Термометр-термостат для автомобиля

Данный термометр-термостат был разработан по просьбе Максима — посетителя сайта и автолюбителя. Данное устройство предназначено для контроля и регулирования температуры топлива в автомобиле с дизельным двигателем. Схема представлена на рисунке 1.

Основой схемы является микроконтроллер PIC16F628A с соответствующей программой. Температура может контролироваться в двух точках, для этого в схеме применены два датчика температуры DA2 и DA3 — DS18B20. Значение температуры каждого датчика высвечивается на соответствующем индикаторе. В качестве индикаторов применены трехразрядные семисегментные светодиодные индикаторы с общим катодом. В младшем разряде высвечивается значок градуса. Так как выходов портов в данном микроконтроллере маловато, пришлось дополнить схему дешифратором К555ИД10. Эта микросхема имеет десять выходов с открытым коллектором и как нельзя лучше подходит для коммутации светодиодов индикатора с общим катодом. Резисторы R1,R2 – подтягивающие резисторы для выходов датчиков температуры DA2 и DA3. Остальные – R3…R9 – балластные для светодиодов индикаторов. От их номиналов зависит яркость свечения светодиодов и естественно ток потребления схемы. При значении этих резисторов 510 Ом радиатора для микросхемы стабилизатора КР142ЕН5А не требуется. В реальных условиях эксплуатации возможно в положительный провод питания 12 В, потребуется включение фильтрующего дросселя, но это в случае, если в сети питания автомобиля присутствуют импульсные помехи.

Для коммутации нагрузки применены полевые мощные, переключательные транзисторы IRL2505, способные работать при токах стока до 74А при температуре 70 градусов. Сопротивление открытого канала транзисторов всего 0,008 Ом. На фото показаны некоторые подогреватели дизельного топлива и их параметры. Например, для подогревательной насадки «Номакон», максимальный пусковой ток 10А. Беря во внимание то, что данные транзисторы в этой схеме работают в импульсном режиме, при токах коммутации порядка 10…20А в установке теплоотводов для транзисторов нет необходимости, хотя я всегда устанавливаю небольшие радиаторы на случай непредвиденных перегрузок.

Включение нагревателей происходит при температуре плюс пять градусов. Гистерезис термостата – 1 градус, т.е. выключение, будет происходить при +6 градусах. Диапазон работы термометров от -55 до +99 градусов. Знак минус высвечивается на индикаторе только до значения температуры -9градусов, так как индикатор имеет 3 разряда. Значения температуры ниже минус девяти отображаются без знака минус. Я думаю, будет трудно перепутать десять мороза с десятью градусами тепла. Работа программы была промоделирована на симуляторе протеус. Сам схему я не собирал, но должно все работать. На остальное пока нет времени. Успехов! К.В.Ю.

ГРАДУСНИК ДЛЯ МОТОЦИКЛЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Нередко двигатели мотоциклов перегреваются (особенно в жаркое летнее время). Избежать этого и не дать двигателю «застучать» от перегрева поможет устройство для контроля за температурой. Разумеется, выполняется оно не на основе бытового градусника. Температурными датчиками в технике служат в большинстве случаев специальные полупроводниковые приборы — терморезисторы.

Они имеют форму стержней, пластинок, дисков, шайб, бусинок (табл. 1), изготовляемых из смесей окислов металлов или титаната бария со специальными «добавками». Выпускаются такие приборы с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (сокращенно ТКС).

Что же характеризует этот параметр? ТКС показывает, на сколько изменяется в процентах сопротивление терморезистора при отклонении температуры на 1 °С, отнесенное к величине его сопротивления при 20 °С, и выражается в %/°С, то есть:

где AR — абсолютное изменение сопротивления (Ом) терморезистора в интервале температур At (°С), Rо — сопротивление (Ом) терморезистора при 20 градусов С. Терморезисторы, изготовленные на основе окислов металлов, имеют отрицательный ТКС.

Эти полупроводниковые приборы (называемые еще в обиходе и «минус-термисторами») используют для температурной стабилизации электрических цепей и контуров, режимов транзисторных каскадов для термокомпенсации электроизмерительных приборов, в качестве датчиков в устройствах измерения и регулирования температуры, в системах пожарной сигнализации и другой автоматике.

Необходимые справочные данные по наиболее распространенным приборам такого рода сведены в таблицу 1, которая приводится ниже. Изготовленные на основе титаната бария терморезисторы имеют положительный ТКС. Их также называют позисторами.

Они предназначены для работы в термостатах кварцевых резонаторов в качестве регуляторов температуры нагревательных элементов, могут также осуществлять термостабилизацию режимов работы транзисторов (совместно с терморезисторами с отрицательным ТКС и резисторами), защищать элементы электронных аппаратов от перегрузки по току.

На корпусах терморезисторов с отрицательным ТКС цифрами обозначают величину номинального сопротивления при строго определённой температуре окружающей среды. Для большинства из них эта температура установлена 20 °С. (У терморезисторов, предназначенных для измерения высоких температур, величина номинального сопротивления указана при t = 150 °С.)

Сопротивления позисторов строго не нормируют, поскольку различные экземпляры одного и того же типа могут значительно отличаться своими значениями. Важный параметр этих приборов — кратность изменения сопротивления в области температур, при которых ТКС имеет положительные значения, то есть отношения максимального сопротивления к его минимальному значению в данной области (табл. 2).

Среди других параметров терморезисторов, встречающихся в справочной литературе — максимальная мощность рассеяния, при которой терморезистор, находящийся в спокойном воздухе при t = 20 °С. разогревается протекающим током до максимальной рабочей температуры, допустимой для данного типа, и постоянная В, зависящая от физических свойств полупроводникового термочувствительного материала.

Тепловая постоянная времени характеризует тепловую инерционность терморезистора, то есть насколько быстро он приобретает окружающую температуру при ее изменениях. Этот параметр измеряют следующим образом. После длительной выдержки терморезистора в воздушной среде с t = 0 °С его быстро переносят в атмосферу, где поддерживается 100 °С.

Время, в течение которого температура полупроводника возрастет в е раз (основание натуральных логарифмов е = 2,718), или на 63 процента и принимают за величину постоянной времени терморезистора. Она тем больше, чем массивнее полупроводниковый прибор.

На принципиальных схемах терморезисторы обозначаются символом постоянного сопротивления, который пересекает наклонная линия с изломом внизу — знак нелинейного саморегулирования. Для указания внешнего фактора используют общепринятое буквенное обозначение t° (температура). Знак температурного коэффициента сопротивления указывают только в том случае, если он отрицательный. Буквенное обозначение терморезистора — RK.

Но, как говорится, вернемся к нашим делам: устройству «градусника» для мотоцикла. Шкала самодельного термометра нелинейна, так как он рассчитан на измерение «предела», то есть максимальной температуры двигателя (100. 120 °С). Схема устройства с терморезистором показана на рисунке 1а. Измерительная головка РА1 может быть любой.

Можно, например, использовать в качестве РА1 микроамперметр М1131. Он имеет небольшие размеры и к тому же вибростойкий. Ну а если под руками термистора не оказалось, то на роль термодатчика вполне подойдет. диод Д2В. Правда, принципиальную электрическую схему придется несколько подкорректировать (рис. 1 б). А сам диодный термодатчик следует обмотать фторопластовой лентой и поместить между ребрами радиатора охлаждения цилиндра (лучше всего в головку цилиндра).

Подстроечным резистором R1 устанавливаются максимальные показания РА1 при температуре датчика 110. 120 градусов С. Теперь о подробностях. Начнем с термометра. Схема его проста, поэтому нет никакого смысла делать печатную плату. Описывать конструкцию «в объеме» тоже нет надобности: любой начинающий радиолюбитель может собрать ее за 5 минут.

Правильно собранный «градусник с термодиодом» для мотоцикла заработает сразу, необходимо только подстроечником R1 (см. схему) установить стрелку РА1 на 100. 120 °С при t о двиг = 120 °С. При использовании крупногабаритного микроамперметра схему можно расположить внутри его и вывести три провода: 1 — « масса», 2 — «+», 3 — «датчик» Д2В (рис. 2).

Если в мотоцикле (мотоблоке) напряжение стабилизируется с помощью реле-регуляторов или других электронных (механических) стабилизаторов, то схема упрощается. Шкалу микроамперметра можно отградуировать и примерно оценивать температуру двигателя, который часто перегревается (особенно в жару). Контролируя с помощью «полупроводникового термометра» температуру двигателя на моем «двухколесном агрегате», я ни разу не позволил мотору заклинить.

Рис. 1. Схема «градусника» для мотоцикла, выполненная на базе стандартного термистора (а) и полупроводникового диода Д2В в качестве датчика температуры (б).

Рис. 2. Конструкция прибора, «электроника» которого почти вся умещается в корпусе микроамперметра.

ПРОСТОЙ ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

Предлагаю для повторения схему цифрового термометра, который имеет очень малые размеры. Здесь мы рассмотрим создание простого цифрового термометра с использованием в качестве температурного датчика — специальный цифровой датчик температуры от фирмы DАLLAS, а точнее ds18b20 и микроконтроллером ATtiny2313. Характеристики предложенного цифрового термометра: пределы измерения от -55 до +125*С ; точность измерение от 0,1 до 0,5*С.

Фотография датчика ds18b20:

Работает термометр следующим образом: микроонтроллер подает запрос на поиск и запись адресов датчиков ds18b20, подключенных к линии контроллера по интерфейсу 1Wire. Далее производится чтение температуры с датчиков, которые были найдены, после этого микроконтроллер выводит температуру на 3-х символьный LED, хотя при небольшой модификации прошивки можно подключать и 4-х символьный LED. Тогда температура будет выводится с точность до десятичных долей градуса. Опрос датчика составляет где-то 750мс. Схема проста и в печатной плате не нуждается, хотя кому больше нравится на печатной плате — можно нарисовать. Я контроллер ATtiny2313 ставил сзади LED индикатора и всё соединял проводами.

Принципиальная схема цифрового термометра на ATtiny2313:

Перейдём к настройки фьюзов микроконтроллера. Для работы с протоколом 1Wire, частота внутреннего генератора МК должна быть не меньше 4мгц. Вот скриншот фьюзов которые надо выставить при прошивке в Code Vision AVR:

В архиве на форуме, есть прошивки для индикаторов с общим катодом и общим анодом. Так же все прошивки умеют работать с 8 х датчиками ds18b20. Ещё есть прошивка, которая меряет температуру с точностью до десятичных значений, при этом необходим 4х символьный LED дисплей, анод лишнего сегмента цепляют к PORTD.3 , а запятую цепляют на PORTB.7.

Использовать этот цифровой термометр можно в самом широком спектре устройств. Материал предоставил ansel73.

Самодельный измеритель температуры двигателя

Fantomas

Активный участник

Даже не знаю с чего начать. сейчас будет много букав

Вообщем давно давно, еще когда у меня была тайга, родилась идея сделать самодельный термометр не уступающий (ну или уступающий но не сильно) всяким фирменным изделиям. Самое главное это цена. Основное требование это стоимость, она не должна быть более 500-700 (максимум 1000) руб.

До этого много всего было перепробовано, и механические термометры и периодические замеры температуры двигателя с помощью пирометра (инфракрасный измеритель температуры) и всяческие измерители типа скутер`ок (кстати куда то делась тема с его обсуждением) и даже измерение температуры с помощью дешевого мультиметра с выносной термопарой. Потом были и фирменные приборы в создании которых и я принимал участие (как технический консультант).
Время идет, тайгу продал, после был квадроцикл у которого водяное охлаждение и штатный датчик естественно, так что особой нужды не было.

Но не смотря не на что идея сделать именно нормальный самодельный прибор осталась.
Сейчас же удалось найти немного времени и приступить к задуманному.

Вообщем по порядку.

Прибор будет делаться естественно на микроконтроллере. Если еще точнее то на arduino.
Может быть если всё будет ок то позже перепишу код на атмегу8, а может и нет, скорее всего буду использовать ардуино про мини.
Прибор состоит из контроллера, двух датчиков, двух 4 значных семисегментных индикаторов и некоторого количества обвязки.
В данный момент применяются готовые экраны для удобства прототипирования и тестирования. Позже сделаю печатную плату под подходящий корпус.
Схема работы следующая, контроллер с помощью встроенного аналового-цифрового преобразователя считывает сигнал с датчика -> значение сглаживается по формуле «скользящего среднего» -> полученное значение пересчитывается в сопротивление -> по формуле Стейнхарта-Харта вычисляется температура -> полученное значение температуры выводиться на экран.

Датчик
Датчиком является терморезистор MF-58 рабочая температура до 250 (а по некоторым данным до 300) градусов, этот резистор часто используется в 3D принтерах для контроля температуры хотэнда. Данный резистор имеет сопротивление 100 кОм что неплохо, так как на точность измерений не будет влиять сопротивление проводов. Теперь о плохом, терморезистор не линейный элемент, то есть сопротивление по которому процессор потом будет рассчитывать температуру меняется не одинаково. Но для этого у нас и есть формула товарищей Стейнхарта и Харта которая и учитывает эту не линейность. Но для этого в формулу нужно подставить три коэффициента которые обычно есть в технической документации на данный термистор. Но беда в том что эти термисторы я заказывал у китайцев и никакой информации по ним они мне толком не прислали. Отписываются и присылают стандартную документацию на линейку данных термисторов, а какой именно экземпляр у меня не говорят. Так же данные коэффициенты можно вычислить самостоятельно зная сопротивления термистора в двух-трех фиксированных температурах, так же есть табличные значения. Сейчас я именно этим и занят. Датчик является отрицательным плечом в делителе напряжения. Для повышения точности, опорным напряжением делителя и аналового-цифрового преобразователя контроллера является выход стабилизатора 3.3 Вольт.

Экран
Экран (для теста пока один) собран на сдвиговых регистрах 74 серии 74HC595 если кому интересно. Контроллер отправляет по два байта каждые 6 мсек. Первый байт определяет какие сигменты индикатора будут светиться, а второй байт определяет место положение знака. Вообщем одним словом динамическая индикация. Экраном может служить любой LED или ЖК экран. Можно сделать линейную шкалу из светодиодв, вообщем почти все что душе угодно, нужно будет только слегка переписать код программы и прошить его в контроллер.

Доработки (в ближайшее время)
1. Для обеспечения большей точности и надежности в плече делителя вместе с датчиком нужно поставить советский прецизионный резистор например С2-29В, этот резистор очень точный и имеет очень высокие характеристики по точности в большом диапазоне температур, так как все резисторы меняют свое сопротивление в зависимости от температуры окружающий среды, этот же меньше всех.
2. Высоко стабилизированное опорное напряжение. Например на мс TL431 или чего то еще.
3. Возможно придется программно как то корректировать температуру если это не удастся сделать подобрав А, В, С коэффициенты.
4. После прикрутить к коду всякие красивости типа моргания индикаторов при приближении к пороговой температуре, программирование этой пороговой температуры, выход для звуковой сигнализации (пищалка) чего нибудь еще.

Сейчас же показатели такие (результат сравнивался с показателями цифрового датчика DS18B20 и обычного спиртового комнатного термометра)
Комнатная температура полностью совпадает со всеми тремя
Температура за окном так де совпадает.
Температура кипящей воды выше на 10 градусов (вот она не линейность).

В ближайшее время я заполучу лабораторный ртутный термометр от 0 до 160 градусов и произведу новые замеры. В планах добиться точности хотя бы +-5 градусов во всем диапазоне температур. Если не получиться во всем то только для диапазона высоких температур, например от 100 до 200 градусов.

Из приятного то что в последствии к данному термометру можно прикрутить функции например тахометра, измерения температуры окружающего воздуха, часов, счетчика моточасов итд. Главное на сейчас разобраться с точным измерением температуры.

Просьба ко всем кого заинтересовало подключаться к обсуждению. Кому интересно скину вам скетч, он изобилует комментариями и разобраться будет совсем не сложно.

Немного фото
Фото с температурой снятой с цифрового датчика DS18B20

Температура на моем термометре (отлично)

Оба датчика помещены в яйцо от киндер сюрприза и вынесены за окно

Потом оба датчика помещены в термо кружку с кипятком

Показания цифрового датчика (похоже на правду)

Фото показаний моего термометра (перебор)