Каждому приходилось во время болезни измерять себе температуру ртутным термометром. Эта процедура занимает обычно 5...7 минут. Если взрослые держат градусник спокойно, то за детьми приходится наблюдать, чтобы они его случайно не сломали.
Предлагаемое устройство позволяет за 3 секунды измерить темпера туру тела или предмета (например микросхемы) в диапазоне от 20 до 45°С с точностью не хуже 0,1°С. Этот диапазон при желании легко можно расширить или сдвинуть при изготовлении.

По сравнению с ртутным термометром электрический более удобен и безопасен, особенно когда приходится измерять температуру у маленьких детей или у животных.
В основу по строения схемы взят мостовой преобразователь. Изменение величины сопротивления термодатчика R8 приводит к разбалансу моста и появлению на стрелочном индикаторе РА1 тока, пропорционального температуре.

Особенностью данного прибора является применение в качестве датчика температуры терморезистора типа СТЗ-19 10 кОм, который обладает очень малой массой, за счет чего и удается получить высокую скорость измерения. Этот датчик удобно закрепить на конце пластмассовой трубки от шариковой авторучки и перевитыми между собой проводами длиной 1...0.6 м через разъем Х1 подключить к измерительному блоку. На разъеме от датчика между контактами 1 и 2 установлена перемычка, которая не позволит включить схему устройства, если не подключен термодатчик, что предохраняет измерительный прибор РА1 от повреждения. Питается схема от двух любых аккумуляторов или батареек с общим напряжением 2...3 В и потребляет от источника ток не более 5 мА.

Транзисторы VT1 и VT2 используются как низковольтные стабилитроны и могут быть заменены на КТ3102А, Б, В, Г.

Переменные резисторы, для удобства настройки, лучше применить многооборотные, типа СП5-2 или аналогичные.

Габариты устройства определяются размерами стрелочного индикатора РА1, и при использовании микроамперметра М4205 на ток 0...50 мкА они не превышают 85х65х60 мм

Топология печатной платы и размещение на ней элементов показаны на рисунке

Настройку прибора начинают с измерения сопротивления резистора R8 (желательно с высокой точностью) при фиксированной температуре 20°С. Для этих целей удобно воспользоваться промышленной термокамерой с автоматическим поддержанием заданной температуры, куда и помещают термодатчик . Возможны и другие способы получения температуры 20°С но надо учитывать, что от точности измерения сопротивления термодатчика при этой температуре зависит точность измерения прибора.

После измерения R8 из двух резисторов R6+R7 подбираем такой же номинал сопротивления и припаиваем их в схему.

После этого, установив движки резисторов R2 и R3 в среднее положение, включаем схему тумблером S1 и выполняем последовательно следующие операции:

а) установить переключатель 82 в положение КАЛИБРОВКА и резистором R2 вывести стрелку измерительного прибора в нулевое положение на шкале;

б) поместить датчик температуры в место с известной, постоянной температурой (в пределах желаемого измерительного диапазона);

в) установить переключатель S2 в положение ИЗМЕРЕНИЕ и резистором R3 установить стрелку прибора на значение шкалы, которое будет соответствовать измеренной величине;

Операции а), б) и в) необходимо повторить последовательно несколько раз, после чего настройку можно считать законченной.

В заключение хотелось бы отметить, что в настроенном приборе диа пазон измерения можно сдвинуть резистором R2 при переключении в режим КАЛИБРОВКА и устанавливая стрелку (ее положение будет соответствовать значению 20°С) на любое значение шкалы. После этого при переключении прибора в режим ИЗМЕРЕНИЕ шкала будет соответствующим образом сдвинута относительно положения стрелки в режиме КАЛИБРОВКА.

Прибор имеет большой запас по чувствительности, которая увеличивается с уменьшением сопротивления R3 (при первоначальной настройке). Можно сделать так, чтобы прибор улавливал температуру дыхания или же изменение температуры при циркуляции воздуха.

Схема термометра с цифровой индикацией

Цифровые термометры довольно широко представлены в магазинах. Это, как правило, автономные приборы с питанием от гальванических элементов и жидкокристаллическим индикатором. Датчиком температуры в таких устройствах чаще всего являются терморезисторы или специальные полупроводниковые датчики, выдающие двоичный код температуры по запросу управляющего микроконтроллера. Насколько точно такие термометры измеряют температуру во всём рабочем диапазоне определяется серьёзностью фирмы изготовителя, которая не всегда на высоте, что может иметь фатальные последствия, если, например, термометр используется для контроля температуры в инкубаторе. Повторить такую конструкцию затруднительно из-за отсутствия специфических элементов.
В радиотехнических журналах и интернете неоднократно публиковались схемы электронных термометров, в которых в качестве датчика температуры использовались полупроводниковые диоды или транзисторы. Если p-n переход запитать стабильным постоянным током, то падение напряжения на нём в достаточно широком диапазоне почти линейно зависит от температуры. Проблема в том, что для каждого экземпляра диода или транзистора эта зависимость своя, что затрудняет калибровку прибора, т.к. требуется реально помещать датчики в жидкости с точно известной температурой. При использовании обычных терморезисторов температурная зависимость становится ещё более непредсказуемой и погрешность показаний достигает неприемлемых значений. Выходом из этой неприятной ситуации является использование термометров сопротивления - широко распространённых средств автоматики.
Термометры сопротивления представляют собой бифилярно намотанную катушку из тонкого медного или платинового провода, размещённую в небольшом цилиндрическом корпусе (около Ф 4 х 20 мм), называемую чувствительным элементом. Для защиты от внешних повреждений и удобства подключения чувствительные элементы очень часто помещают в специальный корпус с боксом для подключения внешних проводников. Главное достоинство этих приборов - линейная нормированная (табличная) зависимость сопротивления от температуры, что позволяет легко производить замену датчиков и производить настройку цифровых термометров, используя только набор прецизионных резисторов, с сопротивлением, равным табличному значению сопротивления при выбранной температуре.
Погрешность измерения в диапазоне температур от -200 град.С до +200 град.С не превышает 0,5 град.С, и, главное, показания достоверны. Термометры сопротивления выпускают с разными температурными характеристиками, называемыми градуировкой. Наиболее распространены медные термометры сопротивления градуировок 50М и 100М, которые указывают на сопротивление чувствительного элемента при 0 град.С. Зависимость сопротивления датчиков от температуры можно узнать с помощью специальной программы. Выше приведённая схема как раз использует в качестве датчика медный термометр сопротивления градуировки 100М. В схеме можно применить абсолютно любые датчики с любой градуировкой, но необходимо будет подобрать номиналы элементов измерительного моста.
Термометр имеет светящиеся индикаторы и питается от любого сетевого адаптера или аккумулятора с выходным напряжением 12 В. На операционном усилителе DA2 и транзисторе VT1 собран узел получения искусственной средней точки, необходимой для работы аналого - цифрового преобразователя DA1, а на ОУ DA3 собран нормирующий преобразователь, выдающий напряжение -2,000 ... +2,000 В при изменении температуры датчика от -200 град.С до +200 град.С.

После изготовления устройства приступают к его настройке. Вначале подбором резисторов R3, R4 добиваются уровня напряжения на выводе 36 микросхемы DA1 равным 1,000В, контролируя его цифровым мультиметром. Вместо одного из резисторов можно использовать прецизионный проволочный резистор. Далее приступают к настройке нормирующего преобразователя. Вместо датчика температуры подключают прецизионный резистор сопротивлением 100,0 Ом и вращением подстроечного резистора R14 добиваются нулевых показаний цифрового индикатора. Чтобы регулировка удалась, все резисторы нормирующего преобразователя должны быть прецизионными или тщательно подобранными с помощью цифрового мультиметра - отклонение сопротивлений парных резисторов (с одинаковым на схеме сопротивлением) не должно превышать 1%.
Если настройка нуля прошла успешно, вместо датчика подключают прецизионный резистор с сопротивлением, равным одному из значений сопротивления датчика при выбранной температуре. Подбором резистора R7 и подстроечного R6 добиваются показания этой температуры на цифровом индикаторе прибора. Если датчик температуры будет соединяться с цифровым термометром с помощью кабеля длиной несколько метров, настройку нуля и диапазона необходимо проводить при подключенном кабеле.

Прецизионные резисторы подключаются на конце кабеля, в месте установки термометра сопротивления. При изменении длины кабеля настройку прибора повторяют - достаточно иметь два прецизионных резистора: 100,0 Ом и любой 110 .. 130 Ом, значение которого точно вымеряют и по градуировочной таблице определяют, какой температуре соответствует это сопротивление, чтобы по этому значению настроить показания. После настройки индикации выбранного значения температуры проверяют уход "0", при необходимости его опять подстраивают резистором R14, и снова проверяют соответствие показаний индикатора выбранному значению и т.д.

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 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:

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 , анод лишнего сегмента цепляют к PORTD.3 , а запятую цепляют на PORTB.7.

В преддверии наступления зимы возник вопрос замера температуры окружающей среды «за бортом», то бишь на улице. Причем хотелось это делать не утруждая себя высматриванием наружного спиртового термометра через заиндевевшее окно, а просто наблюдая дистанционно наружную температуру в комфортных домашних теплых условиях. Для этих целей как нельзя лучше подходит электронный термометр. Вот об этом и пойдет речь в статье….

Собственно, цифровой электронный термометр продается уже собранным, и готовым к эксплуатации.

Данный цифровой электронный термометр собран на микроконтроллере ATtiny 2313. Датчиком температуры служит изделие DS18B20 от компании Dallas Semiconductors. Характеристики термометра видны на фото, поэтому повторять их не будем.

Для проверки работоспособности цифрового термометра подключаем его к лабораторному блоку питания и подаем напряжение, ну скажем, 12В (допустимо от 7 до 15В). Эталонных измерителей температуры у меня нет (да и не нужны они), поэтому сравниваем показания цифрового термометра с обычным бытовым.

Как видно, показания очень близки- почти 19°С на спиртовом термометре, и 18,8°С на цифровом.

Такой точности цифрового термометра более чем достаточно для бытовых нужд.

Сразу же захотелось проверить работу цифрового термометра и при отрицательных температурах, но, поскольку на улице еще держится температура выше ноля градусов, пришлось искать альтернативный источник отрицательных температур. Им оказалась обычная морозильная камера обычного холодильника. Не долго думая, помещаем датчик температуры в морозильную камеру, выжидаем пару минут для обеспечения стабильности показаний. Термометр показал минус 19 градусов Цельсия.

Отсюда сразу два важных вывода:

1. Цифровой термометр в целом, и датчик температуры в частности исправны;
2. Морозильная камера в холодильнике обеспечивает заявленную производителем температуру))).

Поскольку испытательный этап успешно закончен, приступим к окончательной сборке термометра.

Для корпуса цифрового термометра был выбран валявшийся без дела пластиковый корпус от советского радиоконструктора (набора) Старт-7176 « Часы электронные». Сами мною собранные часы из этого набора где-то еще тоже валяются.

Корпус имеет наружные размеры ШхВхГ- 140мм х 90мм х 30мм. Внутренние размеры, соответственно, чуть меньше.

Камнем преткновения оказался выбор источника питания. Имелось три варианта:

1. Батарейка на 9В;
2. Внешний сетевой источник питания;
3. Встроенный во внутрь сетевой источник питания.

От применения батарейки в качестве источника питания отказался сразу, учитывая тот факт, что цифровой термометр потребляет ток до 40 мА. Батарейки надолго не хватит при таком токе.

Тонкий корпус глубиной всего 30 мм казалось бы не позволит разместить внутри него сетевой источник питания. Поэтому, наиболее вероятным выглядел вариант №3-внешний блок питания на понижающем трансформаторе. Этот вариант мне не нравился-хотелось получить моноблок, без всяких дополнительных коробочек-блочков и проводов.

И решение нашлось!

Перебирая свой радиолюбительский хлам обратил внимание на зарядное устройство от старого мобильного телефона Samsung. Шильдик на нем информировал о том, что зарядка выдает напряжение 5В при токе до 1А. По току все было с запасом, а вот пяти вольт напряжения было недостаточно. Пришлось вскрывать корпус зарядного устройства, с целью посмотреть- а нельзя ли как-нибудь повысить выходное напряжение…

Половинки корпуса были склеены, поэтому корпус был попросту разломан. Внутри оказалась платка импульсного источника питания и, что и как тут делать поначалу казалось непонятным. Габариты платки оказались подходящими для размещения в выбранном корпусе.

Вид со стороны элементов.

Видна маркировка микросхемы, на которой собрана зарядка- SC1009PN. Обратите внимание, что у этой микросхемы отсутствует ножка №6. Это сделано для того чтобы высокое напряжения на ножке №5 не прошивало на рядом расположенные другие ножки микросхемы (это сказал Гугл).

С обратной стороны на платке размещены пара десятков элементов в SMD исполнении, среди которых выделяется своими размерами оптрон РС817 и шестиногая микросхема с двухбуквенной маркировкой.

Поиск даташита на SC1009PN ничего не дал. Знающие люди пишут что это-специфическая заказная микросхема. Есть аналог-TNY264P.

Удалось найти принципиальную схему на подобное зарядное устройство

И вот тут мы видим, что работой импульсного источника питания через оптрон РС817 управляет микросхема типа TSM1051. Это и есть вот та шестиногая SMD микросхема с непонятным обозначением.

А вот на TSM1051 даташит имеется в сети. Можно видеть типовую схему включения

Из даташит’а следует, что данная микросхема специально разработана для применения в подобных устройствах. Но, самое важное, выходное напряжения источника питания на данной микросхеме можно менять в некоторых пределах, изменяя номиналы резисторов делителя R1 и R2(см. типовую схему включения), или R10 и R11, R14 (см. схему зарядки выше).Это как раз то, что нам нужно.

Поиск резисторов делителя напряжения на конкретной плате показал, что искомый резистор имеет маркировку R15 рядом с микросхемой TSM1051 и соответствует резистору R1 на типовой схеме включения.

Номинал данного резистора был 820 Ом. Методом подбора номинала данного резистора в сторону увеличения (кажется, до 1,8 кОм) выходное напряжения было поднято с 5 до 8,5 В.

Как раз то, что нужно!! Пробная проверка питания цифрового термометра от модернизированной зарядки была успешной. Осталось поместить все это в корпус. Внутри корпуса закрепляем плату термометра, плату источника питания, на задней стенке размещаем разьем для подключения датчика температуры наружного воздуха.

Сборка почти закончена

В ходе работ появилось желание сделать возможность замера температуры воздуха не только снаружи, но и в помещении.

Для этого был использован еще один датчик DS18B20, который установлен прямо на задней стенке корпуса. Для переключения датчиков использован обычный тумблер, который закреплен на передней панели.

Схема переключения выглядит вот так.

Для защиты датчика наружной температуры от механических повреждений делаем вот такой контейнер из кусочка трубки. К трубке прикреплен кронштейн для закрепления контейнера на стене (либо где удобно) в месте защищенном от прямых солнечных лучей и атмосферных осадков.

Датчик DS18B20 помещаем внутрь трубки

Выключатель питания закреплен на боковой стенке

Осталось проверить в работе…

Температура наружного воздуха

Данное устройство было собрано в начале октября 2016 года и на момент написания статьи (конец октября) прошло, так сказать, полный цикл испытаний. Все работает безотказно.

Единственный важный момент: нет данных о том, допускается ли длительная круглосуточная эксплуатация зарядок от мобильных телефонов. Поэтому, во избежание перегрева и воспламенения не рекомендую оставлять без присмотра источник питания на базе зарядного устройства от мобильного телефона. Я выключаю устройство на ночь. Ради эксперимента-гонял термометр без выключении больше суток-все абсолютно нормально, никакого нагрева элементов не наблюдалось.

P.S. Когда наступят морозы-добавлю фото замера отрицательной температуры наружного воздуха.

Обновление от 30 ноября 2016 года. Утро, мороз…Вот как отображает термометр отрицательную температуру:

Измеритель предназначен для измерения температуры воздуха , а если защитить датчик, то и любой другой среды в диапазоне -50..+50°С.

Схема термометра представляет собой мост постоянного тока, в одно плечо которого включен терморезистор, а индикатором служит головка микроамперметра (0...50 мкА). Каждое деление на шкале соответствует 1°С. После уравновешивания моста напряжение в измерительной диагонали равно нулю. Разбаланс моста вызывает появление напряжения положительной или отрицательной полярности - в зависимости от направления разбаланса.
Если менять полярность питающего напряжения при разбалансе, полярность напряжения в измерительной диагонали моста будет одинакова при измерении положительных и отрицательных температур, и можно использовать обычную головку (с нулевым делением слева, а не в середине шкалы).
Изменение полярности осуществляется тумблером SA1, который имеет два положения: "+" и "-", которые можно назвать "Зима" и "Лето".

Измерения производятся при нажатии кнопки SB1. I Детали. Терморезистор R1 - 1 ММТ-13Б, ММТ-12; резисторы R2, ; R3, R5. R6 - МПТ-0.5 или С2-29 с допуском 5%; R4. R7 - СП5-15, СП5-14 или СП5-2. Тумблер SA1 - МТ-3, кнопка SB1 - КМ-1. Измерительная головка РА1 - МЭ06 (ln=50 мкА, Rp=22l3 Ом). Ее можно заменить на М24 или М906 с нулем посередине шкалы, тогда тумблер SA1 не нужен. Для питания прибора используется один элемент типа °D". Такой элемент служит 2...3 года. Можно взять и элементы типа *АА" или аккумуляторы таких же размеров.

Схема простого термометра

Детали измерителя располагаются на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 125x110 мм, выполненной методом прорезания дорожек в фольге. Плата крепится к выводам головки, ее нижняя часть служит опорой измерителя. В верхней части платы устанавливается элемент питания, а на одной из боковых сторон - тумблер и кнопка.
Регулировка. Резисторы R4. R7 устанавливают в среднее положение. Терморезистор подключают проводом МГТФ необходимой длины (0,5.. .1,5 м) и помещают в стакан стающим льдом, через 5..10 минут нажимают кнопку SB1 "Измерение" и резистором R7 устанавливают "0°. Затем терморезистор опускают в пол литровую стеклянную банку, заполненную водой с температурой +60.+70°С. Температуру измеряют ртутным лабораторным термометром. Через 5... 10 мин. когда температура воды снизится до +40°С или +50°С. резистором R4 устанавливают это значение на шкале прибора. Терморезистор, измеряющий температуру наружного воздуха, надо размещать таким образом, чтобы исключить попадание на него солнечных лучей.

Литература
1. Андреев Ю.Н. и др. Резисторы: Справочник
2. Радио, 1999, №6, С.43.
3. Шульц Ю. 1000 понятий для практиков. С.130.

Ю.ПЛОТНИКОВ , г.Новосибирск.

Этот нехитрый прибор позволяет оперативно (за несколько секунд) измерить температуру человеческого тела, воды, окружающего воздуха и любых других объектов в диапазоне 20 …45°С. Несмотря на простоту схемы точность измерений получается достаточно высокой – ± 0.1°С.

Сердцем прибора и, пожалуй, единственной относительно труднодоступной деталью является термореризтор типа СТ3-19 номиналом 10 ком. Именно благодаря его малым размерам время измерения температуры не превышает нескольких секунд. Как видно из схемы, прибор аналоговый и представляет собой измерительный мост, который питается стабилизированным напряжением. В качестве низковольтного стабилитрона используются транзисторы VT1 и VT2.

При изменении температуры сопротивление терморезистора изменяется, а величина расбалансировки моста, состоящего из элементов R2, R5 и R8 отображается на стрелочном индикаторе, роль которого выполняет микроамперметр РА1. Для калибровки прибора служит переключатель SA2, который подменяет элементы R5 и R8 в одном из плечей моста на образцовые резисторы R4, R6 и R7.

Налаживание термометра производится следующим образом. С наиболее высокой доступной точностью измеряется сопротивление резистора R8 при температуре 20°С. От точности этого измерения будет зависеть и точность прибора. Далее подбираются резисторы R6 и R7 таких номиналов, чтобы они в сумме давали измеренное сопротивление. Они будут включены в цепь калибровки. Затем устанавливаем движки резисторов R2 и R3 в среднее положение и подаем питание на схему.

1. Включаем SA2 в режим калибровки. Резистором R2 выводим стрелку прибора РА1 на нулевую отметку.
2. Помещаем датчик температуры на объект с известной температурой, лежащей в измеряемом диапазоне. Это может быть, к примеру, человеческое тело подмышкой. Переводим переключатель SA2 в положение «Измерение» и резистором R3 выставляем показание прибора РА1 на уровень, который будет соответствовать этой температуре.

Снова повторяем операции 1, 2 до тех пор (обычно 3-4 раза), пока в режиме «Калибровка» прибор не будет четко показывать 20°С, а в режиме «Измерение» — заранее известную температуру измеряемого тела. На этом настройку прибора можно считать оконченной.

Термореризтор типа СТ3-19

В конструкции на месте VT1, VT2 кроме указанных на схеме можно использовать КТ3102 с буквами А, Б, В, Г, в качестве РА1 подойдет любой микроамперметр с током полного отклонения 50 мкА, причем чем больше размеры шкалы, тем точнее можно будет отсчитывать его показания. Поскольку шкала термометра практически линейная, то отградуировать ее можно заранее в нужном диапазоне, который может быть несколько сдвинут и даже расширен, хотя расширением диапазона увлекаться не стоит – градуировка получится мельче, визуальная погрешность выше.

Питается устройство от двух гальванических элементов напряжением 1.5 В или аккумуляторов по 1.25 В каждый, потребляемый ток в режиме измерения составляет 3-5 мА. Резисторы R2 и R3 очень желательно поставить многооборотные (к примеру, СП5-2), позволяющие проводить достаточно плавную регулировку сопротивления. Терморезистор очень удобно разместить в корпусе от фломастера, залив его эпоксидной смолой таким образом, чтобы измерительный кончик его оказался на месте кончика «грифеля» нового «фломастера». Со схемой измерительный узел можно соединить любым многожильным проводом, свив его парой. Длина жгута при этом может достигать 1 м.