Микроконтроллеры Процессоры, проекты, программирование. Датчик температуры схема

Терморегуляторы с датчиком температуры воздуха. Терморегулятор с выносным датчиком

Применение терморегуляторов с датчиком температуры воздуха достаточно широкое – их можно установить в системе отопления, в инкубаторе, защите электропривода и т. д. Причем можно как приобрести данный прибор, благо немало моделей представлено на рынке, так и самостоятельно изготовить из подручных материалов. Но перед началом процесса необходимо ознакомиться с особенностями конструкции и ее самыми распространенными схемами.

Схемы устройства

Схема терморегулятора с датчиком температуры воздуха достаточно простая – в ней нет дефицитных элементов, поэтому большинство начинающих радиолюбителей при тренировке отдают предпочтение именно таким конструкциям. На них достаточно просто оттачивается мастерство и навыки. В свободном доступе схем имеется огромное количество, но наибольшее распространение получили компараторы.

Прежде чем самостоятельно изготовить терморегулятор, внимательно изучите схему и определитесь с тем, какую конкретно функцию он будет выполнять. По схеме, приведенной на рисунке, можно увидеть, что есть входы и выходы:

1. На один вход производится подача эталонного напряжения – именно с его помощью работает все устройство.
2. На второй вход поступает напряжение от терморезистора (датчика температуры).

На компаратор подаются показания, после чего они сравниваются между собой. В том случае, если начнется генерация сигнала на выходе, произойдет отключение электромагнитного реле. При этом подается ток на ТЭН или компрессор холодильника.

Что потребуется для изготовления

В качестве датчика температуры воздуха в терморегуляторах применяют обычно терморезистор. При изменении температуры происходит колебание сопротивления. Нередко используют полупроводниковые элементы – как транзисторы, так и диоды. Но только при условии, если при изменении температуры происходит увеличение или уменьшение какой-либо характеристики.

Допустим, при нагреве ТЭНа необходимо, чтобы ток в цепи транзистора увеличивался. И элемент перестает работать, невзирая на сигнал, поступающий на вход. Но у полупроводников имеется масса недостатков – самый главный заключается в том, что достаточно сложно сделать калибровку.

Но есть такие элементы, как, например, микросхема LM335. У нее довольно низкая стоимость, часто применяется в бытовой технике. Аналогичные изделия получили распространение в промышленности и военной технике (серии 135 и 235 соответственно). В составе сборки не менее 16 транзисторов, поэтому микросхема может работать и как стабилизатор – напряжение полностью зависит от температуры.

Особенности LM335

Сразу нужно выделить ключевые особенности терморегуляторов с датчиком температуры воздуха, изготовленные на микросборке LM335:

1. На 1 градус приходится порядка 0,01 В. При этом, если ориентироваться на шкалу в Цельсиях, то при нуле градусов на выходе напряжение будет равно 2,73 В.
2. Рабочий диапазон температур находится в интервале -40..+100 градусов. Это позволяет использовать микросхему в любых конструкциях.

Но для правильной работы датчика температуры вам нужен компаратор – идеально подойдет микросхема LM311. Для формирования эталонного напряжения потребуется установить переменный резистор – сопротивление его, возможно, придется подобрать эмпирическим путем. И конечно же, для работы обязательно нужен хороший блок питания и индикаторы.

Нагрузка и питание

Включать микросхему LM335 нужно последовательно, а резисторы подбираются таким образом, чтобы значение тока, проходящего через датчик температуры, было на уровне 0,45..5 мА. Если превысить допустимое значение тока, то датчик начнет перегреваться, что существенно исказит данные. Обязательно учитывайте при изготовлении нагрузку и питание терморегулятора с датчиком. Воздуха температура может колебаться в большом интервале.

Запитку можно осуществить такими способами:

1. При помощи блока питания на 12 В.
2. При помощи любого устройства, на выходе которого вырабатывается не более 12 В. Ток должен быть менее 100 мА (в цепи вторичной обмотки трансформатора) – этот показатель превышать не рекомендуется.

Помните, что в цепи датчика ток должен быть менее 5 мА, поэтому транзистор в конструкции должен иметь большую мощность. Неплохие результаты показывает КТ814. Для того чтобы «избавиться» от транзистора, можно установить электромагнитное реле с меньшим током срабатывания.

Пошаговое руководство по изготовлению

Для того чтобы изготовить терморегулятор с выносным датчиком, нужно подготовить все элементы, необходимые для сборки. Рассмотрим пример изготовления на примере устройства, работающего от сети 12 В:

1. Сначала нужно подготовить корпус – подойдет любой, хоть пластиковый, хоть металлический.
2. Выбираете схему, которая сможет удовлетворить все потребности. Определяете место установки всех элементов схемы.
3. Для срабатывания терморегулятора необходимо, чтобы была обеспечена связь отрицательного типа между входом и выходом компаратора.
4. Подготавливаете печатную плату, устанавливаете на ней все элементы и пропаиваете.

После сборки терморегулятора с датчиком температуры воздуха необходимо проверить его работу. Для этого нужно использовать проверенный термометр и провести симуляцию работы ТЭНа или холодильника в различных режимах.

Схемы ячеек датчиков температуры — Мегаобучалка

Схема, представленная на Рис. 2, реализует уравнение (10.2) и известна как ячейка Брокау.

Транзистор VT2 представляет собой N включенных параллельно транзисторов, таких же, как VTi. Разность потенциалов эмиттеров транзисторов приложена к резистору R2. Ток эмиттера транзистора VТ2 поэтому равен

Рис. .2. Схема «классического»датчика температуры на ширине запрещенной зоны

За счет отрицательной обратной связи че рез ОУ коллекторные токи транзисторов равны. Их сумма проходит через резистор R1. В результате напряжение, падающее на резисторе R1 пропорционально абсолютной температуре. Действительно, с учетом (2) получаем

(3)

При надлежащем выборе отношения R1 / R2 и N напряжение на базе транзистора VTi и, следовательно, на выходе операционного усилителя станет равным ширине запрещенной зоны кремния 1.205 В. Это напряжение не зависит от температуры. Схема на Рис. 2 — основной полупроводниковый датчик температуры и широко используется в промышленности.

Таким образом, ячейка датчика температуры может использоваться одновременно и в

качестве источника опорного напряжения. Сравните схему на Рис. 2 со схемой ИОН на ширине запрещенной зоны и вы убедитесь, что они практически идентичны. Поэтому ряд моделей ИОН, например, МАХ872, AD780 и др., имеет выводы датчика температуры.

Другой вариант ячейки ДТ приведен на Рис. 3

Схема имеет VBE приблизительно (0.2 мВ/°К)Г Усилитель обеспечивает равенство токов через транзисторы, причем плотность токов через их коллекторы соотносится как 1:10. Поскольку напряжение VBE приложено к резистору R, то общее падение напряжения на цепочке, включающей резисторы R, 26R и 23R, составит (10 мВ/°К)-7Г Резистор, обозначенный 100R, используется для подстройки смещения.

Рис. 10.4. Ячейка датчика температуры Мейджера

Схемы ДТ, приведенные на Рис. 2 и Рис. 3, очень популярны, но они, по сути, являются датчиками абсолютной температуры и как следствие имеют смещение шкалы выходного напряжения в 2.73 В относительно более привычной шкалы температур в градусах Цельсия. Дж. Мейджер разработал схему ячейки ДТ, которая легко калибруется в градусах Цельсия (Рис. 4).

Схема работает следующим образом: ток IPTAT пропорциональный абсолютной температуре, генерируется источником тока.

Выходной ток I 0 равен разности этого тока и тока, пропорционального напряжению VBE транзистора VT4, и имеет температурный коэффициент 1 мА/°С. Ток через этот транзистор задается токовым зеркалом на p-n-p транзисторах VT1 и VT2 и транзистором VT3, который играет роль усилителя с обратной связью. Градуировка этой схемы может быть выполнена для любой температурной шкалы. Изменением резистора /?4 можно корректировать чувствительность схемы IO/ Т, а подстраивая резистор в источнике тока IPTAT можно установить начальную температуру для нулевого тока. __

ДТ с токовым выходом

Концепции, изложенные выше, служат основой для построения многих разновидностей интегральных схем датчиков температуры (ДТ). В зависимости от выходной величины различают датчики с выходом по току и датчики с выходом по напряжению. Примером ДТ с токовым выходом может служить AD592, имеющий коэффициент преобразования 1 мкА/°С (Рис. 5). Типовая схема включения этого ДТ приведена на Рис.5а, а график характеристики преобразования — на Рис.5б.

Рис. 5. Типовая схема включения датчика температуры AD592 (а) и характеристика преобразования (6)

Датчик изготавливается в трехвыводном корпусе ТО-92 и практически не требует внешней калибровки. При температуре +25°С датчик модели AD592CN имеет наименьшую абсолютную погрешность измерения температуры T— не более +0.5°С. В диапазоне рабочих температур —25°С...+125°С абсолютная погрешность не превышает +1°С. Для более точной настройки может быть использован подстроечный ре-зистор (R2 на схеме Рис. 5а). Этот ДТ может работать в широком диапазоне питающих напряжений — 4...30 В, однако точностные характеристики определены для напряжения 5 В, а его изменение влияет на точность измерения: коэффициент влияния нестабильности напряжения питания KSR составляет от 0.5°С/В при низких напряжениях и до 0,1ОС/В при высоких, поэтому напряжение питания желательно поддерживать постоянным.

Другим примером токового ДТ может служить недорогой LM234. Это 3-выводной подстраиваемый источник тока с коэффициентом трансформации рабочего тока 10000:1 и простым регулированием тока, который устанавливается сопротивлением одного резистора. Микросхема работает в широком диапазоне питающего напряжения: 1...40 В. Модели LM234-3 и LM234-6 предназначены для преобразования температуры в ток. Начальная погрешность измерения температуры не превышает +3°С для LM234-3. Температурная чувствительность ИМС составляет +0.33%/°С. Токовые датчики идеальны для измерения температуры удаленных объектов, поскольку для их подключения требуется только два провода. Кроме того, сопротивление проводов, включенных последовательно с датчиком, не вносит заметной погрешности, так как крайне мало по сравнению с динамическим сопротивлением датчика, которое, например, при токе 100 мкА составляет 100 МОм.

То, что токовые ДТ имеют всего лишь два вывода, обеспечивая большую гибкость их применения. На Рис. 6 представлены три схемы с использованием токовых ДТ на AD592.__

Рис. 6. Различные схемы включения токовых ДТ для определения:

а — среднего значения температуры в трех точках пространства,

б — точки с минимальной температурой из трех контролируемых,

в — разности температур в двух точках

Если требуется определить среднее значение температуры в трех точках пространства можно применить схему на Рис. 6а. Здесь через резистор протекает сумма токов всех трех датчиков. Сопротивление резистора выбрано в три раза меньше, чем в типовой схеме с тем, чтобы обеспечить общую чувствительность по напряжению 1 мВ/°С.

На Рис. 6б представлена схема определения минимальной из температур в трех точках. Только тот из датчиков, температура которого наименьшая, будет работать в активном режиме. Два других перейдут в насыщенное состояние, поэтому их динамические сопротивления (а следовательно и падения напряжения на них) резко уменьшатся.

Наконец, на Рис. 6бв приведена схема для определения разности температур в двух точках. Точка соединения двух ДТ соединена с инвертирующим входом операционного усилителя, имеющим нулевой потенциал. Ток IDIB равный разности токов датчиков, создает на резисторе падение напряжения IDIB R2 пропорциональное разности температур. Резистор R1 включен для компенсации начального разброса токов ДТ.

megaobuchalka.ru

Датчики температуры. Общий обзор.

Датчики температуры. Общий обзор.

Для измерения температуры различных физических объектов человечество придумало огромное количество типов устройств и еще больше вариантов их реализации. Несмотря на это, выбрать нужный тип датчика для микроконтроллерного проекта не так сложно, достаточно знать особенности нескольких основных принципов измерения. Ниже будут кратко рассмотрены основные типы температурных датчиков, имеющие практическую ценность для автоматических систем измерения.

Термометры сопротивления.

Наиболее простым и распространенным типом датчика температуры является термометр сопротивления. Принцип его действия основан на зависимости удельного сопротивления металлов от температуры. Это значит, что с ростом температуры сопротивление металлического провода будет расти. Коэффициент, описывающий подобную зависимость, называется температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Для металлов эта величина положительна.

Конструктивно, термометр сопротивления представляет собой миниатюрную катушку из медного или платинового провода, упакованную в защитный кожух. Для получения оптимальных характеристик измерения, провод стараются взять как можно большей длины. Для удобства применения все термометры стандартизуют по так называемому нулевому сопротивлению, т.е. сопротивлению при температуре 0 град.Цельсия. Промышленность выпускает термометры с нулевым сопротивлением 50,100,500,1000 Ом. Маркируются термометры по типу металла, используемому для измерения и нулевой температуре. Например, большое распространение имеют медные датчики ТСМ100 и платиновые ТСП100 и Pt100. Характеристики двух последних несколько отличаются, что необходимо учитывать. 

Термометры сопротивления находят применение для измерения температур от -50 до 200 град.Цельсия. К их достоинствам следует отнести высокую точность измерений при невысокой стоимости. Для изделий промышленного применения величина погрешности находится в районе 0.1 градуса. Использование термометров сопротивления подразумевает создание специальных схем, позволяющих определить сопротивление датчика с высокой точностью.

Терморезисторы

Принцип действия терморезисторов аналогичен термометрам сопротивления. Отличаются они в первую очередь технологией производства и конструктивными особенностями. По внешнему виду часто напоминают обычные резисторы. Терморезисторы существуют с положительным ТКС -позисторы, и отрицательным ТКС -термисторы.

Нулевое сопротивление терморезисторов может достигать десятков килоом. Использование их аналогично термометрам сопротивления. К недостаткам можно отнести значительную нелинейность характеристики этих элементов.

Термопары.

Принцип действия термопары основан на возникновении термоЭДС (эффекте Зеебека) в месте спая двух разнородных металлов. Величина ЭДС пропорциональна разности температур между «горячим» концом или спаем и «холодным» концом, представляющим собой точку подключения проводников к измерительному устройству. В нашей стране наибольшее распространение получили пары металлов хромель-алюмель ( международное обозначение - K, отечественное - ХА), хромель-копель (тип L или ТХК), платинородий-платина (тип S или ТПП). Также существуют и некоторые другие типы термопр.

Выходным сигналом термопары является напряжение, величина которого измеряется в мВ. Это означает, что для полноценных измерений необходимо использовать усилитель. Второй особенностью использования термопар становится необходимость компенсации температуры холодного спая. В общем случае термопара представляет собой спай двух разнородных проводников. Точки подключения данных проводников к измерительному устройству в свою очередь образуют аналог спая, вносящего погрешность в измерения. Для ее учета в месте, максимально приближенном к точке контакта устанавливают дополнительный датчик температуры, показания которого вычитают из показаний основного. Третья особенность заключается в необходимости использования соединительных кабелей специального типа, как правило выполняемых из того же материала, что и термопара. Пренебрежение данным требованием приводит к увеличению погрешности измерений, за счет появления дополнительных спаев.

Главным достоинством термопар является возможность измерения высоких температур. Так для типа ХА диапазон измерений составляет от -180 до 1300 градусов. Для некоторых специальных моделей, верхнее значение может достигать 1800 градусов. Наряду с широким диапазоном, термопары характеризуются сравнительно высокой погрешностью измерения, примерно равной 1 градусу. Также, особенно при большом диапазоне измеряемых температур, требуется учитывать нелинейность термопар.

Полупроводниковые датчики температуры

Температурной зависимостью обладают не только металлы, но и p-n переход. Падение напряжения на нем при протекании тока в прямом направлении будет меняться примерно на 2мВ с изменением температуры на 1 градус. Используя данную зависимость можно организовать измерение температуры в диапазоне примерно от -55 до 150 градусов. В качестве датчиков могут использоваться обычные диоды или один из p-n переходов транзистора. Схемотехника измерительных схем с использованием подобных устройств повторяет варианты с терморезисторами. Существуют и специализированные изделия, представляющие собой законченные измерительные устройства с аналоговым выходным сигналом, пропорциональным температуре. Такие устройства очень удобно применять совместно с АЦП микроконтроллера. Наряду с аналоговыми датчиками, можно найти полупроводниковые микросхемы, содержащие встроенный АЦП и цифровой интерфейс связи (SPI, I2C, 1-Wire). Такие датчики позволяют создавать наиболее простые схемы, но при этом отличаются относительно низкой точностью. Более подробно с данными приборами можно ознакомиться на странице  Полупроводниковые датчики температуры.

Другие датчики температуры.

Кроме вышеназванных можно отметить и некоторые другие принципы построения температурных датчиков. В системах автоматики могут встречаться контактные датчики-сигнализаторы. Принцип их действия может быть различен. Выходной сигнал реализован с помощью механического контакта, срабатывание которого происходит при заданной температуре. Наиболее интересным датчиком может стать датчик излучения или пирометр. Его принцип действия основан на измерении энергии, излучаемой каким-либо телом в окружающую среду. Такой принцип не требует непосредственного контакта с объектом, но отличается достаточно низкой точностью. Большинство пирометров представляет собой сложные приборы с высокой стоимостью, хотя в последнее время появились и миниатюрные датчики с различным типом выходов.

Выбор датчиков температуры

Первым параметром, определяющим выбор датчика температуры, считается диапазон измерения. Если подходит несколько вариантов, то можно пользоваться таким правилом: номинальное измеряемое значение должно лежать в диапазоне от половины до двух третей шкалы. Так, например, не желательно использовать термопару для измерения комнатной температуры, и наоборот для температур выше 200 градусов термопара будет хорошим выбором.

Следующей величиной, заслуживающей пристального внимания, будет точность измерений. Если по условиям проекта требуется точность менее одного градуса, то практически однозначным выбором станет термометр сопротивления. К счастью такие требования встречаются достаточно редко, и в большинстве бытовых применений вполне подойдет полупроводниковый датчик с точностью в 1 градус.

Конструктивные особенности датчика также определяют его область применения. Сегодня можно найти множество вариантов, как исполнения измерительной части, так и по способу присоединения к процессу. Также при выборе следует учитывать и такой параметр как инерционность. Инерционность измеряется в секундах и показывает, насколько быстро изменение температуры окружающей среды отразится на выходном сигнале датчика. Пренебрежение данным параметром часто может привести к неточности работы схемы и другим малоприятным последствиям, особенно если показания термодатчика используются для целей управления оборудованием.

Еще по теме:

Термометр на микроконтроллере PIC12F629

You have no rights to post comments

mcucpu.ru

Датчик температуры охлаждающей жидкости - Датчики - Статьи

 В датчиках темпе­ратуры охлаждающей жидкостиисполь­зуются свойства металлов и полупро­водников менять свое сопротивление при изменении температуры окружаю­щей среды. Современные автомобили оснащены датчикамитемпературы, представляющими собой полупровод­никовые резисторы с отрицательным температурным коэффициентом сопро­тивления (ТКС), - их сопротивление уменьшается с увеличением температу­ры окружающей среды. По сравнению с металлическими терморезисторами полупроводниковые обладают примерно в 10 раз большим значением ТКС, т.е. изменение температуры вызывает рез­кое изменение их сопротивления.

Датчик включается в электрическую цепь контрольного прибора. При изменении температуры ток про­ходящий через датчик, изменяется, что вызывает отклонение стрелки указате­ля контрольного прибора. Сопротивле­ние терморезистора датчика нелиней­но зависит от температуры.

рис 1.2--схема включения датчика температуры в цепь контрольного прибора Д-датчик, У-указатель, Uбс-напряжение бортовой сети, Iд- ток протекающий через датчик.

Устройство, работа. Во всех отечественных автомо­билях применяются указатели температуры охлаждающей жидкости (тер­мометры) логометрического типа (рис. 1.3.), принцип действия которых основан на взаимодействии поля по­стоянного магнита 6 соединенного со стрелкой 2,с результирующим магнит­ным полем трех измерительных обмо­ток (1,3,4),по которым протекает ток, причем величина тока в обмотке 1 за­висит от сопротивления датчика.

рис 1.4 --Датчики температуры охлаждающей жидкости.

I-датчик-ТМ 100А, II-датчик ТМ 106, а- устройство, б-зависимость сопротивления от температуры, 1-полупроводниковый терморизистор, 2-токоведущая пружина, 3- корпус, 4-вывод

Датчик термометра (рис. 1.4) пред­ставляет собой латунный или бронзо­вый баллон (корпус) 3, на расширенной верхней части которого выполнены шестигранник под ключ и коническая резьба для крепления датчика. К плоскому донышку баллона прижат терморезистор 1, вы­полненный в виде таблетки. Между зажимом датчика и таблеткой установлена токоведущая пружина 2, которая изолирована от стенки баллона При низкой темпе­ратуре охлаждающей жидкости сопротивление датчика велико, поэтому ток в обмотке 1 (см. рис. 1.3) и ее магнитный поток будут малы. Вследствие действия ре­зультирующего магнитного потока всех трех обмоток постоянный магнит и вместе с ним стрелка 2 повернуты в левую часть шкалы указателя. С увеличением температуры охлаждающей жидкости сопротивление терморезистора уменьшается, увеличивается ток в обмотке 1 и создаваемый ею магнитный поток. Результирую­щий магнитный поток обмоток также изменяется, и стрелка 2 поворачивается в правую часть шкалы указателя.

          И ещё хочу отметить один момент, если у вас есть свой сайт, а может быть вы только мечтаете его создать, то я могу вам подсказать отличную веб студию «Сайтофф», продвижение сайтов ростов этим и занимается эта отличная и проверенная организация.

Похожие материалы

www.elektrik-avto.ru

• 
  Feron tm22
• 
  Сечение кабеля для заземления
• 
  Цоколь автоламп
• 
  Сопротивление медного кабеля таблица
• 
  Как работает дифавтомат
• 
  Светодиодные ночники своими руками
• 
  Модульный контактор схема подключения контактор
• 
  Mercury счетчик
• 
  Как выбрать розетки и выключатели для квартиры
• 
  Лучшее электрическое отопление для частного дома
• 
  Барьер защита от перенапряжения схема