П.П. Бобонич, Э.П. Бобонич, Ужгород PA 1'2010

Разработка приборов для измерения температуры и других устройств на основе неработающих мультиметров типа М830 или подобных ему мультиметров, в которых используются встроенные АЦП ICL 7106 и дисплеи, ранее описаны в работах [1-3].
Бытовой термометр для широкого применения был разработан на базе мультиметра М830В с АЦП ICL7106 [4]. Из мультиметра М830В была вырезана часть платы, показанная на рис.1 и рис.2. На плате были оставлены следующие элементы: VT1, R1-R3, С1-С5. Конденсатор С1 и резистор R1 являются интегратором АЦП ICL7106. Конденсатор С1 должен иметь наименьшее значение. Лучше заменить этот конденсатор керамическим, если в плате установлен иной конденсатор. Конденсатор С2 является элементом авторизации АЦП, а конденсатор С4 отвечает за ошибку асимметрии характеристики АЦП. Транзистор VT1 служит для индикации работы батареи «Кроны».
АЦП в мультиметрах имеют различную форму цоколевки. Радиолюбитель, который желает изготовить бытовой термометр, должен определить нумерацию выводов на АЦП (40 или 44). Рисунок на предлагаемой схеме соответствует АЦП с 40 выводами.
Размещение выводов у многих мультиметров серии М830 различное - зависит от производителя, которых на радиорынке много. Авторы статьи имели порядка 10 различных экземпляров, расположение выводов у которых отличалось друг от друга. Поэтому для радиолюбителя, желающего что-то изготовить из неработающего мультиметра, есть поле деятельности. Прежде всего, для этого необходимо определить всего 6 выводов МС ICL7106: выводы 21; 26; 30 (или 36); 31; 32 (или 35) и 37 (рис.3). Сначала необходимо определить выводы 27, 28 и 29. К ним подсоединены два конденсатора емкостью по 220 нФ и резистор 100 кОм (они остаются на плате). Далее находят конденсатор емкостью 100 нФ (отпаивать его не нужно) между выводами 33 и 34. Теперь только остается найти выводы питания - выводы 26 (-9 В) и 1 (+9 В) и подпаять их по схеме (рис.3).
Изготовленная плата (можно и навесным способом) подпаивается к выводам 21, 26, 30 (или 36), 31, 32 (или 35) и 37.
Разработанный нами термометр (рис.3) позволяет использовать его для измерения в двух точках, где температура отличается друг от друга.
Примером его применения может быть измерение температуры вне помещения, например на улице за окном, и в самом помещении. Естественно, он может быть использован и в производстве, когда необходимо измерять температуру двух разных приборов, расположенных рядом, но в разных условиях эксплуатации.
Возможен вариант - использовать только один датчик температуры.
Основой термометра является операционный усилитель U1 КР1040УД1 [5] с датчиками температуры U2.

Схема (рис.3) дополнена транзистором VT2, резисторами R4-R9, потенциометрами Р1, Р2 и интегральной схемой КР1040УД1. Применение транзистора VT2 в схеме связано с тем, что АЦП на основе ICL7106 не имеет возможности непосредственной установки десятичной точки. Поэтому выход DP с коллектора транзистора VT1 необходимо соединить с одной из точек дисплея. В зависимости от типа дисплея десятичную точку необходимо искать в порядке эксперимента. Она может находиться между точками 1 и 2 или 2 и 3.
На вставке рис.3, а показан вариант присоединения батареи «Крона» для питания цифрового термометра. Диод D установлен для того, чтобы исключить возможности несоблюдения полярности соединения батареи к термометру. В качестве диода D был использован ВАТ85. Его можно заменить также диодом ВАТ43 или другим диодом Шотки. При отсутствии диода Шотки можно установить любой диод, который имеется под рукой. Выключатель S2 установлен для включения термометра.
Установка транзистора VT2 с резисторами R8 и R9 была проведена на самой плате навесным монтажом. Если в мультиметре нет транзистора VT1 индикации разрядки батареи, то необходимо установить такой транзистор согласно приведенной схеме (рис.3).
Усилитель U1 выполнен на операционном усилителе типа КР1040УД1. На входе усилителя U1
для увеличения точности необходимо установить напряжение 2,7315 В. Это связано с тем, что разница температуры между термометром Цельсия и термометром Кельвина равна 273 К. Установку этого значения проводят потенциометром Р2. Разница напряжения между токами 35 и 36 интегральной схемы ICL7106 должна составлять 1,000 В. Это напряжение необходимо устанавливать потенциометром Р1.
Датчиками температуры U2 служат микрочипы на основе К1019ЕМ1 [6, 7] или зарубежного аналога LM335 [8]) (рис.3, б). С помощью переключателя S1 производятся подключения термометра на датчик с обозначениями «А» либо на датчик с обозначениями «В». Использование датчиков температуры К1019ЕМ1 или LM335 упрощает измерение, поскольку напряжение на них пропорционально изменению температуры, а чувствительность их равна 10 мВ/°С. Напряжение, например, при температуре 0°С равно 2,73 В, а при температуре +100°С - 3,73 В. Датчик LM335 имеет дополнительный вывод для коррекции, которая при использовании потенциометра с сопротивлением 10 кОм дает возможность откалибровать датчик с требуемой точность измерения. Замечательно, что этот датчик температуры можно использовать не только в шкале температур Цельсия, но и в шкале температур Кельвина, поскольку напряжение в 2,73 В можно преобразовать в температуру 273 К.

Датчики температуры U2 изготавливают таким образом. Для этого выбирают двухжильный экранированный провод. Точку А2 и В2 соединяют с оплеткой, а остальные - по своему усмотрению. Датчики окунают в эпоксидный клей. Желательно сформировать датчики температуры U2 в виде капельки. После застывания клея датчики готовы для измерения температуры. Датчики температуры U2 подключаются к термометру через мини-джек, которые выбираются изготовителем прибора.
Потенциометры Р1-Р4 вначале перед калибровкой цифрового термометра следует установить в среднее положение. Коррекция температуры устанавливается потенциометрами Р1 и Р2 для каждого датчика температуры.
В устройствах измерения температуры, описанных в литературе [3, 9], в которых используются в качестве датчиков температуры диоды, транзисторы или термопары, необходимо проводить калибровку в два этапа. Сначала, например, устанавливают 0°С, а далее - 100oС. Такую калибровку при использовании датчиков LM335 нет необходимости проводить, так как они позволяют только по одной точке устанавливать работоспособность и измерять температуру во всем диапазоне температур.
Калибровку прибора проводят следующим образом.
В точках А1 (В1) устанавливают напряжение, равное 2,7315 В, которое соответствует «нулевой» температуре Цельсия. С помощью потенциометра Р2 на дисплее устанавливают значение 00,0 и на концах 35 и 36 интегральной схемы ICL7106 - напряжение 1,0000 В. Такая установка дает измерение напряжения с точностью, не хуже 0,3°С.
Потенциометр РЗ (Р4) установить в среднее положение. Переключая датчики «А» и «В» с помощью переключателя S1 с выбранным положением потенциометра Р2 снова установить напряжение 00,0 В для каждого датчика «А» и «В». Далее потенциометром Р1 установить значение между точками 35 и 36 АЦП ICL7106 напряжение 1,0000 В.
Установку и контроль за температурой возможно также осуществить таким образом. Датчики температуры необходимо поместить в смесь воды со льдом, так как по температуре полного таяния льда температура смеси будет равной 0°С.
Возможен вариант калибровки термометра с применением образцового термометра. Поместив изготовленный и образцовый датчики температуры в измеряемую среду вместе, с помощью потенциометра Р1 установить одинаковое значение с образцовым температуры на изготовленном термометре. Например, при температуре среды 20,5°С необходимо установить потенциометром Р2 на дисплее значение равное 20,5. Если на датчиках устанавливается некоторая разность показаний на этих термометрах, то эту разность можно устранить потенциометром РЗ (или Р4).
Разводку схемы лучше сделать под конкретный корпус. Потенциометры Р1-Р4 возможно вывести в одну линейку сбоку платы. Их лучше сделать скрытыми от прямого подхода. Тогда регулировку потенциометров возможно, например, делать через отверстия сбоку корпуса.
Диод - LM385 [10] - является образцовым датчиком напряжения (U=1,2 В).
Точность измерения температуры изготовленным цифровым термометром составляет 0,1 °С при тщательной калибровке термометра.
В приведенном термометре возможна замена другими комплектующими: U1 - зарубежным аналогом LM358 [11], U2 - LM335, VT2 - транзистором КТ3103А или зарубежным аналогом ВС548, ВС547.
Литература
1. Бирюков С. Приставка к мультиметру для измерения температуры // Радио. - 2002. - №1. -С.54-55.
2. Костицын С. Новые возможности мультиме-тра М830В // Ремонт электронной техники. -2002. - №4. - С.36-38.
3. Бобонич П., Бобонич Э. Простой термометр на основе мультиметра М830В // Радиоаматор. -2009. - №3-4. - С.42-43.
4. S Digit A/D Converter ICL7106, ICL7107, ICL7107S//kitsrus.com/pdf/7106.pdf.
5. Этикетка изделия КР1040УД1, КФ1040УД1// ДП «КВАЗАР-ИС». k_e_358c. 01.10.2004.
6. К1019ЕМ1, К1019ЧТ1 // www.trigger.ru/ include/k1019.pdf.
7. Бирюков С. Микросхемы-термодатчики К1019ЕМ1,К1019ЕМ1А//Радио.-1996.-№6.-С.9.
8. LM135/LM235/LM335, LM135A/LM235A/ LM335. Precision Temperature Sensor // www.natio-nal.com/ds/LM/LM135.pdf.
9. Бобонич П., Бобонич Э. Медицинский термометр на основе мультиметра М830В // Радиолюбитель. - 2009. - №8. - С.37-39.
10. LM185-1.2/LM285-1.2/LM385. Micropower Voltage Reference Diodes // www.national.com/ds/ LM/LM185-1.2.pdf.
11. LM158/LM258/LM358/LM2904/ Low Power Dual Operation Amplifier // www.courses.cit.Cornell. edu/ee476/labs/s2009/LM358.pdf.