Термопары широко применяются там где необходимо точно померить высокие температуры, т емпературы вплоть до 2500°C. То есть там, где цифровые датчики бы сразу сдохли от перегрева, применяются термопары. Разновидностей термопар существует достаточно много, но самое большое распространение получили хромель-алюмелевые (тип К) термопары, из-за своей дешевизны и практически линейному изменению термоэдс. Этот вид термопар ставятся в водонагреватели и другие бытовые приборы с контролем температуры, их повсеместно используют для контроля температуры при плавке металла, с помощью этих термопар контролируется нагрев жала в паяльной станции. Поэтому будет весьма полезно познакомиться с ними поближе.

Термопара это два проводника из разных металлов и имеющих общую точку контакта (спай). В точке этого контакта возникает разность потенциалов. Эта разность потенциалов зовется термоэдс и напрямую зависит от температуры, в которой находится спай. Металлы подбираются таким образом, чтобы зависимость термоэдс от температуры нагрева была наиболее линейна. Это упрощает расчет температуры и сокращает погрешность измерений.

Так широко применяемые хромель-алюмелевые термопары имеют достаточно высокую линейность и стабильность показаний на всем диапазоне измеряемых температур.
Ниже приведен график для хромель-алюмелевых термопар (тип К) показывающий, зависимость возникающей термоэдс от температуры спая (в конце статьи будет ссылка на график с большим разряшением):

Таким образом значение термоэдс достаточно умножить на нужный коэффициент и получить температуру, не заморачиваясь с табличными значениями и аппроксимацией - один коэффициент на весь диапазон измерений. Очень просто и понятно.
Но встает вопрос о подключении термопары к микроконтроллеру. Понятно что если на выходе термопары напряжение, тогда задействуем АЦП, но разность потенциалов на выходе термопары слишком мала, чтобы уловить хоть что-то. Поэтому прежде его нужно увеличить, например, применив операционный усилитель.

Берём стандартную схему неинвертирующего включения операционного усилителя:

Отношение входного и выходного напряжений описывается простой формулой:

Vout /Vin = 1 + (R2/R1)

От значений резисторов обратной связи R1 и R2 зависит коэффициент усиления сигнала. Величину усиления сигнала нужно подбирать с учетом того, что будет использоваться в качестве опорного напряжения.

Допустим опорным будет напряжение питания микроконтроллера 5V. Теперь необходимо определится с диапазоном температур, которые собираемся измерять. Я взял пределом измерения 1000 °C. При этом значении температуры на выходе термопары будет потенциал примерно 41,3мВ. Это значение должно соответствовать напряжению в 5 вольт на входе АЦП. Поэтому операционник должен иметь коэффициент усиления не менее 120. В итоге родилась такая схема:

В загашнике у меня нашлась давно собранная плата с этим операционником, собирал как предусилитель для микрофона, ее я и применил:

Собрал на бредборде такую схему подключения двухстрочного дисплея к микроконтроллеру:

Термопара тоже валялась без дела долгое время - она шла в комплекте с моим мультиметром. Спай закрыт в металлическую гильзу.

Код Bascom-AVR для работы с термопарой:

$regfile = "m8def.dat"
$crystal = 8000000

Dim W As Integer

"подключение двухстрочного дисплея

Config Lcdpin = Pin , Rs = Portb . 0 , E = Portd . 7 , Db4 = Portd . 6 , Db5 = Portd . 5 , Db6 = Portb . 7 , Db7 = Portb . 6
Config Lcd = 16 * 2
Cursor Off
Cls

"считывание значения с АЦП по прерыванию от таймера

Config Timer1 = Timer , Prescale = 64
On Timer1 Acp

"конфигурация АЦП

Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Avcc

Enable Interrupts
Enable Timer1

Do

Cls
Rem Температура:
Lcd "Teјѕepaїypa:"
Lowerline
Lcd W

Waitms 200

Loop

"работа с АЦП

Acp :

Start Adc "запуск АЦП
W = Getadc (1 )
W = W / 1 . 28 "подгоняем замеры под действ. температуру
Return

End

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).

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.