Kady wspczesny elektronikpraktykw swej karierze wykonuje co najmniej jedentermometr elektroniczny. Dla wielu posiadanie w mieszkaniu wasnej roboty termometrucyfrowego to wrcz punkt honoru.

Opisany w artykule precyzyjny termometrdwukanaowy, o rozdzielczoci 0,1oC zaprojektowano z myl o tych wszystkich, ktrzychc wykona elegancki termometr domowy,pokazujcy temperatur w mieszkaniu i na zewntrz. W prostej wersji termometr ma jedenwywietlacz, a przecznik pozwala wybraczujnik, ktrego temperatura pokazywana jestna wywietlaczu. Niewielkie wymiary, prostota i niewygrowana cena spowoduj, e niektrzy bd chcieli zastosowa w jednej obudowie dwa takie ukady, by jednoczenie, nadwch wywietlaczach obserwowa temperatur w mieszkaniu i na zewntrz. Ukad moeby wykorzystany nie tylko jako termometrdomowy, poniewa zakres mierzonych temperatur to 40C...+100C (okresowo do +125C).

W ukadzie celowo zastosowano wywietlacze LED, ktre zdaniem wielu osb sznacznie atrakcyjniejsze od szarych wywietlaczy LCD. Ze wzgldu na znaczny pobrprdu przez wywietlacze LED ukad jest zasilany z typowego zasilacza o napiciu5V i prdzie 150...200mA.

Bardzo wan zalet ukadu jest wyjtkowo prosta procedura kalibracji. W wersji podstawowej polega ona na ustawieniu dwchnapi za pomoc jakiegokolwiek miernikacyfrowego. Mona te w prosty sposb skalibrowa przyrzd na podstawie wskaza jakiegokolwiek godnego zaufania termometru (np.laboratoryjnego). A kto chce uzyska jeszczewiksz dokadno, moe przeprowadzi dodatkow nieskomplikowan kalibracj z wykorzystaniem topniejcego lodu (niegu).

Dla cisoci naley wspomnie, e chorozdzielczo wskaza termometrw cyfro

wych wynosi 0,1C, prawie nigdy nie udajesi uzyska dokadnoci 0,1C w caym zakresie spodziewanych temperatur otoczenia.Skada si na to wiele czynnikw. Za znakomit naley uzna dokadno 0,3C. Zabardzo dobr 0,5C. Opisywany przyrzd,dziki zastosowaniu zewntrznego rda napicia odniesienia oraz precyzyjnych rezystorw, umoliwia uzyskanie takiej dokadnoci w zakresie mierzonych temperatur 30...+30C. W caym zakresie mierzonychtemperatur 40...+100C dokadno nie powinna by gorsza ni 1C.

Opis ukaduSchemat ideowy urzdzenia pokazany jest

na rysunku 1. Popularny ukad scalonyICL7107 (U1) zasilany jest nietypowo pojedynczym napiciem +5V. Ukad moe pracowa w takich warunkach (nki 21, 26 zwartedo masy), jednak musi by zastosowane zewntrzne rdo napicia odniesienia i spenione musz by podane przez producenta warunki na zakres wsplnych napi wejciowych.

Zewntrzne rdo napicia odniesieniaw precyzyjnym termometrze i tak jest potrzebne ze wzgldu na zmiany temperaturowe wewntrznego wzorca w zalenoci odpoboru prdu przez ukad U1 (w praktyce odiloci zawieconych segmentw).

W ukadzie zastosowano czujniki temperatury w postaci ukadw scalonych LM335,oznaczone na schemacie U4, U5. UkadLM335 jest czujnikiem dziaajcym bardzopodobnie, jak znany Czytelnikom EdW LM35 napicie na nim jest proporcjonalne do temperatury, a czuo te wynosi 10mV na stopie.Napicie proporcjonalne jest do temperaturybezwzgldnej (wyraonej w kelwinach), czyliw temperaturze 0C napicie wynosi 2,73V,a przy +100C napicie wynosi 3,73V. UkadLM335 ma dodatkow kocwk korekcyjn,

ktra za pomoc potencjometru 10k pozwalaprecyzyjnie skalibrowa czujnik.

W ukadzie celowo nie zastosowano znacznie droszych kostek LM35, ktre tylko teoretycznie nie wymagaj kalibracji. W rzeczywistoci bd najtaszej wersji LM35D moewynosi 2C, czyli w skrajnym przypadkudwa czujniki umieszczone w tej samej temperaturze mog dawa wskazania rnice si ao 4C. Obecnie praktycznie nie ma na rynkuczujnikw temperatury, ktre bez kalibracjidawayby precyzyjne wskazania temperaturyz dokadnoci przynajmniej 0,5C.

Starsze rozwizania termometrw elektronicznych z diod w roli czujnika wymagayregulacji dwupunktowej, zazwyczaj przeprowadzanej w temperaturach 0C i +100C. Wykorzystanie scalonych czujnikw LM335 doprecyzyjnych pomiarw te wymaga kalibracji, jednak cakowicie wystarczy kalibracjajednopunktowa. Najatwiej przeprowadzi jw temperaturze 0C, uywajc mieszaninywody z lodem. Temperatura mieszaniny napewno ma temperatur 0C z dokadnocilepsz ni 0,1C. Kalibracja we wrzcej wodzie dla temperatury +100C jest zdecydowanie mniej precyzyjna, poniewa, jak wiadomo, temperatura wrzenia wody znaczco zaley od cinienia (atmosferycznego).

W ukadzie termometru przewidzianodwa potencjometry PR1, PR2 typu helitrim,ktre mog suy do wyrwnania parametrw obu czujnikw. Gdyby si okazao, ezastosowane ukady LM335 daj wskazaniarnice si mniej ni o 0,5C, nie trzeba stosowa tych potencjometrw.

Napicie jednego z czujnikw U4, U5 jestpodawane przez przecznik S1 na wejcieINHI ukadu ICL7107. Wejcie INLO orazREFHI poczone s do napicia odniesienia,wytwarzanego przez rdo napicia wzorcowego LM385 1,2V (U3) oraz wzmacniacz

15

Projekty AVT

E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch

PPPPrrrreeeeccccyyyyzzzzyyyyjjjjnnnnyyyytttteeeerrrrmmmmoooommmmeeeettttrrrrddddwwwwuuuukkkkaaaannnnaaaaoooowwwwyyyy

2222 4444 1111 0000

U2A. Aby wskazania miernika w temperaturze 0C byy rwne zeru, napicie na wyjciuU2A musi by rwne 2,73V, bo takie napiciedaje czujnik LM335 w temperaturze 0oC,czyli 273,15K. Do regulacji tego napicia suy potencjometr PR4. Aby z kolei wskazaniawywietlacza w temperaturze +100oC wynosiy 100,0, rnica napi midzy REFLOa REFHI powinna wynosi 1,0000V (bowspczynnik przetwarzania ukadu LM335wynosi 10mV/oC). Napicie to jest ustawianeza pomoc potencjometru PR3.

Kostka ICL7107 pracuje z typowymi elementami zewntrznymi. W obwodach anodwywietlaczy wczono diody D1...D3, ktrezmniejszaj moc strat ukadu scalonego. Wedug katalogu, prd segmentu wskanikaLED powinien wynosi okoo 8mA. W opisywanym ukadzie przy zasilaniu pojedynczym napiciem 5V prd jest troch mniejszy. W ukadzie modelowym z trzema diodami D1...D3 prd segmentu wynosi 4,1mA.Niektre wskaniki daj przy takim prdziezbyt mao wiata. W takim przypadku diodyD1...D3 naley zewrze, co zwikszy prd.

Rezystor R9 wyznacza jasno punktudziesitnego po trzeciej cyfrze. Gdyby okazao si, e jasno tego punktu raco odbiega od jasnoci cyfr, warto R9 mona miao zmieni (100...1k).

Poniewa ukad ma by precyzyjny, konieczne jest zastosowanie (cermetowych) helitrimw oraz stabilnych rezystorw metalizowanych R7, R8. Pozostae elementy mogmie tolerancj 5...10%.

Monta i uruchomienieTermometr mona zmontowa na maej

dwustronnej pytce drukowanej, pokazanejna rysunku 2. Monta wymaga starannoci,i gwnie ze wzgldu na monta stopie trudnoci projektu wyceniono na dwie gwiazdki.Pomoc w montau bd fotografie modelu.

Uwaga! W pierwszej fazie nie naleymontowa potencjometrw PR1, PR2! Jakzaznaczono na schemacie ideowym, najpierwnaley wlutowa podstawk pod U1 od stronylutowania, a potem podstawk pod wywietlacze od strony elementw. Obie s typowymipodstawkami 40nkowymi.

Do punktw A1, A, A2 oraz B1, B, B2 naley doczy ukady LM335. Przewd do czujkizewntrznej powinien by znacznie duszy.Uwaga! Nie naley umieszcza adnegoczujnika wewntrz obudowy termometru, poniewa wydzielajce si tamciepo podniesie temperatur o conajmniej kilka stopni.

Ukad wyprowadze i sposbpodczenia dwuyowego przewoduw ekranie pokazany jest na rysunku 3. Bardzo wan spraw jest zabezpieczenie przed

wilgoci czujnikw, a waciwie przewodwprowadzcych do czujnikw. W ukadzie modelowym czujniki przylutowano do kocwekprzewodu i zalano zalew silikonow wewntrzmosinych rurek. Zamiast silikonu mona wykorzysta ywic epoksydow (klej dwuskadnikowy), a w ostatecznoci nawet stearyn zewieczki lub podobn substancj o waciwociach izolacyjnych.

Skuteczne zabezpieczenie przed wilgociczujnika umieszczonego na zewntrz maogromne znaczenie. Pocztkujcy elektronicy nie doceniaj wagi problemu. Tymczasemdue zmiany temperatury w zakresie co najmniej 20...+30C, tworzenie si lodu, wciskajca si wszdzie wilgo oraz korodujcezanieczyszczenia zawarte w deszczu po pewnym czasie osabi izolacj. Kada niestaran

no w wykonaniu czujnika spowoduje powstanie nieszczel

noci, co z czasem zaowocuje bdnymi

wskazaniami.Co gorsze,

te b

16

Projekty AVT

Rys. 1

E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch

dy mog wystpowa okresowo, na przykadtylko przy wyjtkowo duej wilgotnoci,a wtedy uytkownik nie bdzie wiedzia, ewskazania s bdne. Dlatego czujnikomtrzeba powici szczegln uwag.

Po zmontowaniu elementw biernych,podstawek i drobnych elementw aktywnych, naley starannie skontrolowa poprawno montau, a na koniec woy w podstawki wywietlacze oraz ukad U2. Niewkada ukadu U1 (ICL7107)!

KalibracjaPo zasileniu moduu napiciem 5V naley

dokona kalibracji (bez ukadu U1).Uywajc jakiegokolwiek woltomierza cy

frowego trzeba ustawi za pomoc PR4 midzy mas a punktem X napicie rwne2,7315V, a nastpnie za pomoc PR3 midzypunktami X, Y (nki 35, 36 U1) napicierwne 1,000V. Dla uatwienia na pytce drukowanej dodano punkty X, Y oraz odpowiednie napisy. Napicia te mona z atwociustawi, dotykajc kocwkami pomiarowymi do odpowiednich kontaktw (pustejw tym czasie) podstawki pod U1.

Po ustawieniu napi naley wyczy zasilanie i woy do podstawki ukad U1. Taka kolejno jeszcze bardziej zabezpieczyprzed uszkodzeniem delikatny ukad scalonyICL7107. W zasadzie ustawienie napimona rwnie przeprowadzi przy woonym ukadzie U1. Jednak podczas kalibracjimodelu z niewiadomych przyczyn uleguszkodzeniu wanie ukad U1 std powysze zalecenia. Po woeniu U1 na wywietlaczu pokazana bdzie aktualna temperatura.

Kalibracja uproszczona. W wersji podstawowej potencjometry PR1, PR2 nie bdmontowane. Jeli nie jest wymagana wysoka

precyzja, wystarczy ustawienie napi2,73V oraz 1,000V, jak podano wyej. W modelu, bez potencjometrw PR1, PR2, rnicawskaza obu czujnikw w tej samej temperaturze 20C wynosia tylko 0,2C. Zrezygnowano wic z potencjometrw PR1, PR2.

Kalibracja precyzyjna. Dla uzyskaniawysokiej precyzji wskaza zaleca si przeprowadzenie kalibracji w znanej temperaturze.Dalej opisano cztery sposoby przeprowadzenia takiej regulacji. Najprociej wykona jw temperaturze 0C, przy wykorzystaniu mieszaniny wody z lodem (lub topniejcego niegu). Oba czujniki naley woy do dugiej foliowej torebki i woy do naczynia z topniejcym lodem. Po kilku minutach wskazania na

wywietlaczu powinnysi ustali.

1. POSIADACZE PRECYZYJNYCH MULTIMETRW

4,5CYFROWYCH wlutujwczeniej PR1, PR2i ustawi w punktach A1,B1 napicia rwne2,7315V, odpowiadajcetemperaturze zera Celsjusza. Nastpnie ustawiz pomoc PR4 wskazaniewywietlacza rwne 00,0,a na koniec napicie mi

dzy punktami X, Y rwne 1,0000V. Taka procedura zapewni wysok dokadno kalibracji, a bd w caym zakresie spodziewanych temperatur otoczenia powinienby mniejszy ni 0,3oC. (Dla cisoci naleaoby doda, e jeli woltomierz ma rezystancj wewntrzn rwn 10M, a rezystancja midzy wspomnianymi punktami wynosi 2k (R7 + cz PR3), to po

odczeniu woltomierza napicie nieco wzronie. Dlatego w zasadzie naleaoby ustawianapicie na woltomierzu rwne 0,9998V. Niema to jednak sensu, bo nawet woltomierze 4,5cyfrowe maj dokadno nie lepsz ni0,05%.)

2. KTO NIE MA WOLTOMIERZA 4,5CYFROWEGO, A TYLKO ZWYKY 3,5CYFROWY, rwniemoe precyzyjnie wyregulowa ukad wykorzystujc PR1, PR2. Poniewa dokadno popularnego, taniego multimetru zazwyczaj wynosi 0,5%, nie ma sensu prba precyzyjnegoustawiania napicia 2,7315V w punktach A1,B1. Po woeniu zabezpieczonych czujnikwdo topniejcego lodu i ustaleniu wskaza, naley za pomoc PR4 z grubsza doprowadzido wskazania zera na wywietlaczu. Zapewnewystpi rnica wskaza obu czujnikw.

Dopiero wtedy naley wlutowa potencjometr PR1 i za jego pomoc zredukowa rnic wskaza do poowy. Nastpnie wczyz pomoc S1 czujnik U4, ktry wsppracujez PR1, i za pomoc PR4 ustawi na wywietlaczu wskazanie 00,0. Potem naley wlutowapotencjometr PR2 i po przeczeniu S1 ustawiwskazanie drugiego czujnika take rwne 00,0.

Na koniec za pomoc PR3 ustawi napiciemidzy punktami X, Y rwne 1,000V. Rwniew tym wypadku dokadno w zakresie temperatur wystpujcych w naszej strefie klimatycznej bdzie znakomita, nie gorsza ni 0,5oC.

3. KALIBRACJA NA PODSTAWIE TERMOMETRU WZORCOWEGO. Zamiast wzorca w postaci topniejcego lodu mona wykorzysta jakikolwiek dobry termometr. W takim wypadku naley si jednak liczy z faktem, e tentermometr rwnie obarczony jest jakimbdem wskaza. Wczeniej trzeba ustawiza pomoc PR3 napicie 1,000V midzypunktami X, Y. Procedura kalibracji wygldanastpujco. Oba czujniki i termometr wzorcowy naley umieci razem, by miay jednakow temperatur. Jeli na przykad termometr wzorcowy wskae 21,2C, naley za pomoc PR4 naley ustawi wskazanie na wywietlaczu rwne 21,2. Wskazania na wywietlaczu z obu czujnikw powinny byjednakowe. Jeli wystpuje istotna rnica,naley j usun wlutowujc jeden z potencjometrw PR1, PR2. Take w tym wypadkuuzyskana dokadno bdzie dobra, ale nielepsza ni termometru wzorcowego.

4. POSIADACZE PRECYZYJNEGO MULTIMETRU 4,5CYFROWEGO I DOKADNEGO TERMO

17

Projekty AVT

Wykaz elementwKondensatoryCC11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF cceerraammiicczznnyyCC22,,CC33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFFCC44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4477nnFFCC55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200nnFFCC66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..112200ppFFCC77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..222200FF//2255VVRezystoryRR11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44,,77kkRR22,,RR33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22,,22kkRR44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11MMRR55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700kkRR66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000kkRR77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,,4477kk 11%% ((11,,3333kk......11,,5544kk 11%%))RR88 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11,,9966kk 11%% ((11,,8877kk......22,,0055kk 11%%))RR99 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..447700 ((333300......11kk))PPRR11,,PPRR22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100kk hheelliittrriimmPPRR33,,PPRR44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk hheelliittrriimmPprzewodnikiDD11DD33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11NN44000011DDLL11,,DDLL22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. wwyywwiieettllaacczz ppooddwwjjnnyyUU11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..IICCLL77110077UU22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLMM335588UU33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLMM338855UU44,,UU55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLMM333355PozostaeSS11 .. .. .. .. .. ..pprrzzeecczznniikk ddwwuuppoozzyyccyyjjnnyy jjeeddnnoooobbwwooddoowwyyOObbuuddoowwaa KKMM4422ppooddssttaawwkkaa 4400ppiinn ppoodd wwyywwiieettllaacczzppooddssttaawwkkii ppoodd uukkaaddyy ssccaalloonneepprrzzeewwdd ddwwuuyyoowwyy eekkrraannoowwaannyy dduuggoo 22mm

UUwwaaggaa!! ZZaassiillaacczz 55VV 220000mmAA nniiee wwcchhooddzzii ww sskkaadd zzeessttaawwuu AAVVTT22441100 ii nnaalleeyy ggoo zzaammwwii ooddddzziieellnniiee..

Komplet podzespow z pytk jest dostpny w sieci handlowej AVT jako

kit szkolny AVT2410

Rys. 2

Rys. 3 Sposb podczenia dwuyowego przewodu w ekranie

E l ek t r on i ka d l a Wszys t k i ch

METRU mog skalibrowa ukad dokadniej.Wlutuj PR1 i PR2. Odczytaj z termometruwzorcowego temperatur Tc i wyra jw kelwinach (dodajc do temperaturyw stopniach Celsjusza 273,15). Jeli na przykad termometr wzorcowy wskae 21,2C,temperatura bezwzgldna wynosi

21,2 + 273,15 = 294,35KPoniewa wspczynnik przetwarzania

wynosi 10mV/K, za pomoc potencjometrwPR1, PR2 w punktach A1, B1 ustawi napicia jak najbardziej zblione do wartoci2,9435V. Nastpnie za pomoc PR4 uzyskajwskazanie na wywietlaczu 21,2. Nastpnieza pomoc PR3 ustawi napicie rwne1,0000V miedzy punktami X, Y. Jeli po takiej regulacji wskazanie wywietlacza sizmieni, skoryguj nieco pooenie PR4, bypowrci do wskazania 21,2.

Po dokonaniu kalibracji dobrze byoby zabezpieczy pytk dobrym lakierem izolacyjnym. Cho nie jest to konieczne, taki zabiegznacznie zwikszy odporno na wilgo. Moe to mie znaczenie, gdy termometr zainstalowany bdzie w kuchni, gdzie podczas gotowania posikw wilgotno bardzo wzrasta.

LM335Uyty czujnik LM335 jest ukadem scalo

nym zawierajcym 15 tranzystorw. Zachowuje si jak dioda Zenera o napiciu wprostproporcjonalnym do temperatury bezwzgldnej, wyraonej w kelwinach. Ze wzgldu nabardzo ma oporno dynamiczn (