Я верю, что в недалеком будущем человек будет жить и работать на Марсе! Илон Маск вот уже и свой автомобиль туда отправил. Осталось чемоданы с одеждой и мебель перевезти и можно жить. :) Шутка конечно, но если серьезно, в каких условиях будут жить люди на Марсе? Какая там, например, температура на улице?
Ученые говорят, что там очень холодно, но температура на Марсе очень неравномерна. На полюсе может быть и -150, а на экваторе уже привычные нам +27! Вот, например данные марсохода NASA Perseverance в кратере Езеро. Но все таки хочется иметь свой термометр за окошком, ведь погода на Марсе меняется постоянно.
Чем измерить температуру? Термометром? Электронным градусником? Спиртовый термометр можно использовать от - 115 до + 78,5 градусов цельсия. Маловато будет. На полюсе не поставишь. Ртутный термометр работает от -37 до 356 С, то есть не подходит совсем.
Для измерения низких температур подходит, например, термопара медь - константин (-250 - +400). Но для термопары нужен усилитель, который не будет работать при низких температурах. По этой же причине исключаем и полупроводниковые датчики типа Dallas DS18B20 ( до - 50 С).
И тут пора вспомнить старый добрый терморезистор! Простой прибор, не требует какого то особого подключения и обслуживания. Существуют специальные низкотемпературные приборы, которые работают от -120 С. Впрочем что нам стоит разработать и более низкотемпературные терморезисторы?
Основными недостатками терморезистора является их инерционность и нелинейность характеристики. Но температура на Марсе изменяется не так быстро так что этим недостатком можно пренебречь. Но что делать с нелинейностью? Вот смотрите на результаты моего эксперимента на кухне с терморезистором. Температура измерялась термопарой, которая идет в комплекте с мультиметром. Источник положительных температур - стакан с кипятком, околонулевых - стакан со льдом, отрицательных - мой холодильник.
Видно, что, зависимость нелинейная, поэтому чувствительность на краях кривой будет намного меньше. Но это и не удивительно, ведь терморезистор это тоже полупроводниковый прибор! А у полупроводников температурная зависимость экспоненциальная!
Давайте вспомним простейший резистивный делитель. Подключим к источнику напряжения соединенные последовательно постоянный резистор и терморезистор. А из точки их соединения будем снимать выходное напряжение, которое и будет пропорционально температуре. Причем, при правильно подобранным сопротивлении постоянного резистора - прямо пропорциональным! Как это получается?
Давайте вспомним формулу расчета делителя: Uout = Uin * R2/(R1 + R2). То есть зависимость то же нелинейная! Но если сопротивление R1 то же нелинейное (терморезистор) и сопротивление R2 подобрано правильно, то нелинейная зависимость превращается... нет, не в элегантные шорты :) а в линейную зависимость! Посмотрите сами:
Но как вычислить температуру из напряжения? Заносить в память всю таблицу? Нет, для этого существует метод наименьших квадратов (МНК). МНК вычисляет коэффициенты в уравнении прямой линии: Y = a*x+b. У нас x - это напряжение, а Y - температура. Он подбирает коэффициенты так, чтобы среднеквадратическое отклонение от измеренного и вычисленного по формуле значения было минимально.
Не буду углубляться в подробности метода, можно почитать в интернете, тем более, что в Excel уже есть готовые функции: НАКЛОН() - вычисляет а и ОТРЕЗОК() - вычисляет b. Этим и воспользуемся. И вот какая у меня получилась формула: T = 54.40525 * Uout -79.21192721. Очень простая формула, которую очень просто запрограммировать.
Теперь температуру на Марсе мы сможем определить! А можно ли определить температуру в комнате, как, например в моем проекте "Марсианской оранжереи"? Увы, нет. Температура в квартире изменяется в лучшем случае в пределе 10 градусов, чувствительности такого датчика недостаточно. Что делать?
Самый простой способ - мост Уитсона. А если включить не один, а два терморезистора в разные плечи, то чувствительность увеличится еще больше! Ну и никто не отменял электронный усилитель хоть на транзисторах хоть на микросхемах. Ну или на лампах для приверженцев старой школы :).
Вот такой термодатчик получился у меня. Кстати, а кто заметит ошибку, которую я допустил в этом датчике?
Напишите в комментариях!
И обязательно поставьте ЛАЙК, если статья была вам интересна!
Не забудьте подписаться на канал, чтобы не пропустить новые интересные статьи!