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2.13 - Termometro

Un termometro è un dispositivo che misura la temperatura o un gradiente di temperatura (il grado di caldo o freddo di un oggetto). Un termometro ha due elementi importanti: (1) un sensore di temperatura (ad esempio, il bulbo di un termometro a mercurio o il sensore pirometrico in un termometro a infrarossi) in cui avviene una variazione con un cambiamento di temperatura; e (2) un mezzo per convertire questa variazione in un valore numerico (ad esempio, la scala visibile su un termometro a mercurio o il display digitale su un modello a infrarossi). I termometri sono ampiamente utilizzati nella tecnologia e nell’industria per monitorare i processi, in meteorologia, in medicina e nella ricerca scientifica.

Un termistore è un tipo di sensore di temperatura la cui resistenza dipende fortemente dalla temperatura e si divide in due tipi: Coefficiente di Temperatura Negativo (NTC) e Coefficiente di Temperatura Positivo (PTC), anche noti come NTC e PTC. La resistenza del termistore PTC aumenta con la temperatura, mentre per l’NTC la condizione è opposta.

In questo esperimento utilizziamo un termistore NTC per realizzare un termometro.

• Termistore

Componenti Necessari

In questo progetto, abbiamo bisogno dei seguenti componenti.

È sicuramente conveniente acquistare un kit completo, ecco il link:

Nome	ELEMENTI IN QUESTO KIT	LINK PER L’ACQUISTO
Kepler Kit	450+	Kepler Ultimate Kit

Puoi anche acquistarli separatamente dai link qui sotto.

SN	INTRODUZIONE COMPONENTE	QUANTITÀ	LINK PER L’ACQUISTO
1	Introduzione al Pico W	1	ACQUISTA
2	Cavo Micro USB	1
3	Breadboard	1	ACQUISTA
4	Cavi Jumper	Diversi	ACQUISTA
5	Resistenza	1(10KΩ)	ACQUISTA
6	Termistore	1	ACQUISTA

Schema

In questo circuito, il resistore da 10K e il termistore sono collegati in serie e la corrente che li attraversa è la stessa. Il resistore da 10K funge da protezione e il GP28 legge il valore dopo la conversione di tensione del termistore.

Quando la temperatura aumenta, il valore di resistenza del termistore NTC diminuisce, quindi la sua tensione diminuisce, e di conseguenza il valore letto da GP28 diminuirà; se la temperatura è sufficientemente alta, la resistenza del termistore sarà vicina a 0 e il valore di GP28 sarà vicino a 0. In questo caso, il resistore da 10K svolge un ruolo protettivo, evitando che i 3,3V e il GND siano collegati insieme, provocando un cortocircuito.

Quando la temperatura diminuisce, il valore di GP28 aumenterà. Se la temperatura è abbastanza bassa, la resistenza del termistore sarà infinita, la sua tensione sarà vicina a 3,3V (il resistore da 10K è trascurabile) e il valore di GP28 sarà vicino al valore massimo di 1023.

La formula di calcolo è mostrata di seguito.

Valore Digitale = (Tensione Analogica/3,3V) * 1023

Cablaggio

Nota

• Il termistore è nero e contrassegnato con 103.

• Gli anelli colorati del resistore da 10K ohm sono rosso, nero, nero, rosso e marrone.

Codice

Nota

• Puoi aprire il file 2.13_thermometer.ino nel percorso kepler-kit-main/arduino/2.13_thermometer.

• Oppure copia questo codice nell”Arduino IDE.

• Non dimenticare di selezionare la scheda (Raspberry Pi Pico) e la porta corretta prima di cliccare sul pulsante Upload.

Dopo l’esecuzione del programma, il Monitor Seriale stamperà le temperature in gradi Celsius e Fahrenheit.

Come funziona?

Ogni termistore ha una resistenza normale. Qui è di 10k ohm, misurata a 25 gradi Celsius.

Quando la temperatura aumenta, la resistenza del termistore diminuisce. Quindi i dati di tensione vengono convertiti in quantità digitali dall’adattatore A/D.

La temperatura in gradi Celsius o Fahrenheit viene visualizzata tramite programmazione.

long a = analogRead(analogPin);

Questa linea viene utilizzata per leggere il valore del termistore.

float tempC = beta / (log((1025.0 * 10 / a - 10) / 10) + beta / 298.0) - 273.0;
float tempF = 1.8 * tempC + 32.0;

Questi calcoli convertono i valori del termistore in gradi Celsius e Fahrenheit.

Nota

Ecco la relazione tra resistenza e temperatura:

RT =RN expB(1/TK – 1/TN)

• RT è la resistenza del termistore NTC quando la temperatura è TK.

• RN è la resistenza del termistore NTC alla temperatura nominale TN. Qui, il valore numerico di RN è 10k.

• TK è una temperatura in Kelvin e l’unità è K. Qui, il valore numerico di TK è 273,15 + gradi Celsius.

• TN è una temperatura nominale in Kelvin; anche l’unità è K. Qui, il valore numerico di TN è 273,15+25.

• E B(beta), la costante di materiale del termistore NTC, è anche chiamata indice di sensibilità termica con un valore numerico di 3950.

• exp è l’abbreviazione di esponenziale, e il numero base e è un numero naturale e vale circa 2,7.

Converti questa formula TK=1/(ln(RT/RN)/B+1/TN) per ottenere la temperatura in Kelvin che sottratta di 273,15 dà la temperatura in gradi Celsius.

Questa relazione è una formula empirica. È accurata solo quando la temperatura e la resistenza sono entro l’intervallo efficace.

Questo codice si riferisce al plugging di Rt nella formula TK=1/(ln(RT/RN)/B+1/TN) per ottenere la temperatura in Kelvin.