Hőmérő az ATmega8 és DS18B20 hőmérséklet-érzékelőn. Magas hőmérséklet szabályozó K-típusú hőelemen. PIC16F676 - Hőmérők - Otthoni és kerti konstrukciók Hőmérő termoelemmel a mikrokontrolleren
Valahogy megakadt a szemem a Nokia 3310-es telefonon - az unokám rohangált vele játszott, természetesen sokáig nem működött. És akkor eszembe jutott, hogy valahol diagramokat láttam tőle a kijelzőn. Googláztam, több linket is adtam ki eszközökhöz, tetszett a hőmérő, a dobozok között turkálva találtam a DS18B20 hőmérséklet-érzékelőt, nos, úgy döntöttem, hogy ennek a séma szerint szerelem össze, főleg, hogy van benne legalább néhány részlet. Az LCD-kijelző két üzemmódot támogat: normál (világos háttéren) és ellentétes (sötét háttéren). Az üzemmódokat a JP1 jumperrel módosíthatja. Az alábbiakban magát a hőmérő áramkört nézzük meg a PIC12F629 mikrokontrolleren:A készülék műszaki paraméterei:
* Feszültség ...................... 3 - 3,3 V
* Min. lépéshőmérséklet............0,1" C
* Pontosság ................... +/- 0,5 "C Hőm.
* Frissítve minden... 1,2 mp.
* Áramerősség ............... 0,2 mA - 0,8 mA
* Mérési hőmérséklet tartomány … -55 és 125°C között
Folytatjuk az összeszerelést, először óvatosan eltávolítjuk a kijelzőt, nem dobtuk ki az üveget, úgy döntöttem, hogy azt is igazítom.
Maratott a tábla, az archívumban van egy rajz a LUT technológiához. varrtam és csak forrasztottam. innen tölthető le. Eleinte a csatlakozón keresztül csatlakoztattam az érzékelőt, de néha kikapcsolt, ezért csak forrasztottam.
A legnehezebb a vezetékek forrasztása volt a kijelzőhöz, 2 óra volt, először egy 40 tűs számítógépkábelt használtam - nagyon nehéz volt és nem kényelmes, ezért elhagytam és vettem egy 80 tűs kábelt, feloldottam , és 5 perc alatt minden jóra fordult. Bekapcsolta az áramot, és ... működött a hőmérő.
Néhány fúróval és reszelővel végzett manipuláció után egy ilyen ablak kiderült.
Ott marad a natív üveg rögzítése, nem is üveg, hanem műanyag, de a nagyítás tulajdonságával. Ezután szilikon pisztollyal ponthegesztést végzünk - itt a lényeg az, hogy ne melegítsük túl a kijelzőt. Mivel nem volt 3,6 voltos akku, eddig három gyenge akkumulátort raktam be, ezek is 3,3 voltot adnak. Hamarosan adok hozzá akkumulátort.
És itt van a teljes hőmérő a mikrokontroller szerelvényen:
Hibamentesen működik, és a hőmérsékletet nem rosszabb pontossággal méri, mint az ipari analógoké. Ezért ez a séma nyugodtan ajánlható megismétlésre. A cikk szerzője: Fül.
Úgy döntöttem, hogy behelyezek egy hőmérőt a laminálógépembe, egy hőmérőt egy K típusú hőelemen. Hogy számomra informatívabb legyen, úgy gondolom, hogy egy hobbirádióamatőr nem elégedhet meg azzal, hogy egy ilyen készüléken csak két „POWER” és „READY” LED világít. Egy sálat tenyésztettem a részletekért. Minden esetre félbevágható (ez némi sokoldalúság). Azonnal a tirisztoron a táprész helyével, de amíg nem használom ezt a részt, addig lesz egy áramköröm a forrasztópáka számára (ha rájövök, hogyan kell hőelemet rögzíteni a csípésre)
Kevés a hely a laminálóban (a mechanizmusok nagyon szorosan helyezkednek el, érted Kínát), én egy kis hétszegmenses jelzőt használok, de ez még nem minden, az egész tábla sem fér el, itt jött a tábla sokoldalúsága jól használható, kettévágtam (ha a csatlakozót használod, a felső rész sok fejlesztéshez passzol az ur5kby-ről történő hangszedőnél.)
Beállítom, először megcsinálom, ahogy a fórumban is írják, nem forrasztom a hőelemet, hanem 400-ra állítom (bár ha ez a paraméter a memóriában van, akkor ez az elem eltűnik)
Egy ilyen vezérlő elméletileg 999 ° C-ig működik, de otthon ilyen hőmérséklet nem valószínű, legfeljebb nyílt tűz, de ez a hőforrás erős nemlinearitású és érzékeny a külső körülményekre.
itt van egy példa táblázat. 
és az egyértelműség kedvéért is 
Tehát kicsi a választás a vezérlő leolvasási forrásának kiválasztásában.
Nincs több játék a gombokkal, mindent össze lehet gyűjteni,
Egy kínai teszterből származó hőelemet használtam. És egy hozzászólás a fórumban azt javasolta, hogy ez a hőelem sokszorosítható, a hossza majdnem fél méter, én 2 cm-t levágtam.
Transzformátort szénnel csavarva csinálok, a golyó kifordul, és a két végére pontosan így, rézhuzal mentén, jó forrasztáshoz a vezetékeimhez. 
A hőelem egyfajta hőmérséklet-érzékelő, amely mérőeszközökben és automatizálási rendszerekben használható. Vannak bizonyos előnyei: alacsony költség, nagy pontosság, széles mérési tartomány a digitális hőmérséklet-érzékelők termisztoraihoz és mikroáramköreihez képest, egyszerűség és megbízhatóság. A hőelem kimeneti feszültsége azonban kicsi és relatív, a hőelem-mérő áramköre pedig összetett, mivel szigorú követelmények vonatkoznak a precíziós hőelem jelerősítésére és kompenzációjára. Az ilyen eszközök fejlesztéséhez speciális mikroáramkörök vannak, amelyek integrálják az analóg jel átalakító és feldolgozó áramkört. Ezekkel a chipekkel egy meglehetősen kompakt hőmérsékletmérőt építhet, amelynek érzékelője hőelem (1. ábra).
Alapelvek
A Wikipédia a következőképpen határozza meg a hőelem működési elvét:
A működési elv a Seebeck-effektuson, vagy más szóval a termoelektromos effektuson alapul. A csatlakoztatott vezetékek között érintkezési potenciál különbség van. Ha a gyűrűben összekapcsolt vezetők csatlakozásai azonos hőmérsékletűek, akkor az ilyen potenciálkülönbségek összege nulla. Ha a kötések különböző hőmérsékletűek, a köztük lévő potenciálkülönbség a hőmérséklet-különbségtől függ. Ebben a függőségben az arányossági együtthatót termo-EMF együtthatónak nevezzük. Különböző fémek esetében a termo-EMF együttható eltérő, és ennek megfelelően a különböző vezetők végei között fellépő potenciálkülönbség eltérő lesz. Kiváló termo-EMF együtthatójú fémek csomópontját T1 hőmérsékletű közegbe helyezve feszültséget kapunk az eltérő T2 hőmérsékletű érintkezők között, amely arányos lesz a T1 és T2 hőmérsékletek különbségével (2. ábra). .
|
|
|
| 2. ábra. | |
A felhasznált anyagpártól függően (tiszta fém vagy ötvözet) többféle hőelem létezik. Projektünkben K-típusú hőelemet (chromel-alumel) használunk, amelyet gyakran használnak ipari szerszámokban és készülékekben. A K típusú hőelem kimeneti feszültsége körülbelül 40 µV/°C, ezért kis bemeneti eltolású jelerősítő áramkörre van szükség.
Mint fentebb említettük, a termo-EMF arányos a hideg és meleg csomópontok közötti hőmérséklet-különbséggel. Ez azt jelenti, hogy a hideg csomópont hőmérsékletét ismerni kell a tényleges meleg csomóponti hőmérséklet kiszámításához. Ehhez egy hideg csomópont kompenzációs áramkörre lesz szükség, amely automatikusan korrigálja a mért termikus EMF-et (3. ábra).
Ahhoz, hogy hőelemet leolvashasson a hőmérsékletről, analóg áramkörre van szüksége, például egy precíziós műveleti erősítőre és egy hideg csomópont kompenzációs áramkörre. Azonban többféle ASIC létezik beépített hőelem interfésszel. Ezek az IC-k integrálják a fent említett analóg áramköröket, és nagymértékben leegyszerűsítik a tervezést. Esetünkben a MAX31855 chipet választottuk a cégtől. Tartalmaz egy analóg áramkört és egy analóg-digitális átalakítót, ezért digitális adatokat fogunk kapni a mikroáramkör kimenetén. A mikroáramkör vásárlása előtt előre meg kell határozni a készülékben használt hőelem típusát.
A MAX31855 chip főbb jellemzői:
- Hőmérséklet mérési tartomány: -270 °С-tól +1800 °С-ig;
- Felbontás: 14 bit, lépés: 0,25 °С;
- Egyszerű SPI-kompatibilis interfész (adat olvasási mód);
- Hőelem referencia csomópont kompenzációs rendszer;
- Az áramkör a hőelem vezetékeinek a tápbusszal és a közös buszhoz való rövidzárlatának észlelésére;
- A mérőkör megszakadásának észlelésére szolgáló séma;
- Változatok a K, J, N, T és E típusú hőelemekhez;
- 8 tűs csomag.
A hideg csomópont kompenzációja a chipbe integrált hőmérséklet-érzékelő segítségével valósul meg, így a mérő összeszerelésének egyik fontos feltétele, hogy a chipet közvetlenül a hőelem csatlakozója mellé helyezzük. Fontos feltétel az egység elszigetelése a külső fűtéstől. A csatlakozáshoz a 4. ábrán látható csatlakozót használtuk. Más típusú csatlakozók is használhatók.
A hőmérsékletmérő sematikus diagramja az 5. ábrán látható.
A készülék szíve az AVR mikrokontroller. A MAX31855 chip az SPI interfészen keresztül csatlakozik a mikrokontrollerhez.
Az áramforrás egy LR1 akkumulátor, 1,5 V feszültséggel. A mikrokontroller és a hőelemes interfész chip táplálására egy XC9111 sorozatú chipen készült DC/DC boost konverter áramkört használnak, amely 3,0 V kimeneti feszültséget biztosít. A mikrokontroller vezérli a tápellátást és figyeli az akkumulátor feszültségét.
Mivel a tápellátáshoz 1,5 V-os elemet használnak, az adatok megjelenítésére célszerű a digitális hőmérsékletmérő készülékekben használatos TWV1302W szegmens statikus LCD kijelzőt használni (6. ábra). Ennek az indikátornak az üzemi feszültsége 3 V. 5 V üzemi feszültségű jelző használata esetén további feszültségátalakító áramkörre lesz szükség (7. ábra). Az indikátorvezérlési funkciókat a mikrokontroller látja el. Ezzel a megoldással a készülék által fogyasztott áram 4 mA lesz, az akkumulátor pedig legalább 100 órát bír.
|
|
Az Arduino vezérlőkkel történő hőmérsékletmérésről szóló cikksorozat hiányos lenne a hőelemekről szóló történet nélkül. Ráadásul nincs mit mérni a magas hőmérsékletet.
Hőelemek (termoelektromos átalakítók).
Az előző órák összes hőmérséklet-érzékelője lehetővé tette a hőmérséklet mérését a nem szélesebb tartományban - 55 ... + 150 °C. Magasabb hőmérséklet mérésére a hőelemek a leggyakoribb érzékelők. Ők:
- rendkívül széles -250 … +2500 °C hőmérséklet mérési tartománnyal rendelkeznek;
- nagy mérési pontosságra kalibrálható, legfeljebb 0,01 ° C-os hibáig;
- általában alacsony ára van;
- megbízható hőmérséklet-érzékelőknek számítanak.
A hőelemek fő hátránya egy meglehetősen összetett precíziós mérő szükségessége, amelynek biztosítania kell:
- alacsony termo-EMF értékek mérése tízes, sőt néha mV-os tartomány felső értékével;
- hideg csomópont termo-EMF kompenzáció;
- a hőelem jellemzőinek linearizálása.
A hőelemek működési elve.
Az ilyen típusú érzékelők működési elve a termoelektromos hatáson (Seebeck-effektus) alapul. Ezért a hőelem másik neve termoelektromos átalakító.
Az összekapcsolt, különböző fémek közötti áramkörben potenciálkülönbség képződik. Értéke a hőmérséklettől függ. Ezért termo-EMF-nek nevezik. A különböző anyagok eltérő termo-EMF értékkel rendelkeznek.
Ha az áramkörben a különböző vezetők kötései (csomópontjai) gyűrűbe vannak kötve és azonos hőmérsékletűek, akkor a termo-EMF összege nulla. Ha a vezetékek csomópontjai különböző hőmérsékletűek, akkor a köztük lévő teljes potenciálkülönbség a hőmérséklet-különbségtől függ. Ennek eredményeként eljutunk a hőelem felépítéséhez.
Két különböző fém 1 és 2 egy ponton működő csomópontot alkot. A munkacsomópontot azon a ponton kell elhelyezni, amelynek hőmérsékletét mérni kell.
A hideg csomópontok azok a pontok, ahol a hőelemes fémek egy másik fémhez, általában rézhez kapcsolódnak. Ezek lehetnek mérőkapcsok vagy rézvezetékek a hőelemes kommunikációhoz. Mindenesetre a hideg csomópont hőmérsékletét meg kell mérni, és a mért hőmérséklet számításánál figyelembe kell venni.
A hőelemek fő típusai.
A legszélesebb körben használt hőelemek az XK (chromel - kopel) és az XA (chromel - alumel).
| Név | Megnevezés NSH | anyagokat | Mérési tartomány, °C | Érzékenység, μV/°C, (hőmérsékleten, °C) | Thermo-EMF, mV, 100 °C |
| THC (chromel-copel) | L | Chromel, Kopel | - 200 … + 800 | 64 (0) | 6,86 |
| THA (chromel-alumel) | K | Króm, alumel | - 270 … +1372 | 35 (0) | 4,10 |
| TPR (platina-ródium) | B | Platina ródium, platina | 100 … 1820 | 8 (1000) | 0, 03 |
| TVR (volfrám-rénium) | A | Volfrám-rénium, volfrám-rénium | 0 … 2500 | 14 (1300) | 1,34 |
Gyakorlatilag hogyan mérjünk hőmérsékletet termoelemmel. Mérési technika.
A hőelem névleges statikus karakterisztikáját (NSH) táblázat formájában adjuk meg, két oszloppal: a munkapont hőmérséklete és a termo-EMF. A GOST R 8.585-2001 különböző típusú hőelemek NSH-ját tartalmazza, mindegyik fokozathoz megadva. Erről a linkről letölthető PDF formátumban.
Ha hőelemet szeretne mérni, kövesse az alábbi lépéseket:
- mérje meg a hőelem termo-EMF-jét (E általános);
- mérje meg a hideg csomópont hőmérsékletét (T cold junction);
- a hőelem NSH táblázata szerint határozza meg a hideg csomópont termo-EMF-ét a hideg átmenet hőmérsékletének felhasználásával (E cold junction);
- határozza meg a működő csomópont termo-EMF-jét, azaz. adja hozzá a hideg csomópont EMF-jét a teljes termo-EMF-hez (E munkapont \u003d E közös + E hideg csomópont);
- az NSH táblázat szerint határozza meg a munkacsomópont hőmérsékletét a munkacsomópont termo-EMF segítségével.
Íme egy példa arra, hogyan mértem meg a forrasztópáka hegyének hőmérsékletét THA hőelem segítségével.
- Megérintettem a forrasztópáka hegyével a működő csomópontot, megmértem a feszültséget a hőelem vezetékein. 10,6 mV lett.
- Környezeti hőmérséklet, pl. a hideg csomópont hőmérséklete körülbelül 25 °C. A GOST R 8.585-2001 táblázatban szereplő hidegponti EMF egy K típusú hőelemhez 25 °C-on 1 mV.
- Az üzemi csomópont termo-emf-je 10,6 + 1 = 11,6 mV.
- Ugyanebből a táblázatból a 11,6 mV-os hőmérséklet 285 °C. Ez a mért érték.
Ilyen műveletsort kell végrehajtanunk az Arduino hőmérő programban.
Arduino hőmérő magas hőmérséklet mérésére THA hőelem segítségével.
Találtam egy TP-01A hőelemet. Egy tipikus, széles körben használt THA hőelem teszterből. A hőmérőben fogom használni.
A csomagon található paraméterek:
- K típusú;
- mérési tartomány – 60 … + 400 °C;
- pontosság ±2,5% 400 °C-ig.
A mérési tartomány üvegszálas kábelre van megadva. Van egy hasonló TP-02 hőelem, de 10 cm-es szondával.
A TP-02 felső mérési határa 700 °C. Tehát kifejlesztünk egy hőmérőt:
- ТХА típusú hőelemhez;
- mérési tartománnyal – 60 … + 700 °C.
Miután megértette a készülék programját és sémáját, bármilyen típusú hőelemhez bármilyen mérési tartománnyal mérőt hozhat létre.
A hőmérő többi funkciója megegyezik az előző három lecke készülékeiével, beleértve a hőmérsékletváltozások regisztrálásának funkcióját is.
Kategória: . Megjelölheti a könyvjelzőt.A hőelemeket széles körben használják ott, ahol magas hőmérsékletek pontos mérésére van szükség, t2500°C-ig terjedő hőmérséklet. Vagyis ahol a digitális érzékelők azonnal meghalnának a túlmelegedéstől, ott hőelemeket használnak. A hőelemeknek jó néhány fajtája létezik, de a króm-alumel (K típusú) hőelemek a legelterjedtebbek, alacsony költségük és szinte lineáris termoelektromos teljesítményváltozásuk miatt. Az ilyen típusú hőelemeket vízmelegítőkbe és egyéb, hőmérséklet-szabályozással rendelkező háztartási készülékekbe helyezik, széles körben használják fémolvadás közbeni hőmérséklet szabályozására, ezen hőelemek segítségével szabályozzák a forrasztóállomás hegyének melegítését. Ezért nagyon hasznos lesz jobban megismerni őket.
A hőelem két különböző fémből készült vezető, amelyek közös érintkezési ponttal (csomóponttal) rendelkeznek. Ennek az érintkezésnek a pontján potenciálkülönbség keletkezik. Ezt a potenciálkülönbséget hőteljesítménynek nevezik, és közvetlenül függ attól a hőmérséklettől, amelyen a csomópont található. A fémeket úgy választják ki, hogy a hőteljesítmény függése a fűtési hőmérséklettől a leglineárisabb legyen. Ez leegyszerűsíti a hőmérséklet-számítást és csökkenti a mérési hibát.
Az így széles körben használt króm-alumínium hőelemek meglehetősen magas linearitású és stabilitást mutatnak a mért hőmérsékletek teljes tartományában.
Az alábbiakban a króm-alumínium hőelemek (K típusú) grafikonja látható, amely a kialakuló hőteljesítmény függését mutatja a csomóponti hőmérséklettől (a cikk végén lesz egy link egy nagyobb felbontású grafikonra):
Így elegendő a hőteljesítmény értékét megszorozni a szükséges együtthatóval, és megkapni a hőmérsékletet anélkül, hogy a táblázatos értékekkel és a közelítéssel bajlódna - egy együttható a teljes mérési tartományra. Nagyon egyszerű és világos.
De felmerül a kérdés, hogy a termoelemet mikrokontrollerhez kell csatlakoztatni. Nyilvánvaló, hogy ha van feszültség a hőelem kimenetén, akkor az ADC-t fogjuk használni, de a potenciálkülönbség a hőelem kimenetén túl kicsi ahhoz, hogy legalább valamit elkapjon. Ezért először meg kell növelni, például egy műveleti erősítő alkalmazásával.
A műveleti erősítő nem invertáló bekapcsolásának szabványos sémáját vesszük:
A bemeneti és kimeneti feszültségek arányát egy egyszerű képlet írja le:
V ki/Vin = 1 + (R2/R1)
A jelerősítés az R1 és R2 visszacsatoló ellenállások értékétől függ. A jelerősítési értéket annak figyelembevételével kell kiválasztani, hogy mi lesz referenciafeszültség.
Tegyük fel, hogy a mikrokontroller referencia feszültsége 5V. Most el kell döntenie, hogy milyen hőmérsékleti tartományt fogunk mérni. A mérési határt 1000 °C-ra vettem. Ezen a hőmérsékleti értéken a hőelem kimenetének potenciálja körülbelül 41,3 mV. Ennek az értéknek meg kell felelnie az ADC bemenetén lévő 5 voltos feszültségnek. Ezért az opamp erősítésének legalább 120-nak kell lennie. Ennek eredményeként a következő áramkör született:
A rejtekhelyen találtam egy táblát ezzel az opamp-mal sokáig összeszerelve, összeraktam mikrofon előerősítőnek, és ráraktam:
A bredboardon összeállítottam a következő sémát a kétsoros kijelző mikrokontrollerhez való csatlakoztatásához:
A hőelem is sokáig tétlenül feküdt - a multiméteremhez tartozott. A csomópont fémhüvelybe van zárva.
Bascom-AVR hőelem kód:
$regfile
= "m8def.dat"
$kristály
=
8000000
Homályos
W MintEgész szám
"kétsoros kijelző csatlakoztatása
config
Lcdpin = Pin, Rs = Portb. 0, E = Portd. 7, Db4 = Portd. 6, Db5 = Portd. 5, Db6 = Portb. 7, Db7 = Portb. 6
config
lcd=
16
*
2
Kurzor
Ki
Cls
"kiolvassa az értéket az ADC-ből az időzítő megszakításával
config
Időzítő 1=
időzítő, Előskála = 64
Tovább
Időzítő 1 Acp
"ADC konfiguráció
config
Adc = Egyetlen, Prescaler=Auto , Reference= Avcc
engedélyezze
Megszakítja
engedélyezze
Időzítő 1
Tedd
Cls
Rem hőmérséklet:
lcd
"Teѕsepaїypa:"
alsó vonal
lcd
W
Waitms
200
hurok
"Az ADC-vel dolgozom
Acp:
Rajt
adc "indítsa el az ADC-t
W=
getadc(1
)
W= W/1. 28 "A méréseket az aktuális hőmérséklethez igazítjuk
Visszatérés
vége
