Измерение температуры с помощью термопары и микроконтроллера AVR. Контроллер больших температур на термопаре K-типа. PIC16F676 - Термометры - Конструкции для дома и дачи Терморегулятор на термопаре к типа своими руками

Серия статей об измерении температуры контроллерами Ардуино была бы неполной, без рассказа о термопарах. Тем более что измерять высокие температуры больше нечем.

Термопары (термоэлектрические преобразователи).

Все термодатчики из предыдущих уроков позволяли измерять температуру в диапазоне не шире – 55 … + 150 °C. Для измерения более высоких температур самыми распространенными датчиками являются термопары. Они:

• имеют крайне широкий диапазон измерения температуры -250 … +2500 °C;
• могут быть откалиброваны на высокую точность измерения, до погрешности не более 0,01 °C;
• как правило, имеют низкую цену;
• считаются надежными датчиками температуры.

Главный недостаток термопар – это необходимость в достаточно сложном прецизионном измерителе, который должен обеспечивать:

• измерение низких значений термо-ЭДС с верхним значением диапазона десятки, а иногда и единицы мВ;
• компенсацию термо-ЭДС холодного спая;
• линеаризацию характеристики термопары.

Принцип действия термопар.

Принцип действия датчиков такого типа основан на термоэлектрическом эффекте (эффекте Зеебека). Поэтому другое название термопары – термоэлектрический преобразователь.

В цепи между соединенными разнородными металлами образовывается разность потенциалов. Ее величина зависит от температуры. Поэтому она называется термо-ЭДС. У разных материалов величина термо-ЭДС разная.

Если в цепи стыки (спаи) разнородных проводников связаны в кольцо и имеют одинаковую температуру, то сумма термо-ЭДС равна нулю. Если же спаи проводов находятся при разных температурах, то общая разность потенциалов между ними зависит от разности температур. В результате мы приходим к конструкции термопары.

Два разнородных металла 1 и 2 в одной точке образуют рабочий спай. Рабочий спай помещают в точку, температуру которой необходимо измерить.

Холодные спаи это точки подключения металлов термопары к другому металлу, как правило, к меди. Это могут быть клеммные колодки измерительного прибора или медные провода связи с термопарой. В любом случае необходимо измерять температуру холодного спая и учитывать ее в вычислениях измеренной температуры.

Основные типы термопар.

Наиболее широкое распространение получили термопары ХК (хромель – копель) и ХА (хромель – алюмель).

Название	Обозначение НСХ	Материалы	Диапазон измерения, °C	Чувствительность, мкВ/°C, (при температуре, °C)	Термо-ЭДС, мВ, при 100 °C
ТХК (хромель-копелевые)	L	Хромель, копель	- 200 … + 800	64 (0)	6,86
ТХА (хромель-алюмель)	K	Хромель, алюмель	- 270 … +1372	35 (0)	4,10
ТПР (платино-родиевые)	B	Платинородий, платина	100 … 1820	8 (1000)	0, 03
ТВР (вольфрам-рениевые)	A	Вольфрам-рений, вольфрам-рений	0 … 2500	14 (1300)	1,34

Как практически измерять температуру с помощью термопары. Методика измерения.

Номинальная статическая характеристика (НСХ) термопары задана в виде таблицы с двумя столбцами: температура рабочего спая и термо-ЭДС. ГОСТ Р 8.585-2001 содержит НСХ термопар разных типов, заданные для каждого градуса. Можно загрузить в PDF формате по этой ссылке .

Для измерения температуры с помощью термопары необходимо выполнить следующие действия:

• измерить термо-ЭДС термопары (E общ.);
• измерить температуру холодного спая (T хол. спая);
• по таблице НСХ термопары определить термо-ЭДС холодного спая, используя температуру холодного спая (E хол. спая);
• определить термо-ЭДС рабочего спая, т.е. прибавить ЭДС холодного спая к общей термо-ЭДС (E раб. спая = E общ. + E хол. спая);
• по таблице НСХ определить температуру рабочего спая, используя термо-ЭДС рабочего спая.

Вот пример, как я замерил с помощью термопары типа ТХА температуру жала паяльника.

• Прикоснулся рабочим спаем к жалу паяльника, замерил напряжение на выводах термопары. Получилось 10,6 мВ.
• Температура окружающей среды, т.е. температура холодного спая – примерно 25 °C. ЭДС холодного спая из таблицы ГОСТ Р 8.585-2001 для термопары типа K при 25 °C равна 1 мВ.
• Термо-ЭДС рабочего спая равна 10,6 + 1 = 11,6 мВ.
• Температура из той же таблицы для 11,6 мВ равна 285 °C. Это и есть измеренное значение.

Такую последовательность действий нам надо реализовать в программе Ардуино термометра.

Ардуино термометр для измерения высоких температур с помощью термопары типа ТХА.

У меня нашлась термопара TP-01A. Типичная, широко распространенная ТХА термопара от тестера. Ее я и буду использовать в термометре.

На упаковке указаны параметры:

• тип K;
• диапазон измерения – 60 … + 400 °C;
• точность ±2,5 % в диапазоне до 400 °C.

Диапазон измерения указан для кабеля из стекловолокна. Существует похожая термопара TP-02, но с зондом длиной 10 см.

У TP-02 верхняя граница измерения 700 °C . Значит, будем разрабатывать термометр:

• для термопары типа ТХА;
• с диапазоном измерения – 60 … + 700 °C.

Разобравшись в программе и схеме устройства, Вы сможете создать измеритель для термопар любых типов с любым диапазоном измерения.

Остальные функциональные возможности термометра такие же, как у устройств из трех предыдущих уроков, включая функцию регистрации изменения температуры.

Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.

В последнее время в связи с частым использованием различных понижающих, повышающих, зарядно-контрольных модулей возникла надобность в термометре с обширным диапазоном измерений. Так как имевшийся в наличии мультиметр не имел функции измерения температуры, задумался о приобретении отдельного устройства. Погружные термометры отмел сразу – слишком инерционны. Пирометры, хоть и позволяют дистанционно измерять температуру, но отпугивают ценой и не блещут качеством. По крайней мере, те что попадались в руки не впечатлили.
В результате поисков был заказан за 3,99 $ электронный термометрТМ 902C


Подобных приборов на просторах Алиэкспресс великое множество, но остановился на этом в силу следующих причин:
- узкоспециализированное устройство без дополнительных функций;
- широкий диапазон измерений;
- комплектация прибора термопарой ТР-02 с верхним пределом измерений 750 градусов Цельсия.

Есть другая модификация термометра – с питанием от двух элементов ААА, но в комплекте с термопарой ТР01 с пределом измерений в 350 (400 –согласно некоторых источников) градусов. Покупать отдельно термопару ТР02 смысла не увидел и закрыл глаза на питание от Кроны.
Что декларируют нам производитель с продавцом согласно инструкции на понятном всем нам языке)?

Хоть язык на самом деле мало кому из нас понятен, но хоть не много технически грамотный человек поймет, что прибор:
- при своих размерах 24* 72 *108
- питании от 9 Вольт (Крона, 9F22);
- относительной влажности ≤ 75 %;
- способен измерять температуру от -50 до 1300 градусов Цельсия (1370 – по инструкции);
- работает с термопарами типа К соответствующего диапазона.

Судя из информации в инструкции погрешности прибора, в диапазонах следующие (в Цельсиях):
От – 40 до – 20: -± 3 градуса;
От -20 до – 0: -± 2 градуса;
От 0 до 500: -± 0,75-1 градус;
От 500 до 750: -± 1 %;
От 750 до 1000 и от 1000 до 1370: не смог точно интерпретировать.
Наиболее распространенными являются термопары ТР01 и ТР02 с диапазонами от -50 до 350 (400) и от -50 до 750 градусов Цельсия, соответственно.
При покупке был задан вопрос продавцу о том, какая именно термопара будет в комплекте.
Были получены заверения, что термометр будет измерять температуру от -50 до 750 градусов, т.е. в комплекте будет зонд ТР02, что подтверждают дальнейшие испытания.
Внешне прибор сделан очень аккуратно, литье качественное.

Вес с элементом питания и термопарой

Задняя крышка крепится двумя винтами. Этими же винтами крепится и плата – просто, надежно и экономно.
Двумя винтами и двумя защелками к плате крепится дисплей.

Углы обзора широкие.
Внутри литье корпуса менее тщательное, что не критично.

Плата сделана из гетинакса.
Качество обработки одного из четырех торцов платы (не забываем за цену прибора)

Дисплей размером 1,9 дюйма соединяется с платой через токопроводящую резинку, поэтому снимать экран не стал – вряд ли удастся, потом правильно поставить на место.

На окантовке экрана имеются проушины для крепления винтами к корпусу – в данном случае такая схема крепления не применяется.
Присутствуют легкие следы флюса, но думаю, на работоспособности это никак не отразится.

Как видим, на плате и элементов то почти нет – наверняка под экраном скрывается микросхема-клякса, отвечающая за обработку сигнала с зонда, вычисления и вывод информации на экран.
Изучив внутренний мир прибора, перешел к полевым испытаниям.
На первых порах для сравнения показаний использовал погружной кухонный термометр и комнатный. Комнатный давно не внушал доверия и, впоследствии, был исключен из программы соревнований.
Морозильная камера холодильника

Погружной сразу после извлечения из морозилки показал на 0,2 градуса ниже, но сфотографировать одновременно не получается из за быстрой реакции на изменение температуры обозреваемого и инерционности погружного термеметров.
На свежем воздухе

Веранда

Комната

Горячая вода


Температура кипения воды


Дальше в качестве источника тепла были использованы паяльники. Погружной термометр уже применять не стал так, как его трудно приладить к точечному источнику тепла, а прогревать весь корпус сложно.






На последней фотографии видно, что температура нагревательного элемента выше 400 градусов, что говорит о том, что в комплекте действительно термопара ТР02.
В ходе тестов была слегка подпорчена стекловолоконная оплетка шнура термопары – попала в пламя газовой плиты. Однако это тоже можно считать тестом – она не обгорела, а лишь слегка изменила цвет.


К плюсам отнесу:
- узкую специализацию прибора;
- приличный внешний вид и качество исполнения;
- комплектацию термопарой ТР02;
- как мне кажется, достаточную точность измерений и благодаря этому широкий диапазон измерений;
Минусов, кроме источника питания 9 Вольт и отсутствия защитного колпачка термопары, не обнаружил.

Планирую купить +40 Добавить в избранное Обзор понравился +42 +72

На МК. Сердцем его является микроконтроллер PIC16F628A. В схеме термометра используется 4-х значный или 2+2 светодиодный индикатор с общим анодом. Датчик температуры используется типа DS18B20, и в моем случае показания датчика отображаются с точностью 0,5*С. Термометр имеет пределы измерения теемпературы от -55 до +125*С, что достаточно на все случаи жизни. Для питания термометра была использована обычная зарядка от мобилы на ИП с транзистором 13001.

Принципиальная схема термометра на микроконтроллере PIC16F628A:

Для прошивки PIC16F628A я использовал программу ProgCode, установив её на компьютер и собрав программатор ProgCode по известной схеме:

Обозначение выводов используемого микроконтроллера и цоколёвка некоторых других аналогичных МК:

Программа ProgCode и инструкции с фотографиями пошаговой прошивки находятся в архиве на форуме. Там же и все необходимые для этой схемы файлы. В программе открываем и нажимаем на кнопку "записать всё”. В моем изготовленном устройстве, как видно из фотографий, собрано 2 термометра сразу в одном корпусе, верхний индикатор показывает температуру дома, нижний - на улице. Размещается он в любом месте помещения и соединяется с датчиком гибким проводом в экране. Материал предоставил ansel73. Прошивку редактировал: [)еНиС

Сегодня мы расскажем, как своими руками сделать электронный термометр из трех деталей.

Очень простой и достаточно точный термометр можно сделать, если у вас случайно завалялся старый стрелочный амперметр со шкалой 100 мкА.
Для этого потребуется и всего две детали.
Температура измеряется датчиком LM 35. Этот интегральный кремниевый включает в себя термочувствительный элемент — первичный преобразователь и схему обработки сигнала, выполненные на одном кристалле и заключенные в корпус, такой, как, например, у КТ 502 (ТО- 92). У датчика LM 35 есть конструктивная разновидность с теми же параметрами, но иной цокалевкой и теплоотводом, что очень удобно для контактных измерений температуры.
Выходное напряжение датчика LM 35 пропорционально шкале Цельсия (10мВ/ С). При температуре 25 градусов этот датчик имеет на выходе напряжение 250 мВ, а при 100 градусов на выходе 1,0 В.
Обозначение датчика несколько необычно. Цоколевка приведена на рисунке.

На схеме датчик изображают прямоугольником с обозначением типа прибора и нумерацией выводов.
термометра приведена на рисунке и столь проста, что не требует пояснений.
Собранный термометр должен быть откалиброван.
Включите схему. Датчик LM 35 плотно прижмите к резервуару ртутного градусника, например с помощью изоленты, укутайте место соединения или просто положите все под подушку. Так как любые тепловые процессы инерционны, придется подождать с полчаса или больше, чтобы температуры датчика и градусника выровнялись, затем потенциометром установите стрелку микроамперметра на цифру, соответствующую температуре градусника. Вот и все. Термометром можно пользоваться.

В авторском варианте для тарировки был использован градусник от 0 до 50 градусов Цельсия с ценой деления 0,1 градус, поэтому термометр получился достаточно точным.
К сожалению, найти такой градусник проблематично. Для грубой тарировки можно просто положить датчик рядом с термометром, измеряющем скажем температуру в помещении, подождать часа два и выставить нужную температуру на шкале микроамперметра.
Если точный градусник все же найдется, то в качестве индикатора вместо стрелочного прибора можно использовать цифровой мультиметр, например китайский ВТ-308В, тогда показания температуры можно будет считывать до десятых долей градуса.
Для тех, кто хочет ознакомиться с интегральными датчиками подробно- простите сайт kit-e.ru или rcl-radio.ru (искать LM 35).

PIC16F676 Применение, это и паяльная станция, и управление высокотемпературными процессами и т.д. с функцией ПИД регулировки нагревательного элемента

Решил в свой ламинатор вставить термометр, термометр на термопаре K-типа. Чтобы он у меня стал более информативен, считаю, что хоббийный радиолюбитель не может довольствоваться, когда на таком приборе горит только два светодиода "POWER” и "READY” . Развожу платку под свои детальки. На всякий случай с возможностью её резать пополам(это некоторая универсальность). Сразу с местом под силовую часть на тиристоре, но пока эту часть не использую, это будет у меня схемка под паяльник (когда придумаю, как в жало термопару пристроить)

В ламинаторе мало места (механизмы расположены очень плотно, китай понимаеш ли), использую маленький семисегментный индикатор, но это еще не все, плата целиком тоже не влазит, вот тут пригодилась универсальность платы, разрезаю ее надвое (если использовать разъем верхняя часть подходит ко многим разработкам на пикушечках от ur5kby.)

Настраиваю, сначала делаю, как сказано в форуме , не впаиваю термопару, задаю 400 (хотя если этот параметр будет в памяти, этот пункт отпадет) настраиваю переменниками примерно комнатную и точно по кипению,

Такой контроллер теоретически работает до 999°C но в домашних условиях такую температуру вряд ли найти, самое большее это открытый огонь, но у этого источника тепла сильная нелинейность и чувствительность к внешним условиям.

вот примерная таблица.
и еще для наглядности

Так что выбор невелик в выборе источника для настройки показаний контроллера.

больше тут никакой игры кнопочками, Все можно собирать,
Термопару использовал от китайского тестера. И пост в форуме надоумил меня, что эту термопару можно размножать, её длина почти полметра, отрезаю 2 см.

делаю трансформатором по скрутке угольком, шарик получается, а к двум концам точно так, по медной проволочке, для хорошей пайки к моим проводам.