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廉价实用的二极管温度计制作
Temperature controller

时间:2013-09-05 来源:互联网 作者:不详 编辑: 【关闭


廉价实用的二极管温度计制作,Temperature controller

关键字:二极管温度计

 
作者:汪仁里
这款蔬菜大棚温度计不用特殊的温度传感器,不用单片机,显示直观,设定超温报警低温报警简单方便,成本不超过20元。经过适当改动还可以作温/湿度同时显示。这种蔬菜大棚的温度计很有实用价值。
  
  一、温度一电压转换原理
  
  硅二极管有正向导通电压随温度上升而下降的特性,在恒定电流偏置情况下,变化率约为-2mV/℃,也就是说负温度系数。由于恒流源制作复杂,往往用电阻与硅二极管串联接一个固定电压,形成分压电路。温度升高,硅二极管分得的电压因温度而下降,固定电压一二极管电压=电阻电压随之升高,电流增大。二极管因偏置电流增大而正向导通电压升高,在这种反作用下,温度系数小于恒流偏置。增大偏置电流,二极管动态电阻减小,这种影响会减小。过度增大偏置电流,二极管发热,测出的温度高于环境温度造成误差。两者要兼顾。
  
  选择R5=3.9k偏置电流约0.8mA。使用33/4位数字表,下图电路实测电压为0℃:2145mV,100℃:1630mV,估算50℃:(2145+1630)/2=1888mV。A1:LM358是一块双运放,其一半A1_1用作跟随器,另一半A1_2用作反相放大器,其倍数为-11倍。0℃时调整输出为2.15V,50℃时输出为4.97V。在测量中用同一个档位测量,如DC20V为宜。
 
廉价实用的二极管温度计制作Temperature controller
 

  二、LM3914的分段比较原理
  
  用电阻将2145~4972mV细分10等分,分别接比较器和输入电压相比。可以得到11种结果。小于或等于2145mV,大于2145mV(对应0℃),大于2145+283mV(对应5℃)……10个指示灯依次为不亮,1个灯亮,2个灯亮……形成光柱。为了更醒目起见,低于15℃用绿灯显示,高于35℃用红灯显示,中间用黄灯显示。LM3914的Rhi是调整上限,Rlo是调整上限。内部含有9个1kΩ分压电阻。如右图所示。2145mV、4972mV必须很稳定,不能受电源电压波动或环境温度变化影响。LM3914内部有一个基准电压为1.25V的稳压电路,位于7(Uout),8(Adj)脚之间。Uout由Rl、R2调整,计算式为Uout=(1+Rl/R2),鉴于测温50℃运算放大器输出近5V,设计Uout为5.3V。用Wl调节Rhi.W2调节Rlo,最好用多圈电位器实施细调。R2兼做灯拄电流控制用,R2为1.2kΩ时每灯电流为10×1.25V/1.2kΩ=10.4mA。LM3914的第9脚Dot/Bar接高,拄形显示,Dot/Bar接低,点状显示。
 
  三、上下限温度报警设置
  
  用双列金手指接01~010。假如上限温度设45℃,09低电平经过JP2,R9到达U2的第1脚,4001是或非门,1脚输入低,门1等效为反相器,Rl0挂在2脚与3脚之间形成负反馈,2脚电压约等于1/2电源电压位于线性放大的工作点,2脚电压微小变化经过2-3,5-4两级放大,经过电容C2正反馈到2脚,引起自激振荡。频率由Rl0,C2决定。4脚时而高时而低控制4001门3,4的振荡,产生断续的“嘀一嘀”声。压电陶瓷偏发出报警声。这时VT1的基极因02低电平偏置,VT1截止。不影响09回路。~当温度低于5℃时,只有01一个灯不亮,02~010不亮而都输出高电平,02通过JP2,R7,R8使VT1的基极正偏,VT1导通,VT1的C极为低,4001的1脚低电平,产生报警声振荡。在5℃~ 40℃范围,VT1的基极因02-JP1低电平而截止。
  
  09-JP2高电平,4001的1脚高电平→3脚低→5脚低→4脚低→12脚低→11脚高→9脚低→10脚低。所有的脚都处于固定电平没有形成振荡。不报警。JP1和JP2可以人为设定,特别方便。
  四、制作与调整
  
  把3个玻璃封装的硅二极管串联焊接,引出两条细线(最好用高温导线),做成Dll~ 13。然后装入一根较粗的空圆珠笔芯中,用704硅胶或装修用的所谓“玻璃胶”封死,等待自然固化。用自来水冻成冰块,和水混合放在保温杯中,保证既有冰又有水,把Dll~13放入冰水混合物中,数字表测量其端电压,等待数字稳定读出为2145mV。将探头放入开水锅中,等待数字稳定读出为1630mV。
  
  如果不是平原地区,水的沸点不是100℃,也可以用体温计校准。先去2份不含冰的冰水和一份开水,放在保温杯中,用体温计监视水温,然后一勺一勺加开水,直到正好40℃为止,把Dll~13放人,读出为1835mV;通过计算得到50qC的电压。焊下二极管,用一个lOkΩ多圈电位器替代。首先调到O℃的电压,调Wl,使Rlo正好等于OoC的电压。10个灯全不亮。第二步,调到50℃的电压,调W2使Rhi正好等于500C的电压。9个灯亮,第10个灯刚好在亮与不亮的临界状态,使第10个灯亮。LM358的具体放大倍数已经不太重要了。所以R3,R4不必用精密电阻,也不必调。
  
  没有33/4位数字表,可以用一块31/2位数字表+TLV431代替如下图接好。用2V档测测A点到地,如1.251V,再测二极管的时候,黑笔始终接A点,读数如0.896 V,实际电压为1.251+0.896=2.147V.这样就可以取得小数点后3位有效数字。
 
  调试中碰到的问题:发光灯电流太大,不但使芯片发热而且输出端01N010的逻辑低电平因内部的限流作用抬得很高,U2无法识别。下图用三种方法试验。①串联一只电阻,问题有:一灯亮和多灯亮得亮度不匀,多灯得灯与灯之间亮度不匀。②串联一只SV玻封稳压管,管子严重发烫③接入8050晶体管降压。效果比较好,也发热。VCC由12V改为9V,发热问题得以改善。
  
  五、扩充为千湿温度度计
  
  做同样两套温度计,第一套温度计测干温度,第二套测湿温度,湿度越小,两者的差别越大,湿度饱和情况,两者指示相同。由于第一套温度计是5℃一个间隔,而第二套温度计指示的是水蒸发降温后的温度差别,只需1℃一个间隔。,第二个3914的R102接第一块3914的IN1。第二块3914的Rhi用一个二极管抬高0.66V,即Rhi2=R102+0.66。注意挑选6个二极管特性要一致,在室温下的正向压降相同。
  
  如有细微差别可以调节R253.9kΩ。水蒸发与空气流动速度有关,测湿温度的探头包一块湿纱布放在通风处。在没有严格的标定情况,只能建立经验。10个灯全亮表示湿度最小,1个或少数灯亮,表示湿度大。
 


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