termometr kołowy.pdf

Termome t r

2 4 9 2

Do czego to służy?

Termometry elektroniczne należą do żelazne−

go repertuaru pism przeznaczonych dla elek−

troników i być może należy wątpić, aby moż−

liwe było zaprojektowanie kolejnego, cieka−

wego i różnego od swoich poprzedników

układu do pomiaru temperatury. Rzeczywi−

ście, proponowany układ nie jest żadną no−

wością, nie zastosowałem w nim żadnych

ciekawych i nowoczesnych rozwiązań.

Wprost przeciwnie, układ zbudowany jest

„klasycznymi” lub nawet nieco archaicznymi

metodami, z wykorzystaniem aż ... 36

wzmacniaczy operacyjnych. Dlaczego więc

mam zamiar przedstawić tak banalny układ

Czytelnikom Elektroniki dla Wszystkich?

Jest jeden, ale za to ważny powód: propono−

wane urządzenie wyróżnia się wyjątkowo

„bajeranckim” wyglądem i niecodziennym

kształtem. Z pozoru jest to zwykły termometr

ze skalą wykonaną z diod LED, ale skala ta

została zbudowana w formie niezamkniętego

okręgu, podobnie jak wskaźniki obrotomie−

rzy i prędkościomierzy samochodowych. Po−

nieważ znalezienie gotowej obudowy do ter−

mometru o takich rozmiarach graniczyłoby

z cudem, postarałem się zaprojektować do

niego płytę czołową o, jak mam nadzieję,

w miarę eleganckim wyglądzie. Na płycie

czołowej wykonane zostały otwory na 36

diod LED i duże, czytelne i widoczne z dale−

ka napisy tworzące skalę termometru.

Zakres pomiarowy proponowanego ukła−

du wynosi 35 stopni Celsjusza: od +5 do

+40 stopni. Zakres ten, w połączeniu

z atrakcyjnym wyglądem termometru, wy−

raźnie określa obszar jego stosowania. Jest

to typowy termometr przeznaczony do po−

miaru temperatury na zamkniętej przestrze−

ni, w pomieszczeniach mieszkalnych lub

miejscach pracy. W naszym kraju, jak na ra−

zie upały przekraczające 40 stopni się nie

zdarzają, a z kolei rzadko się zdarza, aby

temperatura w pomieszczeniu mieszkalnym

spadła poniżej 5 stopni. Nawet gdyby się tak

zdarzyło, to i tak nie ma sensu wchodzić do

takiego pomieszczenia!

Pomimo sporej liczby części potrzebnych

do budowy termometru, jego wykonania nie

powinno przysporzyć trudności nawet nie−

zbyt zaawansowanym elektronikom. Także

i koszt budowy układu nie powinien okazać

się zbyt wysoki, ponieważ zastosowane

w nim wzmacniacze operacyjne należą do

najtańszych i powszechnie dostępnych.

nijkę, a właściwie część okręgu o długości

proporcjonalnej do temperatury.

Rezystory R1 ... R36, których wartości

nie zostały pokazane na schemacie, służą

ograniczaniu prądu płynącego przez diody

LED. Ich wartość jest uzależniona od jakości

diod. Doświadczalnie stwierdziłem, że jeżeli

zastosujemy zwykłe diody firmy „No Na−

me”, to wartość rezystorów powinna wyno−

sić około 560

Jak to działa?

Schemat elektryczny proponowanego układu

został pokazany na rysunku 1 . Wszystkie

wejścia nieodwracające 36 wzmacniaczy

operacyjnych zostały połączone ze sobą, i do

nich zostaje doprowadzone mierzone napię−

cie, pobierane z wyjścia czujnika temperatu−

ry LM35 − IC11.

Aby zrozumieć zasadę działania naszego

termometru, musimy przypomnieć sobie

podstawowe dane scalonego czujnika tempe−

ratury typu LM35. Układ ten jest precyzyj−

nym analogowym czujnikiem temperatury,

mogącym pracować w zakresie temperatur

od −50 do +125 stopni, z dużą liniowością.

Napięcie na jego wyjściu jest wprost propor−

cjonalne do temperatury otoczenia i zmienia

się o 10mV na stopień Celsjusza. Tak więc,

przy temperaturze +20 stopni będzie ono wy−

nosiło 200mV, przy +40 stopniach 400mV.

Wejścia odwracające dołączone są do ko−

lejnych segmentów dzielnika napięciowego,

utworzonego z 36 rezystorów, o identycznej

z wyjątkiem rezystora R72 wartości. Łatwo

teraz zauważyć, że w miarę wzrostu napięcia

pochodzącego z czujnika temperatury kolej−

ne komparatory zbudowane na wzmacnia−

czach operacyjnych będą zmieniały swój stan

na „wysoki”, co spowoduje włączanie kolej−

nych diod LED. A zatem, nasz wskaźnik ter−

mometru będzie posiadał 36 progów przełą−

czania i jego charakterystyka będzie liniowa.

W miarę wzrostu temperatury, będą zapalać

się kolejne diody LED, tworząc świecącą li−

Montaż i uruchomienie

Na rysunku 2 zostało pokazane rozmie−

szczenie elementów na powierzchni płytki

obwodu drukowanego, wykonanego na lami−

nacie dwustronnym z metalizacją. Druga

płytka (przedstawimy ją na wkładce) jest

efektowną płytą czołową termometru, na

której naniesiona została skala i napisy infor−

macyjne.

Montaż rozpoczynamy od wlutowania

w płytkę rezystorów, która to czynność po−

winna zabrać nam trochę czasu i możemy

traktować ją jako terapię zajęciową uwalnia−

jącą nas od stresów i napięć psychicznych,

znacznie ciekawszą niż tradycyjne wyplata−

nie wiklinowych koszyków. Ponad 70 rezy−

storów, czyli ponad 140 punktów lutowni−

czych! Ci Czytelnicy, którzy przebrną przez

tę drogą przez mękę, powinni teraz wlutować

w płytkę wszystkie podstawki i przygotować

się do kolejnej “terapii zajęciowej”, którą bę−

dzie wlutowanie 36 diod LED.

Montaż rozpoczniemy typowo, od wluto−

wania w płytkę wszystkich rezystorów, a na−

stępnie podstawek pod układy scalone. I teraz

uwaga: diody LED lutujemy od strony

ścieżek (umownej w przypadku płytki

Elektronika dla Wszystkich

ko ł owy

. Stosując diody markowe,

np. produkcji firmy KINGBRIGHT, możemy

zwiększyć tę wartość do ok. 1kΩ

Termometr powinien być zasilany napię−

ciem stałym o wartości około 12VDC,

niekoniecznie dokładnie stabilizowanym.

Wydajność prądowa zasilacza nie powinna

być mniejsza niż 500mA.

Ω

dwustronnej), czyli od strony lutowania

większości elementów . Diody mogą zostać

wlutowane jak najbliżej powierzchni płytki, po−

wiedzmy w odległości ok. 5 mm od niej. Najle−

piej będzie wlutować najpierw tylko trzy diody,

rozmieszczone mniej więcej co 120 stopni na

obwodzie kręgu diod. Diody te muszą zostać

zamontowane bardzo starannie, w idealnie

równej odległości od powierzchni płytki i usta−

wione dokładnie prostopadle do niej. Następnie

wkładamy końcówki pozostałych diod w prze−

znaczone dla nich otwory w punktach lutowni−

czych i układamy całość „twarzą w dół” na

gładkiej powierzchni. Teraz lutujemy po jednej

nóżce każdej diody . Ostatnią czynnością bę−

dzie wyrównanie wszystkich diod i przyluto−

wanie pozostałych nóżek. Podczas montowania

diod LED należy zwrócić uwagę na ich właści−

wą polaryzację, ponieważ wylutowywanie ele−

mentów z płytki dwustronnej jest nieco kłopo−

tliwe. Pamiętajmy, że krótsze nóżki diod mu−

szą zostać umieszczone w kwadratowych

punktach lutowniczych !

Otwarty pozostał problem zamocowania

płyty czołowej termometru. Aby nie psuć este−

tyki gotowego termometru, nie zaprojektowa−

łem na niej żadnych otworów i zastosowanie

śrubek do połączenia płytek jest raczej niemoż−

liwe. Polecałbym metodę najprostszą: połącze−

nie płyty czołowej z płytką termometru za po−

mocą kleju termoplastycznego. Takie połącze−

nie nie musi być wcale mocne, ponieważ wza−

jemne położenie płytek względem siebie jest

stabilizowane za pomocą 36 diod LED.

Po wykonaniu prac montażowych ostatnią

czynnością będzie regulacja termometru. Nie

jest to czynność specjalnie trudna, ale wyma−

gać będzie skorzystania z woltomierza dobrej

klasy lub innego termometru o dobrej precyzji.

Przyjęliśmy zakres pomiarowy na−

szego woltomierza wynoszący 36 stop−

ni Celsjusza, a więc napięcie na wyjściu

2 układu LM35 będzie zmieniać się

w zakresie 50mV do 400mV w stosun−

ku do masy całego układu. A zatem, na−

pięcie na wejściu odwracającym “naj−

wyższego” komparatora powinno wy−

nosić dokładnie 400mV. Taką właśnie

wartość powinniśmy teraz ustawić za

pomocą potencjometru montażowego

PR1 na wyjściu 2 wzmacniacza IC1A .

I to już wszystko, nasz termometr

możemy uznać za gotowy do dokony−

wania pomiarów i zamocować go w od−

powiednim, dobrze eksponowanym

miejscu. Jeszcze tylko drobna uwaga do−

tycząca sposobu zamontowania czujnika

temperatury LM35. Umieszczenie go na

płytce układu termometru jest absolutnie

niedopuszczalne! Elementy na tej płytce

bardzo silnie się nagrzewają i wynik po−

miaru temperatury zastałby zniekształ−

cony. Najlepiej zamocować czujnik na

dość długim przewodzie i umieścić z da−

la od termometru. Oczywiście, czujnik

temperatury musi zostać obudowany

w sposób zabezpieczający go przed

wpływami atmosferycznymi. Najlepiej

umieścić go wewnątrz metalowej rurki

i zalać jakimś klejem chemoutwardzal−

nym, np. DISTALem lub POXIPOLem.

Rys. 1 Schemat ideowy

Zbigniew Raabe

Rys. 2 Płytka drukowana

Ω

(dobrać w zalleżnościi od jakościi diiod LED)

R37 ..... R71 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1k Ω

R72 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5,,1k Ω

R73 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68k

Ω

...... 1k

Ω

R74 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,,3k

Ω

Kondensatory

C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1000 µ F/10V

C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100nF

Półprzewodniki

D1 ..... D36 . . . . . . . . . . . . . . . . . .diioda LED φ 3mm

IIC1 ..... IC9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM324

IIC10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM385 1,,2V

IIC11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LM35

Pozostałe

CON1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ARK2 3,,5mm

Komplet podzespołów z płytką jest

dostępny w sieci handlowej AVT jako

kit szkolny AVT−2492

Elektronika dla Wszystkich

Wykaz elementów

Rezystory

PR1 . . . . . . .pottencjjomettr monttażowy helliittriim 22k Ω

R1 ..... R36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .560

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: