Термометры

"Извините, Вы не скажете сколько сейчас градусов ниже ноля?"
"Операция "Ы" и другие приключения Шурика"

В настоящее время {2003г.} все чаще можно встретить на прилавках в интернет-магазинах и на рынке разнообразные компьютерные аксессуары. Серия аксессуаров Thermaltake Hardcano представляет широкий спектр интерфейсных устройств, а также устройств контроля/охлаждения/и т.д. Пару недель назад увидел на рынке Thermaltake Hardcano 7. Что это такое? Это алюминиевая заглушка на 5.25 дюймовый отсек компьютера, на передней панели которой расположены разъемы для одного порта IEEE1394 и двух USB, движковый переключатель на три положения для регулировки оборотов вентилятора (L-M-H/), а также ЖКИ-панель термометра. Термометр питается от батарейки-таблетки. Весь крепеж и шнуры - в комплекте. Стоит эта штука 20 долларов США. Ну, порты постольку - поскольку, ведь пользователей, которые каждый день дома подключают/отключают цифровые фотоаппараты, сканнеры, мыши посредством интерфейса USB не так много. Переключатель оборотов дополнительно устанавливаемых в системный блок компьютера вентиляторов (FanBus) актуален для оверклокеров, которые стараются выжать как можно больше мегагерц из своего железа, и, которое в свою очередь, нуждается в более интенсивном охлаждении и хорошей циркуляции воздуха внутри системного блока. Удачных технических решений, доступных для изготовления мануально (в домашних условиях) можно найти куда больше на англо- и русскоязычных интернет-ресурсах, посвященных данной тематике, к тому же не только FanBus, но и RheoBus и т.д. А вот термометр - это вещь нужная. Но отдавать 20 долларов США за термометр - это не есть гууд. И идея пришла ко мне в голову не отходя от прилавка ларька: спаять термометр самому. А лучше два термометра - как у Thermaltake Hardcano 2, который и послужил прототипом.

Но настраивать их придется тщательнее, т.к. расхождения в показаниях двух термометров Thermaltake Hardcano 2 (при прочих равных условиях) может составлять до 0.8 градуса Цельсия (смотри статью здесь).

Радиотехникой я занимаюсь уже очень давно - так что, опыт есть. В течение 3-х дней было просмотрено около десятка схем цифровых термометров, и, в качестве наиболее подходящей была выбрана принципиальная схема вот этого термометра. Судя по заявленным параметрам - это то, что надо. Да, и элементная база тех времен сейчас уже общедоступна. В статье приведен рисунок печатной платы, но я его повторять не стал - разработал свой. На следующий день были куплены все необходимые радиокомпоненты на "Жданах" (на все - про все я потратил 10 долларов США, что в два раза дешевле прототипа) и были изготовлены три печатные платы (две для двух термометров, а третья - для ЖКИ-панелей). Ниже приведены топологии печатных плат. Как самому в домашних условиях изготовить печатную плату можно почитать в интернете. Здесь можно прочитать как это делал я дома уже много-много лет.

Далее все просто: сборка, наладка, тестирование, монтаж. Сборка не заняла столько времени, сколько наладка. Процесс налаживания и тестирования термометра описан в первоисточнике. Единственное, на чем хочется заострить ваше внимание - это связь атмосферного давления и температуры кипения воды. Наши термометры должны быть настроены точно, т.к. мы ведь собираемся измерять температуру микросхем нашего "железного друга", а не окружающей среды. Я замерял атмосферное давление барометром, поместив его на подставке около стакана с закипающей водой на одном уровне с поверхностью жидкости. У меня на столе атмосферное давление составило 728 мм.рт.ст. В [А.С.Енохович, М., Просвещение, Справочник по физике и технике, 1989г., с.115] приведена температура кипения воды в 100 град.Цельсия при атмосферном давлении 760мм.рт.ст. У нас же разница в двух значениях атмосферного давления значимая (целых 32 мм.рт.ст., а это 1.5 град.Цельсия). Интересно, при какой температуре будет кипеть вода в нашем случае? Не при 100 град. Цельсия - так это точно. Прибегнув к помощи математического аппарата, я получил, что при атмосферном давлении 728 мм.рт.ст. вода кипит уже при температуре 98.28 град.Цельсия, а расчет по формулам дает температуру кипения воды в 100 град.Цельсия только при атмосферном давлении 775,0934286 мм.рт.ст. Промышленный термометр, помещенный в стакан с кипящей водой показывал 98.4 град.Цельсия. Я, честно говоря, больше доверяю математике нежели какому-то [справочнику]. Если нет барометра, то величину атмосферного давления вы можете узнать, например, в Гидрометцентре. Формулы для расчета несколько велики, но на них, все таки, стоит обратить внимание:

P=((EXP(85,187965+10,280025*T-11,487758*LN(1000*T)-7,821541/T))*760)/1,01325 (1)

T=(t+273,15)/1000 (2)


* - (звездочка) обозначает умножение.
t - температура в градусах Цельсия.

Таким образом, в формулу (2) подставляем температуру в градусах Цельсия и, полученное значение подставляем в формулу (1). Т.е. мы получаем искомое давление Р. Для того, чтобы узнать при какой температуре должна кипеть вода при заданном давлении, достаточно эти две формулы "загнать" в Excel и методом подбора температуры добиться минимального расхождения между действующим атмосферным давлением {в мм.рт.ст} и расчетным. Наша задача - добиться минимального расхождения в показаниях двух термометров (при прочих равных условия). У меня расхождение в показаниях либо отсутствовало вообще, либо составляло 0.1 град.Цельсия, а это соответствует заявленной автором погрешности измерения температуры [первоисточника] в середине температурного диапазона. Весь диапазон измеряемых температур [первоисточника] составляет -60...+100 град.Цельсия.

На самом же деле термометр способен измерять температуру как более "горячих" объектов, так и "холодных". Мои термометры легко измеряли температуру жала паяльника при разогреве и показывали 175 град.Цельсия. Почти также легко была измерена температура "подогретых" паров жидкого азота - она составила – 78 град.Цельсия (контрольные замеры проводились параллельно при помощи термопары в одной и той же точке с термодатчиком), хотя температура самого жидкого азота составляет – 190 град.Цельсия я все же не решился окунать термодатчик в жидкость из-за угрозы его разрушения и, как следствие, небольшого местного закипания жидкого азота с выбросом капель (а то было бы как в фильме "Терминатор-2":-). Как видите, диапазон измеряемых температур в некоторой степени определяется типом используемого датчика температуры, но есть и ограничения в диапазоне, заложенные в принципиальной электрической схеме термометра: реально возможно измерение температур в диапазоне -100...+199.9 град.Цельсия при наличии соответствующего датчика температуры, например, термопары. Но при использовании термопары придется значительно видоизменять принципиальную электрическую схему термометра.

Для установки плат термометров я использовал металлическое шасси от испорченного привода CD-ROM. Спереди к шасси крепится пустая заглушка от вашего системного блока с прорезанными дремелем окнами для ЖКИ-панелей, на которую предварительно устанавливается печатная плата с ЖКИ-панелями. В качестве ограничителей высоты (стоек) использованы полиэтиленовые втулки фильтров от сигарет "West". На заглушку, к которой при помощи винтов прикреплена печатная плата с ЖКИ-панелями крепится фальш-панель с проточенными углублениями с внутренней стороны под шляпки винтов.

Для крепления фальш-панели я использовал клей на основе дихлорэтана. Фальш-панель можно и не изготавливать если для крепления ЖКИ-панелей к заглушке использовать пластмассовые стойки, прикрепленные к заглушке с внутренней стороны при помощи какого-либо клея, например, на основе того же дихлорэтана. Печатные платы термометров крепятся непосредственно к шасси на латунных стойках. На одну из плат термометров питание подается посредством MOLEX - переходникая "папа - две мамы" у которого выводы питания от одной "мамы" запаяны непосредственно в печатную плату. Для питания термометров использованы выводы на 12V. Для получения напряжения питания 9V использован стабилизатор КРЕН9А. Если Вы хотите чтобы температура отображалась и при выключенном питании компьютера можно подключить батарею типа "Крона" через диод.

Плата термометра

Плата индикатора термометра


Термодатчики крепятся куда вам будет угодно. Самое простое устройство крепления термодатчиков – прижим температурного датчика посредством деревянной бельевой прищепки, но ее надо существенно доработать. Для крепления термодатчиков я использовал кусок эбонита цилиндрической формы диаметром 16 мм с просверленным перпендикулярно продольной оси симметрии отверстием круглой формы под радиус терморезистора. По продольной оси симметрии был также проточен дремелем паз для крепления датчика с торца печатных плат. Это обеспечивает максимальную легкость в установке на планку RAM и на VideoRAM с торца печатной платы видеокарты, а также плотное прилегание термодатчика к микросхеме (при использовании бельевой прищепки сила прижима заметно выше, поэтому смотрите - не перестарайтесь - так можно и термодатчик раздавить) и надежное крепление всей системы в целом. У прижима для крепления датчика на видео карте (у меня Radeon 9100 noname) спилен один "зуб", т.к. на моей видеокарте установлены микросхемы видеопамяти в "уходящих в историю" корпусах и с обратной стороны под микросхемами запаяно очень много бескорпусной мелочи. У Вас же память может стоять в корпусах BGA, причем, с двух сторон печатной платы зеркально. В этом случае толщины в 16 мм может не хватить.

Еще один вариант крепления датчика температуры - офисные "крокодилы", которыми скрепляется толстая пачка страниц различного формата. В этом случае придется проложить твердый нетолстый диэлектрик между нижней частью прижима и печатной платой видеокарты чтобы избежать выхода из строя последней. Пластмассы для изготовления прижимов не годятся, т.к. нам нужно, чтобы периодическое нагревание/охлаждение не приводило к изменению линейных размеров прижима термодатчика. Можно, конечно, использовать и капролон (тоже диэлектрик), но это очччень твердый материал и его обработка весьма трудоемкая. Ширину внутреннего паза, пропиленного по продольной оси симметрии прижима следует подбирать практически - приложение незначительных усилий при "надевании" прижима на планку памяти может дорогого стоить из-за мизерной разницы в высоте монтажа микросхем памяти на планке в 0.055 мм. Удобнее всего термодатчик крепится между ребрами радиаторов охлаждения чипсетов материнских плат, видеокарт и т.д. Теперь, когда все установлено надлежащим образом и все работает, видно, что на штатных частотах (250/250) температура VideoRAM 31.7 град.Цельсия, а на повышенных частотах (300/285) температура VideoRAM составила 38.3 град.Цельсия при выполнении 3DMark2001SE /1024х768х32/. Температура RAM /Mtec 256Mb/ 40.4 град.Цельсия и 49 град.Цельсия соответственно. На фото на индикаторе слева отображается температура VideoRAM, на индикаторе справа - температура оперативной RAM через несколько минут после включения.

Можно, конечно, использовать и капролон (тоже диэлектрик), но это очччень твердый материал и его обработка весьма трудоемкая. Ширину внутреннего паза, пропиленного по продольной оси симметрии прижима следует подбирать практически - приложение незначительных усилий при "надевании" прижима на планку памяти может дорогого стоить из-за мизерной разницы в высоте монтажа микросхем памяти на планке в 0.055 мм. Удобнее всего термодатчик крепится между ребрами радиаторов охлаждения чипсетов материнских плат, видеокарт и т.д. Теперь, когда все установлено надлежащим образом и все работает, видно, что на штатных частотах (250/250) температура VideoRAM 31.7 град.Цельсия, а на повышенных частотах (300/285) температура VideoRAM составила 38.3 град.Цельсия при выполнении 3DMark2001SE /1024х768х32/. Температура RAM /Mtec 256Mb/ 40.4 град.Цельсия и 49 град.Цельсия соответственно.


Термометр Ver.2


Автор разработки - Радиодед. Для контроля температуры двигателя с воздушно-масляным охлаждением спортивного мотоцикла было создано настоящее устройство. ATtiny шьем для работы от встроенного генератора. Ставим BODLEVEL 4.0V



: : Прошивка : :

: : Исходник : :