4 دوائر ميزان حرارة إلكترونية عالمية

4 دوائر ميزان حرارة إلكترونية عالمية

هنا نتعلم أربع دارات ترمومتر إلكترونية يمكن استخدامها عالميًا لقياس درجات حرارة الجسم أو درجات حرارة الغرفة في الغلاف الجوي التي تتراوح من صفر درجة إلى 50 درجة مئوية.



في المنشور السابق ، تعلمنا بعض ميزات شريحة مستشعر درجة الحرارة المتميزة LM35 ، والذي يعطي مخرجات بجهد متفاوت يعادل بشكل مباشر تغيرات درجة الحرارة المحيطة ، بالدرجة المئوية.

هذه الميزة على وجه الخصوص تجعل بناء درجة حرارة الغرفة المقترحة دائرة ميزان الحرارة بسيط جدا.





1) ميزان حرارة إلكتروني باستخدام IC LM35 واحد

يتطلب الأمر فقط توصيل IC واحد بنوع ملف متحرك مناسب من العداد ، وتبدأ في الحصول على القراءات على الفور تقريبًا.

سيُظهر لك IC LM35 ارتفاعًا بمقدار 10 مللي فولت في فولتات الخرج استجابةً لكل ارتفاع درجة في درجة حرارة الغلاف الجوي المحيط به.



يوضح مخطط الدائرة الموضح أدناه كل شيء ، ولا حاجة إلى أي دائرة معقدة ، فقط قم بتوصيل مقياس ملف متحرك 0-1 V FSD عبر المسامير ذات الصلة في IC ، واضبط الوعاء بشكل مناسب ، وستكون جاهزًا بدائرة مستشعر درجة حرارة الغرفة .

تركيب الوحدة

بعد تجميع الدائرة والانتهاء من إجراء التوصيلات الموضحة ، يمكنك متابعة إعداد مقياس الحرارة كما هو موضح أدناه:

  1. ضع الإعداد المسبق في منتصف المدى.
  2. قم بتشغيل الطاقة إلى الدائرة.
  3. خذ وعاءًا من الجليد الذائب واغمر IC داخل الجليد.
  4. ابدأ الآن بضبط الإعداد المسبق بعناية ، بحيث يقرأ العداد صفر فولت.
  5. يتم إجراء إعداد مقياس الحرارة الإلكتروني هذا.

بمجرد إزالة المستشعر من الجليد ، سيبدأ في غضون ثوانٍ في عرض درجة حرارة الغرفة الحالية على المقياس مباشرةً بالدرجة المئوية.

2) دائرة مراقبة درجة حرارة الغرفة

تصميم مقياس الحرارة الإلكتروني الثاني أدناه هو دائرة أخرى لقياس درجة حرارة الهواء بسيطة للغاية ولكنها عالية الدقة تم تقديمها هنا.

إن استخدام IC LM 308 شديد التنوع والدقة يجعل الدائرة تستجيب وتتفاعل بشكل رائع مع أصغر التغيرات في درجات الحرارة التي تحدث فوق الغلاف الجوي المحيط بها.

استخدام Garden Diode 1N4148 كمستشعر درجة الحرارة

يستخدم الصمام الثنائي 1N4148 (D1) كمستشعر درجة حرارة محيطة نشط هنا. لقد تم استغلال العيب الفريد للديود شبه الموصّل مثل 1N4148 والذي يُظهر تغيرًا في خصائص الجهد الأمامي مع تأثير تغير درجة الحرارة المحيطة بشكل فعال هنا ، ويستخدم هذا الجهاز كمستشعر درجة حرارة فعال ورخيص.

تعتبر دائرة قياس مستشعر درجة حرارة الهواء الإلكترونية المقدمة هنا دقيقة للغاية في وظيفتها ، بشكل قاطع بسبب المستوى الأدنى من التباطؤ.

تم تضمين وصف الدائرة الكامل وأدلة البناء هنا.

تشغيل الدائرة

الدائرة الحالية لدائرة قياس مستشعر درجة حرارة الهواء الإلكترونية دقيقة للغاية ويمكن استخدامها بشكل فعال للغاية لمراقبة التغيرات في درجة حرارة الغلاف الجوي. دعونا ندرس بإيجاز أداء دائرتها:

هنا كالمعتاد ، نستخدم 'الصمام الثنائي البستاني' 1N4148 متعدد الاستخدامات للغاية باعتباره المستشعر نظرًا لعيوبه النموذجية (أو بالأحرى ميزة للحالة الحالية) لتغيير خصائص التوصيل الخاصة به في تأثير درجات الحرارة المحيطة المتغيرة.

الصمام الثنائي 1N4148 قادر بشكل مريح على إنتاج انخفاض خطي وأسي للجهد عبر نفسه استجابةً للزيادة المقابلة في درجة الحرارة المحيطة.

يبلغ انخفاض الجهد هذا حوالي 2 مللي فولت لكل ارتفاع درجة في درجة الحرارة.

يتم استغلال هذه الميزة الخاصة لـ 1N4148 على نطاق واسع في العديد من دوائر استشعار درجة الحرارة المنخفضة.

بالإشارة إلى شاشة مراقبة درجة حرارة الغرفة المقترحة مع مخطط دائرة المؤشر الوارد أدناه ، نرى أن IC1 موصّل كمكبر للصوت العكسي ويشكل قلب الدائرة.

يتم تثبيت دبوسه غير المقلوب رقم 3 بجهد مرجعي ثابت معين بمساعدة Z1 و R4 و P1 و R6.

يستخدم الترانزستور T1 و T2 كمصدر تيار ثابت ويساعد في الحفاظ على دقة أعلى للدائرة.

يتم توصيل الإدخال المقلوب لـ IC بالمستشعر ويراقب حتى أدنى تغيير في تغير الجهد عبر الصمام الثنائي المستشعر D1. هذه الاختلافات في الجهد كما هو موضح ، تتناسب طرديا مع التغيرات في درجة الحرارة المحيطة.

يتم تضخيم تغير درجة الحرارة المحسوس على الفور إلى مستوى الجهد المقابل بواسطة IC ويتم استقباله عند طرف الخرج # 6.

تتم ترجمة القراءات ذات الصلة مباشرة إلى درجة مئوية من خلال مقياس من نوع الملف المتحرك 0-1V FSD.

دائرة مراقبة درجة حرارة الغرفة

قائمة الاجزاء

  • R1 ، R4 = 12 ك ،
  • R2 = 100E ،
  • R3 = مليون واحد ،
  • R5 = 91K,
  • R6 = 510 ك ،
  • P1 = 10K إعداد مسبق ،
  • P2 = ضبط مسبق 100 ألف ،
  • C1 = 33pF,
  • C2, C3 = 0.0033uF,
  • T1 ، T2 = BC 557 ،
  • Z1 = 4.7 فولت ، 400 ميجاوات ،
  • D1 = 1N4148 ،
  • IC1 = LM308 ،
  • مجلس الأغراض العامة حسب الحجم.
  • B1 و B2 = بطارية 9V PP3.
  • M1 = 0-1 فولت ، الفولتميتر نوع الملف المتحرك FSD

انشاء الدائرة

هذا الإجراء حرج بعض الشيء ويتطلب اهتمامًا خاصًا. لإكمال الإجراء ، ستحتاج إلى مصدرين معروفين بدقة لدرجة الحرارة (ساخن وبارد) ومقياس حرارة دقيق للزئبق في الزجاج.

يمكن إتمام المعايرة من خلال النقاط التالية:

في البداية ، احتفظ بالإعدادات المسبقة في منتصف الطريق. قم بتوصيل الفولتميتر (1 فولت FSD) عند خرج الدائرة.

بالنسبة لمصدر درجة الحرارة الباردة ، يتم هنا استخدام الماء عند درجة حرارة الغرفة تقريبًا.

اغمس المستشعر وميزان الحرارة الزجاجي في الماء وسجل درجة الحرارة في ميزان الحرارة الزجاجي ونتائج الجهد المكافئ في الفولتميتر.

خذ وعاءً من الزيت وسخنه إلى حوالي 100 درجة مئوية وانتظر حتى تنخفض درجة حرارته إلى حوالي 80 درجة مئوية.

على النحو الوارد أعلاه ، اغمر المستشعرين وقارنهما بالنتيجة أعلاه. يجب أن تكون قراءة الجهد مساوية لتغير درجة الحرارة في ميزان الحرارة الزجاجي مضروبًا في 10 ملي فولت. ألم تحصل عليه؟ حسنًا ، دعنا نقرأ المثال التالي.

لنفترض أن درجة حرارة مصدر الماء البارد تبلغ 25 درجة مئوية (درجة حرارة الغرفة) ، والمصدر الساخن ، كما نعلم هو 80 درجة مئوية. وبالتالي ، فإن الفرق أو تغير درجة الحرارة بينهما يساوي 55 درجة مئوية. لذلك يجب أن يكون الفرق في قراءات الجهد 55 مضروبًا في 10 = 550 ملي فولت أو 0.55 فولت.

إذا لم تستوف المعيار تمامًا ، فاضبط P2 واستمر في تكرار الخطوات حتى تحققه في النهاية.
بمجرد ضبط معدل التغيير أعلاه (10 مللي فولت لكل 1 درجة مئوية) ، ما عليك سوى ضبط P1 بحيث يظهر المقياس 0.25 فولت عند 25 درجة (المستشعر مثبت في الماء في درجة حرارة الغرفة).

هذا يخلص إلى وضع الدائرة.
يمكن أيضًا استخدام دائرة قياس مستشعر درجة حرارة الهواء هذه بشكل فعال كوحدة ترمومتر إلكترونية للغرفة.

3) دائرة ترمومتر الغرفة باستخدام LM324 IC

دائرة مؤشر درجة حرارة الغرفة باستخدام LM324 IC

ربما يكون التصميم الثالث هو الأفضل من حيث التكلفة وسهولة البناء والدقة.

كل ما يلزم هو LM324 IC واحد ، و 78L05 5V IC منتظم وعدد قليل من المكونات السلبية لجعل هذه الدائرة الكهربائية الأسهل للغرفة ذات الدرجة المئوية.

يتم استخدام 3 أمبير فقط من 4 أمبير في المرجع إل إم 324 .

تم توصيل Op amp A1 لإنشاء أرضية افتراضية للدائرة ، من أجل عملها الفعال. تم تكوين A2 كمضخم غير مقلوب حيث يتم استبدال المقاوم الارتجاعي بصمام ثنائي 1N4148.

يعمل هذا الصمام الثنائي أيضًا كمستشعر درجة الحرارة ، وينخفض ​​حوالي 2 مللي فولت من كل ارتفاع درجة في درجة الحرارة المحيطة.

يتم الكشف عن هذا الانخفاض البالغ 2 مللي فولت بواسطة دائرة A2 ويتم تحويله إلى إمكانية متغيرة مماثلة في الطرف رقم 1.

يتم تضخيم هذه الإمكانات وتخزينها بواسطة مكبر صوت مقلوب A3 لتغذية وحدة الفولميتر المرفقة من 0 إلى 1 فولت.

يترجم الفولتميتر الناتج المتغير المعتمد على درجة الحرارة إلى مقياس درجة حرارة معايرة لإنتاج بيانات درجة حرارة الغرفة بسرعة من خلال الانحرافات ذات الصلة.

يتم تشغيل الدائرة بأكملها بواسطة 9 V PP3 واحد.

إذاً ، أيها الناس ، كانت هذه 3 دارات رائعة وسهلة البناء لمؤشر درجة حرارة الغرفة ، والتي يمكن لأي هاوٍ أن يبنيها لمراقبة التغيرات في درجات الحرارة المحيطة لمكان ما بسرعة وبتكلفة زهيدة باستخدام المكونات الإلكترونية القياسية ، ودون إشراك أجهزة Arduino المعقدة.

4) ميزان حرارة إلكتروني باستخدام IC 723

تمامًا مثل التصميم أعلاه هنا أيضًا ، يتم استخدام صمام ثنائي من السيليكون مثل مستشعر درجة الحرارة. تنخفض إمكانية تقاطع الصمام الثنائي للسيليكون بمقدار 1 مللي فولت تقريبًا لكل درجة مئوية ، مما يسمح بتحديد درجة حرارة الصمام الثنائي عن طريق حساب الجهد فوقه. عند تكوينه كمستشعر درجة حرارة ، يوفر الصمام الثنائي مزايا الخطية العالية مع ثابت الوقت المنخفض.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تنفيذه على نطاق واسع من درجات الحرارة ، من -50 حتى 200 درجة مئوية. نظرًا لأن جهد الصمام الثنائي يحتاج إلى تقييم دقيق تمامًا ، فمن الضروري توفير مصدر مرجعي موثوق.

الخيار المناسب هو مثبت الجهد IC 723. على الرغم من أن قيمة ti المطلقة لجهد زينر داخل هذا IC يمكن أن تكون مختلفة من IC إلى أخرى ، فإن معامل درجة الحرارة صغير للغاية (عادةً 0.003٪ لكل درجة مئوية).

بالإضافة الى، من المعروف أن الطراز 723 يستقر 12 فولت في جميع أنحاء الدائرة. لاحظ أن أرقام الدبوس في مخطط الدائرة مناسبة فقط للمتغير ثنائي الخط (DIL) في IC 723.

يتضمن IC الآخر ، 3900 ، مكبرات صوت رباعية حيث يتم استخدام زوجين فقط. هؤلاء تم تصميم أمبير المرجع للعمل بشكل مختلف قليلاً ، يتم تكوينها كوحدات مدفوعة حاليًا بدلاً من مدفوعة بالجهد. من الأفضل اعتبار المدخل هو قاعدة الترانزستور في تكوين الباعث المشترك.

نتيجة لذلك ، غالبًا ما يكون جهد الدخل حوالي 0.6 فولت. يقترن R1 بالجهد المرجعي ويتحرك تيار ثابت من خلال هذا المقاوم. نظرًا لاكتسابه الكبير للحلقة المفتوحة ، فإن المرجع أمبير قادر على تكييف خرجه الخاص بحيث يمر نفس التيار بالضبط في مدخلاته المقلوبة ، وبالتالي يظل التيار من خلال الصمام الثنائي المستشعر لدرجة الحرارة (D1) ثابتًا.

يعد هذا الإعداد مهمًا نظرًا لحقيقة أن الصمام الثنائي هو ، بشكل أساسي ، مصدر جهد له مقاومة داخلية محددة ، وأي نوع من الانحراف في التيار المتحرك عبره قد يؤدي نتيجة لذلك إلى تباين في الجهد يمكن أن ينتهي به الأمر ترجمت خطأ على أنها اختلاف في درجة الحرارة. إن جهد الخرج عند الطرف 4 هو بالتالي نفس الجهد عند المدخل المقلوب وكذلك الجهد حول الصمام الثنائي (يتغير الأخير مع درجة الحرارة).

C3 يمنع التذبذب. يتم توصيل السن 1 من IC 2B بالإمكانات المرجعية الثابتة وبالتالي ينتقل التيار الثابت إلى المدخل غير المقلوب. يتم توصيل المدخلات المقلوبة لـ IC 2B عن طريق R2 بإخراج IC 2A (دبوس 4) ، بحيث يتم تشغيلها بواسطة تيار يعتمد على درجة الحرارة. يضخم IC 2B الفرق بين التيارات المدخلة إلى قيمة يمكن قراءة انحراف الجهد عند خرجه (دبوس 5) بسرعة 5 إلى 10 فولت f.s.d. الفولتميتر.

في حالة استخدام عداد لوحة ، قد يحتاج قانون أوم إلى تكوينه لتحديد مقاومة السلسلة. إذا كان 100-uA f.s.d. يتم استخدام متر بمقاومة داخلية تبلغ 1200 ، ويجب أن تكون المقاومة الإجمالية لانحراف كامل النطاق 10 فولت وفقًا للحساب:

10 / 100uA = 100 ألف

يجب أن يكون R5 نتيجة لذلك 100 ك - 1 ك 2 = 98 ك 8. ستعمل أقرب قيمة مشتركة (100 ك) بشكل جيد. يمكن إجراء المعايرة كما هو موضح أدناه: يتم تثبيت نقطة الصفر مبدئيًا بواسطة P1 باستخدام مستشعر درجة الحرارة المغمور في وعاء من الجليد الذائب. يمكن بعد ذلك تثبيت الانحراف على نطاق واسع باستخدام P2 لهذا يمكن غمر الصمام الثنائي داخل الماء الساخن الذي يتم تحديد درجة حرارته (دعنا نقول أن الماء المغلي الذي تم اختباره باستخدام أي مقياس حرارة قياسي يكون عند 50 درجة).




السابق: كيفية عمل دائرة مصباح يدوي LED التالي: اجعل دائرة مؤشر درجة الحرارة هذه مع شاشة LED متتابعة