Этот цифровой прибор имеет два переключаемых датчика и позволяет поочередно контролировать температуру воздуха в помещении и за его пределами. Крупные яркие светодиодные индикаторы дают возможность пользователю получать информацию о температуре как днем, так и ночью.
Прибор (рис. 1) выполнен на базе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) КР572ПВ2А - DD3 [1]. Датчики температуры - специально предназначенные для этой цели микросхемы К1019ЕМ1 - DA1. DA2 (2). Эти микросхемы могут рассматриваться как стабилитроны с малым дифференциальным сопротивлением (менее 1 Ом) и напряжением стабилизации, пропорциональным абсолютной температуре. Рабочий ток через них (около 1 мА) определяется резисторами R1 и R2.
(нажмите для увеличения)
Датчики выбираются ключами на элементах DD2.1 и DD2.3. которыми управляют мультивибратор на микросхеме DDI и переключатель SA1. В положении "П" (помещение) этого переключателя на входе элемента DD1. 1 присутствует низкий логический уровень, на выходе элемента DD1.3 - высокий. Последний открывает ключ DD2.3, и на вход 31 АЦП DD3 поступает сигнал с установленного в корпусе термометра датчика DA2. В этом случае термометр индицирует температуру внутри помещения.
Высокий логический уровень с выхода элемента DD 1.3 открывает также ключ DD2.4 и напряжение, поступающее на выв. 2 и 6 индикатора HG1, зажигает его сегменты а и е Вместе с постоянно включенными сегментами b, с и f они высвечивают на индикаторе букву ТТ.
Если переключатель SAJ находится в положении "У" (улица), открыты ключи на элементах DD2.1. DD2.2 и напряжение на АЦП подается с датчика DA 1. установленного на улице. На индикаторе HG1 высвечивается при этом буква "У".
В среднем положении переключателя SA1 работает мультивибратор DDI и к входу 31 ЛЦП поочередно на 2...3 с подключаются датчики DA1 и DA2. Синхронно с их подключением на индикаторе HG1 высвечиваются буквы "У" и "П".
Чтобы при температуре О С показания термометра были нулевыми, на вход АЦП следует подать сигнал, уровень которого был бы равен разности напряжения на датчике и образцового напряжения 2,732 В [2]. Это напряжение должно поддерживаться с высокой стабильностью, а температурный коэффициент напряжения (ТКН) встроенного в микросхему КР572ПВ2А источника слишком велик. По этой причине в описываемом приборе в качестве источника образцового напряжения используется микросхема DA5 КР142ЕН19 [3]. обладающая весьма малым ТКН.
Эта микросхема выполняет функции регулируемого прецизионного стабили трона. Необходимое напряжение 2.732 В устанавливается подстроечным резистором R10, а рабочий ток через микросхему и делитель R10R 11 (около 6 мА) задается резистором R12.
Измеряемой температуре 100°С соответствует напряжение между входами +Uuk, (выв. 31) и -Uuu. (выв. 30) АЦП DD3. равное 1 В. А чтобы на индикаторах HG2 - HG5 высвечивались при этом знаки 100.0 на входы +Uобр (выв. 36) и -Uобр (выв. 35) АЦП DD3 необходимо подать образцовое напряжение 1 В. Оно снимается с движка подстроечного резистора R14.
Частота работы генератора АЦП 50 кГц выбрана из стандартного ряда [ 1] и задана элементами С12 и R16. Номиналы элементов интегратора R17 и С13 и конденсатора автокоррекции нуля С14 соответствуют приведенной частоте генератора и величине образцового напряжения 1 В. Конденсаторы С1 и С2 защищают датчики от наводок, а С4 исключает генерацию внутреннего источника опорного напряжения -2.9 В.
Для указания знака измеряемой температуры (а при необходимости и первой ее цифры "1") установлен индикатор HG2. Через его горизонтальный элемент с постоянно течет ток. заданный резистором R18. В результате этот элемент светится и формирует знак Полярность напряжения, поступающего на входы +Uвх и -Uвх АЦП. противоположна обычной, поэтому при плюсовой температуре на выходе 9 первого разряда АЦП присутствует низкий логический уровень, включающий дополнительно два вертикальных элемента d и е индикатора HG2. которые и формируют знак "+". Цифра "1" включается на индикаторе HG2 лишь тогда, когда измеряемая температура равна или превышает 100°С.
Напряжение питания всего прибора (-9 В) стабилизировано стабилизатором на микросхеме DA4 (4). Для питания индикаторов HG1 - HG5 используется напряжение -5 В. сформированное стабилизатором DA3. На рис. 1 указаны напряжения относительно верхнего по схеме провода питания.
Все детали устройства, кроме датчика DA1, переключателя SA1 и трансформатора литания (на схеме не показан) установлены на односторонней печатной плате размерами 85x105 мм из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм (рис. 2). Штриховыми линиями показаны навесные проводники, их можно выполнить и в виде печатных дорожек на второй стороне платы.
При монтаже в основном использованы резисторы МТ и МЛТ. РИЗ. R15 - С2-29В, но и их можно подобрать из числа МТ или МЛТ с погрешностью 1...2 %. В качестве оксидных конденсаторов применены малогабаритные зарубежные аналоги отечественных К50-35; С5, С13, С14 - К73-17, остальные - КМ-5 и КМ-6. Подстроечные резисторы - СПЗ-19а. Переключатель SA1 - малогабаритный тумблер со средним положением ПТ23-2Б. Микросхему К1019ЕМ1 (DA1, DA2) можно заменить на LM335. а КР142ЕН19 (DA5) - на TL431 или LM431. Микросхемы DA3 и DA4 - любые интегральные стабилизаторы на напряжения соответственно -5 В (например, КР1162ЕН5Б. КР1179ЕН5 или импортные - 79М05.7905 с любыми префиксами и суффиксами) и -9 В (например, КР1168СН9. КР1162ЕН9А, КР1162ЕН9Б, КР1179ЕН9,79L05,79М09.7909 [4]). Микросхема DA3 установлена на ребристый теплоотвод размерами 25x25x10 мм.
Индикаторы - импортные с высотой знаков 20 мм и большой яркостью свечения при токе через элемент 5 мА - именно такой ток обеспечивает микросхема КР572ПВ5А. В качестве HG1, HG3 - HG5 подойдут индикаторы HDSP-3901 фирмы Хьюлетт-Паккард, единообразные по оформлению с HD3P-3906 (HG2). Можно также применить и любые индикаторы с общим анодом и достаточной яркостью свечения при указанном токе. Из отечественных - это индикаторы красного свечения с высотой знаков не более 7.5 мм - АЛ305А-АЛ305Г, АЛ309А- АЛ309Е. АЛC312А, АЛC312Б, АЛC324А. АЛC324Б. На место HG2 допустимо установить индикатор АЛC326А. При отсутствии специализированного индикатора для указания знака температуры и пер-.вой цифры "±1" можно использовать обычный семиэлементный индикатор. В этом случае знак "+" не индицируют, а для знакаиспользуют элементу индикатора. Подключение входов +Uвх и - Uвх микросхемы 003 (выводы 31 и 30) к остальной части устройства надо будет поменять местами.
Плата помещена в корпус, склеенный из органического стекла, передняя стенка - цветная прозрачная. В верхней и нижней стенках просверлено максимально возможное число вентиляционных отверстий диаметром 6 мм.
Датчик DA1 подключен к термометру экранированным проводом (экран должен быть соединен с плюсовым выводом кон денсатора С1) длиной до 5 м. Его необходимо загерметизировать эпоксидной смолой, поместив в отрезок металлической трубки, и установить на северной наружной стороне дома под свесом крыши так, чтобы на него не попадали прямые солнечные лучи.
В качестве трансформатора питания использован сетевой адаптер RW900 [5], из которого удалены все лишние элементы. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора включен резистор МЛТ-2 сопротивлением 1 кОм. Его сопротивление уточняют с тем. чтобы напряжение на конденсаторе С9 составляло 20...22 В. Можно также использовать любой трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 7,5...8 В при токе 150 мА.
Регулировка термомефа несложна. Поместив датчик DA1 в тающий снег или лед (но не в воду со льдом), подстроечным резистором R10 нужно добиться нулевых показаний на индикаторах при установке переключателя SA1 в положение "У". Далее датчик опускают в воду, нагретую до 30...40Х. температура воды должна при этом контролироваться точным термометром. Затем подстроечным резистором R14 необходимо установить соответствующие показания на индикаторах.
В заключение следует перевести переключатель SA1 в положение "П", рядом с настраиваемым термометром в корпусе на стену помещения повесить образцовый термометр и спустя 20...30 мин подстроечным резистором R3 добиться равенства их показаний.
Диапазон измеряемых температур -40...+40°С, точность в основном определяется калибровкой, максимально достижимое значение порядка ±0,2°С.
Литература
Автор: С.Бирюков, г.Москва