Простой цифровой термометр

Разрабатывая цифровой термометр, сейчас обычно пользуются методом, при котором терморезистор — датчик температуры входит в состав источника тока или напряжения, например, в части делителя напряжения. Получается зависимость тока или напряжения от температуры, так как сопротивление терморезистора, естественно, изменяется с изменением температуры. Дальше идет схема цифрового вольтметра, омметра или амперметра, с помощью которого и происходит индикация температуры.

Данный термометр интересен тем, что в нем использован другой метод. Полупроводниковый терморезистор, являющийся датчиком температуры, включен в частотно-задающую цепь RC-мультивибратора. Как мы знаем, у полупроводникового терморезистора зависимость сопротивления от температуры обратная, поэтому, при увеличении температуры, частота генерируемая этим мультивибратором возрастает, а при понижении температуры частота уменьшается.

Получается, что температуру можно измерять при помощи частотомера. Но здесь возникают сложности, связанные с тем, что все частотомеры предназначены для измерения частоты и индикации её в единицах частоты, а не температуры. С этим возникает проблема, так как нужно делать какое-то устройство, переводящее «Герцы» в «Цельсии». Все это сложно.

А если, сделать специализированный частотомер, который будет настроен так, что его показания будут численно равны температуре? Нужно только правильно подогнать время измерения.

принципиальная схема простого цифрового термометра

На рисунке показана схема простого цифрового термометра для измерения температуры в жилом помещении. Прибор достаточно точно может измерять температуру в пределах от +10°С до +60°С, при этом погрешность не превышает 1°С. За этими пределами погрешность сильно увеличивается из-за неравномерности зависимости частоты мультивибратора от температуры датчика — терморезистора. В первую очередь это связано со сложностями индикации 0°C и величин отрицательных и около нуля. Однако следует учитывать, что если сделать шкалу прибора в градусах по Кельвину, то точность в интервале от 270К до 350К будет очень неплохой. Но нужно будет организовать третий старший разряд.

И так, на рисунке показана схема цифрового термометра, предназначенного для измерения температуры от +10°С до +60°С. В схеме всего три цифровых микросхемы. На элементах D1.1 и D1.2 сделан измерительный мультивибратор. Датчик — терморезистор R2 с отрицательным ТКС. Номинальное сопротивление R2 100 кОм. При температуре 25°С мультивибратор генерирует импульсы частотой около 8000 Гц. Чтобы определить температуру служит простой частотомер на двух десятичных счетчиках D2 и D3 с выходами на семисегментный индикатор, и устройстве управления на двух элементах D1.3 и D1.4.

Устройство управления представляет собой мультивибратор, который генерирует короткие положительные импульсы с частотой повторения около 2 секунд. Работает все это следующим образом. В промежутке между импульсами, то есть, когда на выходе D1.4 логический ноль, элемент D1.2 зафиксирован и измерительный мультивибратор не работает. В это время (2 секунды) происходит отображение результата измерения. Затем, по фронту положительного импульса на выходе D1.4 происходит формирование цепью C3R5VD2 очень короткого импульса, который обнуляет счетчики. Одновременно с этим запускается мультивибратор D1.1-D1.2 и генерирует импульсы, частота которых зависит от температуры. Эти импульсы поступают на вход счетчика D2-D3 и подсчитываются. Затем, по спаду положительного импульса на выходе D1.4 измерительный мультивибратор блокируется и в течение следующих 2 секунд прибор будет показывать измеренное значение температуры.

Таким образом, показания индикатора с периодом в 2 секунды вздрагивают и обновляются. Сначала, была сделана схема гашения индикаторов на двух ключевых транзисторах, но потом стало ясно что никакой необходимости в этом нет. Подсчет происходит быстро, время счета мало, так что это зрительно воспринимается как вздрагивание и обновление показаний.

Питается термометр от электросети через трансформаторный источник питания. Автор использовал трансформатор кадровой развертки ТВК110Л от старого лампового черно-белого телевизора. Можно применить любой маломощный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 9-13 В при токе до 100 мА. Стабилизатор A1 стабилизирует напряжение питания на уровне 8 В.

Цель изготовления данного термометра была в изучении возможности создания цифрового термометра, пусть даже посредственной точности, но работающего на принципе измерения частоты мультивибратора, с терморезистором в частотозадающей цепи. Поэтому, печатная плата к нему не разрабатывалась, так как все было собрано на макетной плате. Был так же сделан и второй вариант, с трехразрядным индикатором и показаниями в шкале Кельвина. Им можно было измерять и достаточно низкие температуры, но показания были возможны только в абсолютной величине. Точность прибора, как уже было сказано, не высока, и годится только в качестве термометра для измерения температуры в жилом помещении.

Микросхему К176ЛА7 можно заменить на К561ЛА7 или импортную CD4011. Микросхемы К176ИЕ4 прямых аналогов не имеют, но можно подобрать что-то похожее из импортных микросхем, или собрать счетчик на двух двоично-десятичных счетчиках и двух семисегментных дешифраторах.

Индикаторы HL1 и HL2 — это семисегментные светодиодные индикаторы с общим анодом. Здесь можно использовать практически любые аналогичные индикаторы. И даже индикаторы с общим катодом. Но в этом случае нужно, во-первых, их общий вывод, теперь катод, соединить с минусом питания, а во-вторых выводы 6 микросхем D2 и D3 отключить от плюса и подключить к минусу питания.

Диоды 1N4148 можно заменить на КД521, КЦ522. Диоды 1N4004 можно заменить любыми маломощными выпрямительными. О возможной замене трансформатора сказано выше.

Градуируют термометр подстроечным резистором R4, по температуре +20°С. Нужно, пользуясь образцовым термометром, нагреть воду до такой температуры и погрузить в неё терморезистор R2, поместив его в тонкий целлофановый пакет, так чтобы он максимально прилегал к нему. Затем, подстроить R4 так чтобы показания образцового и этого термометра совпадали.

скачать архив

Если вам понравилась статья, вы можете подписаться на RSS или E-mail рассылку. Для получения обновлений по электронной почте, введите ваш e-mail адрес в эту форму (Доставка от FeedBurner):

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *