Termocuplul este un tip de senzor de temperatură care poate fi utilizat în dispozitive de măsurare și sisteme de automatizare. Are anumite avantaje: cost redus, precizie ridicată, gamă largă de măsurare în comparație cu termistoarele și microcircuitele senzorilor digitali de temperatură, simplitate și fiabilitate. Cu toate acestea, tensiunea de ieșire a termocuplului este mică și relativă, iar circuitul contorului de termocuplu este complex, deoarece există cerințe stricte pentru amplificarea de precizie a semnalului de la termocuplu și pentru circuitul de compensare. Pentru a dezvolta astfel de dispozitive, există microcircuite specializate care integrează un circuit de conversie și procesare a semnalului analogic. Folosind aceste microcircuite, puteți construi un contor de temperatură destul de compact, cu un termocuplu ca senzor (Figura 1).
Principii
Wikipedia definește principiul de funcționare al unui termocuplu după cum urmează:
Principiul de funcționare se bazează pe efectul Seebeck sau, cu alte cuvinte, pe efectul termoelectric. Există o diferență de potențial de contact între conductorii conectați. Dacă îmbinările conductoarelor conectate într-un inel sunt la aceeași temperatură, suma acestor diferențe de potențial este egală cu zero. Când îmbinările sunt la temperaturi diferite, diferența de potențial dintre ele depinde de diferența de temperatură. Coeficientul de proporționalitate din această dependență se numește coeficientul termo-EMF. Diferitele metale au coeficienți termo-emf diferiți și, în consecință, diferența de potențial care apare între capetele diferiților conductori va fi diferită. Prin plasarea unei joncțiuni de metale cu coeficienți termo-EMF excelenți într-un mediu cu o temperatură T1, vom obține o tensiune între contacte opuse situate la o temperatură diferită T2, care va fi proporțională cu diferența de temperaturi T1 și T2 (Figura 2). ).
|
|
|
| Figura 2. | |
Exista mai multe tipuri de termocupluri, in functie de perechea de materiale folosite (metal pur sau aliaj). În proiectul nostru, folosim un termocuplu de tip K (chromel-alumel), care este adesea folosit în unelte și instrumente industriale. Tensiunea de ieșire a unui termocuplu de tip K este de aproximativ 40 µV/°C, așa că va fi necesar un circuit de amplificare a semnalului cu un mic decalaj de tensiune pe intrare.
După cum sa menționat mai sus, termo-emf este proporțională cu diferența de temperatură dintre joncțiunea rece și cea caldă. Aceasta înseamnă că temperatura joncțiunii reci trebuie cunoscută pentru a calcula temperatura actuală a joncțiunii calde. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de un circuit de compensare a joncțiunii rece, care va introduce automat o corecție la termo-EMF măsurat (Figura 3).
Pentru a obține valoarea temperaturii folosind un termocuplu, veți avea nevoie de circuite analogice, cum ar fi un amplificator operațional de precizie și un circuit de compensare a joncțiunii la rece. Cu toate acestea, există mai multe tipuri de microcircuite specializate cu o interfață de termocuplu încorporată. Aceste cipuri integrează circuitele analogice de mai sus și simplifică foarte mult designul. În cazul nostru, am ales cipul MAX31855 de la companie. Conține un circuit analog și un convertor analog-digital, prin urmare, la ieșirea microcircuitului vom primi date digitale. Înainte de a cumpăra un microcircuit, este necesar să se determine în prealabil tipul de termocuplu care va fi utilizat în dispozitiv.
Principalele caracteristici ale cipului MAX31855:
- Domeniu de măsurare a temperaturii: de la -270 °C la +1800 °C;
- Rezoluție: 14 biți, pas 0,25 °C;
- Interfață simplă compatibilă cu SPI (mod citire date);
- Circuit de compensare a joncțiunii de referință pentru termocuplu;
- Circuit pentru detectarea scurtcircuitului firelor termocuplului către magistrala de alimentare și magistrala comună;
- Circuit pentru detectarea unei întreruperi în circuitul de măsurare;
- Versiuni pentru termocupluri tipuri K, J, N, T și E;
- Pachet cu 8 pini.
Compensarea joncțiunii la rece este implementată utilizând un senzor de temperatură integrat în cip, așa că una dintre condițiile importante la asamblarea contorului este plasarea cipului direct lângă conectorul termocuplului. O condiție importantă este și izolarea acestei unități de căldura externă. Pentru conectare am folosit conectorul prezentat în Figura 4. Se pot folosi și alte tipuri de conectori.
Schema schematică a contorului de temperatură este prezentată în Figura 5.
Inima dispozitivului este microcontrolerul AVR. Cipul MAX31855 se conectează la microcontroler prin interfața SPI.
Ca sursă de alimentare este folosită o baterie LR1 cu o tensiune de 1,5 V. Pentru alimentarea microcontrolerului și a cipul de interfață termocuplului, se folosește un circuit convertizor DC/DC boost, bazat pe un cip din seria XC9111, care oferă o tensiune de ieșire de 3,0 V. Microcontrolerul controlează puterea și monitorizează tensiunea bateriei.
Deoarece pentru alimentarea cu energie este utilizată o baterie de 1,5 V, este optim să utilizați indicatorul LCD static segment TWV1302W, care este utilizat în dispozitivele digitale de măsurare a temperaturii, pentru a afișa date (Figura 6). Tensiunea de funcționare a acestui indicator este de 3 V. Când utilizați un indicator cu o tensiune de funcționare de 5 V, va fi necesar un circuit suplimentar de convertizor de tensiune (Figura 7). Funcțiile de control ale indicatorului sunt realizate de un microcontroler. Cu această soluție, curentul consumat de dispozitiv va fi de 4 mA, iar bateria va dura cel puțin 100 de ore.
|
|
Pe MK. Inima sa este microcontrolerul PIC16F628A. Circuitul termometrului folosește un indicator LED cu 4 cifre sau 2+2 cu un anod comun. Senzorul de temperatura folosit este de tip DS18B20, iar in cazul meu citirile senzorului sunt afisate cu o precizie de 0,5*C. Termometrul are limite de măsurare a temperaturii de la -55 la +125*C, ceea ce este suficient pentru toate ocaziile. Pentru alimentarea termometrului, a fost folosit un încărcător obișnuit de la un telefon mobil pe un IP cu un tranzistor 13001.
Schema schematică a unui termometru pe un microcontroler PIC16F628A:
Pentru a flash-ul firmware-ului PIC16F628A, am folosit programul ProgCode, instalându-l pe computer și asambland programatorul ProgCode conform schemei binecunoscute:
Desemnarea pinilor microcontrolerului utilizat și a pinout-ului altor MK-uri similare:
Programul ProgCode și instrucțiunile cu fotografii ale firmware-ului pas cu pas se află în arhiva de pe forum. Există, de asemenea, toate fișierele necesare pentru această schemă. Deschideți programul și faceți clic pe butonul „Înregistrați totul”. În dispozitivul meu fabricat, așa cum se poate vedea din fotografii, 2 termometre sunt asamblate într-o singură carcasă deodată, indicatorul de sus arată temperatura acasă, cel de jos arată temperatura exterioara.Este plasat oriunde in incapere si se conecteaza la senzor cu un fir flexibil din ecran.Material furnizat de ansel73.Firmware editat de: [)eNiS
Dispozitivul (vezi figura) poate fi utilizat pentru controlul automat al măsurătorilor de temperatură în sere și magazine de legume, dulapuri de uscare și cuptoare electrice, precum și în scopuri biomedicale. Oferă sensibilitate ridicată și imunitate la zgomot, control convenabil al modurilor de operare. Prezența izolației galvanice în circuitele de putere și control îl face fiabil și sigur de exploatat. Sistemul optocuplor se sincronizează cu frecvența rețelei pentru a evita interferența de comutare.
Dispozitivul este format din două unități funcționale principale: un termostat electronic și un contor digital. Semnalele de control din termostat sunt generate pe baza comparației tensiunii primite de la termocuplu (TC) cu tensiunea de referință.
Principalele caracteristici tehnice ale dispozitivului: interval de temperatură controlat de la 0 la 200 sau până la 1200 °C, în funcție de senzorul utilizat. Eroarea termometrului nu este mai mare de 1,5% din limita superioară de măsurare; precizie maximă de menținere a temperaturii până la 0,05°C. Trebuie luat în considerare faptul că sistemul care utilizează TP este diferențial, adică. tensiunea la ieșire este proporțională cu diferența de temperatură dintre capetele conectate și libere ale termocuplului.De aceea, dacă la temperaturi controlate ridicate, influența fluctuațiilor temperaturii ambientale asupra tensiunii de ieșire a TP este nesemnificativă și poate fi ignorată, apoi pentru temperaturi controlate mai mici de 200 ° C este necesar să se aplice măsuri suplimentare de compensare modificări ale temperaturii capetelor libere ale termocuplului. Frecvența maximă de comutare a sarcinii 12,5 Hz, curent de sarcină până la 0,1 A, iar la utilizarea unui comutator triac suplimentar de până la 80 A la o tensiune de ~220 V, dimensiuni de gabarit 120x75x160 mm.
O tensiune alternativă de 24 V cu frecvența rețelei (f), îndepărtată din înfășurarea secundară a transformatorului T1, este furnizată prin rezistorul de limitare R21 optocuplatorului tranzistor U1, la pinul 5 al căruia se formează impulsuri de sincronizare, al cărui față în timp coincide practic cu momentele în care tensiunea de reţea trece prin zero. În continuare, aceste impulsuri ajung la partea digitală a dispozitivului, care, pe baza semnalelor venite din partea analogică, generează semnalele de control corespunzătoare.
Partea analogică a dispozitivului este implementată pe patru amplificatoare operaționale ale microcircuitului K1401UD2. Tensiunea scoasă din TC este amplificată de amplificatorul operațional DA1.1 și furnizată intrărilor amplificatorului operațional DA1.2...DA1.4, care acționează ca comparatori. Tensiunile de referință care determină pragurile lor de comutare sunt stabilite de rezistențele R8, R9, R11, R12, R14-R16. Datorită absenței feedback-ului în amplificator operațional (DA 1.2-DA 1.4) și a câștigului ridicat al acestora, se obține o sensibilitate foarte mare a dispozitivului. Rezistorul R12 este utilizat pentru a seta pragul superior de temperatură la care sarcina este oprită, iar rezistorul R9 este destinat să stabilească diferența de temperatură (Dt) între pragurile de comutare superior și inferior ale termostatului. Când nu este necesară reglarea Dt, pentru a asigura acuratețea maximă a menținerii temperaturii, se recomandă instalarea unui jumper în locul rezistenței R9; în acest caz, rezistența R8 poate fi exclusă din circuit. Circuitele de pe elementele VD1-VD3, C1-SZ, R10 R13, R17 servesc la prevenirea trecerii tensiunii negative la intrările microcircuitelor digitale și la eliminarea interferențelor. Sincronizarea declanșatoarelor DD1.2, DD2.1, DD2.2 se realizează prin impulsuri generate de contorul DD3. Tabelul explică logica pentru generarea semnalelor de control în dispozitiv.
Într-o stare de funcționare constantă, când temperatura din instalație corespunde cu cea setată, indicatorul HL2 ar trebui să fie permanent aprins, iar indicatoarele HL1, HL3 ar trebui să fie oprite. Abaterile de temperatură sunt indicate prin includerea indicatorilor HL1, HL3. Pentru a îmbunătăți vizibilitatea, acestea funcționează în modul intermitent. Impulsurile necesare controlului acestor indicatori sunt generate la ieșirile 5 și 12 ale contorului dD3. De la pinul 9 al declanșatorului DD1.2 prin emițătorul urmăritor de pe tranzistorul VT1, semnalul trece la circuitele de indicare și control al sarcinii. Deconectarea forțată a sarcinii este efectuată de comutatorul SA1, care deschide aceste circuite. Pentru controlul sarcinii se folosește un optocupler dinistor U2, inclus în diagonala punții VD2. Curentul maxim de comutare în această versiune este de 0,1 A. Prin instalarea unui VS1 suplimentar cu șapte stori și prin modificarea în consecință a circuitului de comutare a sarcinii, acest curent poate fi crescut la 80 A.
Funcțiile de măsurare a temperaturii, precum și de afișare a valorii acesteia, sunt implementate pe baza microcircuitului K572PV2 (analog cu ILC7107). Alegerea acestui ADC se datorează posibilității de a conecta direct la acesta indicatorii de sintetizare a semnelor LED. Când utilizați LCD, puteți utiliza K572PV5. Când butonul SB1 este apăsat, ADC primește tensiune de la ieșirea amplificatorului operațional DA1.1, oferind un mod de măsurare a temperaturii. Când apăsați butonul SB1, se măsoară tensiunea pe rezistorul variabil R12, corespunzătoare temperaturii pragului de control setat.
Detalii. Dispozitivul folosește rezistențe constante de tip MLT, reglate SP5-2 (R9, R15), variabile SPZ-45 (R12), condensatoare K73-17 (C11-C13), KT1 (C10), K53-1 (C4). -C7) tip . Optocuplerul AOUYU3V poate fi înlocuit cu AOU115V. Indicatoarele HG1-HG4 tip SA08-11HWA pot fi înlocuite cu KLT-uri domestice402.
Setarea constă în setarea rezistenței R3 la citirile corecte ale termometrului la temperatura minimă și a rezistenței R4 la maxim. Pentru a elimina influența reciprocă a rezistențelor rezistoare, această ajustare trebuie repetată de mai multe ori. Un dispozitiv asamblat corect nu necesită ajustări suplimentare; trebuie doar să setați valoarea Dt necesară cu rezistorul R9 și cu rezistorul R15 limita de exces de temperatură permisă înainte de a porni alarma.
O diodă semiconductoare poate fi utilizată ca senzor de temperatură. Principalele avantaje ale acestuia din urmă sunt costul scăzut și inerția mult mai mică în comparație cu un senzor integrat; precizia măsurării ajunge la 0,2°C în intervalul de temperatură de la -50 la +125°C. Partea de joasă tensiune a dispozitivului este alimentată de la un stabilizator bipolar cu o tensiune de ±5 V, asamblat pe elementele DA2-DA3, C4-C9. Pentru a controla optocuplerul U1, se folosește o tensiune de +12 V. Este interzisă pornirea dispozitivului fără împământare. Dispozitivul are imunitate ridicată la zgomot, permițând o lungime semnificativă a liniei care îl conectează la senzor. Cu toate acestea, pentru a asigura funcționarea fiabilă a dispozitivului, acesta nu trebuie așezat lângă firele de alimentare care transportă curenți de înaltă frecvență și impulsuri.
Literatură:
1. Anufriev L. Multimetru la BIS // Radio.- 1986. Nr 4. - P. 34-38.
2. Suetina. V. Termometru digital de uz casnic // Radio.- 1991. Nr. 10. P.28-31.
3. Gutnikov V.S. Electronică integrată în dispozitivele de măsură. - Ed. a II-a. refăcut si suplimentare - L.: Energoato-mizdat, 1988.
Cumva, un telefon Nokia 3310 mi-a atras atenția - nepotul meu alerga jucându-se cu el, firește că nu mai funcționa de mult. Și apoi mi-am amintit că undeva am văzut diagrame pentru un afișaj de la el. L-am cautat pe google si am venit cu mai multe link-uri catre aparate, mi-a placut termometrul, dupa ce am scotocit prin cutii am gasit un senzor de temperatura DS18B20, asa ca m-am hotarat sa il asamblez dupa aceasta schema, mai ales ca contine un minim de piese. Afișajul LCD acceptă două moduri de funcționare: normal (pe fundal deschis) și opus (pe fundal întunecat). Puteți schimba modurile folosind jumperul JP1. Mai jos ne uităm la circuitul termometrului însuși pe microcontrolerul PIC12F629:Parametrii tehnici ai dispozitivului:
* Tensiune ..................... 3 - 3,3 V
* Min. temperatură pas............. 0,1 "C
* Precizie......+/- 0,5 "C Temp.
* Actualizat la fiecare.... 1,2 sec.
* Amperaj ............. 0,2 mA - 0,8 mA
* Interval de temperatură... -55 până la 125°C
Sa incepem asamblarea, mai intai am scos cu grija display-ul, nu am aruncat sticla, am decis sa-l adaptez si eu.
Am gravat tabla, in arhiva este un desen pentru tehnologia LUT. L-am fulgerat și doar l-am lipit. poate fi descărcat aici. La început am conectat senzorul printr-un conector, dar uneori se stingea, așa că doar l-am lipit.
Cel mai dificil lucru a fost să lipim cablajul de afișaj, a durat aproximativ 2 ore, mai întâi am folosit un cablu de computer cu 40 de pini - a fost foarte dificil și incomod, așa că l-am abandonat și am luat un cablu de 80 de pini, l-am desfăcut , și totul a funcționat cu succes în 5 minute. Am pus curentul și... termometrul a început să funcționeze.
După o mică manipulare cu un burghiu și pilă, am primit această fereastră.
Rămâne doar să fixați acolo sticla originală, nici măcar sticlă, ci plastic, dar cu proprietatea de mărire. Apoi, facem sudare în puncte cu un pistol de silicon - principalul lucru aici este să nu supraîncălzim afișajul. Deoarece nu era baterie de 3,6 volți, am instalat trei baterii slabe deocamdată, dau și 3,3 volți. Voi instala o baterie în timp.
Și aici este întregul termometru asamblat pe microcontroler:
Funcționează fără probleme și măsoară temperatura cu o precizie mai rea decât omologii săi industriali. Prin urmare, această schemă poate fi recomandată în siguranță pentru repetare. Autorul articolului: Ear.
Dar îl puteți asambla singur la jumătate din preț.
Dacă cineva este interesat, bine ați venit la cat.
Să începem în ordine.
Termocuplu... ca un termocuplu. Contor exact, tip K, 0-800C
Poate fi încorporat în corp; există o parte filetată care se rotește liber. Diametru 5,8 mm, pas - 0,9 ~ 1,0 mm, arată ca M6 x 1,0 mm. La cheie pentru 10 
Toate acestea sunt bune, ce să faci în continuare? Este necesar să convertiți semnalul (termoputere) într-un semnal digital sau analogic pentru a-l citi cu Arduino. Acest lucru ne va ajuta. Acesta este un convertor de semnal termocuplu de tip K la digital, are o interfață, care ni se potrivește.
Aici vine eroul nostru - (4,20 USD) 
Costă 4,10 USD, dar acel lot nu mai este disponibil (același vânzător).
Ne vom conecta la un Arduino, poți lua unul simplu (5,25$, îl găsești mai ieftin, aici îl vezi exact pe acesta) 
Vom scrie datele pe cardul de memorie (și în același timp le vom trimite la port) folosind 1,25 USD. 
Apropo, interfața este și SPI. Dar nu toate cardurile o acceptă. Dacă nu pornește, încercați mai întâi altul.
În teorie, toate liniile de dispozitive SPI (MOSI sau SI, MISO sau SO, SCLK sau SCK), cu excepția CS (CS sau SS - alegerea cipului), pot fi conectate la unul dintre pini ai Arduino, dar apoi MAX6675 nu lucrează în mod adecvat. De aceea am separat totul în pini diferiți.
Schița sa bazat pe un exemplu de lucru cu carduri de memorie cu .
Bibliotecă și schiță pentru MAX6675. Schema de conectare MAX6675: 
#include
#include
Unități int = 1; // Unități pentru a citi temperatura (0 = F, 1 = C)
eroare float = 0,0; // Eroare de compensare a temperaturii
float temp_out = 0,0; // Ieșire variabilă de temperatură
MAX6675 temp0(9,8,7,unități,eroare);
Void setup()
{
Serial.begin(9600);
Serial.print(„Se inițializează cardul SD...”);
PinMode(10, OUTPUT);
dacă (!SD.begin(10)) (
Serial.println("inițializarea a eșuat!");
întoarcere;
}
Serial.println("inițializare finalizată.");
// Verificați dacă fișierul data.csv există pe hartă; dacă există, ștergeți-l.
if(SD.exists("temp.csv")) (
SD.remove("temp.csv");
}
// deschide fișierul. rețineți că un singur fișier poate fi deschis la un moment dat,
//deci trebuie să îl închideți pe acesta pentru a deschide altul.
myFile = SD.open("temp.csv", FILE_WRITE); // deschis pentru scris
dacă (fișierul meu) (
Serial.print("Se scrie în temp.csv...");
// inchide fisierul:
myFile.close();
Serial.println(„terminat.”);
}
altceva(
}
}
buclă goală ()
{
Temp_out = temp0.read_temp(5); // Citiți temperatura de 5 ori și returnați valoarea medie la var
Timp = timp + 1; // Mărește timpul cu 1
MyFile = SD.open("temp.csv", FILE_WRITE);
// dacă fișierul s-a deschis normal, scrieți-l:
dacă (fișierul meu) (
// înregistrează ora
myFile.print(time);
Serial.print(timp);
// adăugați un punct și virgulă
myFile.print(";");
Serial.print(";");
// scrieți temperatura și avansul de linie
myFile.println(temp_out);
Serial.println(temp_out);
// inchide fisierul:
myFile.close();
}
altceva(
// și dacă nu se deschide, imprimați un mesaj de eroare:
Serial.println("eroare de deschidere temp.csv");
}
întârziere (1000); // Asteapta o secunda
}
Descarca:
