Схема датчика температуры

Виды датчиков температуры и принцип их работы

Датчики измерения температуры используются для контроля веществ в твердом, жидком или газообразном состоянии. В зависимости от целей применения, схема строения прибора будет видоизменяться. Но чтобы выбрать подходящий инструмент необходимо обращать внимание на одни и те же нюансы.

Виды, конструкция и принципы действия

Термопара

Датчик включает в себя две проволоки из разных металлов, спаянных между собой. Для отношения концов друг с другом в зоне постоянной температуры, в конструкцию добавляют удлиняющие провода из двух металлов. Когда на концы проводов действуют разные температуры (например, при помещении датчика в горячую воду), то в цепи появляется электрический ток. Сила возникшего тока (от 40 до 60 мкВ) зависит от используемого материала термопары, который влияет на термоэлектрическую силу прибора.

В практике можно встретить железоникелевые, хромоалюминиевые, медно-константановые и так далее. В дешевых моделях используются неблагородные металлы (аналогичных термоэлектродам) для удлиняющих проводов, а в дорогих – благородные металлы, которые способы развивать аналогичную термо-ЭДС, что и электроды (необходимо для уменьшения стоимости высококлассным приборов).

Термопара относится к датчикам с высокой точностью. Проблемой устройства является сложность получения замеренного значения. Термопара действует по принципу относительности отличия температур между разъемами. Горячий спай помещается в замеряемое вещество, а холодный остается находиться в окружающей среде.

При необходимости использования термопары работа проводится следующим образом. Температуру холодного спая необходимо компенсировать, для чего вторую термопару помещают в среду с известным показателем.

Если используется программный способ компенсации, второй датчик помещается в изометрическую камеру, где находятся холодные спаи, что позволяет контролировать температуру с высокой точностью. Самое сложное в работе с одноконтактной термопарой – снять показатели.

В ГОСТе прописаны коэффициенты, необходимые для перевода ЭДС в показатель температуры и наоборот. Подсчет также может вестись при помощи контроллера.

Но получаемый от термопары показатель ЭДС измеряется в единицах и сотнях микровольт. Поэтому использование аналоговых преобразователей не будет успешным. Для сборки специальной конструкции, цель которой – получение точных результатов, потребуются малошумящие аналоговые преобразователи.

На практике для устранения имеющихся погрешностей используют автоматическое введение поправки на температуру свободных концов. Под этим подразумевают введение моста с плечами в виде медного и манганинового терморезисторов.

Терморезисторы

Терморезисторы делятся по типу зависимости сопротивления от температуры. Они могут быть отрицательными (NTC) или положительными (PTC).

Измерения легче проводить при помощи терморезисторов. Принцип работы построен на сопротивлении материалов внешней температуре. Высокая точность присуща для приборов, изготовленных из платины. На работу терморезисторов влияют две характеристики.

Первая – базовое сопротивление, второе – температура, при которой оно определяется. ГОСТ устанавливает, что определение должно проходить при 0 градусов по Цельсию. В нормативном документе указывается, что рекомендуется использовать несколько номиналов сопротивлений, определяемых в Омах, а также температуры, что позволит сопоставить результаты при 0°С и другом показателе. Для этого используется следующая формула:

Температурный коэффициент будет изменяться в зависимости от используемого материала для термометров, что отражено в ГОСТе. В нормативном документе также указываются коэффициенты полинома, необходимые для расчета в зависимости от текущего сопротивления.

Термометры сопротивления обладают одним минусом – низкий температурный коэффициент сопротивления. Несмотря на этот нюанс, использование терморезисторов проще по сравнению с принципом работы термопары.

Способы измерения будут зависеть от комплектации модели. Базовые терморезисторы необходимо включать в цепь с источником тока и контролируемого дифференциального напряжения. Чтобы корректно определить доли единицы процента получаемых от температурного коэффициента проводников, лучше использовать аналого-цифровые преобразователи.

Если в датчик уже встроен аналоговый выход, соответствующий питаемому напряжению, то для оцифровывания можно напрямую подключать терморезистор к преобразователю

Комбинированные

Комбинированные датчики включают в себя несколько полупроводников, объединенных в единое устройство. Датчики могут иметь встроенный цифровой интерфейс, а не только интегральные схемы с выходом. Часто используется комбинированный датчик благодаря возможности подключения параллельных устройств. Погрешность при расчете температуры равна 2 °С, а при определении влажности – 5%. Проблема в таком датчике одна – оптимизация интерфейса.

Цифровые

В цифровых датчиках устанавливается трехвыводная микросхема. Показатели считываются с нескольких параллельно работающих датчиков, что позволяет получить показания с точностью 0,5 °С. Работа электронного термометра возможна от -55 до +125 °С. Единственным минусом устройства является скорость получения результатов – 750 секунд для получения максимально точного показателя. Определение точности прибора осуществляется при помощи соответствующих регулировок, которые необходимы для уменьшения количества затрачиваемого времени на получение результата. Опрос датчика не имеет смысла, так как корпус является инерционным.

Бесконтактные

Работа датчика основана на нагревании тонкой пленки, что осуществляется благодаря воздействию инфракрасных лучей. Встретить подобную технологию можно в пирометрических устройствах. В отличии от контактного, получить данные можно на расстоянии.

Кварцевые преобразователи температуры

Если диапазон изменяемых температур превышает стандартные значения и достигает отметки от -80 до +250°С, то используются кварцевые преобразователи. Такие устройства работают на принципе взаимодействия кварца и температуры, отражаемого частотной зависимостью. Преобразователь имеет несколько функций, которые меняются в зависимости от расположения среза по осям кристалла.

Кварцевые датчики отличаются высокой точностью, стабильностью и разрешением. Являются более перспективными способами измерения температуры. Часто можно встретить в цифровых термометрах.

Шумовые

Шумовой датчик служит для получения показателей по принципу разности потенциалов на резисторе, которые меняются в зависимости от температуры. На практике подобный способ измерения имеет условие – одна из температур должна быть известна, а вторая — измеряемая. Два полученных шума от различных температур сравнивают и находят искомое значение.

Работа датчика возможна от -270 до +1100 °С. Из преимуществ отмечается возможность измерения температур в термодинамике. Но минусом является сложность реализации такого способа измерения напряжения шумом из-за наличия различий с шумом усилителя.

Ядерного квадрупольного резонанса

Принцип работы биметаллического термометра основывается на действии градиента поля тока решетки кристалла и момента ядра, вызванного отклонением заряда от симметрии сферы. При помощи такого процесса создается процессия ядер. Частота напрямую зависит от градиента поля решетки. В зависимости от вещества, величина показателя может подниматься до нескольких тысяч МГц. Чем выше температура, тем меньше частота ЯКР.

ЯКР образует ампулу с веществом, которая помещается в обмотку индуктивности для дальнейшего соединения с контуром генератора. Если частота генератора и частота ЯКР совпадают, то исходящая от генератора энергия поглощается. При измерении вещества с температурой -263°С погрешность составляет 0,02 градуса, а при температуре 27°С, погрешность равна 0,002 градуса. Из преимуществ датчика выделяют неизменную стабильность. Минусом является значительная нелинейность преобразующей функции.

Объемные преобразователи

Принцип работы иного рода биметаллического термометра построен на свойстве веществ расширяться и сжиматься в зависимости от действующей температуры. Диапазон действия преобразователя определяется в зависимости от стабильности материала. Датчик может использоваться при температурах от -60 до +400°С. Погрешность составит от 1 до 5%.

При определении температуры датчиками на жидкости погрешность падает до 1-3% в зависимости от температурной среды. Температура закипания и замерзания жидкости также будет влиять на интервал работы датчика.

Если датчик измеряет преобразователи на газе, то граница измерения зависит от точки перехода газа в жидкое состояние и стойкостью баллона в воздействующей температуре.

Канальный

Все цифровые термометры относятся к канальным, так как для передачи сигналов они используют каналы. В зависимости от количества таких “магистралей” определяется канальность устройства. Так термометр Testo 925 относится к 1-канальным, в основе работы лежит термопара, как и у термометра Testo 735-2 – 3-канального. А Testo 810 – 2-канальный прибор с инфракрасным термометром.

Параметры выбора

Чтобы осуществить корректный выбор подходящего термометра, необходимо определить несколько условий, которые должны соответствовать для комфортной работы прибором.

Диапазон рабочей температуры

Необходимо знать, в каких температурах будет задействован термометр. Также нужно определить, какая погрешность будет приемлемой при получении результатов. Если диапазон температур небольшой, то подойдут термисторы. В самых суровых условиях работоспособны преимущественно шумовые приборы.

Условия проведения замеров

Возможно ли поместить термометр в среду или материал, который нужно заменить. Если нет, то получить данные можно при помощи радиационных термометров, которые замеряют температуру сквозь препятствия.

Время работы до калибровки или замены

Установить условия работы датчика. Окружающая обстановка может быть стандартной, с высокой влажность, окислительной, пожароопасной и так далее.

Величина сигнала выхода

Сигнал выхода должен соответствовать возможностям электроизмерительных приборов для дальнейшей обработки получаемых данных. Зависит это от полученных показателей температуры, преобразуемых в энергию.

Другие технические данные

Также при определении подходящего типа датчика температуры необходимо обращать внимание на второстепенные факторы. Эти нюансы позволяют выбрать самый подходящий аппарат для получения необходимых данных.

Погрешность

Для получения самых точных результатов потребуется большое количество времени. Лучший показатель выдает биметаллический термометр, построенный по принципу ЯКР и цифровые. Первые – быстрее, а вторые – точнее.

Разрешение

Этот показатель позволяет получить от датчика более точные приращениям дискретности измерения температуры. Ярким представителем является DS18B20, который может работать в разрешении 9,10,11 и 12 бит. Самый малый режим даст 0.5°C, а максимальный — 0.0625°C.

Напряжение

На величину выходного напряжения будет влиять сопротивление резистора. В зависимости от этого напряжение может быть линейным (изменяться в зависимости от температуры) и нелинейным. Для каждого датчика существуют свои эталонные величины на выводах термометра, который зависит от температуры измеряемого объекта.

Время сработки

Показатель отвечает за скорость получения результатов замера. Как правило, быстрые замеры можно получить, имея крупную погрешность. Для устранения этого недостатка потребуется пренебречь временем сработки и увеличить его до необходимого показателя точности.

Промышленные термодатчики и сенсоры

Кроме стандартных бытовых термодатчиков бывают промышленные, которые используются исключительно на специальных объектах. Их распространение направлено на определенную группу лиц из-за избыточных возможностей, которые требуются только на производстве. Некоторые из них способны работать в различных нетрадиционных средах и суровых условиях. Выбор подходящих типов осуществляется тем же образом, что и для подбора бытовых датчиков.

Читайте также:  Подбор расширительных баков

Применение

Стоит понимать, что каждый из типов датчиков создан для использования в специальных условиях. Практически во всех сферах производства и жизни требуется знать температуру. Так применять термисторы необходимо для получения абсолютных показателей, для сбора показателей в помещениях – шумовые, для получения максимально точных данных – цифровые и так далее.

Мир датчиков температур охватывает все сферы жизни, где требуется измерение показателей. Это может быть помещение, жидкость или предмет с совершенно различными нюансами. В одних помещениях высокая влажность, в другие нельзя попадать. Аналогичные параллели можно проводить с жидкостями и объектами. При выборе подходящего термометра необходимо обращать внимание на нюансы условий измерения.

KOMITART – развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

Осциллографы

Мультиметры

Купить паяльник

Купить Микшер

Купить Караоке

Статистика

Температурный датчик для 12В вентилятора.

Схемы температурных датчиков для 12В вентиляторов.

Температурный датчик для компьютерных вентиляторов

Многие радиолюбители сталкиваются с вопросом, каким образом сделать так, чтобы вентилятор, охлаждающий радиатор, например, блока питания, или зарядного устройства, не “молотил” постоянно, а включался по необходимости, когда действительно установленный на радиатор элемент уже нагрелся до определенной температуры. Поэтому в этой статье мы решили опубликовать несколько схем, решающих эти задачи.

В первом варианте рассмотрим схему, собранную на операционном усилителе К157УД1, в качестве датчика температуры здесь используется кремневый транзистор КТ814 (VT1 по схеме). Принципиальная схема термодатчика на этих элементах изображена ниже.

На микросхеме собран компаратор, на один вход подается сигнал с датчика (VT1), на второй напряжение снимается с делителя, образованного резисторами R4, R5, и R6. Потенциометром R5 выбирается порог срабатывания, то есть при какой температуре сработает датчик и включатся вентиляторы. Микросхема К157УД1 относится к операционным усилителям средней мощности, что дас вам возможность подключения двух компьютерных вентиляторов, ток которых не будет превышать 300 мА. Гистерезис компаратора зависит от резистора R7 в цепи обратной связи, так что неопределенных состояний на выходе быть не должно в тот момент, когда на обоих входах микросхемы будет присутствовать одинаковый потенциал.

При установке платы внутри вашего устройства, имейте ввиду, что при работе датчика на 2 вентилятора, микросхема будет слегка греться, поэтому плату датчика лучше установить поблизости от обдуваемого радиатора. Для соединения VT1 с платой используются гибкие медные провода с изоляцией, а крепление его выполняется в непосредственной близости от установленного на радиатор охлаждаемого элемента.

Похожая схема на такой же микросхеме, только в качестве датчика температуры применен терморезистор 20 кОм. Смотри следующую схему:

Третий вариант термодатчика для 12 вольтовых вентиляторов собран на операционном усилителе UA741. Выход операционника управляет ключом (транзистор Q1 по схеме), в цепи которого стоит реле, управляющее вентилятором. Смотрим схему:

Параллельно обмотке реле можно поставить светодиод (через резистор номиналом 1,8 кОм), он будет выполнять роль индикатора включения вентилятора.

Возможные замены элементов:

Q1 = 2N3053, 2N3904, NTE123A, ECG123A, NTE128, ECG128, ВС109 и другие.
D1 = 1N4001, NTE519, ECG519, NTE116 и другие.
Th1 = Термистор, 22…100 кОм.
Re1 = Реле, 12В

Или вот такое подключение датчика температуры (термистора):

Порог срабатывания регулируется потенциометром на 100 кОм.

Вообще вариантов схем управления вентиляторами с использованием этого операционного усилителя довольно много. Принцип работы в них один и тот же, разница только в конфигурации входных цепей, то есть применяются разные элементы в делителях. Для разнообразия приведем еще один пример:

В этом варианте промежуточное реле отсутствует, и вентилятором управляет непосредственно транзистор.

Ну и последняя схема, которая имеется в нашем архиве. Она реализована на интегральном стабилизаторе TL431. Ее можно заменить отечественным аналогом КР142ЕН19А. В качестве датчика служит терморезистор ММТ-4 номиналом 1,1 кОм.

Устройство, принцип действия, диагностика датчиков температуры

Датчики температуры двигателя. Engine coolant temperature sensor Intake air temperature sensor. Существуют различные типы систем управления двигателем, устройство которых может различаться в значительной мере. Но в любой из систем управления двигателем обязательно применяется датчик температуры охлаждающей жидкости. В большинстве систем применяется датчик температуры воздуха во впускном тракте двигателя.

Внешний вид датчика температуры двигателя – охлаждающей жидкости (слева) и датчика температуры воздуха во впускном тракте (справа)

В зависимости от температуры охлаждающей жидкости, блок управления двигателем корректирует состав топливовоздушной смеси, частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, угол опережения зажигания. Влияние показаний датчика температуры охлаждающей жидкости на работу системы управления двигателем очень велико. Например, если вследствие неисправности рассчитанное блоком управления двигателем значение температуры охлаждающей жидкости двигателя не совпадает с фактической температурой охлаждающей жидкости двигателя на значительную величину, двигатель может заглохнуть / не запускаться. Большинство датчиков температуры воздуха во впускном тракте аналогичны по устройству и принципу действия датчику температуры охлаждающей жидкости. В зависимости от температуры воздуха во впускном тракте, блок управления двигателем несколько корректирует состав топливовоздушной смеси. Влияние показаний датчика температуры воздуха во впускном тракте на работу системы управления двигателем особенно заметно в таких системах, где не применяется датчик расхода воздуха.

Принцип действия датчиков температуры двигателя

В качестве датчиков температуры охлаждающей жидкости и большинства датчиков температуры воздуха во впускном тракте двигателя применяются терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом – с увеличением температуры датчика температуры двигателя его сопротивление уменьшается. Датчик температуры охлаждающей жидкости устанавливается в потоке охлаждающей жидкости двигателя. При низкой температуре охлаждающей жидкости, сопротивление датчика высокое (3,52 kQ при +20 °С); при высокой температуре -сопротивление датчика низкое (240 Q при +90 °С). От блока управления двигателем, через расположенный внутри блока управления двигателем резистор с постоянным электрическим сопротивлением, на датчик температуры двигателя поступает опор. напряжение величиной 5 V. Второй вывод датчика соединён с “массой”.

Схема включения датчика температуры двигателя, в качестве чувствительного элемента которого применяется терморезистор. ECU Блок управления двигателем.

  1. Точка подключения зажима типа “крокодил” осциллографического щупа.
  2. Точка подключения пробника осциллографического щупа для получения осциллограммы выходного напряжения датчика.
  3. Датчик температуры.
  4. Выключатель зажигания.
  5. Аккумуляторная батарея.

Датчик температуры двигателя шунтирует опор. напряжение, вследствие чего, значение напряжения на датчике оказывается меньшим опор. С увеличением температуры охлаждающей жидкости (например, при прогреве двигателя), сопротивление датчика уменьшается и, соответственно, уменьшается напряжение на датчике. По величине этого напряжения блок управления двигателем рассчитывает текущее значение температуры охлаждающей жидкости двигателя.

Характеристика датчика температуры охлаждающей жидкости.

Температура, °ССопротивление, Q ± 2%
-40100 700
-3052 700
-2028 680
-1521 450
-1016 180
-412 300
9 420
+57 280
+105 670
+154 450
+203 520
+252 800
+302 240
+401 460
+451 190
+50970
+60670
+70470
+80330
+90240
+100180
+13070

Типовые неисправности датчика температуры двигателя

Наиболее распространённой неисправностью датчиков температуры двигателя, в качестве чувствительного элемента которых применён терморезистор, является несоответствие его электрического сопротивления температуре его корпуса. Чаще всего, такая неисправность проявляется как резкое увеличение электрического сопротивления датчика в очень узком диапазоне температур корпуса датчика (или в нескольких диапазонах температур), реже встречается обрыв чувствительного элемента датчика. В момент, когда температура корпуса датчика попадает в этот диапазон, сопротивление датчика резко увеличивается, вследствие чего увеличивается и напряжение на датчике. Вследствие этого, рассчитанное блоком управления значение температуры по увеличенному напряжению на датчике оказывается меньшим действительного. Если рассчитанное блоком управления двигателем значение температуры охлаждающей жидкости двигателя окажется меньшим действительного на значительную величину, блок управления может увеличить количество подаваемого топлива настолько, что двигатель заглохнет из-за переобогащения топливовоздушной смеси. Пуск двигателя при этом становится невозможным. В некоторых случаях может понадобиться замена свечей зажигания. Неисправность датчика температуры двигателя в момент её проявления можно выявить при помощи омметра путём сравнения измеренного сопротивления датчика температуры двигателя с табличным значением для данной температуры.

При необходимости проведения проверки датчика температуры, необходимо просмотреть осциллограмму выходного напряжения датчика во всём диапазоне его рабочих температур. При проведении проверки датчика температуры необходимо дать двигателю полностью остыть, после чего записать и просмотреть осциллограмму выходного напряжения датчика во время прогрева двигателя, вплоть до момента включения вентилятора системы охлаждения двигателя (или до момента, когда вследствие неисправности диагностируемого датчика двигатель заглохнет).

Осциллограмма напряжения на исправном датчике температуры охлаждающей жидкости. Прогрев холодного двигателя в режиме работы на холостом ходу. По мере прогрева, напряжение на датчике плавно и без каких либо рывков / провалов снижается.

По мере прогрева датчика, напряжение на исправном датчике должно плавно снижаться.

Осциллограмма напряжения на неисправном датчике температуры охлаждающей жидкости. Двигатель почти прогрелся до рабочей температуры. Отчётливо видны искажения формы осциллограммы.

Напряжение на неисправном датчике температуры охлаждающей жидкости при прогреве двигателя внезапно резко увеличивается. В этот момент, блок управления двигателем резко обогащает топливовоздушную смесь. Но так как в данном случае неисправность датчика проявляется в очень узком диапазоне температур, а следовательно и в течение короткого времени, двигатель не заглох. По мере дальнейшего увеличения температуры охлаждающей жидкости неисправность уже не проявлялась.

В качестве датчиков температуры воздуха во впускном тракте двигателя иногда применяется PN-переход (диод), например, датчик температуры воздуха встроенный в корпус датчика массового расхода воздуха BOSCH HFM5.

Внешний вид датчика температуры воздуха во впускном тракте на основе PN-перехода (датчик температуры встроен в корпус датчика массового расхода воздуха BOSCH HFM5)

С ростом температуры такого датчика при заданном токе, протекающем через датчик, напряжение на датчике снижается от 650 mV до 350 mV.

Простейший датчик температуры на LM35

Начнём с того, что мне как-то понадобился для одного проекта электронный термометр – ртутный казался громоздким и неудобным. Сходу придумалась схема, использовавшая терморезистор (а то и просто резистор, а в одном случае использовалась вообще галогенная лампочка), с усилителем, компаратором и ещё рядом хитростей, чтобы повысить точность. Получалась всё более и более навороченная схема, которая, конечно, после n-ного по счёту изменения не заработала, и разбираться желания уже не было, да и китайский термометр появился в процессе, и разработка заглохла за ненадобностью.

Читайте также:  Подобрать насос по расходу и напору

Но одной функции всё-таки не хватало. Термометр бывает полезен, когда надо не перегреть что-нибудь (например, воду в чайнике – для некоторых целей она не должна кипеть). Готового решения нет, значит надо что-то сделать.

Но только наученный горьким опытом (с электроникой всегда не везло, и до сих пор мне всегда удавались только очень простые конструкции), решил, что сделаю так, чтобы было просто и надёжно. И с неба свалилась микросхема LM35! Благодаря этому чуду задача упрощается до смешного.

Давайте покажу вам схему, которая обрадует любого новичка:

Оказалось, что к микросхеме не нужен даже компаратор.

Помню, когда сам читаешь чужую статью, вечно хочется спросить: а это зачем? а это? Теперь сам попытаюсь сделать так, чтобы никаких вопросов не возникало. Обо всё по порядку:

1. Микросхема LM35 (у неё есть несколько аналогов) специально создана для измерения температуры. Всё, что нужно – это подключить 1 и 3 ногу к плюсу и минусу питания соответственно, и измерить напряжение на среднем выводе. Оно составляет 10 милливольт на каждый градус Цельсия температуры корпуса микросхемы (она сама выглядит как транзистор, кстати). Значит, если там напряжение 230мВ, то температура 23°С.

В даташите про неё расписано ещё много хорошего: и потребляет она 130мкА, и выход у неё низкоомный, и точность в полградуса, и собственный перегрев порядка 0,1°С. В общем, круче некуда. Единственное – страдает она от слишком высоких температур – 150°С максимум.

2. Казалось бы, дальше должна идти микросхема компаратора, которая сравнит это напряжение с тем, которое мы выставим, например, потенциометром? Да, но можно обойтись и без компаратора. Напряжение открывания полупроводниковых приборов – 0,6В, надо это использовать.

3. Лезем в даташит на самый дешёвый транзистор – BC847 и видим, что в очень узком диапазоне напряжения база-эмиттер коллекторный ток сильно меняется. В качестве нагрузки, которая и будет сигнализировать об открытии транзистора, возьмём пьезоэлемент – зуммер. Приятным сюрпризом оказывается то, что от батарейки 9В от потребляет около 5мА, а при небольшом понижении тока перестаёт звучать. То есть включается достаточно резко.

4. Нужно как-то настраивать температуру срабатывания. Поставим переменный резистор, который будет делить напряжение. Движок вверх (по схеме) – напряжение передаётся напрямую, то есть срабатывание будет чуть выше 60 градусов. Движок вниз – коэффициент передачи 0,5, для срабатывания при максимально допустимой температуре в 150 градусов. Постоянный резистор на 10К нужен как раз для того, чтобы при полностью опущенном движке срабатывание всё-таки происходило.

5. Собираем на макетной плате – работает. Можно померить ток базы, необходимый для срабатывания, померить рабочий ток зуммера и обнаружить, что сделать его тише, включив последовательно ему резистор, не получится – он просто перестаёт звучать. Возникает другой вопрос: а что, если при коэффициенте передачи, равном 1, датчик нагреется до 150 градусов и выдаст, соответственно, 1,5В прямо на базу транзистора? Оказалось, что ничего страшного в этом нет – ток базы транзистора может с лёгкостью превышать 10мА, а LM35 выдаёт ток короткого замыкания в 2-3мА. Значит, даже при самом лютом перегреве транзистору ничего не будет.

Значит пора делать печатную плату. Файл формата Sprint-layout есть в приложениях. Вот так оно выглядит на этапе запайки smd-компонентов: (внимание, SMD резистор на фото – 1кОм, под имевшийся у меня подстроечник. Если следовать схеме, то маркировка должна быть 103, то есть 10кОм. В принципе, номиналы можно менять в широких пределах, чем меньше сопротивления – тем больше потребляемый ток в “спящем” режиме, но тем точнее температура срабатывания к расчётной

Верхние три отверстия – под разъём подключения датчика. Три здоровых – под переменный резистор. Ещё две – под питание. А что за три оставшихся, в ряд выстроившихся? Я, честно говоря, не знаю, как это назвать. Это то ли аналоговый выход, то ли отладочный порт, оба названия в такой схеме звучат одинаково смешно. Но факт в том, что сюда можно подпаять разъём и смотреть напряжение на выходе и напряжение на базе транзистора. Всё-таки, втыкать провода в разъём удобнее, чем подпаиваться каждый раз, если что-то понадобится посмотреть.

Вот такой резистор будет использоваться. Обратите внимание, что ножки у него немного подточены и загнуты так, чтобы проходить в нужные отверстия. Есть, правда, проблема, что они слишком короткие для таких извращений и не достают до обратной поверхности платы. Пришлось потом тонкой проволочкой наращивать.

После запайки остальных компонентов выглядит примерно так:

Вот и всё. Разъём для термометра таков, что в него можно напрямую вставить 3 ноги микросхемы (Vcc, то есть плюс питания, то есть левая нога, если смотреть на маркировку, должна быть со стороны зумера), погреть её на свечке (осторожно!), да посмотреть, как меняется выходное напряжение и в какую сторону крутить резистор. Для этого второй разъём как раз и нужен. Температура срабатывания получается немного выше ожидаемой из-за ненулевого тока базы транзистора, но это не страшно.

Для полного счастья датчик надо сделать выводным. Припаиваем 3 провода к датчику и штекер на другой конец. Я ещё залил ноги датчика термоклеем и загнал всё в термоусадку. Получилось вот так:

В таком виде его можно прямо окунать в воду. Если переменный резистор выставить так, чтобы зуммер срабатывал при температуре 90°С, то можно больше никогда не бояться садиться за компьютер, грея что-то на плите. А если на 110, то он будет срабатывать на полное выкипание воды.

Простой терморегулятор своими руками

Огромное количество электрических приборов, используемых в быту и промышленности, основывают свою работу на определении уровня температуры окружающей среды. Измерительный элемент в них представляет собой датчик температуры, срабатывающий при нагревании или охлаждении до установленного уровня. Их можно приобрести в большинстве магазинов, ими комплектуются духовки, контроллеры и прочие устройства, но гораздо интереснее изготовить терморегулятор своими руками.

Пример простого терморегулятора

Далее мы рассмотрим принцип действия и варианты изготовления такой самоделки.

Немного теории

Любой терморегулятор конструктивно включает в себя три основных блока:

Теоретически температурный датчик можно представить набором из четырех сопротивлений, среди которых три резистора будут представлены элементами с постоянными электрическими параметрами, а четвертый переменным. Они собираются в схему измерительного полуплеча, приведенную на рисунке 1 ниже:

Рис. 1. Датчик из полуплеча резисторов

На схеме показан принцип соединения резисторов для получения температурного датчика. Как видите, сопротивление R2 является переменным и меняет физическую величину в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. При подаче одного и того напряжения питания в терморегуляторе, при изменении сопротивления в плече будет возрастать ток в цепи.

На основании изменений происходит анализ температурных колебаний в результате которого рабочий орган вызывает срабатывание терморегулятора и последующее отключение или включение оборудования.

Для измерения сопротивления резисторов в качестве логического элемента устанавливается микросхема, работающая в режиме компаратора. Ее задача сравнить электрические сигналы в двух плечах. Пример схемы регулятора температуры приведен на рисунке:

Рис. 2. Принципиальная схема терморегулятора

Здесь блок микросхемы U1A принимает сигналы от измерителя температуры на входы 2 и 3. При достижении температуры срабатывания, в плечах начнет протекать разный ток, и компаратор выдаст на управляющий элемент электронного терморегулятора сигнал о включении.

При остывании датчика термометра ток в плечах терморегулятора уравняется, и электронный блок выдаст управляющий сигнал на отключение. Приведенная электронная схема работает в двух устойчивых состояниях – отключенном и включенном, чередование рабочих режимов происходит в соответствии с заданной логикой.

Эта схема терморегулятора используется в работе куллера персонального компьютера, получая электроснабжение от блока питания, происходит сравнение тока в плечах. Когда блок питания перегреется, терморегулятор переведет транзистор в противоположное состояние и вентилятор запустится.

Такой принцип может применяться не только в вентиляторах, но и в ряде других устройств:

  • для контроля работы электрического отопления по температурным показаниям в помещении;
  • для установки уровня температуры в самодельном инкубаторе;
  • при подключении теплого пола для контроля его работы;
  • для установки температурного диапазона работы двигателя, с принудительным охлаждением или отключением системы при достижении граничного значения температуры;
  • для паяльных станций или ручных паяльников;
  • в системах охлаждения и холодильном оборудовании с логикой снижения температуры в определенных пределах;
  • в духовках, печах как бытового, так и промышленного назначения.

Сфера применения терморегулятора ничем не ограничена, везде, где вы хотите получить контроль уровня температуры в автоматическом режиме с управлением питания, такое устройство станет отличным помощником.

Обзор схем

В зависимости от типа элементов, входящих в состав терморегулятора, различают механические и цифровые терморегуляторы. Работа первых основана на срабатывании реле, вторые имеют электронный блок, управляющий процессами. Примеры работы нескольких схем рассмотрим далее.

Рис. 3. Схема терморегулятора №1

На приведенной схеме измерение происходит за счет резисторов R1 и R2, при температурных колебаниях переменный резистор R2 изменит величину падения напряжения. После чего через усилитель терморегулятора, представленный парой транзисторов, начнется протекание электротока через катушку реле K1.

Когда величина тока в соленоиде создаст магнитный поток достаточной силы, сердечник притянется и переключит контакты в другое положение. Недостатком такого терморегулятора является наличие магнитопроводящих частей, которые из-за гистерезиса вносят дополнительную поправку на температуру помимо измерительного органа.

Рис. 4. Схема терморегулятора №2

Данный терморегулятор, в отличии от механического термостата, не использует подключение реле, поэтому является более точным. Его применение оправдано в тех ситуациях, когда несколько градусов могут сыграть весомую роль, к примеру, при контроле температуры нагрева двигателя или в инкубаторе.

Читайте также:  Чем отличается конвектор от обогревателя

Здесь изменение температурного режима фиксируется резистором R5, благодаря которому терморегулятор изменяет электрические параметры работы. Для сравнения и усиления разницы поступающего с полуплеч электрического параметра применяется микросхема К140УД7.

Для контроля нагрузки в схеме устанавливается тиристор VS1, в данном примере терморегулятора ограничение составляет 150Вт, но при желании может подбираться и другой параметр. Но следует учитывать, что эксплуатация тиристора в качестве ключа приводит к его нагреванию, поэтому с увеличением мощности необходимо установить радиатор для лучшей теплоотдачи.

Создаем простой терморегулятор

При ремонте бытовой электротехники вы могли сталкиваться с ситуацией, когда со строя выходил терморегулятор. Хоть это и небольшая микросхема, устанавливаемая для контроля величины нагрева или охлаждения чего-либо.

Увы, стоимость такого элемента заводского изготовления довольно высока, поэтому куда выгоднее собрать терморегулятор самому. Схема достаточно простого самодельного терморегулятора приведена на рисунке ниже.

Рис. 5. Схема простейшего терморегулятора

Для его изготовления вам понадобится:

  • понижающий трансформатор с 220 на 12 В;
  • шесть диодов (в рассматриваемом примере используются IN4007);
  • конденсаторы на 47 мкФ, 1 мФ и 2 мФ;
  • микросхема для стабилизатора на 5В;
  • транзистор (в рассматриваемом примере это КТ814А);
  • стабилитрон с регулируемым параметром (TL431);
  • резистивные элементы на 4,7; 160, 150 и 910 кОм;
  • резистор с изменяемым сопротивлением на 150 кОм;
  • термозависимый резистор 50 кОм;
  • светодиод;
  • электромагнитное реле 100 мА с питающим напряжением 12В (в рассматриваемом примере используется автомобильный вариант);
  • кнопка и корпус.

Процесс изготовления состоит из таких этапов:

  • При помощи паяльника соберите вышеперечисленные детали на печатную плату, как показано на схеме выше.
  • После этого выведите измерительный орган для терморегулятора на открытое пространство, чтобы установить в нужную локацию.

Рис. 6. Выведите измерительный элемент

  • Установите переменный резистор на жесткий каркас и нанесите градуировку температурных режимов для настройки прибора.

Рис. 7. Установите регулятор на каркас и нанесите градуировку

  • На клеммник подключите шнур питания.

Подключите питающий шнур к клеммнику

В данном случае клеммник взят со старого прибора, располагавшегося в корпусе.

  • Подключите все отдельно размещенные элементы к плате и закройте корпусом.

После сборки терморегулятора его можно установить в любое место, к примеру, для обогрева и подключить в цепь питания электрического котла. В случае, когда радиаторы отопления нагреют помещение до установленной температуры, контакты реле разорвут цепь и прекратят электроснабжение. При остывании цифрового термометра, снова произойдет включение отопления и снова пойдет нагрев. Если вас не устраивает температурный режим, его можно изменить настройкой датчика.

Сообщества › Кулибин Club › Блог › Электрика: Датчики температуры, делаем сами.

Иногда возникает нужда в температурном контроле за каким нибудь процессом, будь то автомобиль или народное хозяйство. Схем термоконтроля всяких много, но датчики как правило имеют неудобный конструктив, не предусматривающий крепления в контролируемой среде. Вот о датчиках и поговорим.

Как правило, датчиками для измерительных схем служат полупроводниковые приборы — термисторы:

Корпус может быть другим, но внутри все равно будет сидеть примерно такая капелька с выводами.

Вторым распространенным датчиком температуры является DS1820:

зачастую они продаются в таком виде:

Внутри все та же микросхемка DS18B20 о трех выводах причем даже без термопасты.

Теперь давайте попробуем внедрить эти радиодетали в автомобиль, например для цифровой индикации температуры ОЖ или управления электровентиляторами.

Нам понадобится донорский датчик — любой подходящий по резьбе и стоимости. В моем случае это Волго-УАЗовский датчик ТМ 106-10:

Берем дрель в качестве токарного станка и аккуратно зажимаем датчик в патрон. Ножовкой по металлу спиливаем завальцовку. Когда датчик развалится на составные части так же в дрели ровняем край датчика надфилем. Получаем корпус-заготовку для внедрения туда нашей радиодетали.

Далее можно пойти двумя путями:
1. Залить в корпус расплавленного припоя, в этом припое просверлить канал и вставить туда термистор. Можно заполнить полость корпуса термопастой и воткнуть термистор в неё, но у олова теплопроводность на несколько порядков лучше чем у термопасты, поэтому термопасту конечно же надо применять, но мазать ее лучше тонким слоем.

Минус этого метода в большой инерционности полученного датчика.

2. Сделать так, как делаю это я 🙂
Берем телескопическую антенну от какого нибудь старого ненужного девайса:

Если вы их раньше выкидывали, то делали это зря, потому что такие антеннки являются источником замечательных тонкостенных латунных трубочек разного диаметра:

Подбираем трубочку наиболее подходящую к термистору — он должен максимально плотно вставляться внутрь трубки. Отмеряем и опять воспользовавшись дрелью, отрезаем нужный нам кусочек трубки — резать лучше надфилем. Берем наш корпус-заготовку и сверлим его торец по диаметру трубки. Торец корпуса лудим оловом, трубку зачищаем до латуни и тоже облуживаем. Вставляем трубку в корпус и припаеваем их друг к другу, паяльника на 80Вт хватает за глаза. Должно получиться как то так (торец уже запаян небольшим кусочком медной фольги толщиной 1мм):

Проверяем полученный корпус датчика на герметичность. Я делаю это не очень технологично — на присос языком 🙂

Если с герметичностью все в порядке приступаем к следующей стадии: установке термистора и разъема.

Опять все примеряем и отрезаем выводы термистора с тем расчетом, чтобы при установке в корпус термистор находился в конце трубки, а лучше упирался в торец:

Теперь термистор готов к установке. Закладываем немного термопасты вовнутрь трубки, сам термистор тоже немного обмазываем термопастой и вставляем в трубку. После того как термистор вошел в трубку под разъем закладываем немного приготовленного заранее поксипола или эпоксидного пластилина. Вдавливаем разъем в поксипол, излишки убираем. Когда поксипол окончательно застынет получается вот такой симпатичный датчик готовый к установке:

А вот так датчик будет стоять на своем рабочем месте — измерительная часть будет полностью омываться рабочей средой:

Ну и картинка общей проверки работоспособности электрической части:

Смотрите также

Метки: датчик температуры, изготовление датчика

Комментарии 153

Я точно такой же на двухконтурный котёл поставил.Тертий сезон уже пашет.Блок питания от усилителя антенны. А у вас контролёр с датчиком шла?

нет, датчик насколько я помню, покупал отдельно в Чип и Дипе

Но вообще потом все задуманное собрал на DS18B20

А такой вариант: термопара закрепленная на патрубке и простенький мультиметр в режиме измерения температуры

Подскажите, а плата для индикации- это что за она? Самодельная?

нет, не самодельная — друг на алиэкспрессе купил “пучёк за пяточёк” и одну мне подарил:

Сами такую приблуду не думали замутить?

Думал. На датчике ДС1820. Но так вышло что зашел в гости к другу, за рюмочкой чая разговорились, я ему рассказал что хочу сделать, а он достал с полки это устройство, да мне и отдал. Теперь надобность в самостоятельном изготовлении как бы и отпала.
А так я вот по этой схеме уже делал раньше и у меня под нее все есть:

Даллас лучше работает по сравнению с термисторами, и в цифре.Правда диапазон маловат.

почему маловат? для применения в авто более чем достаточен.

У далласа в принципе диапазон измерений лучьше.Но верхняя планка критична.Термистор на сколько я помню не надежен.Хотя если потенциал сидит 12 вольт, то работает.А Далласу надо стабильное питание.

Можно подробнее что значит критичней верхняя планка? Больше 120 градусов я нагревал феном датчик, вроде работает после этого.

Верхний диапазон температуры вроде равен 125 градусов у далласа.То бишь -50 и +125.А температура если нужна будет контролирумая выше 125 то Даллас не справится.Вообще точность у него нормальная, но задержка есть 0,5-1 сек.Есть 3 проводное подключение, есть возможность подключать по 2 проводам.Будет задержка и диапазон меньше.

Знаю про эти подключения, сейчас ради прикола попровал нагреть датчик феном, 127.9 удалось максимально на нем увидеть, дальше ноли, когда остывает то приходит в норму)

да не, это уже отработанная технология. заморочился только с тем что все отфоткал, сформулировал и выложил сюда )

Я понимаю, что отработанная, просто стоит ли это таких трудов при сравнительно невысокой стоимости датчика? Хотя конечно бывают редкие и дорогие датчики…

да не, дело не в стоимости, а в том чтобы запихнуть китайский датчик в нужный конструктив.
вот надо тебе температуру воды например регулировать кипятильником — просто так же датчик в воду не засунешь его надо как то вкрутить, соответственно нужен корпус.

кстааати, а клевая идея…слушай во сколько мжет обойтись такой самый дешевый датчик? еще бы он вот цепь бы размыкал как терморегулятор и тогда цены бы не было…

ну вот смотри, китайцы продают:
ru.aliexpress.com/item/Di…ab_test=searchweb201556_8, searchweb201602_3_10039_10037_10017_507_10032_401, searchweb201603_6&btsid=d2996e59-db0b-41c2-8ba5-6c701c75b5e4

Я понимаю, что отработанная, просто стоит ли это таких трудов при сравнительно невысокой стоимости датчика? Хотя конечно бывают редкие и дорогие датчики…

Ну, смотри — у меня, к примеру, Бош Моно-Джетроник, по всем таблицам ДТВВ и ДТОЖ должны (при одинаковой температуре воздуха и ОЖ) давать “мозгам” одинаковое сопротивление. При этом ДТВВ вполне адекватен, но замене не подлежит (из-за особенностей конструкции). А ДТОЖ — “глючный”, при разности показаний ЭБУ начинает “подгонять”, т.к. не может сообразить кому верить (ДТОЖ или ДТВВ)!
Покупал 4 (ЧЕТЫРЕ) разных датчика — все разное сопротивление при одинаковой температуре дают!
А при вышеописанной технологии есть возможность подобрать копеечный термистор практически под любое значение сопротивление при заданной температуре! Да, что там, можно заменить ОБА термистора (подобрав нужное сопротивление) и на ДТОЖ и на ДТВВ ! А это поможет решить сразу несколько проблем с “глюками” электронной системы питания! Тем более цена китайских термисторов, расходников и проч. не идёт ни в какое сравнение с “фирменными” датчиками (которые невозможно иногда заменить, или они стоят как крыло от самолёта) !
Я понятно объясняю? )))

Добавить комментарий