P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
Elektroniczny termometr
z czujnikiem Pt100
Projekt
040
Dzi�kizastosowaniu,
w prezentowanym
mierniku, profesjonalnego
czujnika temperatury Pt100
zar�wno zakresy
pomiarowe,jak
Troch� teorii wskazanie wyświetlacza =
i dokładnośĘ pomiaru
Rozwałając mołliwośĘ 1000*UIN/UREF,
spełnia wymagania takłe
budowy termometru z czuj- ksiąłki na- gdzie: UIN - napi�cie wej-
bardziej wymagających
nikiem platynowym, staną- trafiłem na rozdział ściowe pomi�dzy ko�c�wka-
Czytelnik�w. łem przed problemem line- opisujący przetworniki mi INHI i INLO;
aryzacji czujnika tempera- o charakterystyce nielinio- UREF - napi�cie odniesienia
tury typ Pt100. wej, a zwłaszcza o sposo- pomi�dzy ko�c�wkami RHI
Specjalizowane układy bie zamiany charakterysty- i RLO.
scalone przeznaczone do te- ki przetwornika z liniowej Po przekształceniu mo-
go celu okazały si� bardzo na nieliniową poprzez su- łemy łatwo obliczyĘ napi�-
drogie i trudno dost�pne, mowanie napi�cia odnie- cia odniesienia dla r�łnych
a rozwiązanie zapropono- sienia z cz�ścią napi�cia temperatur:
wane przez Piotra G�reckie- przetwarzanego. Znając UREF = 1000* UIN/wskazania
go w artykule �Termometr wartości rezystancji czujni- wyświetlacza.
z czujnikiem platynowym ka Pt100 dla r�łnych tem- Np. dla temperatury
Pt100�, opublikowanym peratur (zawiera je polska -150oC rezystancja czujnika
w EP 7/94, nawet nie przy- norma PN-83M53852) i za- wynosi 39,71&!, a wi�c na-
szło mi do głowy. kładając stabilizacj� prądu pi�cie pomi�dzy ko�c�wka-
Zainspirował mnie na- płynącego przez czujnik na mi INLO i INHI (patrz sche-
tomiast schemat termomet- poziomie 1mA, wyliczyłem mat) wyniesie -60,29mV. Po
ru zamieszczony w ksiąłce wartości napi�cia odnie- podstawieniu otrzymujemy:
pan�w Z. Kulki, A. Libury sienia dla konkretnych UREF(-150oC) = 1000*
i M. Nadachowskiego pt. temperatur, przy kt�rych (-60,29)mV/(-150) = 401,93mV,
�Przetworniki analogowo- wskazania termometru by- a dla temperatury +400oC:
cyfrowe i cyfrowo-analogo- łyby poprawne. UREF(+400oC) = 1000*147,04/
we� (opublikowany r�w- I tak, wskazanie prze- 400 = 367,6mV.
nieł w EP2/97). Przy uwał- twornika ICL 7106 (układ Nast�pnym krokiem było
nej lekturze wspomnianej Us1) opisane jest wzorem: wyliczenie wartości napi�-
Rys. 1.
Elektronika Praktyczna 1/98
83
P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
cia ustawionego na poten- taka jest kompromisem po- okablowanie do wyłącznika
WYKAZ ELEMENTÓW
cjometrze P2 (patrz schemat mi�dzy czułością przetwor- zasilania, przełącznika roz-
z rys. 1) oraz wsp�łczynni- nika a zasilaniem z baterii. dzielczości, gniazda czujni- Rezystory
ka podziału napi�cia na Potencjometrem P1 usta- ka oraz zacisku baterii 9V. P1: 2k&! hltr.
czujniku Pt100, aby po od- wiasi� napi�cie na ko�c�w- Przewody gniazda i zacisku
P2: 2k&! hltr.
j�ciu go od napi�cia usta- ceINLOtak,aby przyrezys- baterii przewlekamy przez
R1: 180k&! 5%
wionego na potencjometrze tancji czujnika wynoszącej otwory w płytce drukowanej
R2, R3, R4, R5: 1M&! 5%
P2 otrzymaĘ połądanązmia- 100&! (0oC) wskazanie na aby zapobiec oberwaniu si�
R6, R7, R8: 10k&! 1%
n� charakterystyki przetwa- wyświetlaczu wynosiło do- ich przy spoinach.
R9: 16,5k&! 1%
rzania układu ICL 7106. Na- kładnie 00.0oC. Uwaga: przewody gniaz-
R10: 619&! 1%
pi�cie na potencjometrze P2 Poprzez rezystor R5 na- da czujnika, przy wykorzys-
R11: 61,9k&! 1%
jest stałe dla wszystkich pi�ciez czujnika jest dopro- taniu zaproponowanej płyt-
R12: 100k&! 1%
temperatur i mołemy je wy- wadzone do ko�c�wki INHI ki,lutujemy odstrony druku
R13: 32,4k&! 1%
liczyĘ ze wzoru: układu US1. Napi�cie to pod układem US3.
UP2 = (UPt100*x) + UREF, w zalełności od temperatu- Teraz mołemy wlutowaĘ R14: 9,09k&! 1%
gdzie: UP2 - napi�cie usta- ry mołe przyjmowaĘ wartoś- wzmacniacze operacyjne
R15: 1k&! 1%
wione na potencjometrze ci dodatnie lub ujemne i układy CMOS. W ostatniej
R16: 100k&! 5%
P2; UPt100 - napi�cie na czuj- wzgl�dem ko�c�wki INLO. kolejności montujemy prze-
R17: 27k&! 5%
niku Pt100; x - wsp�łczyn- Kondensator C4 włączo- twornik US1,a nad nim wy-
Kondensatory
nik podziału napi�cia na ny pomi�dzy te ko�c�wki świetlacz.
C1, C2, C3: 100pF
czujniku Pt100. filtruje napi�cie wejściowe. Układ scalony powinien
ceramiczny
Po podstawieniu dla Wzmacniacz operacyjny byĘ maksymalnie dociśni�ty
C4, C5: 10nF ceramiczny
temperatur - 150oC i +400oC US4 jest odpowiedzialny za do płytki. Pomi�dzy nim
C6: 100nF
otrzymujemy: kształtowaniecharakterysty- a montowanym nad nim wy-
C7: 470nF
-150oC UP2 = 39,71x + 401,93 [mV] ki przetwarzania. Do wejścia świetlaczem powinna pozo-
C8: 220nF
+400oC UP2 = 247,04x + 367,l60 [mV] nieodwracającego tego ukła- staĘ minimalna wolna prze-
Półprzewodniki
Skoro UP2 jest zawsze ta- du jest podane napi�cie strze�. W przeciwnym razie
kie samo, otrzymujemy: z suwaka potencjometru P2, na wyświetlaczu moglibyś- D1: 1N4148
247,04x + 367,6 = 39,71x + 401,93 od kt�rego odejmowana jest my zobaczyĘ odciśni�te kra- T1: BC238C
247,04x - 39,71x = 401,93 - 367,6 poprzez wejście odwracają- w�dzie obudowy układu.Je-
US1: ICL7106
x 0,165. ce cz�śĘ napi�cia z czujni- łeli układ został zmontowa-
US2: CN4136R
Podstawiając do wzoru ka pomiarowego. Z wyjścia ny ze sprawnych elemen-
US3, US4: LM308
otrzymujemy napi�cie usta- tego układu, poprzez dziel- t�w, to jego uruchomienie
US5: CD 4066
wione na P2: nik napi�cia oraz klucze go nie b�dzie trudne.
US6: CD 4070
UP2 = (39,71 * 0,165) + analogowe K1 i K2 układu W pierwszej kolejności
Różne
401,93 = 408,48 [mV]. US5,sterowanajest ko�c�w- sprawdzamy czy na płycie
G1: gniazdo DIN
Przyj�te załołenia oraz ka RHI układu US1.I tak,ze nie ma �mostk�w z cyny�.
W1: WS 946.11.3.01
powyłsze przykłady tylko wzrostem rezystancji (tem- Jełeli ich nie zauwałymy,
w przybliłeniu linearyzują peratury) czujnika pomiaro- to podłączamy zasilanie. W2: WS 946.11.3.01
układczujnik- przetwornik. wego wzmacniacz operacyj- Sprawdzamy pob�r prądu
Niemniej jednak, po ny US4 LM 308 powoduje z baterii bez podłączonego wszystkie nasze zabiegi wy-
przeliczeniu dla r�łnych obniłanie si� napi�cia od- czujnika - powinien wyno- padły pomyślnie, to mołe-
temperatur okazało si�, łe niesienia, przez co zmienia siĘ ok. 2,3..2,5mA. Na wy- my przystąpiĘ do skalowa-
w zakresie temperatur od si�charakterystyka przetwa- świetlaczu powinny ukazaĘ nia termometru.
-150oC do +550oC propono- rzania, kompensująctymsa- si� segmenty B4 i C4 (naj- Uwaga: skalowanie po-
wany układ daje teoretycz- mym nieliniowośĘ czujnika. starsza jedynka). Przełącz- winniśmy przeprowadziĘra-
nie błąd wskaza� mniejszy Bramki B1 i B2, sterowane nikiem W2 sprawdzamy czy zemz przewodem, do kt�re-
nił 1oC, a w zakresie do wyłącznikiem, załączają pojawia si� przed najmłod- go podłączony b�dzie czuj-
250oC nawet 0,2o. Cierpli- klucze analogowe K1 i K2, szą cyfrą punkt dziesi�tny. nik. W ten spos�b przy ska-
wychzach�cam do oblicze�. kt�re załączają na przemian Zwierając na chwil� wypro- lowaniu uwzgl�dnimy r�w-
pełne napi�cie z wyjścia wadzenie 37 (TEST) US1 nieł rezystancje tych prze-
Opis układu US4, bąd� jego dziesiątą z �plusem� baterii, spraw- wod�w.
Układ elektroniczny ter- cz�śĘ. Rozwiązanie to ma dzamy czy są wyświetlane Do skalowania potrzebne
mometru nie jest skompli- na celu zwi�kszenie roz- wszystkie segmenty. b�dą dwa rezystory o rezys-
kowany (rys. 1). Zawiera dzielczości pomiaru w za- Uwaga: dla układu 7106 tancji 100&!, ich tolerancja
pi�Ę układ�w scalonych, kresie temperatur do 200oC. podczas testu wyświetlacza, powinnabyĘlepszaod0,1%,
kilkanaście rezystor�w, kil- Dodatkowa bramka B1, po- dosegment�wjest doprowa- co pozwoli nam uzyskaĘ du-
ka kondensator�w, dwa po- przez bramk� B3, załącza dzane napi�cie stałe, kt�re łą dokładnośĘ regulacji. Mo-
tencjometry i wyświetlacz takłe punkt dziesi�tny na mołe uszkodziĘ wyświet- gą teł byĘ ułyte specjalne
ciekłokrystaliczny. Układ wyświetlaczu przy pomiarze lacz, jełeli taki stan potrwa rezystory przeznaczone do
scalony US1 to popularny o wyłszej rozdzielczości. kilka minut. sprawdzania fabrycznych
przetwornik pracujący Rezystory R1, R2, R3, tran- Jełeli wszystko jest miernik�w temperatury.
w klasycznym układzie zystor T1 i bramka B4 two- w porządku, mołemyspraw- Ostatecznie mołemy posłu-
publikowanym wielokrotnie rzą układ sygnalizujący na dziĘ wartośĘ prądu płyną- łyĘsi� dobrym multimetrem
na łamach r�łnych czaso- wyświetlaczu rozładowanie cego przez czujnik Pt100 - cyfrowym(np. Metex4650 na
pism i nie wymaga specjal- baterii zasilającej. powinien on wynosiĘ ok. zakresie 2mA marezystancj�
nych objaśnie�. Wzmac- 0,9..1,1mA, a tym samym wejściową 100&!).
niacz operacyjny US3 to Montał i uruchomienie prąd zasilania powinien W pierwszej kolejności
układscalony LM308 w kon- Montał termometru roz- wzrosnąĘ do ok. 3,5mA. podłączamy do przewod�w
figuracji stabilizatora prądu poczynamy od lutowania Na wyświetlaczu ukałą rezystor 100&! (lub rezystor
płynącego przez czujnik zw�r,rezystor�w, kondensa- si� przypadkowe wskazania, do sprawdzania miernik�w
Pt100. Rezystory P1, R6, R10, tor�w, potencjometr�w. kt�re powinny si� zmieniaĘ albo multimetr). Naleły
R13 ustalają prąd pomiaro- W nast�pnej kolejności wlu- w czasie regulacji potencjo- zadbaĘ o to, by połączenia
wy na około 1mA. WartośĘ towujemytranzystori diod�, metrami P1 i P2. Jełeli były pewne i miały jak naj-
Elektronika Praktyczna 1/98
84
P R O J E K T Y C Z Y T E L N I K Ó W
mniejszą rezystancj�. Poten- ny, ale jełeli nie są stawia- Uwagi ko�cowe cegoswoich odpowiednik�w
cjometrem P1 ustawiamy na ne dułe wymagania - jest Chociał proponowany w handlu, jednak pod ko-
wyświetlaczu wartośĘ 00,0 w zupełności wystarczający. układ pracuje z zasilaniem niec lat osiemdziesiątych
przy pomiarze o podwyłszo- Pozostaje nam jeszcze bateryjnym, mołna wykonaĘ zdobycie zachodnich wy-
nej rozdzielczości. Nast�p- sprawdziĘ, czy wskazania go z powodzeniem jako za- świetlaczy nastr�czało spo-
nie włączamy w obw�d dru- termometru przy niłszej silany z sieci, stosując jako ro trudności. Po przeprojek-
gi rezystor i jełeli jest to i wyłszej rozdzielczości są przetworniki pomiarowe towaniu płytki mołnazasto-
takłe 100&!, to ustawiamy takie same. Jełeli si� r�ł- układy ICL 7107 lub ICL sowaĘ dowolny wyświetlacz
potencjometrem P2 wskaza- nią, to r�wnolegle do rezys- 7135. Mamy wtedy mołli- 3,5-cyfrowy. Oryginalne ter-
nie 267 - koniecznie na nił- tora R14 dolutowujemy re- wośĘ zwi�kszenia prądu mometry, budowane przez
szej rozdzielczości. Opera- zystor o rezystancji od płynącego przez czujnik kilka lat, pracują z czujni-
cj�t� powtarzamy kilkakrot- 620k&! do 1,5M&! dobrany Pt100. Nie zalecam jednak kami firmy Czaki Thermop-
nie, aby mieĘ pewnośĘ. Do w ten spos�b, aby wskaza- zwi�kszenia tego prądu po- roduct z Raszyna, jako prze-
sprawdzania miernik�w nia pokrywały si� na obu wyłej 10mA - istnieje bo- nośne mierniki do dora�nej
ustawiamy wartośĘ odczyta- zakresach. wiem niebezpiecze�stwo kontroli temperatury.
ną z tego rezystora. Jełeli Mołemy teł, jeśli dyspo- samonagrzewania si� czuj- Osoby zainteresowane
dysponujemy tylko multi- nujemy regulowanym zasi- nika pod wpływem płynące- informuj�, łe posiadam
metrem, zawieramy przewo- laczem, sprawdziĘ sygnali- go prądu. cz�ściowo uzbrojone płytki
dy i ustawiamy potencjo- zacje rozładowania baterii. DziwiĘ mołe teł zasto- termometr�w. Wykaz ele-
metrem P2 wartośĘ - 245 na Literki BA na wyświetlaczu sowanie wyświetlacza ment�w prześl� na łycze-
wyświetlaczu. Ten ostatni powinny si� włączyĘ przy CN4136R firmy Unitra-Do- nie.
spos�b nie jest zbyt dokład- napi�ciu 8V do 8,5V. lam z Wrocławia, nie mają- Roman Mania
Elektronika Praktyczna 1/98
85