wersja mobilna | kontakt z nami

Adapter dla krzemowych czujników temperatury

Numer: Grudzień/2015

Pomiar temperatury jest jednym z bardziej problematycznych w elektronice. Czujniki z wyjściem cyfrowym mają bardzo ograniczony zakres działania, zaś platynowe są drogie. Rozwiązaniem mogą być niedrogie czujniki krzemowe, ale sprzęgnięcie ich z mikrokontrolerem nie jest łatwe. Ten układ znacząco ułatwia ich stosowanie.

Pobierz PDFMateriały dodatkowe

Prezentowany adapter jest przeznaczony do pracy z czujnikami, które powinny być zasilane prądem zbliżonym do 2 mA. Takim elementem jest np. KTY84 mogący pracować w temperaturze do +300°C. Wyjście ma charakter napięciowy, które można z łatwością odczytać przetwornikiem A/C.

Rolą adaptera jest zasilenie czujnika stałym prądem oraz bezinwazyjne (bezprądowe) odbieranie odkładającego się na nim napięcia, wraz z jego ewentualnym wzmocnieniem. Możliwa jest również regulacja offsetu, czyli temperatury, dla której napięcie wyjściowe jest zerowe. Ponieważ czujniki krzemowe są typu PTC, napięcie wyjściowe będzie rosło proporcjonalnie do temperatury.

Rysunek 1. Schemat ideowy adaptera czujników temperatury

Schemat projektu adaptera pokazano na rysunku 1. Stabilnego i dobrze odfiltrowanego napięcia dla zasilania pozostałych podzespołów dostarcza stabilizator US1 oraz kondensatory C1...C6. Do poprawnej pracy jest wymagane napięcie stałe 11 V lub wyższe.

Dla poprawnego działania układów wejściowy wzmacniaczy operacyjnych, w układzie wytwarzane jest napięcie ujemne o wartości ok. -5V. Służy do tego pompa ładunkowa zrobiona na popularnym NE555. Pracuje on w konfiguracji generatora astabilnego, wytwarzając sygnał prostokątny o częstotliwości ok. 40 kHz i wypełnieniu zbliżonym do 50%.

Za pomocą diod D1 i D2 oraz kondensatorów C9 i C10 wytwarza się napięcie ujemne, które jest stabilizowane przez diodę Zenera D3. Rezystor R2 ustala płynący przez nią prąd na ok. 10 mA. Układ źródła prądowego został wykonany na tranzystorze bipolarnym T1. Jest to źródło prądu "wypychanego", dlatego polaryzacja tego tranzystora jest typu PNP.

Układ US3 gwarantuje, że baza tego tranzystora znajduje się na potencjale o 2,5 V niższym niż linia zasilania dodatniego. To napięcie, pomniejszone o spadek na złączu baza-emiter, wywołuje przepływ przez emiter prądu właśnie ok. 2 mA. Z racji dużego wzmocnienia prądowego, niemal ten sam prąd płynie przez kolektor.

Wzmacniacz operacyjny US4A wraz z otaczającymi go elementami jest odpowiedzialny za napięcie "zera". Działanie tego układu jest bardzo proste: ze źródła napięciowego o bardzo niskim oporze wewnętrznym zasilana jest jedna końcówka czujnika, a z drugiej odbierane jest napięcie.

Takim źródłem jest wzmacniacz operacyjny pracujący jako wtórnik napięciowy. Układ US5 zapewnia napięcie ujemne, które potencjometrem P1 może być regulowane w zakresie od 0 do -1,25V - pozwala to na ustawienie zerowej wartości napięcia wyjściowego dla określonej temperatury.

Napięcie odkładające się na czujniku przechodzi przez bardzo prosty filtr RC, który usuwa z niego większość indukowanych w przewodach zakłóceń. Wzmacniacz operacyjny US4B pracuje jako wzmacniacz nieodwracający, przez co jego prąd pobierany przez jego wejście jest pomijalnie mały, maksimum 600pA. Potencjometrem P2 można regulować wzmocnienie napięciowe w zakresie od 1 V/V do ok. 2 V/V.

Po przypadkowym odłączeniu czujnika, napięcie wyjściowe mogłoby sięgać wartości 9 V, co dla wielu przetworników A/C jest wartością zabronioną. Aby się przed taką sytuacją ustrzec, został dodany bardzo prosty obwód, składający się z diody Zenera D4 oraz rezystora R11.

W czasie prawidłowej pracy, ewentualny prąd pobierany przez diodę jest kompensowany przez pętlę USZ i nie ma ona wpływu na działanie układu. W razie awarii, wzmacniacz operacyjny "usiłuje" podciągnąć napięcie wyjściowe do żądanej wartości, lecz ogranicza je dioda Zenera. Działanie pętli USZ wymusza na wzmacniaczu ustalenie napięcia na wyjściu na poziomie 9V, lecz dzięki rezystorowi, płynie przez nie prąd jedynie ok. 8 mA.

Rysunek 2. Schemat montażowy adaptera czujników temperatury

Schemat montażowy adaptera pokazano na rysunku 2. Elementy należy montować poczynając od lutowanych powierzchniowo, nie zapominając o zworze z drutu. Pod układ US4 warto zastosować podstawkę, co ułatwi jego wymianę w razie ewentualnego uszkodzenia.

Prawidłowo zmontowany układ (wraz z dołączonym do zacisków J2 czujnikiem) jest gotowy do skalibrowania:

  • Ustawić wzmocnienie na 1 V/V (skręcenie P2 w prawo).
  • Potencjometrem P1 wyregulować minimalne napięcie wyjściowe.
  • Zmieniając temperaturę czujnika w znanych granicach, ustawić żądane położenie P2.

Warto nadmienić, iż regulacja potencjometrem P1 jest w stanie skompensować również spadek napięcia na przewodach łączących czujnik z płytką. Pobór prądu przez przystawkę to ok. 27 mA. Jeżeli regulacja napięcie "zera" jest zbyt wąska, można wymienić US5 na wersję z napięciem 2,5 V.

Zmienić można również diodę D4, jeżeli zastosowany przetwornik A/C ma niższy zakres napięć wejściowych, np. do 3,3 V. Na koniec należy dodać, że adapter nie dokonuje linearyzacji - tę należy przeprowadzić za pomocą algorytmów opartych na danych z noty katalogowej odpowiedniego czujnika.

Michał Kurzela, EP

Pozostałe artykuły

Generator przebiegu prostokątnego

Numer: Kwiecień/2016

Niewielki, programowany generator przebiegu prostokątnego, niezbędny w laboratorium elektronika. Wykonano go w oparciu o układ CPLD typu XC9572.

Interfejs Ethernet dla Raspbery PI Zero

Numer: Kwiecień/2016

Nowy model Pi da się polubić, ale brak interfejsu Ethernet jest dokuczliwy, ponieważ jest to oczywiste okno na świat dla mikrokomputerów. Naturalnie, że można użyć karty Wi-Fi z USB, ale port USB jest tylko jeden...

Nadajnik/odbiornik różnicowy dla transmisji cyfrowej

Numer: Kwiecień/2016

Transmisja różnicowa sygnałów cyfrowych - pomimo komplikacji układu nadajnika/ odbiornika - ma sporo zalet. Są to między innymi.: odporność na zaburzenia oraz duży zasięg. Najbardziej rozpowszechnionym interfejsem wykorzystującym transmisję różnicową jest stosowany w technice AV interfejs HDMI.

Balanser do pakietów akumulatorów Li-Po

Numer: Marzec/2016

Układ balansera, niezbędny do prawidłowego ładowania szeregowych pakietów akumulatorów, przez co jest wydłużany czas ich eksploatacji i zapewniana maksymalna wydajność.

Przetwornica podwyższająca napięcie

Numer: Marzec/2016

Miniaturowa przetwornica podwyższająca do 5 V/1,5 A, ułatwiająca zasilanie "prądożernych" układów np. Raspberry PI, BeagleBone z zestawu ogniw 3×LR6 lub akumulatora Li-Po.

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Elektronika Praktyczna

Kwiecień 2017

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym