... ostatnie zmiany w rozdziale 05.03.2001 ...

Najprostrzy z możliwych termometrów cyfrowych (tak mi się wydaje) możliwy do wykonania przy użyciu jednego z układów przetworników A/C: ICL7106, ICL7107, ICL7116 lub ICL7117.

Zacznijmy od wyboru układu...
...właciwie są one tak popularne, że wystarczy pogrzebać głębiej w szafie aby je znaleźć, może jakiś stary multimetr cyfrowy...
Można go także kupić za malutkie pieniążki, kupując decydujemy czy chcemy aby temperatura wskazywana była na wywietlaczu cyfrowym LED (świecącym) czy też LCD (wymagającym światła zewnętrznego). W pierwszym przypadku ICL7107 (ICL7117), a w drugim ICL7106 (ICL7116).
Wybraliśmy układ, teraz poszukajmy wyświetlacza, jeśli LED to taki, który świeci przyzwoicie jasno przy prądzie 8mA na segment (taki uzyskamy z układu ICL7107, ICL7117).
Z elementów niezwykłych pozostał jeszcze czujnik temperatury KTY-81-120 ten element jest również bardzo popularny i tani.

Wykonujemy dwie płytki drukowane, jedna dla ICL-a, druga dla wywietlaczy, obliczamy elementy, skalujemy i już.

Obliczanie elementów
obliczanie dzielników napięć wejściowego i odniesienia

• bazujemy na wewnętrznym napięciu odniesienia pomiędzy COM a U+, które wynosi optymalnie 3,0V, lecz dla różnych układów od 2,4V do 3,2V, możliwe do obciążenia prądem do 30mA,
• czujnik temperatury (KTY-81-120) ma rezystancję dla 0ºC 815Ω (od 793 do 836), a dla +40ºC 1122 Ω (1097 do 1147), dla -40ºC 567 Ω (547 do 588) i powinien pracować z prądem około 1mA,
• obliczamy rezystor, który podłączony szeregowo z czujnikiem temperatury do źródła napięcia odniesienia będzie powodował przepływ prądu około 1mA, dla UREF=3,0V suma rezystorów musi być równa 3kΩ (3,0V/1mA) ponieważ dla środka zakresu temperatury rezystancja czujnika wynosi około 815 Ω, pozostaje dołączyć do niego szeregowo 2,2kΩ. sprawdzamy teraz zakresy prądu dla najmniej korzystnych warunków: I=UREF/(Rczujnika+2,2kΩ)

• napięcia na czujniku to: (obliczamy ze wzoru: U=UREF*Rczujnika/(2,2k+Rczujnika))

• teraz powinniśmy obliczyć dzielnik napięcia dający stałe napięcie równe temu, które otrzymujemy z czujnika dla temperatury 0ºC, posłuży nam ono jako napięcie IN LO, czyli napięcie wejściowe niższe. Jeśli napięcie z czujnika spadnie poniżej tego poziomu przetwornika A/C wskaże ujemną wartość. Napięcie to wynosi dla UREF=2,4V od 0,636V do 0,661V, a dla UREF=3,2V 0,848V do 0,881V.
• źródłem napięcia IN LO będzie dzielnik składający się z rezystora, potencjometru i rezystora połączonych szeregowo, przy czym jeśli potencjometr ustawimy na rezystancję minimalną (równą zero) powinniśmy otrzymać napięcie z dolnej granicy, przy ustawieniu potencjometru na max -napięcie górnej granicy. Napięcie otrzymane to UINLO=UREF*(P3+R4)/(R2+P3+R4),
• obliczamy, jaki stanowi to ułamek napięcia odniesienia:

• prąd płynący przez dzielnik ustalamy na około 0,5mA, a więc Rsumaryczna234=R2+0,5P3+R4=UREF(średnie)/0,5mA, Rsumaryczna234=3,0V/0,5mA=6kΩ,
• napięcie UINLO z dzielnika powinno zawierać się w przedziale 0,265 do 0,275 napięcia odniesienia, odpowiada to ułamkowi rezystancji (jeśli za jeden przyjmiemy Rsumaryczną234),
• R2=0,265*(R2+0+R4), R4=(1-0,275)*(Rsumaryczna234), i tak: R4=0,725*6kΩ=4,35kΩ, R2=1,56kΩ. a P3= Rsumaryczna234*(0,275-0,265)=60 Ω.
• zakładając że mamy rezystory o tolerancji 5% musimy zapewnić pokrycie przez potencjometr tych tolerancji: P3=60 Ω+5%*R2+5%*R4=355,5Ω.
• zastosujemy R2=1,5kΩ5%, P3=560Ω i R4=4,3kΩ5% (do wartości potencjometru dodaliśmy końcówki poucinane z obliczonych wartości rezystorów przy zamianie ich na wartości z szeregu oraz 20%- tolerancję potencjometru= 558Ω),
• teraz musimy zająć się wartością napięcia odniesienia. Skoro chcemy aby dla +40ºC wskazanie na wyświetlaczu było 40.0, musimy obliczyć jakie powinno być napięcie odniesienia. Dla opisywanych przetworników napięcie odniesienia powinno mieć taką wartość jak napięcie wejściowe, przy którym oczekujemy wskazania 100.0. Musimy je obliczyć.

• z tego obliczymy jakie byłyby zmiany dla 100ºC (aby obliczyć napięcie odniesienia):

• po uogólnieniu otrzymamy zakres zmian REFHI od 0,167 do 0,17 UREF, zakładając I=0,5mA mamy Rsumaryczne567=3V/0,5mA=6kΩ
• R5=0,167*(R5+0+R7), R7=(1-0,17)*(Rsumaryczna567), i tak: R7=0,83*6kΩ=4,98kΩ, R5=998Ω. a P6=Rsumaryczna567*(0,17-0,167)=18Ω.
• zakładając że mamy rezystory o tolerancji 5% musimy zapewnić pokrycie przez potencjometr tych tolerancji: P6=18 Ω+5%*R5+5%*R7=272Ω.
• zastosujemy R5=910Ω5%, P6=820Ω i R7=4,7kΩ5% (do wartości potencjometru dodaliśmy końcówki poucinane z obliczonych wartości rezystorów przy zamianie ich na wartości z szeregu oraz 20%- tolerancję potencjometru=768Ω).

• częstotliwość oscylatora jest określana przy pomocy rezystora i kondensatora, wartości minimalne dla tych elementów to 50kΩ i 50pF, typowe to 100kΩ i 100pF. Częstotliwość dobieramy tak, aby zależny od niej czas integratora był całkowitą wielokrotnością okresu zmian napięcia sieciowego. Czas integratora jest równy (ICL7106, ICL7107): tINT=1000*(4/fOSC). Ponieważ fOSC=0,45/RC tak więc tINT=1000*(4/0,45 * RC)=8889*RC. Dla R=90kΩ i C=100pF otrzymamy fOSC=50kHz, fCLOCK=12500Hz i tINT=80ms , który będzie całkowitą wielokrotnością 20ms (co jest okresem zmian napięcia sieciowego).
• optymalnym prądem integratora jest IINT=4µA,
• dla napięcia odpowiadającego wskazaniu 200.0 (czyli dwie wartości napięcia dla wskazania 100.0- patrz tabela powyżej- największa wartość) UINFS=1,085V, obliczamy rezystor integratora RINT=UINFS/IINT, RINT=1,085V/4µA=271kΩ, wybieramy 270kΩ,
• obliczamy kondensator integratora: CINT=(tINT*IINT)/UINT=368nF, wybieramy 360nF.

Schemat układu
Schematy dla poszczególnych układów różnią się ociupinkę...
Wiadomo że ICL7107 i ICL7117 współpracują z LED, oraz wymagają ujemnego napięcia zasilania, które uzyskujemy z prostej przetwornicy zbudowanej na układzie 555.
Z kolei ICL7106 i ICL7116 to wyiwtlacz LCD, niepotrzebna przetwornica napięcia ujemnego, i zasilanie jednym napięciem 9V.
Różnica pomiędzy układami z końcówką kilka (ICL7106 i ICL7107) od tych z końcówką kilkanacie (ICL7116 i ICL7117), to możliwość zatrzaśnięcia wyniku w tych drugich, a co za tym idzie -niewielka zmiana w wyprowadzeniach.

• schemat przetwornika z ICL7107
• różnice w schemacie dla ICL7117
• schemat elementów skalujących temperaturę

Płytki drukowane i wykonanie
Wykonanie? -nic prostrzego! Dwie płytki drukowane, czujnik temperatury na dwóch przewodach (długości około 2m), płytka wyświetlaczy zawiera parę elementów przetwornika, płytki połączone są kilkudziesięcioma przewodami (wyświetlacze i elementy przetwornika).
Płytkę wywietlaczy proponuję wykonać dopiero po zakupie tychże- zmieni się wtedy troszkę bieg cieżek od wspólnych anod, nie wspominając już o rozstawie wyprowadzeń.

• płytka przetwornika z ICL7107 (elementy)
• płytka przetwornika z ICL7107 (druk)
• płytka przetwornika z ICL7117 (elementy)
• płytka przetwornika z ICL7117 (druk)
• płytka wyświetlaczy (elementy)
• płytka wyświetlaczy (druk)

Skalowanie
Zaczynamy od schłodzenia czujnika do temperatury 0°C (szklanka z wodą powstającą z lodu, w której jest jeszcze lód) - regulujemy potekcjometrem od napięcia INLO (R3) na wskazania 00,0 na przemian z -00,0.
Podgrzewamy czujnik do temperatury bliskiej 100°C (para ulatująca się z czajnika z gotującą wodą) i regulujemy potencjometrem od REFHI (R6) na wskazania 99,9.

Autor: Wiktor Szymanowski