Данный прибор позволяет измерять температуру с точностью до 0,01
градуса цельсия и по сути является высокоточным прецизионным
измерителем температуры. Датчиком температуры в этом термометре служит
термо-чувствительный кварцевый резонатор типа РКТ206.
Обычно при измерениях температуры высокой точности используются
платиновые датчики температуры типа ТСП или медные ТСМ, мостовая
компенсационная схема и 12 разрядный и более АЦП для перекрытия
широкого диапазона измерения.
Применение термо-кварца в качестве датчика позволяет добиться высокой
разрешающей способности прибора и обойтись без достаточно дорогих
многоразрядных АЦП и вообще без аналоговой измерительной части.
Сигнал в микроконтроллер поступает с датчика в виде импульсов
определенной частоты. Частота сигнала изменяется в зависимости от
температуры термо-кварца. Именно частоту сигнала измеряет прибор с
точностью до долей герца и переводит в привычные единицы - градусы
цельсия, после чего полученный результат измерения выводится на
индикацию.
Прибор позволяет измерить температуру в диапазоне от -40 до 100
градусов с точностью до 0,01 градуса цельсия.
Функция зависимости частоты термо-чувствительного кварцевого резонатора
от температуры нелинейна и представляет из себя полином 3-ей степени с
коэффициентами, которые определяются при изготовлении резонатора.
Так как в проверенных резонаторах коэффициенты полинома отличаются от
заводских значений, то пересчитывать таблицу, необходимую для
преобразования результатов замера в показания температуры нужно в
каждом конкретном экземпляре прибора. Необходимо ещё учитывать тот
момент, что даже небольшое отклонение частоты опорного кварцевого
резонатора от 20 МГц вызывает отклонения в покзаниях. Поэтому
в
качестве опорного кварца разумно применить термостабильный или
термокомпенсированный кварцевый резонатор с минимальными отклонениями
рабочей частоты от номинала, а так-же с минимальным изменением опорной
частоты в зависимости от внешней температуры.
Сам прибор состоит из двух частей - схемы индикации и преобразования,
собранной на микроконтроллере PIC16F628A и датчика температуры,
подключаемого к основной схеме с помощью 2-х жильного экранированного
кабеля. Оплётка кабеля служит для подачи общего провода на датчик, одна
из жил - питание +5 вольт, по другой жиле передаётся сигнал частоты,
зависящей от температуры.
Датчик температуры представляет из себя обычный генератор на микросхеме
К561ЛЕ5 с подключенным к нему термо-кварцем.
Схема
датчика температуры
представлена на рисунке:
Схема самого прибора содержит минимальное число компонентов. Из всех
показанных кнопок, для данной программы достаточно одной. Служит она
для возможности считать измеренное значение в шестнадцатиричном виде
при отладке прибора. По этим считанным значениям пересчитывается
таблица, служащая для преобразования результата замера в показания
температуры.
Схема термометра представлена на рисунке:
Производителем термочувствительных кварцев является СКТБ "Элпа".
Коллектив СКТБ предоставил образцы термо-кварцев для данной
конструкции, за что хочу ещё раз поблагодарить руководителей и
сотрудников этого конструкторского бюро, которые несмотря на не самое
лучшее состояние всей нашей электронной промышленности находят силы для
внедрения новых передовых технологий.
Ссылка на сайт СКТБ "Элпа": http://www.sktbelpa.ru
Применение термочувствительных кварцев вполне перспективно, так как
позволяет добиться высокой точности в шроком диапазоне температур и не
требует использования в схеме аналоговой части. Единственный точный
элемент, который необходимо применить - опорный кварцевый резонатор на
20 МГц.
Измерение аналоговым способом требует кроме дорогостоящего АЦП ещё и
применения прецизионных элементов в аналоговой части схемы.
Такие элементы, как инструментальные усилители и прецизионные
малошумящие резисторы существенно усложняют конструкции с аналоговой
частью.
Приборы на основе термо-кварцев позволяют получть гораздо лучшее
соотношение цена - качество при температурных
измерениях.
Программа в основном режиме выводит на индикатор показания температуры.
При положительной температуре до сотых долей градуса, при отрицательной
до десятых долей градуса, так как один разряд индикатора используется
для индикации знака "-".
При нажатии кнопки на индикатор выводятся 1-й и 2-й байт счётчика
опорных импульсов, зафиксированных в данном измерении.
При следующем нажатии кнопки на индикатор выводятся 2-й и 3-й байты
того же счётчика в HEX виде. Эти данные нужны для пересчёта таблицы и
констант программы.
Представленная конструкция и программа являются демо-версией и
предназначены для демонстрации возможностей данного метода
измерения
температуры.
Прошивка для микроконтроллера PIC16F628A в HEX формате : FT_06.rar
Та-же прошивка в формате программы ProgCode : FT_06.sfr
