Ze wszystkich pomiarów wartości nieelek−
trycznych pomiar temperatury jest dokony−
wany najczęściej. Jednocześnie, w żadnej
chyba technice pomiarowej cyfrowe obrazo−
wanie wyników pomiarów nie ma takiej
przewagi nad analogowym. Odczytywanie
zmierzonej temperatury przez obserwację
słupka rtęci lub alkoholu w klasycznym ter−
mometrze analogowym to prawdziwe utra−
pienie, które znają wszyscy ci, którzy kiedy−
kolwiek próbowali odczytać w nocy tempe−
raturę na zaokiennym termometrze. Odczyt
wskazań termometru lekarskiego także do ła−
twych nie należy, a ponadto zawsze może
być obarczony pewnym błędem wynikają−
cym z paralaksy. Jeżeli dwie osoby obserwu−
ją jeden termometr wskazujący np. 20
O
C, to
jedna odczyta 19,5
O
, a druga 20,5
O
. Tych wad
nie posiadają elektroniczne termometry z od−
czytem cyfrowym, a ponadto charakteryzują
się wieloma innymi zaletami. Należy do nich
krótki czas pomiaru, z zasady znacznie krót−
szy od pomiaru dokonywanego za pomocą
termometrów cieczowych i przy zastosowa−
niu nowoczesnych podzespołów, znacznie
większa dokładność i powtarzalność wska−
zań. Wszystko to powoduje, że elektroniczne
termometry, obecnie praktycznie wyłącznie
z odczytem cyfrowym, są jednymi z najczę−
ściej budowanych przez hobbystów urządzeń
elektronicznych.
Układ, który mam nadzieję znajdzie uznanie
Czytelników Elektroniki dla Wszystkich, jest
elektronicznym termometrem cyfrowym, do
którego możemy dołączyć jednocześnie cztery
czujniki pomiarowe. Czujniki mogą być przełą−
czane ręcznie, za naciśnięciem odpowiedniego
przycisku. Informacja o tym, który z czujników
jest aktualnie dołączony do układu pomiarowe−
go, jest wyświetlana na polu odczytowym za
pomocą jednej z czterech diod LED.
Wielu konstruktorów z pewną obawą my−
śli o budowie termometrów cyfrowych. Znie−
chęca ich do niej kłopotliwa procedura kali−
bracji przyrządu, konieczność umieszczania
czujnika we wrzącej wodzie i topniejącym
lodzie. Obliczanie poprawki na aktualne ci−
śnienie powietrza podczas regulacji wskaza−
nia 100
O
C także do przyjemności nie należy,
a ponadto sam układ wzmacniacza pomiaro−
wego jest najczęściej dość rozbudowany. Ta−
kie kłopoty występowały przy budowie ter−
mometrów wykorzystujących jako czujniki
diody krzemowe i należą już dzisiaj do prze−
szłości. W naszym przyrządzie wykorzysta−
my gotowy element pomiarowy, który należy
jedynie dołączyć do miliwoltomierza usta−
wionego na zakres 1,999V. Element ten,
którym jest dobrze znany już naszym Czytel−
nikom układ LM35C, pozwala na pomiar
temperatury w zakresie od −40 do +110
O
C.
Zastosowanie czujnika typu LM35 może roz−
szerzyć ten zakres do −55 …+150
O
C. Do−
kładność pomiaru jest dość dobra, a w każ−
dym razie zupełnie wystarczająca do zastoso−
wań amatorskich i wynosi ± 0,25
O
C w zakre−
sie temperatur zbliżonych do pokojowej.
Zastosowanie zbudowanego przyrządu mo−
że być bardzo szerokie. Najprostszym będzie
z pewnością pomiar temperatury na użytek
“domowy”, kiedy to jeden czujnik może być
umieszczony na zewnątrz pomieszczenia,
a pozostałe wewnątrz niego. Układ może oka−
zać się użyteczny dla akwarystów, którzy za je−
go pomocą będą mogli monitorować tempera−
turę w czterech akwariach jednocześnie. Kolej−
nym zastosowaniem może być pomiar tempe−
ratury w naszym laboratorium elektronicznym.
Skończy się ocena temperatury radiatora prze−
prowadzona na zasadzie: “Można go jeszcze
dotknąć palcem, czy już parzy?” Możliwość
szybkiego i dokładnego pomiaru temperatury
elementów konstruowanego urządzenia i jego
otoczenia może w znacznym stopniu polep−
szyć jego parametry i pozwolić na optymalne
dobranie elementów chłodzących podzespoły
elektroniczne. Należy jeszcze postawić sobie
pytanie, czy nasz termometr można wykorzy−
stywać do pomiaru temperatury ciała człowie−
ka, czyli do celów medycznych. Odpowiedź
jest twierdząca, przeprowadziłem stosowne
próby i po dodatkowej kalibracji przyrządu
uzyskałem dokładność 0,1
O
C na zakresie
36…42
O
C. Jest to dokładność znacznie lepsza
od dokładności tanich, elektronicznych termo−
metrów lekarskich. Przebadałem trzy egzem−
plarze takich termometrów produkcji firmy
“Krzak” z Tajwanu. Różnice wskazań docho−
dziły do…0,5
O
C, czyli że nasz termometr oka−
zał się znacznie lepszy. Szerzej poruszymy ten
temat w części artykułu poświęconej montażo−
wi i uruchamianiu termometru.
Kolejnym atutem przemawiającym za
wykonaniem proponowanego układu jest je−
go niezwykła prostota oraz taniość i łatwa
dostępność zastosowanych do jego budowy
elementów. Wystarczy chyba wspomnieć, że
“sercem” układu i jego najważniejszym ele−
mentem jest znana chyba nawet “elektronicz−
nym przedszkolakom” popularna “ajsielka” −
ICL7107.
Jak to działa?
Schemat elektryczny termometru pokaza−
ny został na rysunku 1. Układ możemy
podzielić na następujące bloki funkcjonalne:
1. Blok wyświetlaczy, który zmontowany zo−
stanie na osobnej płytce obwodu drukowanego.
2. Blok miliwoltomierza i układów go
wspomagających.
3. Blok przełącznika kanałów pomiarowych.
Wyjaśnianie zasady działania bloku mili−
woltomierza byłoby chyba obrazą dla więk−
szości Czytelników EdW. Zasadę działania
popularnej “ajsielki” zna każdy elektronik
i wystarczy powiedzieć, że w naszym ukła−
dzie pracuje ona w typowej konfiguracji wol−
tomierza o
zakresie pomiarowym do
1,999VDC. Jako źródło napięcia ujemnego,
potrzebnego do poprawnego funkcjonowania
ICL7107 zastosowano scaloną przetwornicę
napięcia +5VDC…−5VDC − ICL7660, układ
także wyprodukowany przez firmę HARRIS.
ICL7660 jest prawdziwym skarbem dla kon−
struktora, ponieważ potrzebuje do prawidło−
15
Projekty AVT
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
2
2
2
2
3
3
3
3
8
8
8
8
9
9
9
9
★★
★★
★★
C
C
C
C
zz
zz
tt
tt
e
e
e
e
rr
rr
o
o
o
o
k
k
k
k
a
a
a
a
n
n
n
n
a
a
a
a
łł
łł
o
o
o
o
w
w
w
w
yy
yy
tt
tt
e
e
e
e
rr
rr
m
m
m
m
o
o
o
o
m
m
m
m
e
e
e
e
tt
tt
rr
rr
c
c
c
c
yy
yy
ff
ff
rr
rr
o
o
o
o
w
w
w
w
yy
yy
wego działania tylko jednego kondensatora
(w naszym układzie jest to C6). Ujemne
względem masy układu napięcie okaże się je−
szcze potrzebne do dodatkowego spolaryzo−
wania wejścia układu pomiarowego. W pod−
stawowej konfiguracji, z przyczyn oczywi−
stych LM35 nadaje się jedynie do pomiarów
temperatur większych od 0
O
C. Zastosowali−
śmy więc prosty chwyt, zalecany także przez
producenta: dodatkowe spolaryzowanie wyj−
ścia układu ujemnym napięciem za pośre−
dnictwem rezystora R5.
Ważną rolę w układzie spełnia blok prze−
łączania kanałów pomiarowych. Zbudowany
został z dwóch przerzutników typu D −
IC4A i IC4B pracujących jako licznik dwubi−
towy, oraz ze scalonego multipleksera − de−
multipleksera cyfrowo− analogowego typu
4051 − IC3. IC3 zawiera w swojej strukturze
dwa
multipleksery,
z których jeden − “Y”,
został wykorzystany
do przełączania kana−
łów
pomiarowych.
Czujniki pomiarowe −
układy LM35 podłą−
czone są do wejścia
CON1 układu termo−
metru. W zależności
od stanu wejść adreso−
wych A i B IC3 wej−
ście woltomierza dołą−
czane jest do wyjścia
jednego z czujników.
Ważną dla nas cechą
układu 4051 jest to, że
umożliwia on także
przenoszenie sygna−
łów ujemnych wzglę−
dem zasilania, pod
warunkiem, że jego
wejście V− dołączone
jest do potencjału rów−
nego lub mniejszego
od minimalnego po−
ziomu tego sygnału.
Wejście V− nie jest po−
kazane na schemacie
(podobnie jak inne
wejścia zasilania ukła−
dów cyfrowych), ale
patrząc na rysunek
płytki obwodu druko−
wanego z pewnością
zauważymy, że wy−
prowadzenie 7 IC3 zo−
stało tam połączone
z wyjściem przetwor−
nicy napięcia ujemne−
go − IC2.
Dioda LED D1
swoim
włączeniem
wskazuje pomiar tem−
peratury mniejszej od
0
O
C.
Pozostała nam jeszcze nie wykorzystana
“połówka” układu IC3. Wykorzystując fakt,
że obydwa multipleksery zawarte w struktu−
rze tego układu są symultanicznie adresowa−
ne, postanowiłem wykorzystać ją do sygnali−
zacji aktualnie włączonego kanału pomiaro−
wego, zrealizowanej z wykorzystaniem czte−
rech diod LED − D2 ... D5.
Montaż i uruchomienie
Na rysunku 2 przedstawiono mozaikę
ścieżek dwóch płytek obwodów drukowa−
nych oraz rozmieszczenie na nich elemen−
tów. Płytka wyświetlaczy została wykonana
na laminacie dwustronnym z metalizacją,
a płytkę, na której umieścimy pozostałą część
układu, udało się zaprojektować na laminacie
jednowarstwowym, co jednak pociągnęło za
sobą konieczność zastosowania trzech zwo−
rek, od których wlutowania rozpoczniemy te−
raz montaż układu.
Po zmontowaniu płytek należy je ze sobą
połączyć za pomocą szeregu kątowych gold−
pinów. Taki sposób montażu gwarantuje usta−
wienie płytek idealnie pod kątem prostym
względem siebie i mocne, pewne połączenie.
Jedyną czynnością regulacyjną, jaką mu−
simy wykonać, będzie ustawienie za pomocą
potencjometru montażowego PR1 napięcia
1000mV pomiędzy wyprowadzeniami REF
HI i REF LO IC1.
Sposób dołączenia czujników pomiaro−
wych do wykonanego układu termometru
pokazany został na rysunku 3.
Warto jeszcze zająć się przez chwilę spra−
wą obudowania czujników pomiarowych −
16
Projekty AVT
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Rys. 1
układów LM35. Układ ten produkowany jest
w dwóch rodzajach obudów: plastykowych
TO−92 i metalowych TO−46. Ze względu na
znacznie lepszą przewodność cieplną do na−
szych celów zdecydowanie bardziej nadają
się te ostatnie. Jeżeli będziemy dokonywać
pomiarów temperatury powietrza, to wystar−
czy czujnik zasłonić przed ewentualnymi
wpływami czynników atmosferycznych lub
uszkodzeniem mechanicznym. Sprawa kom−
plikuje się jednak w przypadku pomiaru tem−
peratury płynów lub przedmiotów, np. radia−
torów. Udało mi się opracować prosty sposób
obudowania czujników, zapewniający wy−
godny pomiar temperatury przedmiotów
i nieagresywnych chemicznie płynów. Obu−
dowa wykonana została z kawałka chromo−
wanej rurki, odciętej z uszkodzonej anteny
teleskopowej. Jeden z jej końców został za−
mknięty za pomocą warstwy cyny. Zamknię−
cie rurki najlepiej wykonać w następujący
sposób: odcinek rurki, dokładnie oczyszczo−
ny wewnątrz papierem ściernym stawiamy na
kawałku blachy duralowej i całość umie−
szczamy na palniku kuchenki gazowej. Do
rurki wrzucamy parę kawałków cyny do luto−
wania i całość podgrzewamy do momentu
stopienie się cyny, a następnie nie poruszając
z miejsca, studzimy. Stopiona cyna powinna
utworzyć w rurce warstwę o grubości ok.
2…3 mm. Można teraz umieścić już czujnik
w rurce i zalać klejem Distal. Takie rozwiąza−
nie nie jest jednak najlepsze ze względu na
słabą przewodność cieplną zastygniętego kle−
ju. Ja wybrałem inne rozwiązanie, chyba
optymalne. Wnętrze rurki z umieszczonym
w niej czujnikiem i dobrze zaizolowanymi
przewodami wypełniłem, podgrzewając
w gotującej się wodzie, stopem Wooda. Być
może niektórzy Czytelnicy nie znają tego
wielce użytecznego w wielu sytuacjach meta−
lu, a właściwie, jak sama nazwa wskazuje −
stopu metali. Jego szczególną cechą, jedyną
wyróżniającą go spośród innych stopów jest
temperatura topnienia wynosząca…96
O
C. Po−
za tym stop Wooda po−
siada wszystkie cechy
metali, w tym bardzo do−
brą przewodność cieplną
i elektryczną. Natomiast
kontakt z roztopionym
stopem nie grozi uszko−
dzeniem elementów pół−
przewodnikowych. Tak
więc zastosowane roz−
wiązanie można uznać
za
idealne,
czujnik
LM35 ma doskonały
kontakt termiczny z oto−
czeniem.
Pamiętajcie
tylko o wypełnieniu po−
zostałej części rurki kle−
jem Distal lub innym
podobnym,
ponieważ
bez tego zabezpieczenia
przy pomiarze tempera−
tur większych od 96
O
C
stop mógłby po prostu
wypłynąć z rurki. Budo−
wę opisanego czujnika
przedstawia rysunek 4.
Warto jeszcze wspomnieć parę słów o do−
datkowej kalibracji termometru przy wyko−
rzystywaniu go jako np. termometru lekar−
skiego. Kalibrację taką wykonałem posługu−
jąc się pożyczonym, bardzo dokładnym ter−
mometrem laboratoryjnym. Czujniki oby−
dwu termometrów umie−
szczone zostały w wodzie
o dokładnie stabilizowanej
temperaturze 38
O
C. Pokrę−
cając potencjometrem mon−
tażowym PR uzyskałem
idealną zgodność odczytu.
Po wyłączeniu stabilizacji
temperatury woda zaczęła
stygnąć i okazało się, że
dokładność wskazań nasze−
go termometru była lepsza
niż 0,1
O
C. Jednak stosując
wykonany termometr do
pomiaru temperatury ciała człowieka musi−
my pamiętać, że w żadnym wypadku nie
17
Projekty AVT
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Wykaz elementów
Kondensatory
C
C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200nnFF
C
C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477nnFF
C
C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF
C
C44,, C
C88,, C
C1100 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF
C
C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000ppFF
C
C66,, C
C77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100
µµ
FF//1100 V
V
C
C99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700
µµ
FF//1100V
V
Rezystory
P
PR
R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ppootteennccjjoom
meettrr m
moonnttaażżoow
wyy
m
miinniiaattuurroow
wyy11kk
Ω
Ω
− hheelliittrriim
m
R
R11,, R
R88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kk
Ω
Ω
R
R22,, R
R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11M
M
Ω
Ω
R
R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700kk
Ω
Ω
R
R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk
Ω
Ω
R
R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk
Ω
Ω
R
R66,, R
R99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..556600
Ω
Ω
Półprzewodniki
D
DP
P11,, D
DP
P22,, D
DP
P33,, D
DP
P44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..w
wyyśśw
wiieettllaacczz
ssiieeddm
miioosseeggm
meennttoow
wyy LLEED
D,, w
wsspp.. aannooddaa − S
SA
A5522−1111 EEW
WA
A
D
D11,, D
D22,, D
D33,, D
D44,, D
D55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..ddiiooddaa LLEED
D cczzeerrw
woonnaa
IIC
C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIC
CLL77110077
IIC
C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IIC
CLL77666600
IIC
C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44005522
IIC
C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44001133
IIC
C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44009933
LLM
M3355 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22 sszztt
Pozostałe
C
CO
ON
N22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A
AR
RK
K22 ((33,,55m
mm
m))
S
S11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..pprrzzyycciisskk ttyyppuu m
miiccrroossw
wiittcchh
11 kkąąttoow
waa lliissttw
waa ggoollddppiinnóów
w 3300 ppiinn
C
CO
ON
N11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..66 xx 11 ggoollddppiinn
P
Pooddssttaaw
wkkii ppoodd IIC
C
Komplet podzespołów z płytką jest
dostępny w sieci handlowej AVT jako
kit szkolny AVT−2389
Rys. 3
Rys. 4
Rys. 2
może on służyć stawianiu diagnozy lekar−
skiej, ale jedynie celom doświadczalnym.
Przez cały czas mówiliśmy o budowa−
nym układzie jako o termometrze czteroka−
nałowym. Nie zawsze jednak potrzebna bę−
dzie taka liczba kanałów pomiarowych
i nasz termometr z łatwością możemy prze−
robić na dwukanałowy. Przeróbka taka po−
kazana jest na rysunku 5.
Zbigniew Raabe
18
Projekty AVT
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Na rysunku przedstawiono układ
prostownika
dwupołówkowego
z transformatorem o dzielonym, sy−
metrycznym uzwojeniu wtórnym.
Zadaniem uczestników konkur−
su jest odpowiedzieć na pytanie:
Jak działa taki układ?
Do czego służy woltomierz?
Odpowiedzi należy nadsyłać w termi−
nie 45 dni od ukazania się tego numeru EdW. Na kopercie lub kartce
z odpowiedzią należy umieścić dopisek: Jak12. Ponieważ tym razem
zadanie jest trudniejsze nagrody będą cenniejsze niż zwykle.
Rozwiązanie zadania z EdW 8/2000
Wakacyjne zadanie z EdW 8/2000
było łatwe. Pokazano wzięty z za−
chodniego czasopisma schemat
prostego zasilacza beztransforma−
torowego. Napięcie wyjściowe wyznaczone jest przez diodę Zenera.
Wydajność prądowa zależy od wartości połączonych szeregowo rezy−
stora i kondensatora. Warystor na wejściu dodano w celu ochrony przed
przepięciami. W prostowniku zastosowano niecodzienny duet: diodę
Schottky’ego i diodę LED. W tym wypadku dioda Schottky’ego zupeł−
nie nie jest potrzebna, wystarczy zwykła krzemowa. Dioda LED jedno−
cześnie jest wskaźnikiem zasilania. Obecność diody LED ma jednak
dwie istotne implikacje. Napięcie wyjściowe nie powinno być większe
od dopuszczalnego napięcia wstecznego LED−a, czyli jak podaje kata−
log − 5V. Po drugie, maksymalny pobór prądu z zasilacza nie powinien
być większy niż dopuszczalny prąd przewodzenia diody, czyli
20...50mA w zależności od typu zastosowanego LED−a.
Jak zwykle zdecydowana większość odpowiedzi była prawidłowa.
Jednak warystor umieszczony od strony sieci 220V zdecydowanie
utrudnił zadanie. Niektórzy sądzili zresztą, że jest to termistor. Także
dioda Schottky’ego i LED nie ułatwiły zadania.
Oto nieliczne nietrafne odpowiedzi:
(...) to ładowarka akumulatorów. Dioda LED sygnalizuje, czy aku−
mulatory są naładowane. Gdy są, przestaje przez nie płynąć prąd
i dioda gaśnie.
(...) włączenie w szereg diody Schottky’ego i kondensatora wska−
zuje, że układ pracuje przy dużych częstotliwościach. Moim zdaniem
jest to demodulator FM.
(...) w zależności od rodzaju termistora (NTC, PTC, CTR) i para−
metrów innych elementów byłby to układ sygnalizujący zbyt wysoką
lub zbyt niską temperaturę.
Nagrody za prawidłowe odpowiedzi wylosowali:
Tomasz Ostrowski
Augustów
Grzegorz Talarek
Międzyrzecz
Marcin Dąbrowski
Poznań
Jak to działa?
R E K L A M A
· R E K L A M A
· R E K L A M A
· R E K L A M A
· R E K L A M A
· R E K L A M A
· R E K L A M A
Rys. 5