Самодельный измеритель температуры двигателя

[Fantomas]

Здравия всем!

Даже не знаю с чего начать... сейчас будет много букав

Вообщем давно давно, еще когда у меня была тайга, родилась идея сделать самодельный термометр не уступающий (ну или уступающий но не сильно) всяким фирменным изделиям. Самое главное это цена. Основное требование это стоимость, она не должна быть более 500-700 (максимум 1000) руб.

До этого много всего было перепробовано, и механические термометры и периодические замеры температуры двигателя с помощью пирометра (инфракрасный измеритель температуры) и всяческие измерители типа скутер`ок (кстати куда то делась тема с его обсуждением) и даже измерение температуры с помощью дешевого мультиметра с выносной термопарой. Потом были и фирменные приборы в создании которых и я принимал участие (как технический консультант).
Время идет, тайгу продал, после был квадроцикл у которого водяное охлаждение и штатный датчик естественно, так что особой нужды не было.

Но не смотря не на что идея сделать именно нормальный самодельный прибор осталась.
Сейчас же удалось найти немного времени и приступить к задуманному.

Вообщем по порядку.

Прибор будет делаться естественно на микроконтроллере. Если еще точнее то на arduino.
Может быть если всё будет ок то позже перепишу код на атмегу8, а может и нет, скорее всего буду использовать ардуино про мини.
Прибор состоит из контроллера, двух датчиков, двух 4 значных семисегментных индикаторов и некоторого количества обвязки.
В данный момент применяются готовые экраны для удобства прототипирования и тестирования. Позже сделаю печатную плату под подходящий корпус.
Схема работы следующая, контроллер с помощью встроенного аналового-цифрового преобразователя считывает сигнал с датчика -> значение сглаживается по формуле "скользящего среднего" -> полученное значение пересчитывается в сопротивление -> по формуле Стейнхарта-Харта вычисляется температура -> полученное значение температуры выводиться на экран.

Датчик
Датчиком является терморезистор MF-58 рабочая температура до 250 (а по некоторым данным до 300) градусов, этот резистор часто используется в 3D принтерах для контроля температуры хотэнда. Данный резистор имеет сопротивление 100 кОм что неплохо, так как на точность измерений не будет влиять сопротивление проводов. Теперь о плохом, терморезистор не линейный элемент, то есть сопротивление по которому процессор потом будет рассчитывать температуру меняется не одинаково. Но для этого у нас и есть формула товарищей Стейнхарта и Харта которая и учитывает эту не линейность. Но для этого в формулу нужно подставить три коэффициента которые обычно есть в технической документации на данный термистор. Но беда в том что эти термисторы я заказывал у китайцев и никакой информации по ним они мне толком не прислали. Отписываются и присылают стандартную документацию на линейку данных термисторов, а какой именно экземпляр у меня не говорят. Так же данные коэффициенты можно вычислить самостоятельно зная сопротивления термистора в двух-трех фиксированных температурах, так же есть табличные значения. Сейчас я именно этим и занят. Датчик является отрицательным плечом в делителе напряжения. Для повышения точности, опорным напряжением делителя и аналового-цифрового преобразователя контроллера является выход стабилизатора 3.3 Вольт.

Экран
Экран (для теста пока один) собран на сдвиговых регистрах 74 серии 74HC595 если кому интересно. Контроллер отправляет по два байта каждые 6 мсек. Первый байт определяет какие сигменты индикатора будут светиться, а второй байт определяет место положение знака. Вообщем одним словом динамическая индикация. Экраном может служить любой LED или ЖК экран. Можно сделать линейную шкалу из светодиодв, вообщем почти все что душе угодно, нужно будет только слегка переписать код программы и прошить его в контроллер.

Доработки (в ближайшее время)
1. Для обеспечения большей точности и надежности в плече делителя вместе с датчиком нужно поставить советский прецизионный резистор например С2-29В, этот резистор очень точный и имеет очень высокие характеристики по точности в большом диапазоне температур, так как все резисторы меняют свое сопротивление в зависимости от температуры окружающий среды, этот же меньше всех.
2. Высоко стабилизированное опорное напряжение. Например на мс TL431 или чего то еще.
3. Возможно придется программно как то корректировать температуру если это не удастся сделать подобрав А, В, С коэффициенты.
4. После прикрутить к коду всякие красивости типа моргания индикаторов при приближении к пороговой температуре, программирование этой пороговой температуры, выход для звуковой сигнализации (пищалка) чего нибудь еще.

Сейчас же показатели такие (результат сравнивался с показателями цифрового датчика DS18B20 и обычного спиртового комнатного термометра)
Комнатная температура полностью совпадает со всеми тремя
Температура за окном так де совпадает.
Температура кипящей воды выше на 10 градусов (вот она не линейность).

В ближайшее время я заполучу лабораторный ртутный термометр от 0 до 160 градусов и произведу новые замеры. В планах добиться точности хотя бы +-5 градусов во всем диапазоне температур. Если не получиться во всем то только для диапазона высоких температур, например от 100 до 200 градусов.

Из приятного то что в последствии к данному термометру можно прикрутить функции например тахометра, измерения температуры окружающего воздуха, часов, счетчика моточасов итд. Главное на сейчас разобраться с точным измерением температуры.

Просьба ко всем кого заинтересовало подключаться к обсуждению. Кому интересно скину вам скетч, он изобилует комментариями и разобраться будет совсем не сложно.


Немного фото
Фото с температурой снятой с цифрового датчика DS18B20



Температура на моем термометре (отлично)


Оба датчика помещены в яйцо от киндер сюрприза и вынесены за окно


Потом оба датчика помещены в термо кружку с кипятком


Показания цифрового датчика (похоже на правду)


Фото показаний моего термометра (перебор)

 

[Fantomas]

Вот температура в комнате.

 

[Alle]

продолжай, интересно

 

[Fantomas]

Спасибо.
После небольшой программной коррекции, максимальная температура кипятка в термокружке = 93,5 градусов, по ртутному градуснику 93 градуса. То есть температура можно сказать сравнялась и с ртутным градусником и температурой цифрового DS18B20 который показывал 93.3 градуса.

Но тут как всегда есть один нюанс.
Горячая вода в кружке остывает очень быстро, причем чем она горячее тем она быстрее остывает. То есть нужно делать более термостатичную емкость или постоянно подогревать воду. Иначе непонятно как сравнивать температуру, реакция ртутного градусника очень быстрая.
То есть показания ртутного градусника моментально поднимаются и ужу через 10-15 секунд начинают снижаться, а мой датчик только что прогрелся... Сам термистор для защиты и для того же термостабилизирования я залил каплей паксипола, от этого реакция его стала менее быстрой.

Все замеры делались на остывающей воде.
Вот максимум в горячей воде


Показания на ртутном и моем термометре выравниваются.
До этой температуры ртутный показывает в среднем на 2-3 градуса меньше (быстрее реагирует на изменения температуры)

 

[Alexey86rus]

Круто!!! Продолжай в том же духе.
А нельзя ли для стабильности замерять кипящую дистиллированную воду и тающий лед? Так в лабораториях раньше делали. Четко есть понимание 0 и 100гр.

 

[Fantomas]

Да, пока время есть буду пробовать.
На выходных поеду на дачу, там в гараже есть чайник и электроплитка. Попробую засунуть в чайник какую нибудь посудину что бы сделать что то вроде водяной бани, что бы влияние перегретого дна чайника от плитки меньше влияло на показания. Так же и с талым льдом (снегом) в термокружку и в холодильник в котором примерно +2 градуса.

 

[Fantomas]

Еще один замер.
Вода водопроводная, холодная, сливал несколько минут что бы прошла вода которая была в стояке и немного нагрелась.
Замер после стабилизации температур на обоих термометрах.




Если по фоткам не очень понятно то поясню, температура одинаковая на двух термометрах.

 

[Fantomas]

На скорую руку протестировал в кипящей воде.

В выходные проведу полномасштабные испытания с дистиллированной водой.

 

[Fantomas]

При кипячении заметил странное явление.

1. Температура по ртутному градуснику выше 99 не поднялась.
2. Термистор после кипячения и остывания до комнатной температуры показывает значения меньше примерно на 1 - 2 градуса, потом примерно минут через 10! показания нормализуются.

Размышления...
По пункту 1. Вода из под крана, значит в ней содержатся всякие соли которые способствуют понижению температуры кипения. Или градусник ртутный не такой уж точный как я думал, на нем к сожалению не написано какая у него точность. Проверим на дистиллированной воде.

По пункту 2. Термистор залит поксиполом, может это его реакция? То есть после нагрева до 100 градусов и последующем его остывании происходит какая то реакция которая так влияет? При остывании охлаждается, а после окончания реакции капля поксипола вновь становиться равной комнатной температуре. А при нагревании может давать еще дополнительный разогрев.
Попробую изменить конструкцию датчика. Вместо поксипола обмажу силиконовым герметиком.

P.S Еще немного подкорректировал коэффициенты и при кипящей воде последняя температура была 100.4 градуса, фоткать уже не стал. Но впереди еще дистиллированная вода.

 

[Сибиряк88]

Алексей, продолжайте. Уже ждем когда все доработаете и пустите в серийное производство

 

[Fantomas]

Спасибо за проявленный интерес
Ну с серийным производством это вы наверное пошутили Это раньше было производство, а теперь всё дома, на коленке.
Это я так сказать для народа, кто захочет сам сможет повторить, схему и прошивку после доведения до ума выложу.
Теоретически можно заказать комплект плат у тех же китайцев, и все распаять. Вообщем поживем увидим.

 

[олегин]

Очень нужная и пользующаяся спросом девайс.
Особенно полезным будет 3:1 термометр/тахометр/счётчик мото часов .
Я вчера только заказал измеритель температуры(280р) и тахометр (1200р)
С удовольствием купил бы тут на форуме вместо того чтобы платить китайцам

 

[Fantomas]

Да тахометр и счетчик можно будет приделать потом, дописать немного код. К тому же я уже делал тахометр для вентилятора и на его же основе делал анемометр (измеритель скорости ветра) для домашней метеостанции, так что наработки уже есть.

Между делом я откапал термометр скутерОк! Может кто из старожилов помнит, его много кто заказывал. Стоил он вроде не совсем дешего но существенно дешевле чем фирменные решения. Так вот из характеристик у него вроде то же диапазон до 200 С.
Сейчас немного перепаяю его для удобства и буду сравнивать еще и с ним.
Скутерок и мой термометр в диапазоне 0 -100 С идут нога в ногу! Расхождение мах 0,4гр и то это не совсем корректно, так как у скутерка не отображаються десятые доли градуса и он наверняка просто округляет значение до целого градуса в ближайшую сторону. Я на своем приборе тоже могу убрать десятые доли.

 

[Fantomas]

И так результаты.

Датчики и ртутный градусник в банке со льдом, стоят в холодильнике (НЕ в морозилке)

Ртутный - 0,3 (примерно)
Скутерок - 0
Мой термометр - 0 - 0,2





При кипячении

Ртутный - 99,5 (примерно)
Скутерок - 100
Мой термометр - 99,8




Вообщем в диапазоне температур 0 - 100 все нормально.
Следующий этап проверить линейность показаний при отрицательных температурах и при температурах выше 100 градусов.

 

[Fantomas]

Нашел самую холодную морозилку и положил туда два датчика и уличный спиртовой термометр.
Ртутный градусник тут уже не помощник, ибо может измерять только до минус 10.

Уличный термометр - минус 31
Скутерок - минус 32
Мой термометр - минус 31.5

Вообщем можно считать что тест на отрицательную температуру сдан. Остаётся нагрев до 200-250 градусов...

 

[Nazar84]

Супер . После всех проверок ,да в принципе они уже проведены на 85%, я его закажу у вас ... Если надумаете продавать я в очередь первый.

 

[Fantomas]

Да осталась одна но самая важная проверка, нам как раз важно что бы именно в диапазоне 130-200 градусов были точные показания.

 

[Nazar84]

Буду следить за темой .

 

[Сибиряк88]

Я б тоже заказал

 

[Fantomas]

Вообщем при 200 градусах есть не линейность. Показания завышаются примерно на 15 градусов. Фоткать даже не стал. То есть примерно с 150 градусов показания прирастают с каждым градусом но в пределах погрешности датчика, а где то с 190 резко скачут в среднем на + 15. Сижу думаю как лучше решить это. Так же пока тестировал запорол пару датчиков, из за того что не дожидался когда датчик остынет и совал его из +200 градусов сразу в талую воду, стеклянный корпус термистора лопался.
Для опытов заказал 10 кОм термисторы.

 

[Nazar84]

А как нагревал открытым пламенем и или через что-то

 

[Fantomas]

Открытым пламенем или потоком горячего ветра из паяльного фена хороших результатов не достичь.
Я нагревал датчики в глицерине. Глицерин кипит при температуре 290 градусов. Вот я грел в кружке глицерин в котором был датчик эталонного термометра и датчик от моего. Грел глицерин чуть выше 200 градусов, потом выключал плиту и сравнивал температуру на снижении. Глицерин остывает долго по этому было всё статично. Вот как то так.

Для расчетов я использовал упрощенное уравнение, в скором времени попробую применить полноценное уравнение.
Хотя конечно можно пойти тупо путем подгонки под значения эталонного термометра, ну это на крайний случай.

 

[Nazar84]

Вот делаешь всё как для себя .Молодец честно . А интересно ЦИТД все так проверяли или их тоже подогнали под значения .

 

[Fantomas]

Вообще термико достаточно солидная контора (не реклама), и ЦИТД это не основной их продукт.
На сколько я понял они применяют промышленные 3х-4х проводные датчики (тоже датчики сопротивления) и они чуть ли не сами их производят. Так что думаю там все по честному.
У меня еще есть датчики Pt-100, это платиновые терморезисторы с очень хорошей линейностью во всем диапазоне, взял для экспериментов. Но с ними нужно применять уже совсем другую методику снятия и аппроксимации показаний.

Ладно, полезу почитаю учебник алгебры за 8 класс, нужно немного освежить знания про логарифмы .

 

[Колек]

Заказал бы себе комплект.