необходимо использовать резисторы с низким температурным коэффициентом, чтобы минимизировать ошибки. Все резисторы, которые я использую, имеют допуск 0,1% и температурный коэффициент 25 ppm / ° C.

    Для RTD, настроенного, как указано выше, это означает, что мост сбалансирован при температуре 0 ° C, так как обе стороны моста имеют одинаковый потенциал при 0 ° C.При максимальной температуре срабатывания датчика, около 150 ° C, мы должны ожидать увидеть разность потенциалов около 0,344 В. При минимальной температуре срабатывания -50 ° C мы должны увидеть разность потенциалов около -0,106 В. Имейте в виду, что эти значения напряжения относятся друг к другу; на самом деле мы не создаем отрицательный потенциал напряжения по отношению к земле. Вы увидите, что это очень маленький диапазон напряжений. Большего диапазона можно достичь, используя меньшие номиналы резисторов на «вершине» моста.Однако это приведет к превышению количества тока, который мы хотим протекать через RTD. Установка дополнительного резистора последовательно с источником питания 5 В может противодействовать этому, уменьшая общий ток.

    Даже при таком низком изменении напряжения в диапазоне измерения температуры АЦП в NXP Kinetis, который я собираюсь использовать на материнских платах, должен обеспечивать разрешение АЦП с шагом около 0,02 ° C. Это достаточное разрешение для большинства практических приложений.

    Возможно, вы заметили, что я питаю эту схему 5 В, а не чистыми 3.3 В мы использовали для всего остального. Использование источника питания 5 В от USB-порта, который питает плату, дает нам немного больший диапазон выходных напряжений. Поскольку мост Уитстона сбалансирован, любой синфазный шум автоматически подавляется схемой, поэтому наличие небольшого шума на питании от USB не является большой проблемой, даже без большой встроенной фильтрации.

    Вы также могли заметить, что эта плата имеет другой порядок аналоговых каналов; Просто было проще поместить эти аналоговые выходы в новый стек, поскольку у нас будет более десяти аналоговых входов для микроконтроллера.Нет никакой разницы, если входные данные расположены в другом порядке, чем в статье.

    Для этой печатной платы я разместил другие резистивные элементы моста с другой стороны терморазрыва на плате. Я не ожидаю, что какое-либо тепло, выделяемое этими компонентами, повлияет на измеряемую температуру, и оно поддерживает согласованность плат с компонентом измерения температуры, который всегда находится сам по себе в пределах теплового разрыва.

    Реализация RTD: операционный усилитель с компенсацией ошибок

    Итак, что, если в вашем микроконтроллере нет дифференциального АЦП, или, возможно, он даже не имеет АЦП высокого разрешения? Чтобы получить наивысшую точность измерений, я предпочитаю использовать 24-битный аналого-цифровой преобразователь или лучше со встроенным усилителем с программируемым усилением.Мы рассмотрим этот вариант позже в этой статье.

    Хотя мост Уитстона — фантастический способ измерения неизвестного сопротивления, RTD все же имеет некоторую нелинейность, которая влияет на измерения. Существует альтернативная и недорогая схема, которую мы можем использовать для измерения сопротивления RTD, а также для линеаризации выходного сигнала датчика, чтобы обеспечить более точное измерение. В этой схеме, показанной ниже, R4 обеспечивает напряжение возбуждения чуть менее 1 мА для нашего RTD (R5).Для линеаризации выхода R3 обеспечивает ток возбуждения, который увеличивается с ростом температуры, что помогает компенсировать любую нелинейность элемента RTD.

    Компоненты, выбранные для этой схемы, предназначены для обеспечения выхода 1,65 В при 0 ° C; однако в конечном итоге мы получим фактическое значение, которое немного отличается из-за необходимости использования компонентов стандартного значения. Цель состоит в том, чтобы обеспечить усиление около 25 мВ / ° C, поэтому при максимальном диапазоне чувствительности датчика 150 ° C мы максимально увеличиваем диапазон входного напряжения для АЦП микроконтроллера, обеспечивая 3.Сигнал 3 В. На самом деле, при использовании реальных компонентов мы получим входное напряжение около 3,27 В при 150 ° C.


    Эта схема должна обеспечивать нам очень небольшую температурную погрешность во всем рабочем диапазоне датчика.

    Операционный усилитель, используемый в этой схеме, нуждается в отрицательном источнике питания, чтобы иметь возможность определять и выводить во всем диапазоне температур, которые мы будем измерять. В наши дни отрицательные напряжения часто считаются «пугающими» для новых или менее опытных инженеров, но их действительно легко создать, если вам нужно подать только небольшое количество тока, как это делаем мы.В предыдущих статьях проекта я использовал устройство TPS60403 с большим успехом, и я буду использовать его снова здесь, поскольку это очень простой способ генерировать отрицательное напряжение.


    Это дает нам симпатичную небольшую печатную плату, которая на самом деле выглядит так, как будто она что-то делает, по сравнению с некоторыми другими нашими платами, на которых есть только пара резисторов.

    Реализация RTD: инструментальный усилитель с линейной компенсацией

    Хотя приведенная выше схема является отличным вариантом для реализации линеаризованного RTD при невысокой стоимости, мы можем сделать еще один шаг вперед с небольшими дополнительными затратами.Заменив операционный усилитель на инструментальный, мы можем буферизовать вход дешевле, чем если бы мы добавили буферный усилитель к операционному усилителю. Инструментальный усилитель имеет очень высокий входной импеданс, поэтому он не оказывает никакого влияния на измерение датчика.

    Наша схема очень похожа на предыдущую конструкцию, приведенную выше, с R3, обеспечивающим ток смещения для RTD (R5), который увеличивается с увеличением его температуры. R4 обеспечивает номинальный ток возбуждения около 0.9 мА, что, как упоминалось ранее, находится в правильном диапазоне для RTD.


    Как и в предыдущей реализации, нам также необходимо создать отрицательное напряжение питания для инструментального усилителя. Мы будем просты и будем использовать ту же схему источника отрицательного напряжения для этой реализации, что и для операционного усилителя.


    Реализация RTD: оцифрованный мост Уитстона

    Усиленная схема, описанная выше, — отличный способ увидеть и понять, что происходит, но количество дополнительных резисторов и усилителей, которые нам нужны, внесет дополнительную ошибку и смещение в наши измерения.Усилитель с программируемым усилением для аналого-цифрового преобразователя (PGA-ADC) — это, по сути, та же схема, которая поставляется в едином корпусе с АЦП. Однако его преимущество состоит в том, что он настроен на заводе-изготовителе и компенсируется, обеспечивая более точное усиление и преобразование. Реализуя это самостоятельно, используя несколько дискретных компонентов, мы получаем набор допусков, который в идеальном мире был бы незаметен. Но потенциально это может быть не идеально, в зависимости от того, какие значения резисторов мы используем для какого типа усилителя.


    Оцифрованный мост Уитстона по сути является той же схемой, которую мы использовали с базовой реализацией моста, за исключением того, что разделительный конденсатор между выходами моста был удален. Вместо этого в секции фильтрации входа АЦП будет установлен конденсатор. Мост также больше не подключается напрямую к земле, поскольку в АЦП есть внутренний переключатель, соединяющий его с землей. Это гарантирует, что все наши соединения оканчиваются на АЦП. Я также добавил развязывающий конденсатор C6 между источником питания 5 В и землей моста.

    Я использую устройство Texas Instruments ADS1220IPWR, которое я предпочитаю PGA-ADC для мостов Уитстона. Это 24-битный АЦП, который обеспечивает гораздо большее разрешение, чем требуется для этого приложения. Однако я подумал, что было бы интересно посмотреть на данные в полном разрешении, которые он предоставит. Хотя таблица действительно содержит несколько примеров реализации для использования двух, трех и четырехпроводных соединений для RTD, мы не собираемся использовать какие-либо из них в этом примере. Для целей этого проекта мы просто подключим дифференциальные выходы моста Уитстона напрямую к входам.Поскольку примеры реализации хорошо задокументированы в таблице данных ADS1220, я не вижу никаких преимуществ в их повторной демонстрации здесь. Вместо этого мне больше интересно показать показания, исходящие от необработанного моста Уитстона, чтобы можно было провести прямое сравнение с ранее обсужденными схемами. Таким образом, мы можем сравнивать и противопоставлять их эффективность.


    Схема АЦП довольно типична для подключения к мосту Уитстона. Мы будем использовать внутренний переключатель для подключения REFN1 к земле, при этом на АЦП подается напряжение 5 В (AVDD), а также на вход опорного напряжения 5 В (REFP1).Изменения температуры, через которые мы будем управлять платой, не будут включать в себя каких-либо существенных мгновенных изменений или колебаний температуры, поэтому мы можем реализовать достаточно агрессивный фильтр для подавления любого синфазного шума.

    Для этой реализации я держу две линии выбора микросхемы. Когда я раньше использовал ADS1120, я обнаружил, что прерывание от вывода DRDY очень полезно для уведомления микроконтроллера, когда он может получить показания. Использовать эту функцию намного проще, чем постоянно опрашивать АЦП с помощью эквивалента «Мы уже на месте? Мы уже на месте?».Вывод DRDY позволяет нам снимать показания с АЦП, как только преобразование завершено, гарантируя, что отметка времени на данных будет максимально точной. Линия выбора микросхемы для вывода DRDY будет просто подключена к линии входа прерывания на микроконтроллере, который мы используем для этого устройства.

    Более дешевой альтернативой ADS1220 является серия ADS1120, которая имеет такую ​​же распиновку и функциональность, но только с 16-битным разрешением. 16-битного АЦП с усилением, такого как эта серия устройств, будет более чем достаточно для типичных приложений измерения температуры, и он значительно превзойдет возможности детектора.


    Другие опции: ИС преобразователя RTD

    Помимо измерения температуры путем считывания напряжения с делителя напряжения или моста Уитстона, мы также можем использовать усилитель датчика температуры, подобный тем, которые мы рассмотрим для использования с термопарами. Эти микросхемы предоставляют цифровой выход температуры, а не уровень напряжения, и обычно включают в себя все схемы усиления и компенсации, необходимые для обеспечения наиболее точного измерения температуры, которое может обеспечить датчик.Стоимость этой опции может быть существенным фактором, как и стоимость использования PGA-ADC, о чем говорилось выше. Использование PGA-ADC обеспечивает лучший опыт и демонстрацию этой статьи, поэтому мы не будем подробно рассматривать ИС преобразователя RTD.

    Сводка

    Несмотря на то, что для этой серии наших датчиков температуры были изготовлены четыре разные печатные платы, мы только что коснулись некоторых из множества различных способов использования датчика RTD. С двух-, трех- и четырехпроводными датчиками, которые необходимо учитывать, а также возможность реализовать эти схемы с датчиками, установленными на плате, и существует широкий спектр различных способов взаимодействия с RTD.RTD являются одними из наиболее универсальных доступных датчиков температуры, с превосходными значениями точности и допусков, а также с огромным диапазоном измерения температуры, доступным для некоторых устройств.

    Как я уже говорил несколько раз, Texas Instruments ADS1220 — один из моих любимых АЦП с высоким разрешением. Предположим, вас интересуют другие топологии для измерения температуры с помощью RTD. В этом случае в таблице данных ADS1220 есть реализации для всех различных схем RTD, которые вы можете адаптировать к своим собственным потребностям АЦП / усиления, если устройство ADS1220 выходит за рамки бюджета вашего проекта.

    Вы можете найти подробную информацию о каждой из этих тестовых плат со всеми другими реализациями датчиков температуры на GitHub. Эти платы выпускаются под лицензией MIT с открытым исходным кодом, поэтому вы можете создавать их самостоятельно, внедрять их схемы в свои собственные проекты или использовать их по своему усмотрению.

    Обязательно ознакомьтесь с другими проектами в этой серии, если вас интересуют датчики температуры, поскольку вы можете найти более дешевую альтернативу использованию RTD или другой вариант, который может работать для вашего проекта.В конце этой серии статей вы увидите сравнение всех типов сенсоров, чтобы вы могли напрямую сравнить, как разные реализации сенсоров работают в различных условиях относительно друг друга.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.