วงจรเครื่องวัดอุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์สากล 4 วงจร

ที่นี่เราเรียนรู้วงจรเครื่องวัดอุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์ที่ดีที่สุดสี่แบบซึ่งสามารถใช้ในการวัดอุณหภูมิร่างกายหรืออุณหภูมิห้องในบรรยากาศตั้งแต่ศูนย์องศาถึง 50 องศาเซลเซียส

ในโพสต์ก่อนหน้านี้เราได้เรียนรู้คุณสมบัติบางประการของชิปเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่โดดเด่น LM35 ซึ่งให้เอาต์พุตในแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันซึ่งเทียบเท่าโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโดยรอบในหน่วยเซลเซียส

คุณลักษณะนี้โดยเฉพาะทำให้การสร้างอุณหภูมิห้องที่เสนอ วงจรเทอร์โมมิเตอร์ ง่ายมาก.

1) เครื่องวัดอุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้ IC เดี่ยว LM35

เพียงแค่ต้องใช้ IC ตัวเดียวในการเชื่อมต่อกับมิเตอร์ชนิดขดลวดเคลื่อนที่ที่เหมาะสมและคุณจะเริ่มอ่านค่าได้เกือบจะในทันที

IC LM35 จะแสดงโวลต์เอาต์พุตที่เพิ่มขึ้น 10mv เพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิของบรรยากาศรอบ ๆ ที่เพิ่มขึ้นทุกองศา

แผนภาพวงจรที่แสดงด้านล่างอธิบายทั้งหมดโดยไม่ต้องใช้วงจรใด ๆ ที่ซับซ้อนเพียงแค่เชื่อมต่อมิเตอร์คอยล์เคลื่อนที่ 0-1 V FSD ผ่านพินที่เกี่ยวข้องของ IC ตั้งหม้อให้เหมาะสมเท่านี้คุณก็พร้อมกับวงจรเซ็นเซอร์อุณหภูมิห้องของคุณแล้ว .

การตั้งค่าหน่วย

หลังจากที่คุณประกอบวงจรและทำการเชื่อมต่อที่แสดงเสร็จแล้วคุณสามารถดำเนินการตั้งค่าเทอร์โมมิเตอร์ได้ตามคำอธิบายด้านล่าง:

1. วางค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าในช่วงกึ่งกลาง
2. เปิดสวิตช์ไฟเข้ากับวงจร
3. ใช้ชามน้ำแข็งละลายแล้วแช่ IC ไว้ในน้ำแข็ง
4. ตอนนี้เริ่มปรับค่าที่ตั้งไว้อย่างระมัดระวังเพื่อให้มิเตอร์อ่านค่าเป็นศูนย์โวลต์
5. ขั้นตอนการตั้งค่าของเครื่องวัดอุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์นี้เสร็จสิ้น

เมื่อคุณถอดเซ็นเซอร์ออกจากน้ำแข็งภายในไม่กี่วินาทีเซ็นเซอร์จะเริ่มแสดงอุณหภูมิห้องปัจจุบันเหนือมิเตอร์เป็นเซลเซียสโดยตรง

2) วงจรตรวจสอบอุณหภูมิห้อง

การออกแบบเครื่องวัดอุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์ที่สองด้านล่างเป็นอีกหนึ่งวงจรวัดเซ็นเซอร์อุณหภูมิอากาศที่เรียบง่าย แต่มีความแม่นยำสูงได้ถูกนำเสนอที่นี่

การใช้ IC LM 308 ที่หลากหลายและแม่นยำสูงทำให้วงจรตอบสนองและตอบสนองอย่างยอดเยี่ยมต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่น้อยที่สุดที่เกิดขึ้นในบรรยากาศโดยรอบ

ใช้ Garden Diode 1N4148 เป็นเซนเซอร์วัดอุณหภูมิ

ไดโอด 1N4148 (D1) ใช้เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิแวดล้อมที่ใช้งานอยู่ที่นี่ ข้อเสียเปรียบเฉพาะของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เช่น 1N4148 ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงลักษณะของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าด้วยอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโดยรอบได้ถูกนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพที่นี่และอุปกรณ์นี้ใช้เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพและราคาถูก

วงจรมาตรวัดเซ็นเซอร์อุณหภูมิอากาศอิเล็กทรอนิกส์ที่นำเสนอนี้มีความแม่นยำในการทำงานมากเนื่องจากระดับต่ำสุดของฮิสเทรีซิส

คำอธิบายวงจรที่สมบูรณ์และคำแนะนำการก่อสร้างรวมอยู่ในที่นี้

การทำงานของวงจร

วงจรปัจจุบันของวงจรมาตรวัดเซ็นเซอร์อุณหภูมิอากาศอิเล็กทรอนิกส์มีความแม่นยำโดดเด่นและสามารถใช้ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิบรรยากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ มาศึกษาการทำงานของวงจรโดยสังเขป:

ที่นี่ตามปกติเราใช้ 'ไดโอดสวน' 1N4148 ที่หลากหลายมากเป็นเซ็นเซอร์เนื่องจากข้อเสียทั่วไป (หรือเป็นข้อได้เปรียบสำหรับกรณีปัจจุบัน) ในการเปลี่ยนลักษณะการนำไฟฟ้าตามอิทธิพลของอุณหภูมิแวดล้อมที่แตกต่างกัน

ไดโอด 1N4148 สามารถสร้างเส้นตรงและแรงดันไฟฟ้าแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลตกคร่อมตัวเองได้อย่างสะดวกสบายเพื่อตอบสนองต่อการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิโดยรอบ

แรงดันตกนี้อยู่ที่ประมาณ 2mV สำหรับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุกองศา

คุณลักษณะเฉพาะของ 1N4148 นี้ถูกใช้อย่างกว้างขวางในวงจรเซ็นเซอร์อุณหภูมิช่วงต่ำจำนวนมาก

อ้างอิงถึงการตรวจสอบอุณหภูมิห้องที่เสนอพร้อมแผนภาพวงจรตัวบ่งชี้ที่ระบุด้านล่างเราจะเห็นว่า IC1 ต่อสายเป็นแอมพลิฟายเออร์แบบกลับด้านและเป็นหัวใจของวงจร

ขาที่ไม่กลับด้าน # 3 ของมันถูกยึดไว้ที่แรงดันอ้างอิงคงที่โดยเฉพาะด้วยความช่วยเหลือของ Z1, R4, P1 และ R6

ทรานซิสเตอร์ T1 และ T2 ใช้เป็นแหล่งกระแสคงที่และช่วยในการรักษาความแม่นยำของวงจรให้สูงขึ้น

อินพุทกลับด้านของ IC เชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์และตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงไปจากไดโอดเซ็นเซอร์ D1 แม้เพียงเล็กน้อย การแปรผันของแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบ

การแปรผันของอุณหภูมิที่ตรวจจับได้จะถูกขยายทันทีเป็นระดับแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกันโดย IC และได้รับที่ขาเอาท์พุท # 6

การอ่านที่เกี่ยวข้องจะถูกแปลโดยตรงเป็นองศาเซลเซียสผ่านเครื่องวัดชนิดขดลวดเคลื่อนที่ 0-1V FSD

ส่วนรายการ

• R1, R4 = 12K,
• R2 = 100E,
• R3 = 1 ล.
• R5 = 91K,
• R6 = 510K,
• P1 = 10K ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
• P2 = 100K ที่ตั้งไว้ล่วงหน้า
• C1 = 33pF,
• C2, C3 = 0.0033 ยูเอฟ,
• T1, T2 = พ.ศ. 557,
• Z1 = 4.7V, 400 มิลลิวัตต์
• D1 = 1N4148,
• IC1 = LM308,
• กระดานเอนกประสงค์ตามขนาด
• แบตเตอรี่ B1 และ B2 = 9V PP3
• M1 = 0 - 1 V, โวลต์มิเตอร์ชนิดขดลวดเคลื่อนที่ FSD

การตั้งค่าวงจร

ขั้นตอนนี้มีความสำคัญเล็กน้อยและต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษ ในการทำตามขั้นตอนให้เสร็จสมบูรณ์คุณจะต้องมีแหล่งอุณหภูมิที่รู้จักอย่างถูกต้องสองแหล่ง (ร้อนและเย็น) และเทอร์โมมิเตอร์ปรอทในแก้วที่แม่นยำ

การสอบเทียบสามารถทำได้ผ่านจุดต่อไปนี้:

ในขั้นต้นให้ตั้งค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าที่กึ่งกลาง เชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์ (1 V FSD) ที่เอาต์พุตของวงจร

สำหรับแหล่งที่มีอุณหภูมิเย็นจะใช้น้ำที่อุณหภูมิประมาณห้องที่นี่

จุ่มเซ็นเซอร์และเทอร์โมมิเตอร์แก้วลงในน้ำแล้วบันทึกอุณหภูมิในเทอร์โมมิเตอร์แก้วและผลของแรงดันไฟฟ้าเทียบเท่าในโวลต์มิเตอร์

ใช้ชามน้ำมันตั้งไฟให้ร้อนประมาณ 100 องศาเซลเซียสแล้วรอจนอุณหภูมิคงที่ประมาณ 80 องศาเซลเซียส

ข้างต้นให้จุ่มเซ็นเซอร์ทั้งสองตัวแล้วเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ข้างต้น การอ่านแรงดันไฟฟ้าควรเท่ากับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในเทอร์โมมิเตอร์แก้วคูณ 10 มิลโวลต์ ไม่เข้าใจ? ลองอ่านตัวอย่างต่อไปนี้

สมมติว่าแหล่งน้ำที่มีอุณหภูมิเย็นอยู่ที่ 25 องศาเซลเซียส (อุณหภูมิห้อง) แหล่งร้อนอย่างที่เราทราบกันดีอยู่ที่ 80 องศาเซลเซียส ดังนั้นความแตกต่างหรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิระหว่างพวกเขาจึงเท่ากับ 55 องศาเซลเซียส ดังนั้นความแตกต่างในการอ่านแรงดันไฟฟ้าควรเป็น 55 คูณด้วย 10 = 550 มิลลิโวลท์โวลต์หรือ 0.55 โวลต์

หากคุณไม่ได้รับตามเกณฑ์ที่พอใจให้ปรับ P2 แล้วทำซ้ำขั้นตอนต่อไปจนในที่สุดคุณก็ทำได้สำเร็จ
เมื่อตั้งค่าอัตราการเปลี่ยนแปลงข้างต้น (10 mV ต่อ 1 องศาเซลเซียส) เพียงแค่ปรับ P1 เพื่อให้มิเตอร์แสดง 0.25 โวลต์ที่ 25 องศา (เซ็นเซอร์เก็บไว้ในน้ำที่อุณหภูมิห้อง)

สรุปการตั้งค่าของวงจร
วงจรวัดเซ็นเซอร์อุณหภูมิอากาศนี้ยังสามารถใช้เป็นหน่วยวัดอุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์ในห้องได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3) วงจรเครื่องวัดอุณหภูมิห้องโดยใช้ LM324 IC

การออกแบบครั้งที่ 3 น่าจะเป็นดีไซน์ที่ดีที่สุดสำหรับต้นทุนความสะดวกในการก่อสร้างและความแม่นยำ

LM324 IC ตัวเดียว IC ปกติ 78L05 5V และส่วนประกอบแบบพาสซีฟบางส่วนเป็นสิ่งที่จำเป็นในการสร้างวงจรบ่งชี้ห้องเซลเซียสที่ง่ายที่สุดนี้

ใช้เพียง 3 ออปแอมป์จาก 4 ออปแอมป์ของ LM324 .

Op amp A1 มีสายเพื่อสร้างกราวด์เสมือนจริงสำหรับวงจรเพื่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพ A2 ถูกกำหนดค่าให้เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านซึ่งตัวต้านทานแบบป้อนกลับจะถูกแทนที่ด้วยไดโอด 1N4148

ไดโอดนี้ยังทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิและลดลงประมาณ 2 mV จากอุณหภูมิแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นทุกองศา

การลดลง 2 mV นี้ตรวจพบโดยวงจร A2 และถูกแปลงเป็นค่าศักย์ไฟฟ้าที่แตกต่างกันที่ขา # 1

ศักยภาพนี้ได้รับการขยายและบัฟเฟอร์เพิ่มเติมโดยแอมพลิฟายเออร์กลับด้าน A3 สำหรับป้อนหน่วยโวลมิเตอร์ 0 ถึง 1V ที่ต่ออยู่

โวลต์มิเตอร์จะแปลเอาต์พุตที่แตกต่างกันตามอุณหภูมิไปเป็นสเกลอุณหภูมิที่ปรับเทียบแล้วเพื่อสร้างข้อมูลอุณหภูมิห้องอย่างรวดเร็วผ่านการเบี่ยงเบนที่เกี่ยวข้อง

วงจรทั้งหมดใช้พลังงาน 9 V PP3 ตัวเดียว

ดังนั้นคนเหล่านี้จึงเป็นวงจรบ่งชี้อุณหภูมิห้องที่ยอดเยี่ยมและง่ายต่อการสร้าง 3 แบบซึ่งนักอดิเรกทุกคนสามารถสร้างขึ้นเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโดยรอบของสถานที่ได้อย่างรวดเร็วและราคาถูกโดยใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์มาตรฐานและไม่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ Arduino ที่ซับซ้อน

4) เครื่องวัดอุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้ IC 723

เช่นเดียวกับการออกแบบข้างต้นที่นี่ก็ใช้ไดโอดซิลิกอนเช่นเซ็นเซอร์อุณหภูมิ ศักยภาพทางแยกของไดโอดซิลิกอนจะลดลงประมาณ 1 มิลลิโวลต์สำหรับแต่ละองศาเซนติเกรดซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดอุณหภูมิของไดโอดได้โดยการคำนวณแรงดันไฟฟ้าที่อยู่เหนือมัน เมื่อกำหนดค่าเป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิไดโอดจะให้ประโยชน์ของความเป็นเชิงเส้นสูงพร้อมค่าคงที่เวลาต่ำ

นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานได้ในช่วงอุณหภูมิกว้างตั้งแต่ -50 ถึง 200 C เนื่องจากต้องประเมินแรงดันไดโอดอย่างแม่นยำจึงจำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายอ้างอิงที่เชื่อถือได้

ตัวเลือกที่ดีคือตัวปรับแรงดันไฟฟ้า IC 723 แม้ว่าค่า ti สัมบูรณ์ของแรงดันซีเนอร์ภายใน IC นี้อาจแตกต่างจาก IC ไปยังอีกตัวหนึ่ง แต่ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมินั้นน้อยมาก (โดยทั่วไปคือ 0.003% ต่อองศา C)

นอกจากนี้ 723 เป็นที่ทราบกันดีว่ามีเสถียรภาพ แหล่งจ่ายไฟ 12 โวลต์ตลอดวงจร สังเกตว่าหมายเลขพินในแผนภาพวงจรเหมาะสำหรับตัวแปรคู่ -in - line (DIL) ของ IC 723 เท่านั้น

IC อื่น ๆ 3900 ประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์รูปสี่เหลี่ยมที่ใช้เพียงไม่กี่ตัว เหล่านี้ op แอมป์ได้รับการออกแบบ ในการทำงานที่แตกต่างกันเล็กน้อยสิ่งเหล่านี้ถูกกำหนดค่าเป็นหน่วยขับเคลื่อนในปัจจุบันแทนที่จะเป็นแรงดันไฟฟ้า อินพุตอาจถือได้ว่าเป็นฐานทรานซิสเตอร์ในการกำหนดค่าตัวส่งสัญญาณทั่วไป

เป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าขาเข้ามักจะอยู่ที่ประมาณ 0.6 โวลต์ R1 คู่กับแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงและกระแสคงที่จึงเคลื่อนที่ผ่านตัวต้านทานนี้ เนื่องจากการขยายวงเปิดขนาดใหญ่แอมป์ op จึงสามารถปรับเอาท์พุทของตัวเองเพื่อให้กระแสเดียวกันวิ่งเข้าอินพุทกลับด้านและกระแสไฟฟ้าผ่านไดโอดควบคุมอุณหภูมิ (D1) จึงคงที่

การตั้งค่านี้มีความสำคัญเนื่องจากความจริงแล้วไดโอดเป็นแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่มีความต้านทานภายในที่เฉพาะเจาะจงและความเบี่ยงเบนใด ๆ ในกระแสไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ผ่านอาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าซึ่งอาจกลายเป็น แปลผิดพลาดว่าเป็นความแปรปรวนของอุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้าขาออกที่พิน 4 จึงเหมือนกับแรงดันไฟฟ้าที่อินพุทอินพุทเช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้ารอบ ๆ ไดโอด (ตัวหลังเปลี่ยนตามอุณหภูมิ)

C3 ยับยั้งการสั่น พิน 1 ของ IC 2B ติดอยู่กับศักย์อ้างอิงคงที่และกระแสคงที่จึงเคลื่อนที่ไปยังอินพุตที่ไม่กลับด้าน อินพุทกลับด้านของ IC 2B ถูกต่อเข้าด้วย R2 เข้ากับเอาต์พุตของ IC 2A (พิน 4) เพื่อให้ทำงานโดยกระแสที่ขึ้นกับอุณหภูมิ IC 2B ขยายความแตกต่างระหว่างกระแสอินพุตเป็นค่าที่สามารถอ่านค่าเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุต (พิน 5) ได้อย่างรวดเร็วด้วย 5 ถึง 10 โวลต์ f.s.d โวลต์มิเตอร์

ในกรณีที่ใช้แผงมิเตอร์อาจต้องกำหนดค่ากฎของโอห์มเพื่อกำหนดความต้านทานของอนุกรม ถ้า 100-uA f.s.d. ใช้มิเตอร์ที่มีความต้านทานภายใน 1200 ความต้านทานรวมสำหรับการโก่งตัวเต็มสเกล 10 V จะต้องเป็นไปตามการคำนวณ:

10 / 100uA = 100K

R5 ต้องเป็น 100 k - 1k2 = 98k8 ค่าส่วนกลางที่ใกล้เคียงที่สุด (100 k) จะทำงานได้ดี การสอบเทียบสามารถทำได้ตามคำอธิบายด้านล่าง: จุดศูนย์ได้รับการแก้ไขในขั้นต้นโดย P1 โดยใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิที่แช่อยู่ในชามน้ำแข็งที่กำลังละลาย การโก่งตัวเต็มรูปแบบสามารถแก้ไขได้ด้วย P2 สำหรับสิ่งนี้ไดโอดสามารถจมอยู่ในน้ำร้อนที่มีการระบุอุณหภูมิไว้ (สมมติว่าน้ำเดือดที่ทดสอบด้วยเทอร์โมมิเตอร์มาตรฐานใด ๆ จะอยู่ที่ 50 °)