Одной из ключевых технических характеристик бесконтактного термометра является оптимальное расстояние между сенсором и измеряемым объектом, в пределах которого достигается высокая точность результатов измерения.
Как создать термометр своими руками?
Термометр — это предмет, который практически присутствует в каждом доме. Он всегда необходим и полезен, поскольку, глядя на его шкалу, можно узнать, какая именно температура воздуха за окном. Большинство людей обычно приобретают этот инструмент в специализированных магазинах, однако изготовление хорошего термометра вполне возможно и самостоятельно. В данной статье мы рассмотрим, как это можно сделать правильно и эффективно.
Принцип работы термометра
Прежде чем спешить к самостоятельному изготовлению термометра, необходимо разобраться в принципах его функционирования. Также важно понимать, какая схема будет использоваться в будущем устройстве, и ознакомится с водными принципами его работы. Сегодня многие предпочитают электронные устройства, которые отличаются как по форме, так и по размерам. Рассмотрим принцип действия современных термометров, основываясь на примере таких устройств.
Параметры чувствительности материалов напрямую зависят от температуры окружающей среды. Исходя из этого, разрабатывается электронная схема термометра. В большинстве случаев внутри устройства применяется термопара — электронный компонент, состоящий из двух соединенных между собой металлов. На их поверхности располагается специальная контактная площадка, которая подключается к измерительной схеме. В условиях изменения температуры контактов появляется термоэлектродвижущая сила, за изменениями которой следит и фиксирует плата электроники прибора.
В современных усовершенствованных устройствах вместо традиционных термочувствительных составных элементов используется кремниевый диод.
Полупроводниковый элемент отличается тем, что его вольтамперная характеристика изменяется в зависимости от температуры. Простыми словами, при нагревании значение падения напряжения на переходе изменяется в зависимости от температуры полупроводникового материала.
Все данные, обработанные термометром, выводятся на дисплей. Таким образом, пользователь может получать всю необходимую информацию о температуре. Современные цифровые термометры способны фиксировать температурные колебания в диапазоне от -50 до +100 градусов Цельсия.
Аналоговый термометр
Начнем с самого простого метода создания настольного термометра, который не требует глубокого знания электротехники. Для этого вам понадобятся:
- бутылка или любая другая относительно небольшая емкость, в которую можно поместить соломинку почти полностью;
- пластилин;
- тушь или другой краситель;
- прозрачная или матовая коктейльная соломинка;
- жидкость с содержанием спирта (например, духи, одеколон, водка или аналогичные жидкости);
- вода.
Чтобы изготовить термометр, следуйте этим инструкциям: наполните емкость до краев смесью воды и спирта пополам. Добавьте краситель и тщательно перемешайте. Опустите соломинку в жидкость на половину ее длины. Закрепите ее с помощью пластилина, тщательно замазав зазор между соломинкой и стенками емкости.
Позади получившегося индикатора разместите лист бумаги, на котором в зависимости от показаний относительно эталонного градусника и высоты жидкости в соломинке отметьте значения температур.
Точность устройства будет зависеть только от качественной градации индикатора. Диапазон измеряемых температур составляет от −40 °C до +90 °C.
Простой электронный термометр
Для создания электронного градусника потребуется чуть более сложная конструкция. Индикатором температуры в нем служит амперметр с чувствительностью в 50 мкА, а датчиком — терморезистор типа СТЗ-19 с номинальным сопротивлением 10 кОм. Данный резистор имеет множество аналогов от разных производителей, что может быть полезным, если оригинальную модель найти не удастся.
Таким образом, для создания электронного термометра понадобятся следующие компоненты:
| Обозначение на схеме | Наименование | Аналоги |
|---|---|---|
| VT1, VT2 | Транзисторы KT315A | КТ3102 (А, Б, В, Г) |
| S1 | Тумблер включения | |
| R1 | Резистор 68 Ом | |
| R2 | Переменный резистор 680 Ом | |
| R3 | Переменный резистор 22 кОм | |
| R4, R5 | Резисторы 6.2 кОм | |
| R6* | -//- 9.1 кОм | |
| R7* | -//- 910 Ом | |
| R8 | Терморезистор СТЗ-19 10 кОм | |
| GB1 | Две пальчиковые батарейки 1.5 В | |
| S2 | Двухпозиционный переключатель режима (калибровка/измерение) | |
| PA1 | Любой микроамперметр с предельным значением 50 мкА. Желательно с длинной шкалой для удобства разметки. |
Схема подключения
Важно отметить, что терморезистор R8 нужно вынести отдельно и подключить с помощью двух проводов, чтобы тепло от остальных элементов схемы не влияло на итоговые показания. В остальном схема электронного термометра выглядит следующим образом:
Калибровка устройства
Перед градуировкой шкалы микроамперметра под температурные показания нужно установить общее сопротивление R6 и R7 равным значению, выдаваемому R8 при эталонной температуре, которую вы планируете использовать как минимальную. Цепь R6-R7 будет использоваться только для калибровки. В будущем ее можно будет безболезненно демонтажировать.
При установке элементов в соответствии с рекомендациями, поворотом R2, работая в режиме калибровки, устанавливаем стрелку микроамперметра PA1 в нуль. Подстройка R3 должна находиться в среднем положении.
Переключив термометр на режим измерения, проведите тест с терморезистором, нагревая воздух или жидкость до известной температуры. Зафиксируйте значение на шкале микроамперметра. Тем же образом проведите тесты с другими показаниями эталонного термометра.
После завершения калибровки устройства резисторы R4, R6 и R7 вместе с переключателем S2 можно удалить, соединяя минусовой контакт амперметра напрямую с точкой соединения R5 и R8.
Точность и пределы измерения
Электронно-аналоговый датчик, несмотря на простоту конструкции, обладает высокой точностью — до 0.1 градусов Цельсия. Пределы измеряемых значений определяются только минимальной температурой, при которой устанавливался ноль шкалы, и максимальной температурой, после которой терморезистор может выйти из строя. Для терморезистора СТЗ-19 пределы его работоспособности немного превышают 110 ºC.
Специфика преподавания учебного предмета «Труд» с учетом реализации ФГОС
Дополнительная скидка: 10% (только до 26 октября)
К данной скидке мы можем добавить скидку от Вашего образовательного учреждения (она зависит от количества ваших коллег, завершивших курсы «Инфоурок»).
В настоящее время дополнительные накопительные скидки (от 2% до 25%) предлагаются 66,649 образовательным учреждениям. Чтобы узнать, какая скидка действует для всех сотрудников вашего образовательного учреждения, войдите в свой личный кабинет на платформе «Инфоурок».
- На данный момент обучается 1,319 человек из 82 регионов
- Данный курс уже прошли 4,790 человек
Курс повышения квалификации
Методика инструктажа и обучения в социальном учреждении по вопросам трудовой деятельности
Дополнительная скидка: 10% (только до 26 октября)
К данной скидке мы также можем добавить скидку от вашего образовательного учреждения (которая зависит от количества ваших коллег, прошедших курсы «Инфоурок»).
На данный момент дополнительная накопительная скидка (от 2% до 25%) предлагается 66,649 образовательным учреждениям. Чтобы выяснить, какая скидка доступна для сотрудников вашего учреждения, перейдите в свой личный кабинет на платформе «Инфоурок».
Курс профессиональной переподготовки
Преимущества и недостатки самодельного термометра
Среди преимуществ приборов, изготовленных самостоятельно, можно выделить:
- простоту изготовления;
- возможность использовать недорогие подручные материалы, что делает процесс экономически выгодным;
- отсутствие необходимости в использовании агрессивных веществ — для измерений можно применять смеси воды и спирта;
- легкость в использовании;
- длительный срок службы.
Однако существует и несколько недостатков:
- электронные версии могут иметь сложные схемы устройства;
- для деталей с электронным или цифровым устройством может потребоваться покупка специализированных плат и схем;
- иногда такие устройства показывают неточные результаты измерений.
Самодельные термометры являются отличным способом сэкономить на покупке нового прибора. Прибор, сделанный своими руками, может прослужить значительно дольше, чем дешевые стандартные измерительные устройства.
Опубликовано 19.02.2018; обновлено 05.04.2021 пользователем digrand.
Мастер по ремонту стиральных, посудомоечных машин, холодильников, кулеров, кондиционеров, варочных панелей, духовых шкафов и прочей бытовой техники. Обладает опытом работы более 7 лет и профильным техническим образованием.
Публичная оферта о заключении договора пожертвования
(Директор: ),
предлагает гражданам сделать пожертвование на ниже приведенных условиях:
1. Общие положения
1.1. В соответствии с пунктом 2 статьи 437 Гражданского кодекса Российской Федерации данное предложение признается публичной офертой (далее – Оферта).
1.2. В настоящей Оферте используются термины с таким значением:
Пожертвование — дарение вещи или права в общественно полезных целях;
Жертвователь — граждане, делающие пожертвования;
Получатель пожертвования — .
1.3. Оферта действительно бессрочно с момента ее размещения на сайте Получателя пожертвования.
1.4. Получатель пожертвования вправе отменить Оферту в любое время удалением ее со своей страницы в интернете.
1.5. Недействительность одного или нескольких условий Оферты не влечет за собой недействительность остальных условий Оферты.
2. Существенные условия договора пожертвования:
2.1. Пожертвование используется для содержания и ведения уставной деятельности Получателя пожертвования.
2.2. Сумма пожертвования определяется Жертвователем.
3. Порядок заключения договора пожертвования:
3.1. Согласно пункту 3 статьи 434 Гражданского кодекса Российской Федерации договор пожертвования заключается в письменанной форме путем акцепта Оферты Жертвователем.
3.2. Оферта может быть акцептована путем перечисления Жертвователем денежных средств в пользу Получателя пожертвования платежным поручением по реквизитам, указанным в разделе 5 Оферты, с указанием в строке назначения платежа: пожертвование на содержание и ведение уставной деятельности, а также с использованием пластиковых карт, электронных платежных систем и других средств, позволяющих Жертвователю переводить средства Получателю.
3.3. Совершение Жертвователем какого-либо действия, предусмотренного пунктом 3.2. Оферты, считается акцептом Оферты согласно пункту 3 статьи 438 Гражданского кодекса Российской Федерации.
3.4. Датой акцепта Оферты, то есть заключения договора пожертвования, считается дата поступления пожертвования в виде денежных средств от Жертвователя на расчетный счет Получателя пожертвования.
Какой необходим корпус для самодельного термометра?
Здесь возможности электронщиков-любителей ограничены лишь их фантазией и стоимостью материалов. Обычно корпус бесконтактного термометра выглядит наиболее удобным и практичным, если он выполнен в форме пистолета.
Такую конструкцию удобно держать в руках и нацеливать на измеряемый объект. Корпус самодельного бесконтактного термометра можно изготовить из различных материалов. Наиболее подходящими являются:
- пластик;
- легкие металлы;
- даже картон может быть использован в качестве материала.
Пример корпуса бесконтактного термометра, сделанного своими руками, можно увидеть на следующем изображении:
Корпус термометра разрабатывается не только с учетом размещения всех электронных компонентов, но также учитывает наличие элемента питания, чаще всего использующегося батареи типа Крона.
Как программировать Arduino для бесконтактного термометра?
Программирование модуля Arduino направлено на получение значений температуры от измерительного модуля MLX90614 и последующее отображение этой информации на OLED-дисплее Arduino. Содержимое кода, который будет использован, упрощено благодаря специальной библиотеке для работы с данными MLX90614. Эту библиотеку можно загрузить по указанной ссылке.
Загруженная библиотека добавляется в Arduino IDE с помощью команды Sketch -> Include Library -> Add .ZIP Library, указывая путь к загруженному ZIP-файлу.
Также следует выполнить инструкции по подключению OLED-дисплея к модулю Arduino и установить необходимые библиотеки для самого дисплея.
Код бесконтактного термометра для Arduino загружается через внешнего программатора TTL или аналогичным образом. После этого необходимо подать питание и нажать кнопку активации термометра. Если все сделано верно, лазерный луч отобразится на контрольном объекте, а температура объекта будет показана на OLED-экране.
Используемая информация из источника: TheoryCircuit.
