Предлагаемый цифровой термометр предназначен для измерения температуры от 0 до 102,3 градуса Цельсия с точностью 0,1 градуса. Данным прибором можно измерять температуру воздуха, а если сделать датчик герметичным то и жидкости.
Термометр состоит Рис1. из самодельного преобразователя температуры в сопротивление на основе медной катушки R2. Измерительного моста собранного из прецизионных резисторов R1-R5. Дифференциального усилителя D1.1, R6-R8, C1. Перестраиваемого масштабного усилителя D1.2, R9-R11, R13, C3. Микроконтроллера D3 с кварцевым генератором  ZQ1, C8, C9. Схемы индикации температуры HG1, R14-R25, VT1-VT4.  Схемы опорного напряжения VD1, R12. И блока питания  T1, VD2-VD5, D2, C4,C5.
Рассмотрим работу схемы. При изменении внешней температуры меняется сопротивление термодатчика R2 и тем самым происходит разбаланс измерительного моста. Этот сигнал усиливается дифференциальным  усилителем с коэффициентом усиления около 10. Коэффициент усиления задается резистором R8. Конденсатор С1 необходим для предотвращения самовозбуждения усилителя на высоких частотах. Далее сигнал разбаланса поступает на масштабный неинвертирующий усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. Коэффициент усиления которого около 200, и при помощи резистора R13 его можно изменять в пределах 1%.  Далее сигнал поступает на вход (RA0 микросхемы D3) десяти разрядного АЦП входящего в состав микроконтроллера PIC16F873. Внутри микроконтроллера сигнал оцифровывается  и в режиме динамической индикации выдается на светодиодную матрицу HG1. Для уменьшения погрешности аналого-цифрового преобразователя микросхемы D3 (Vref+) , а также измерительный мост запитываются от одного опорного напряжения на микросхеме TL431 (VD1) и нагрузочного резистора R12. Стабильность опорного напряжения можно повысить заменив резистор R12 на генератор тока Рис2, например собранного на полевом транзисторе или микросхеме LM317.
В микросхему D3 необходимо записать микропрограмму при помощи внешнего программатора расположенную в табл.1.  Схема состоящая из микросхемы D3, индикатора HG1, транзисторов VT1-VT4, резисторов R14-R25, кварцевого генератора ZQ1,C8,C9, схемы опорного напряжения VD1,R12 и микропрограммы представляет собой не что иное  как десятиразрядный аналого-цифровой преобразователь c динамической индикацией и может быть использована в других конструкциях. В микропрограмме предусмотрена возможность коррекции нуля для этого необходимо отсоединить вывод 5( Vref- ) микросхемы D3 и подать на него напряжение с прецизионного делителя напряжения состоящего из резистора 4,7-10кОм. На делитель напряжения сигнал следует снять со схемы опорного напряжения.
При правильной сборке устройства, настройка заключается в подстройке сопротивлений R4, R13. Подключаем вместо термодатчика прецизионное сопротивление 108,09 Ом и вращая резистор R4 добиваемся показаний на индикаторе 19,0 затем подключаем резистор сопротивлением 142,6 Ом и вращая резистор R13 добиваемся показаний на индикаторе 100,0. Операцию необходимо повторить несколько раз для точного показания на индикаторах. При этом возможно придется  подкорректировать номиналы резисторов R5,R11.
Не огорчайтесь если вы не найдете именно таких прецизионных сопротивлений достаточно найти что-то близкое по значению, и показания на индикаторе будут другими, какими это можно узнать из тарировочных таблиц Табл.2. Необходимо добавить что в связи с тем что номиналы подсоединяемых резисторов небольшие, надо обеспечивать при настройке хороший контакт, например пайкой и не в коем случае не пользоваться переключателем так как его собственное сопротивление может быть несколько Ом.

В устройстве применены прецизионные резисторы R1,R3,R5,R6-R11 типа С2-29 с точностью 0,5-1% или подобные. R14,R13 многооборотистые типа СП5-1, СП5-2 остальные МЛТ. Конденсаторы постоянные типа КД1 или любые керамические, электролитические типа К50-35. Диоды VD2-VD5 любые на ток 300-500ма и напряжение 25 вольт. Транзисторы VT1-VT4 любые кремниевые n-p-n проводимостью. Трансформатор Т1 мощностью 3-5Вт и напряжением вторичной обмотки 8-12 вольт. Кварц ZQ1 может быть 10-20 мГц с параллельным резонансом. Следует заметить что прецизионные резисторы могут быть и других номиналов важно чтобы они были подобраны в пару R1 и R3, R6 и R7, R9 и R10 и находились в пределах 2-15 кОм. Ну и конечно надо будет изменить номиналы резисторов R8, R11 чтобы сохранить коэффициент усиления операционных усилителей. Термодатчик может иметь так же иное сопротивление Табл.2 и подобран в пару с резистором R5.

ris2.gif РИС 2

Теперь поговорим о изготовлении медного термопреобразователя сопротивления . Можно конечно взять готовый промышленный ТСМ-100м (медный) или еще лучше ТСП-100п (платиновый) с сопротивлением 100 Ом при 0 гр.С.  или ТСМ-50м, ТСП-50п сопротивлением 50 Ом при 0 гр.С, но для этого необходимо выложить сумму сопоставимую или превосходящую стоимость всех деталей устройства, а можно изготовить его самому Рис3. Для этого делаем заготовку из стеклотектолита толщиной 1-2мм Рис 4.

ris3.jpg РИС 3                ris4.gif РИС 4

Затем выбираем провод которым будем мотать датчик.  По справочнику [1] находим  что если взять провод ПЭЛ диаметром 0,05мм. То его сопротивление будет 8,7848 Ом*м. При нуле градусов цельсия. Сопротивление провода ПЭЛ 0,1 равно 2,1962 Ом*м.  Смотрим в тарировочной таблице Табл.2 какое сопротивление должно быть при нуле гр.С. и высчитываем длину провода. Например для ТСМ50м. и проводе ПЭЛ 0,05   L=100/8.7848 . Получаем 11метров 38сантиметров. При выборе диаметра провода надо учесть какой ток будет протекать через термодатчик, а это зависит от резисторов R1,R7, так что бы не происходило дополнительного нагрева датчика током. После подсчета длинны, отмеряем провод с небольшим запасом на пайку складываем вдвое и наматываем на каркас начиная от места изгиба проводов ( бифилярно ) это необходимо для компенсации индуктивности датчика.

Необходимо так же учесть длинну соединительных проводов которые так же будут вносить погрешности и при их значительной длинне применить трехпроводную схему соединения для компенсации погрешностей а провода заэкранировать.

ТАБЛ 1 и ТАБЛ 2

%d1%82%d0%b0%d0%b1%d0%bb

Литература:
1. А.А. Бокуняев, Н.М.Борисов, Р.Г.Варламов и др. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Радио и       связь 1990г. стр 438.
2. Н.Хоменков, А.Зверев. Цифровой термометр. Радио №1 1985г. с.47

Реклама