Термометр с двумя датчиками
Измерения 11:28 / 11.07.2008 10 346
Этот цифровой прибор имеет два переключаемых датчика и позволяет поочередно контролировать температуру воздуха в помещении и за его пределами. Крупные яркие светодиодные индикаторы дают возможность пользователю получать информацию о температуре как днем, так и ночью. Прибор (рис. 1) выполнен на базе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) КР572ПВ2А — DD3 [1] Датчики температуры — специально предназначенные для этой цели микросхемы К1019ЕМ1 - DA1, DA2 [2]. Эти микросхемы могут рассматриваться как стабилитроны с малым дифференциальным сопротивлением (менее 1 Ом) и напряжением стабилизации, пропорциональным абсолютной температуре. Рабочий ток через них (около 1 мА) определяется резисторами R1 и R2.
Датчики выбираются ключами на элементах DD2.1 и DD2.3, которыми управляют мультивибратор на микросхеме DD1 и переключатель SA1. В положении "П" (помещение) этого переключателя на входе элемента DD1.1 присутствует низкий логический уровень, на выходе элемента DD1.3 - высокий. Последний открывает ключ DD2.3, и на вход 31 АЦП DD3 поступает сигнал с установленного в корпусе термометра датчика DA2. В этом случае термометр индицирует температуру внутри помещения. Высокий логический уровень с выхода элемента DD1.3 открывает также ключ DD2.4 и напряжение, поступающее на выводы 2 и 6 индикатора HG1, зажигает его сегменты а и е. Вместе с постоянно включенными сегментами b, с и f они высвечивают на индикаторе букву "П". Если переключатель SA1 находится в положении "У" (улица), открыты ключи на элементах DD2.1, DD2.2 и напряжение на АЦП подается с датчика DA1, установленного на улице На индикаторе HG1 высвечивается при этом буква "У". В среднем положении переключателя SA1 работает мультивибратор DD1 и к входу 31 АЦП поочередно на 2 3 с подключаются датчики DA1 и DA2. Синхронно с их подключением на индикаторе HG1 высвечиваются буквы "У" и "П".
Чтобы при температуре 0°С показания термометра были нулевыми, на вход АЦП следует подать сигнал, уровень которого был бы равен разности напряжения на датчике и образцового напряжения 2,732 В [2]. Это напряжение должно поддерживаться с высокой стабильностью, а температурный коэффициент напряжения (ТКН) встроенного в микросхему КР572ПВ2А источника слишком велик. По этой причине в описываемом приборе в качестве источника образцового напряжения используется микросхема DA5 КР142ЕН19 [З], обладающая весьма малым ТКН. Эта микросхема выполняет функции регулируемого прецизионного стабилитрона. Необходимое напряжение 2,732 В устанавливается подстроечным резистором R10, а рабочий ток через микросхему и делитель R10R11 (около 6 мА) задается резистором R12. Измеряемой температуре 100оС соответствует напряжение между входами +Uвх (выв 31) и-Uвх (выв 30) АЦП DD3, равное 1 В. А чтобы на индикаторах HG2 — HG5 высвечивались при этом знаки 100,0 на входы +Uoбp (выв 36) и -Uoбp (выв 35) АЦП DD3 необходимо подать образцовое напряжение 1 В. Оно снимается с движка подстроечного резистора R14.
Частота работы генератора АЦП 50 кГц выбрана из стандартного ряда [ 1 ] и задана элементами С 12 и R16. Номиналы элементов интегратора R17 и С13 и конденсатора автокоррекции нуля С14 соответствуют приведенной частоте генератора и величине образцового напряжения 1 В. Конденсаторы С1 и С2 защищают датчики от наводок, а С4 исключает генерацию внутреннего источника опорного напряжения -2,9 В.
Для указания знака измеряемой температуры (а при необходимости и первой ее цифры "1") установлен индикатор HG2. Через его горизонтальный элемент с постоянно течет ток, заданный резистором R18. В результате этот элемент светится и формирует знак "-" Полярность напряжения, поступающего на входы +Uвх, и -Uвх АЦП, противоположна обычной, поэтому при плюсовой температуре на выходе g первого разряда АЦП присутствует низкий логический уровень, включающий дополнительно два вертикальных элемента d и е индикатора HG2, которые и формируют знак "+" Цифра "1" включается на индикаторе HG2 лишь тогда, когда измеряемая температура равна или превышает 100°С.
Напряжение питания всего прибора (-9 В) стабилизировано стабилизатором на микросхеме DA4 [4]. Для питания индикаторов HG1 — HG5 используется напряжение -5 В сформированное стабилизатором DA3. На рис. 1 указаны напряжения относительно верхнего по схеме провода питания.
Все детали устройства, кроме датчика DA1 переключателя SA1 и трансформатора питания (на схеме не показан) установлены на односторонней печатной плате размерами 85х105 мм из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 2). Штриховыми линиями показаны навесные проводники их можно выполнить и в виде печатных дорожек на второй стороне платы. Плата помещена в корпус, склеенный из органического стекла, передняя стенка - цветная прозрачная. В верхней и нижней стенках просверлено максимально возможное число вентиляционных отверстий диаметром 6 мм.
При монтаже в основном использованы резисторы МТ и МЛТ R13, R15 - С2-29В, но и их можно подобрать из числа МТ или МЛТ с погрешностью 1-2 %. В качестве оксидных конденсаторов применены малогабаритные зарубежные аналоги отечественных К50-35, С5, С13, С14 — К73-17, остальные — КМ-5 и КМ-б Подстроечные резисторы —СПЗ-19а. Переключатель SA1 - малогабаритный тумблер со средним положением ПТ23-2Б. Микросхему К1019ЕМ1 (DA1, DA2) можно заменить на LM335, а КР142ЕН19 (DA5) — на TL431 или LM431. Микросхемы DA3 и DA4—любые интегральные стабилизаторы на напряжения соответственно -5 В (например, КР1162ЕН5Б, КР1179ЕН5 или импортные — 79М05, 7905 с любыми префиксами и суффиксами) и -9 В (например, КР1168ЕН9, КР1162ЕН9А, КР1162ЕН9Б, KP1179EH9,79L05 79M09, 7909 [4]). Микросхема DA3 установлена на ребристый теплоотвод размерами 25х25х10 мм. Индикаторы — импортные с высотой знаков 20 мм и большой яркостью свечения при токе через элемент 5 мА — именно такой ток обеспечивает микросхема КР572ПВ5А В качестве HG1, HG3 — HG5 подойдут индикаторы HDSP-3901 фирмы Хьюлетт Паккард, единообразные по оформлению с HDSP-3906(HG2). Можно также применить и любые индикаторы с общим анодом и достаточной яркостью свечения при указанном токе. Из отечественных — это индикаторы красного свечения с высотой знаков не более 7,5 мм - АЛ305А-АЛ305Г, АЛ309А-АЛ309Е, АЛС312А, АЛС312Б, АЛС324А, АЛС324Б. На место HG2 допустимо установить индикатор АЛС326А. При отсутствии специализированного индикатора для указания знака температуры и первой цифры "±1" можно использовать обычный семиэлементный индикатор. В этом случае знак "+" не индицируют, а для знака - используют элемент д индикатора. Подключение входов +Uвх и -Uвх микросхемы DD3 (выводы 31 и 30) к остальной части устройства надо будет поменять местами. В качестве трансформатора питания использован сетевой адаптер RW900 [5], из которого удалены все лишние элементы. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включен резистор МЛТ-2 сопротивлением 1 кОм. Его сопротивление уточняют с тем, чтобы напряжение на конденсаторе С9 составляло 20-22 В. Можно также использовать любой трансфер матор с напряжением на вторичной обмотке 7,5-8 В при токе 150 мА.
Датчик DA1 подключен к термометру экранированным проводом (экран должен быть соединен с плюсовым выводом конденсатора С1) длинной до 5 м. Его необходимо загерметизировать эпоксидной смолой, поместив в отрезок металлической трубки и установить на северной наружной стороне дома под свесом крыши так, чтобы на него не попадали прямые солнечные лучи.
Регулировка термометра несложна. Поместив датчик DA1 в тающий снег или лед (но не в воду со льдом), подстроечным резистором R10 нужно добиться нулевых показаний на индикаторах при установке переключателя SA1 в положение "У". Далее датчик опускают в воду нагретую до 30-40°С, температура воды должна при этом контролироваться точным термометром. Затем подстроечным резистором R14 необходимо установить соответствующие показания на индикаторах. В заключение следует перевести переключатель SA1 в положение "П", рядом с настраиваемым термометром в корпусе на стену помещения повесить образцовый термометр и спустя 20-30 мин подстроечным резистором R3 добиться равенства их показаний. Диапазон измеряемых температур -40...+40°С, точность в основном определяется калибровкой, максимально достижимое значение порядка ±0,2°С.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федорков Б. Г., Телец В. А., Дегтяренко В. П., "Микроэлектронные ЦАП и АЦП", 1984
2. Бирюков С. Микросхемы-термодатчики К1019ЕМ1 и К1019ЕМ1А - Радио 1996 № 7,с 59,60
3. Янушенко Е. Микросхема КР142ЕН19—Радио 1994 Ns 4 с 45 46
4. Бирюков С. Микросхемные стабилизаторы напряжения широкого применения, Радио 1999, № 2
5. Бирюков С. Сетевые адаптеры — Радио,1998, №6,с 66,67
С. БИРЮКОВ
г. Москва
Радио №4, 2000
Датчики выбираются ключами на элементах DD2.1 и DD2.3, которыми управляют мультивибратор на микросхеме DD1 и переключатель SA1. В положении "П" (помещение) этого переключателя на входе элемента DD1.1 присутствует низкий логический уровень, на выходе элемента DD1.3 - высокий. Последний открывает ключ DD2.3, и на вход 31 АЦП DD3 поступает сигнал с установленного в корпусе термометра датчика DA2. В этом случае термометр индицирует температуру внутри помещения. Высокий логический уровень с выхода элемента DD1.3 открывает также ключ DD2.4 и напряжение, поступающее на выводы 2 и 6 индикатора HG1, зажигает его сегменты а и е. Вместе с постоянно включенными сегментами b, с и f они высвечивают на индикаторе букву "П". Если переключатель SA1 находится в положении "У" (улица), открыты ключи на элементах DD2.1, DD2.2 и напряжение на АЦП подается с датчика DA1, установленного на улице На индикаторе HG1 высвечивается при этом буква "У". В среднем положении переключателя SA1 работает мультивибратор DD1 и к входу 31 АЦП поочередно на 2 3 с подключаются датчики DA1 и DA2. Синхронно с их подключением на индикаторе HG1 высвечиваются буквы "У" и "П".
Чтобы при температуре 0°С показания термометра были нулевыми, на вход АЦП следует подать сигнал, уровень которого был бы равен разности напряжения на датчике и образцового напряжения 2,732 В [2]. Это напряжение должно поддерживаться с высокой стабильностью, а температурный коэффициент напряжения (ТКН) встроенного в микросхему КР572ПВ2А источника слишком велик. По этой причине в описываемом приборе в качестве источника образцового напряжения используется микросхема DA5 КР142ЕН19 [З], обладающая весьма малым ТКН. Эта микросхема выполняет функции регулируемого прецизионного стабилитрона. Необходимое напряжение 2,732 В устанавливается подстроечным резистором R10, а рабочий ток через микросхему и делитель R10R11 (около 6 мА) задается резистором R12. Измеряемой температуре 100оС соответствует напряжение между входами +Uвх (выв 31) и-Uвх (выв 30) АЦП DD3, равное 1 В. А чтобы на индикаторах HG2 — HG5 высвечивались при этом знаки 100,0 на входы +Uoбp (выв 36) и -Uoбp (выв 35) АЦП DD3 необходимо подать образцовое напряжение 1 В. Оно снимается с движка подстроечного резистора R14.
Частота работы генератора АЦП 50 кГц выбрана из стандартного ряда [ 1 ] и задана элементами С 12 и R16. Номиналы элементов интегратора R17 и С13 и конденсатора автокоррекции нуля С14 соответствуют приведенной частоте генератора и величине образцового напряжения 1 В. Конденсаторы С1 и С2 защищают датчики от наводок, а С4 исключает генерацию внутреннего источника опорного напряжения -2,9 В.
Для указания знака измеряемой температуры (а при необходимости и первой ее цифры "1") установлен индикатор HG2. Через его горизонтальный элемент с постоянно течет ток, заданный резистором R18. В результате этот элемент светится и формирует знак "-" Полярность напряжения, поступающего на входы +Uвх, и -Uвх АЦП, противоположна обычной, поэтому при плюсовой температуре на выходе g первого разряда АЦП присутствует низкий логический уровень, включающий дополнительно два вертикальных элемента d и е индикатора HG2, которые и формируют знак "+" Цифра "1" включается на индикаторе HG2 лишь тогда, когда измеряемая температура равна или превышает 100°С.
Напряжение питания всего прибора (-9 В) стабилизировано стабилизатором на микросхеме DA4 [4]. Для питания индикаторов HG1 — HG5 используется напряжение -5 В сформированное стабилизатором DA3. На рис. 1 указаны напряжения относительно верхнего по схеме провода питания.
Все детали устройства, кроме датчика DA1 переключателя SA1 и трансформатора питания (на схеме не показан) установлены на односторонней печатной плате размерами 85х105 мм из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 2). Штриховыми линиями показаны навесные проводники их можно выполнить и в виде печатных дорожек на второй стороне платы. Плата помещена в корпус, склеенный из органического стекла, передняя стенка - цветная прозрачная. В верхней и нижней стенках просверлено максимально возможное число вентиляционных отверстий диаметром 6 мм.
При монтаже в основном использованы резисторы МТ и МЛТ R13, R15 - С2-29В, но и их можно подобрать из числа МТ или МЛТ с погрешностью 1-2 %. В качестве оксидных конденсаторов применены малогабаритные зарубежные аналоги отечественных К50-35, С5, С13, С14 — К73-17, остальные — КМ-5 и КМ-б Подстроечные резисторы —СПЗ-19а. Переключатель SA1 - малогабаритный тумблер со средним положением ПТ23-2Б. Микросхему К1019ЕМ1 (DA1, DA2) можно заменить на LM335, а КР142ЕН19 (DA5) — на TL431 или LM431. Микросхемы DA3 и DA4—любые интегральные стабилизаторы на напряжения соответственно -5 В (например, КР1162ЕН5Б, КР1179ЕН5 или импортные — 79М05, 7905 с любыми префиксами и суффиксами) и -9 В (например, КР1168ЕН9, КР1162ЕН9А, КР1162ЕН9Б, KP1179EH9,79L05 79M09, 7909 [4]). Микросхема DA3 установлена на ребристый теплоотвод размерами 25х25х10 мм. Индикаторы — импортные с высотой знаков 20 мм и большой яркостью свечения при токе через элемент 5 мА — именно такой ток обеспечивает микросхема КР572ПВ5А В качестве HG1, HG3 — HG5 подойдут индикаторы HDSP-3901 фирмы Хьюлетт Паккард, единообразные по оформлению с HDSP-3906(HG2). Можно также применить и любые индикаторы с общим анодом и достаточной яркостью свечения при указанном токе. Из отечественных — это индикаторы красного свечения с высотой знаков не более 7,5 мм - АЛ305А-АЛ305Г, АЛ309А-АЛ309Е, АЛС312А, АЛС312Б, АЛС324А, АЛС324Б. На место HG2 допустимо установить индикатор АЛС326А. При отсутствии специализированного индикатора для указания знака температуры и первой цифры "±1" можно использовать обычный семиэлементный индикатор. В этом случае знак "+" не индицируют, а для знака - используют элемент д индикатора. Подключение входов +Uвх и -Uвх микросхемы DD3 (выводы 31 и 30) к остальной части устройства надо будет поменять местами. В качестве трансформатора питания использован сетевой адаптер RW900 [5], из которого удалены все лишние элементы. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включен резистор МЛТ-2 сопротивлением 1 кОм. Его сопротивление уточняют с тем, чтобы напряжение на конденсаторе С9 составляло 20-22 В. Можно также использовать любой трансфер матор с напряжением на вторичной обмотке 7,5-8 В при токе 150 мА.
Датчик DA1 подключен к термометру экранированным проводом (экран должен быть соединен с плюсовым выводом конденсатора С1) длинной до 5 м. Его необходимо загерметизировать эпоксидной смолой, поместив в отрезок металлической трубки и установить на северной наружной стороне дома под свесом крыши так, чтобы на него не попадали прямые солнечные лучи.
Регулировка термометра несложна. Поместив датчик DA1 в тающий снег или лед (но не в воду со льдом), подстроечным резистором R10 нужно добиться нулевых показаний на индикаторах при установке переключателя SA1 в положение "У". Далее датчик опускают в воду нагретую до 30-40°С, температура воды должна при этом контролироваться точным термометром. Затем подстроечным резистором R14 необходимо установить соответствующие показания на индикаторах. В заключение следует перевести переключатель SA1 в положение "П", рядом с настраиваемым термометром в корпусе на стену помещения повесить образцовый термометр и спустя 20-30 мин подстроечным резистором R3 добиться равенства их показаний. Диапазон измеряемых температур -40...+40°С, точность в основном определяется калибровкой, максимально достижимое значение порядка ±0,2°С.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федорков Б. Г., Телец В. А., Дегтяренко В. П., "Микроэлектронные ЦАП и АЦП", 1984
2. Бирюков С. Микросхемы-термодатчики К1019ЕМ1 и К1019ЕМ1А - Радио 1996 № 7,с 59,60
3. Янушенко Е. Микросхема КР142ЕН19—Радио 1994 Ns 4 с 45 46
4. Бирюков С. Микросхемные стабилизаторы напряжения широкого применения, Радио 1999, № 2
5. Бирюков С. Сетевые адаптеры — Радио,1998, №6,с 66,67
С. БИРЮКОВ
г. Москва
Радио №4, 2000