Пороговый индикатор температуры для датчика в автомобиле
У каждого автолюбителя есть свое мнение на то, нужно ли прогревать двигатель автомобиля зимой, и на сколько, его прогревать. Но проблема в другом, дело в том, что на многих современных автомобилях зарубежного производства просто нет индикатора температуры двигателя, или он очень невнятный. и стрелка начинает сдвигаться от нуля только после 60-70°С.
Поэтому, и даже если вы будете прогревать мотор, вы не знаете на сколько он прогрет. В этом случае, приходится полагаться на время, мол, погрею минут 5-10 да и поеду.
Исправить положение можно установкой бортового компьютера, который переключить на индикацию температуры двигателя. А можно сделать очень простой светодиодный индикатор, вроде такого, схема которого здесь приводится. Его можно заранее настроить на конкретные температурные пороги, приемлемые на ваше усмотрение, и трогаться с места только тогда, как загорится зеленый светодиод.
В схеме большинства современных автомобилей, где есть индикатор температуры, есть два датчика температуры, -один работает с ЭБУ, а второй со стрелочным индикатором на приборной панели.
Бывают автомобили и только с одним датчиком температуры двигателя (которые без индикатора, либо карбюраторные).
В любом случае, датчик температуры представляет собой полупроводниковый терморезистор. Чаще всего, его один вывод соединен с минусом бортовой сети автомобиля, а второй либо с индикатором, либо с ЭБУ. В зависимости от температуры меняется постоянное напряжение на этом датчике.
И так как его один вывод соединен с минусом бортовой сети, а сам он полупроводниковый, то напряжение на нем обратно пропорционально температуре. На холодном двигателе напряжение максимально, а в процессе прогрева оно уменьшается.
Принципиальная схема
Схема показана на рисунке. Она состоит из двух компараторов на микросхеме LM393.
Индикаторами являются три светодиода, желтого, зеленого и красного цветов, соответственно, цветам светофора, — желтый, — нужно подождать, еще погреть, зеленый — уже можно начинать ехать, красный — стоп, перегрев!
Подстроечным резистором R1 устанавливается нижний порог «зеленого», то есть, нижний порог температуры, при которой (по вашему личному мнению) можно начинать ехать.
Подстроечным резистором R2 устанавливается порог, с которого начинается перегрев двигателя, о котором нужно сигнализировать.
Рис. 1. Принципиальная схема порогового индикатора температуры для датчика в автомобиле.
И так, пока двигатель холодный напряжение на его температурном датчике большое, больше чем напряжение на движке подстроечного резистора R1.
Поэтому, напряжение на инверсном входе компаратора А1.1 оказывается больше напряжения на его прямом входе. В результате, на выходе А1.1 низкое напряжение.
Поэтому горит светодиод HL1, а два других светодиода не горят. В процессе прогрева температура двигателя повышается, а сопротивление датчика его температуры снижается, снижается и напряжение на нем. В какой-то момент напряжение на датчике становится ниже напряжения на движке подстроечного резистора R1.
В этот момент напряжение на выходе А1.1 увеличивается до высокого уровня. Но температура двигателя еще не достигла значения перегрева, поэтому напряжение на датчике выше напряжения на движке подстроечного резистора R2.
И на выходе А1.2 имеется напряжение низкого уровня. Поэтому, возникает ток между выходами А1.1 и А1.2, и загорается светодиод HL2 зеленого цвета.
Сигнализируя этим о том, что двигатель прогрет достаточно, чтобы начинать движение. На двух других светодиодах, при этом, напряжение будет ниже их прямого напряжения падения, поэтому они гореть не будут. Будет гореть только зеленый HL2.
При дальнейшем прогреве двигателя напряжение на датчике температуры будет продолжать снижаться, и в тот момент, когда температура достигнет того уровня, что нужно сообщать о перегреве, напряжение на датчике окажется ниже напряжения на движке резистора R2.
При этом, на выходе А1.2 установится напряжение высокого уровня, светодиод HL2 погаснет, но загорится светодиод HL3 красного цвета, сигнализирующий о перегреве двигателя.
Детали
Светодиоды HL1 — HL3 могут быть любого типа, желательно повышенной яркости чтобы их было лучше заметно в салоне автомобиля. Резисторы R1 и R2 — многооборотные переменные резисторы типа СПЗ-36 от блоков настройки на каналы старых отечественных телевизоров.
Достоинство многооборотного переменного резистора в том, что благодаря своей конструкции он позволяет точно установить сопротивление и оно будет очень стабильно удерживаться в условиях тряски, вибрации. Недостаток один — крутить долго. Питание на схему поступает с выхода замка зажигания.
Налаживание
Налаживание сводится к регулировкам подстроечных резисторов R1 и R2. Резистором R1 настраивают нижний порог температуры, при которой (по вашему личному мнению) можно начинать ехать.
Подстроечным резистором R2 устанавливается порог, с которого начинается перегрев двигателя, о котором нужно сигнализировать. При налаживании контролировать температуру двигателя можно при помощи диагностического прибора, включенного в диагностический разъем автомобиля.
В простейшем случае это адаптер ELM324 и смартфон с установленной программой, поставляемой с этим адаптером. Ну, или можно контролировать температуру прикладывая к двигателю в районе термодатчика какой-то термометр.
Насухов В. А. РК-03-2019.
Литература: 1. Шабаев М.Р. Температурный контролер для автомобиля, РК-02-2018.
Индикатор температуры для системы охлаждения автомобиля (LM339, 4011)
Автомобильный двигатель, как и живой организм, правильно работает только приопределенной температуре, не выходящей за некоторые пределы. На самом деле, проблема в том, что двигатель металлический, а металл расширяется и сужается под действием температуры. При этом, двигатель сложный механизм, в котором многие детали работают с определенными зазорами между собой.
Эти же зазоры сильно зависят от температуры, и правильной величины они могут быть только при температуре, находящейся в некоторых пределах. Именно по этому, важно соблюдать температурный режим двигателя.
Здесь приводится описание электронного датчика системы охлаждения автомобиля, который выполняет одновременно две функции, — он служит индикатором температуры и управляет системой обдува радиатора. В индикаторе четыре светодиода.
При правильной настройке индикатора, зеленый светодиод загорается когда двигатель прогрет до температуры, при которой уже можно начинать ехать. Два желтых светодиода показывают температуру включения и выключения вентилятора обдува радиатора. Один красный светодиод загорается только при перегреве двигателя.
Схема индикатора температуры
Схема построена на основе четырехпозиционного индикатора температуры, опубликованного в Л.1. Там датчиком температуры служит специализированный датчик LM235AH, здесь в качестве цепи -источника напряжения, зависимого от температуры используется штатная цепь индикации температуры автомобиля, состоящая из датчика — терморезистора и магнито-электрического индикатора.
Напряжение берется с точки соединения датчика температуры и магнитоэлектрического индикатора температуры. Это напряжение через цепь R1-C2 поступает на соединенные вместе инверсные входы всех четырех компараторов микросхемы А1 типа LM339. Цепь R1-C2 нужна для подавления помех от работы систем автомобиля, которые могут поступить с цепи датчика температуры.
Рис. 1. Принципиальная схема индикатора температуры системы охлаждения двигателя в авто.
На неинверсные входы компараторов поступают опорные напряжения, на каждый вход, от отдельного потенциометра R2-R5, с помощью этих потенциометров можно индивидуально задать порог температуры для каждого из компараторов.
Экспериментируя с состоянием двигателя, нужно потенциометром R5 установить так, чтобы при прогреве холодного двигателя до температуры, когда можно начинать движение (обычно 30-40°С) загорался светодиод HL4. Это светодиод зеленого цвета.
Далее, потенциометром R3 нужно установить так, чтобы при достижении температуры включения обдува радиатора (обычно, температуры немного ниже температуры кипения используемой охлаждающей жидкости), загорался светодиод HL2 желтого цвета.
На следующем этапе, потенциометром R4 нужно установить так, чтобы при достижении температуры выключения обдува радиатора загорался светодиод HL3 желтого цвета.
Ну, и последний этап — установка потенциометром R2 максимальной температуры, например, температуры кипения используемой охлаждающей жидкости, при которой должен загораться красный светодиод HL1.
Все что выше описано, — это индикация. Управление обдувом осуществляется схемой на микросхеме D1. Это RS-триггер на элементах D1.2, D1.3 и два инвертора D1.1 и D1.4.
Когда температура достигает значения, при котором должен включаться вентилятор, напряжение на выходе А1.2 падает до напряжения логического нуля. Триггер D1.2-D1.3 переключается в состояние логического нуля на выходе D1.3. Этот уровень инвертируется элементом D1.1 и на его выходе — логическая единица.
Ключ на транзисторах VT1 и VT2 открывается и включает реле вентилятора. Вентилятор работает. Температура начинает понижаться, и светодиод HL2 гаснет, но триггер D1.2-D1.3 остается в этом состоянии и вентилятор продолжает работать.
Температура еще понижается, и гаснет светодиод HL3. На входы инвертора D1.4 поступает напряжение логической единицы, а на его выходе — ноль. Этот ноль переключает триггер D1.2-D1.3 в состояние с логической единицей на выходе D1.3.
На выходе D1.4 — ноль, ключ на VT1 и VT2 закрывается и вентилятор выключается.
Детали индикатора
Очень важные детали данного устройства — подстроечные резисторы R2-R5. Нужно обязательно использовать многооборотные подстроечные резисторы, потому что только такие позволят точно установить опорное напряжение и не будут изменять свое состояние под действием вибрации и тряски, имеющей место при эксплуатации в автомобиле. Сопротивления этих резисторов могут быть и другими.
Практически подойдут любые многооборотные подстроечные резисторы сопротивлением от 5 до 200 кОм. Можно использовать даже в качестве таковых, переменные многооборотные резисторы от блоков переключения программ старых телевизоров (обычно там многооборотные переменные или подстроечные резисторы сопротивлением 100 кОм), но, конечно же, лучше подстроечные с боковым червячным приводом вроде 3006-Р-1, СП5-2 или аналогичные.
При отсутствии многооборотных подстроечных резисторов можно использовать временные переменные резисторы на время налаживания, а затем заменять их парами подобранных по сопротивлению постоянных.
Но это усложняет налаживание и не дает возможности оперативно изменять настройки. Светодиоды — любые индикаторные соответствующих цветов.
Шеклев М. В. РК-2016-04.
Литература: 1. Клотов Н. «Четырехпозиционный индикатор температуры», РК2016-02.
Схемы отображения температуры и технология датчиков | Блог Advanced PCB Design
Мне всегда говорили держать дверь холодильника закрытой, и я подчиняюсь. Но когда в один прекрасный день дверца холодильника решила остаться приоткрытой, у меня возникли серьезные проблемы, так как водяной пар накапливался буквально на каждом предмете внутри. К счастью, ни один из овощей не был испорчен, иначе я бы страдал от невыносимого нытья.
В некоторых отраслях неуправляемая температура приводит к худшим последствиям, чем гнилые фрукты или растаявшее мороженое. Холодильные камеры должны иметь точный контроль температуры, иначе товары, часто свежие продукты, рискуют быть зараженными.
Температуру в больнице также поддерживают ниже определенного порога, чтобы предотвратить рост бактерий.
В основе сложного контроллера лежит схема измерения температуры. Часто в конструкцию включается дисплей для отображения значения температуры в реальном времени.
Как работает схема отображения температуры
Цепь измерения температуры измеряет температуру окружающей среды и отображает значение на цифровом дисплее. Это похоже на аналоговый термометр, за исключением того, что для определения значения температуры не используется ртуть.
Вместо этого схема отображения температуры включает датчик температуры, микроконтроллер и цифровой дисплей. Датчик температуры использует электрические принципы для определения значения температуры и преобразования его в аналоговый сигнал.
Микроконтроллер используется для захвата аналогового сигнала и преобразования его в цифровые значения. Часто операционный усилитель необходим для усиления аналогового значения температуры перед подачей на вывод АЦП микроконтроллера.
Дисплей, обычно жидкокристаллический или сегментно-светодиодный, используется для отображения текущего значения температуры. В зависимости от разрешения датчика на дисплее может отображаться значение температуры в десятичных дробях.
Типы датчиков, используемых для схемы отображения температуры
Общая концепция температурного контура проста. Но это не значит, что вы можете начать строить его, взяв любые датчики температуры, которые сможете найти у поставщика. Доступны различные типы датчиков температуры, вам нужно выбрать тот, который соответствует вашим требованиям.
Ниже приведены некоторые распространенные типы датчиков температуры.
Термопара : Термопара работает путем измерения смещения напряжения между двумя разными типами металла. Он нелинейный, имеет низкую точность, но может работать в самом широком диапазоне температур.
Резистивный датчик температуры (RTD) : RTD обычно изготавливается из платиновой проволоки, намотанной на керамический или стеклянный сердечник. При изменении температуры сопротивление РДТ изменялось, как правило, в линейной шкале. Это очень точный, но не экономичный вариант.
Термистор NTC : Термистор NTC работает, изменяя свое сопротивление в зависимости от температуры. Он очень чувствителен к небольшим изменениям температуры. Значение изменяется в экспоненциальном масштабе по сравнению с температурой.
Датчики IC : Полупроводниковые датчики используют диоды для определения значений температуры. ИС для измерения температуры часто имеют встроенный операционный усилитель и предоставляют значение температуры в цифровом или аналоговом сигнале.
Термопара охватывает самый большой диапазон температур, но имеет самую низкую точность.
Проблемы при проектировании схемы отображения температуры
В зависимости от типов датчиков температуры вам придется столкнуться со специфическими проблемами при проектировании печатной платы. Термопара, термисторы RTD и NTC выдают аналоговые сигналы, соответствующие значению температуры. Это означает, что вам потребуется хорошее разделение между аналоговой и цифровой частями печатной платы.
Разделение аналогового и цифрового заземления важно для обеспечения того, чтобы цифровые шумы не попадали в аналоговый сигнал температуры. Конечно, вы также захотите убедиться, что аналоговый сигнал имеет четкий и прямой обратный путь к аналоговой земле.
Очевидно, что использование полупроводникового датчика температуры упростит конструкцию печатной платы. Однако это не означает, что вы должны принимать что-либо как должное. Если датчик IC выдает аналоговый выходной сигнал, вам все равно придется придерживаться наилучшей практики аналогово-цифрового разделения.
Правильная конструкция датчика температуры обеспечивает точное отображаемое значение.
Некоторые датчики на основе ИС имеют интерфейс I2C или SPI, что означает, что вам не нужно иметь дело с аналоговой частью датчика. Это оставляет вас иметь дело с другой проблемой, которая часто влияет на датчик температуры IC. Вам нужно будет держать датчик подальше от выделяющих тепло микросхем, таких как микроконтроллер, если вы собираетесь измерять температуру окружающей среды.
К счастью, проектирование интерфейса дисплея — довольно простой процесс. Если вы правильно разработаете датчик, у вас не возникнет проблем с получением правильного значения на панели дисплея.
Помогает использовать гибкое программное обеспечение для проектирования печатных плат, такое как OrCAD Allegro, для цифрового разделения на землю или установки зазора для датчика температуры. Allegro предлагает четкое решение для компоновки, которое с легкостью управляет совместным процессом проектирования и сочетает в себе возможности анализа и моделирования.
Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Подпишитесь на Linkedin Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions
Создание простейшей схемы индикатора температуры
Вы здесь: Главная / Мини-проекты / Создание простейшей схемы индикатора температуры путем соединения одного транзистора, диода и нескольких других пассивных компонентов.
Как известно, все полупроводники имеют «плохую привычку» изменять свои основные характеристики в ответ на изменение температуры окружающей среды.
Особенно основные электронные компоненты, такие как транзисторы и диоды, очень подвержены колебаниям температуры корпуса.
Изменение характеристик этих устройств обычно связано с прохождением через них напряжения, которое прямо пропорционально величине разницы температур вокруг них.
Использование транзистора (BJT) в качестве датчика температуры
В данной конструкции диод и транзистор сконфигурированы в виде мостовой схемы.
Поскольку обе эти активные части имеют одинаковые свойства в отношении изменения температуры окружающей среды, они дополняют друг друга.
Использование диода для создания опорного напряжения
Диод используется в качестве опорного устройства, а транзистор подключается для выполнения функции датчика температуры.
Очевидно, что поскольку диод используется в качестве эталона, он должен находиться в среде с относительно постоянными температурными условиями, иначе диод также начнет изменять свой опорный уровень, вызывая ошибку в процессе индикации.
Здесь на коллекторе транзистора используется светодиод, который непосредственно интерпретирует состояние транзистора и, следовательно, помогает показать, насколько велика разница температур вокруг транзистора.
Светодиод показывает изменение температуры
Светодиод используется для прямой индикации уровня температуры, измеряемого транзистором. В этой конструкции диод размещается при температуре окружающей среды или при комнатной температуре, при которой транзистор размещается или подключается к источнику тепла, который необходимо измерить.
Напряжение базы-эмиттера транзистора эффективно сравнивается с опорным уровнем напряжения, создаваемым диодом на стыке D1 и R1.
Этот уровень напряжения принимается в качестве эталонного, и транзистор остается выключенным до тех пор, пока его базово-эмиттерное напряжение остается ниже этого уровня. В качестве альтернативы этот уровень может быть изменен предустановленным значением P1.
Теперь, когда нагрев транзистора начинает увеличиваться, его базовый эмиттер начинает нагреваться из-за изменяющейся характеристики транзистора.
Если температура превышает заданное значение, напряжение базы-эмиттера транзистора превышает предел, и транзистор начинает проводить ток.
Светодиоды постепенно начинают светиться, и их интенсивность становится прямо пропорциональной температуре над транзисторным датчиком.
Осторожно
Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не превысить температуру над транзистором выше 120 градусов Цельсия, иначе устройство может сгореть и необратимо выйти из строя.
Предлагаемая простая схема индикатора температуры может быть дополнительно модифицирована, чтобы она включала или выключала внешний прибор в зависимости от измеренных уровней температуры.
Как рассчитать температурные пороги
Я расскажу об этом в своих следующих статьях. Значения резисторов конфигурации рассчитываются по следующей формуле:
R1 = (Ub — 0,6)/0,005
R2 = (Ub — 1,5)/0,015
Здесь Ub — входное напряжение питания, 0,6 — прямое напряжение. падение BJT, 0,005 — стандартный рабочий ток для BJT.
