Zapotrzebowanie na mierniku temperatury uwarunkowana jest wieloma okolicznościami. W życiu codziennym, na przykład, konieczność szybkiego pomiaru temperatury ciała i wody do kąpieli dziecka, temperatury wewnątrz lub na zewnątrz pomieszczenia, w szklarni lub oranżerii, w piwnicy, jeśli tam są przechowywane warzywa, w komorze lodówki lub zamrażarki, wody w akwarium i wielu innych obiektów.
Do odpadami термометрам zwykle stawiają takie wymagania, jak dokładność pomiaru nie gorsza 0,5 S w przedziale temperatury od -50 do +100 °C (podczas pomiaru temperatury ciała człowieka - nie gorzej niż 0,1...0,2 °C), малогабаритность, ekonomiczne, autonomia zasilania, mała bezwładność cieplna i higieniczne bezpieczeństwo. Omawiany tu stosunkowo prosty termometr cyfrowy na zasadzie spełnia te wymagania.
Wrażliwym elementem urządzenia służy czujnik temperatury, którego zasada działania opiera się na właściwości niektórych materiałów zmieniać swoją rezystancję przy zmianie temperatury. Czujniki temperatury mogą być różne. W przemyśle, na przykład, często używają masywne metalowe (miedziane lub platinum) термопреобразователи.
Dla urządzeń najbardziej pasują półprzewodnikowe małe терморезисторы ММТ, KMT, СТ1, СТ3, TR-4,. ММТ-4, które w porównaniu z metalowymi przetwornicami znacznie mniej теплоинерциониы, mają prawie dziesięć razy większy współczynnik temperaturowy oporu (TKS), większy opór elektryczny, pozwalający na całkowicie zaniedbane rezystancji przewodów łączących czujnik z urządzeniem. Najlepsze właściwości posiada miniaturowy kształcie остеклованный терморезистор TR-4 z obniżonym TKS. On ma wymiary 6х4х2,5 mm; elastyczne wnioski o długości 80 mm wykonane z drutu o niskiej przewodności cieplnej. Jego waga-0,3 g.
Podstawowe parametry elektryczne терморезистора TR-4: napięcie znamionowe rezystancja 1 kohm ± 2 % przy temperaturze +25 °c, TKS - około 2 %/°C, roboczy zakres temperatury -60...+200 ", stała czasowa - 3 s.
Brak półprzewodnikowych терморезисторов - nieliniowość zależności oporu od temperatury i znaczne zróżnicowanie cech, co jest głównym powodem, powstrzymuje ich szerokie zastosowanie dm pomiaru temperatury. Wykres ilustruje typowy zależność oporu półprzewodnikowych терморезисторов TR-4 i ММТ-4 od temperatury. Jednak odpowiednie схемотехнические rozwiązania linearyzacji charakterystyki pozwalają w znacznym stopniu wyeliminować te wady.
Podstawowe dane techniczne termometru z wykorzystaniem w nim терморезистора TR-4:
- Interwał pomiaru temperatury, °C . . . -50...+100
Zdolność rozdzielcza, °C . . . 0,1
Błąd pomiaru, °C,
na krawędziach pulpitu przedziału . . . ±0,5
w środkowej części pracy czasu nie gorzej . . . ±0,1...0,2
Napięcie źródła zasilania . . . 9
Pobór prądu, ma . . . 1
Wymiary, mm . . . 175х65х30
Masa, g . . . 250
Schemat termometru pokazano na rysunku. 1. Podstawa urządzenia - na wariometrze int-vario przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) DA3, do wyjścia którego podłączony jest czterocyfrowy wyświetlacz led HG1. Taka ogniwowy baza pozwoliła zmniejszyć zużycie energii i zapewnić urządzenia niewielkie wymiary i masę.
Ryż. 1. Pojęcie
Ryż. 2. Płytka drukowana
Obwód pomiarowy urządzenia tworzą токозадающий rezystor R1, rezystory R2 i R3, tworzące wzorowe napięcie Uобр, терморезистор R4, napięcie Uт, który zmienia się w zależności od temperatury, i kompensacyjnych rezystor, którego funkcja ma wykonywać rezystory R5, R6. W celu zmniejszenia błędu od самопрогрева терморезистора wartość токозадающего rezystora R1 jest wybrany tak, aby prąd w obwodzie pomiarowym był równy około 0,1 ma.
W urządzeniu zastosowano pomiar bezpośredni термосопротивления metodą relacji - терморезистор R4 i wzorowy rezystor (R2+R3) szeregowo i przez nich przepływa ten sam prąd. Spadek napięcia powstające na терморезисторе, wchodzi na wejścia wnioski 30 i 31, a spadek napięcia na образцовом rezystorze, spełniającej funkcję źródła doskonałości napięcia Uобр, - na wnioski 35 i 36 ADC DA3.
Przy takim sposobie pomiaru wynik konwersji ADC nie zależy od prądu w obwodzie pomiarowym, a więc nie ma potrzeby tradycyjnie stosowanych wysokiej jakości źródłach prądu i doskonałości napięcia, od których w dużej mierze zależy точностные cechy miernika.
Dla urządzenia pracującego w trybie pomiaru temperatury, jest typowym zadaniem kompensacji wartości początkowej термосопротявления przy zerowej temperaturze. Do tego rezystancja rezystora wyrównawczego (R5+R6) wybierają równy oporowi терморезистора R4 przy zerowej temperaturze, a w celu zniwelowania sumę wartości napięcia Uт+Uк wprowadza na wniosek 30 ADC, na jego wniosek 31 podawane napięcie wynosi 2 Uк, która tworzy wzmacniacz operacyjny DA2 z współczynnikiem wzmocnienia K=(1+R14/R13)=2. Wtedy biorąc pod uwagę fakt, że wraz ze wzrostem temperatury opór терморезистора maleje, mamy Uin adc = U+we - U we = 2Uк-(Uт+Uк) = Uк-Uт.
Линеаризацию nieliniowej zależności термосопротивления od temperatury realizują шунтированием терморезистора R4 rezystorem R11 - z grubsza, a dokładnie-wprowadzeniem do urządzenia OH DA1. Ale шунтирующий rezystor R11 tylko częściowo спрямляет tę nieliniowość, kilka rozszerza roboczy zakres temperatury.
Zasada dokładne linearyzacji zakładając na zmiany współczynnika konwersji ADC w zależności od doskonałości, napięcia Uобр. Ono zmienia się dzięki sprzężenia zwrotnego przez OH DA1. Przy takiej komunikacji część napięcia wejściowego Uin, określona współczynnikiem wzmocnienia OH DA1 W=[1+(R8+R9)/R7], dodaje się do napięcia Uобр. Im bardziej zwiększa się opór терморезистора w przypadku spadku temperatury, tym szybciej rośnie wzorowe napięcie, a to prowadzi do пропорциональному zmniejszenia współczynnika konwersji ADC: Uобр=U+obr-U-sz=U0-W(Uк-Uт), gdzie U+obr-U-sz - napięcia na stykach 36 i 35 ADC odpowiednio.
Jeśli przyjąć cenę podziału młodszego rozładowania równym 0,1 S, to w końcu jako wskazanie wskaźnika cyfrowego НG1 określić wyrażeniem N=100Uвх/Uобр=100(Uк-Uт)/[(U0-W(Uк-Uт)]=100(R5+R6-R4)/[(R2+R3)-W(R5+R6-R4)]
Inne elementy termometru, zapewniające pracę ADC, typowe. Tranzystor VT1, aktywny falownik służy do wskazania na wyświetlaczu cyfrowym HG1 znaku separatora dziesiętnego.
Części urządzenia są zamontowane na płytce drukowanej z фольгированного стеклотекстолита o grubości 1,5 mm. Układ DA3 zamontowany od strony drukowanych przewodników. Gniazda X1, X2 (od złącza 2РМ) są wlutowane bezpośrednio do wydrukowanym terenów głównej. Do mocowania przełącznika SA1 dostępne są także drukowane zabaw. Stałe rezystory - C2-29C, подстроечные - СП3-38a. Kondensatory: C1 - K-50-6, C3 i C7 - К22У, C5 - К73-17, C2 i C6 - К73-24. Przełącznik SA1 - ПД9-2, akumulator GB1 - "Korund". Wskaźnik ИЖКЦ1-4/8 można wymienić na ИЖЦ-5.
Konstruktywne wygląd czujnika jest dowolna. Na przykład, w plastikowym pręcie o średnicy 5 i długości 65-70 mm nawiercone przelotowy osiowy otwór o średnicy około 3 mm, a następnie w jednym z jego brzegów - pogłębienie. Na wnioski терморезистора zakładają cienkie izolacje, wnioski płyną w otwór w pręcie, ustalane терморезистор w pogłębienie i uszczelnione go klejem CWA-1 im lakierem КО947. Do wniosków przylutować końcówki двупроводного elastycznego przewodu i mocno noszą na koniec pręta, odwrotny терморезистору, odcinek тонкостенной дюралюминиевой rurki, służącej uchwytem czujnika. Długość kabla około 1,5 m.
Z powodu znacznego rozrzutu parametrów półprzewodnikowych терморезисторов w urządzenie wprowadzone trzy подстроечных rezystora: R5-dla zabudowy zera, R2 - dla zabudowy skali skali i R9-do linearyzacji charakterystyki терморезистора.
Prosty przepis termometru wygodnie wykonać w trzech kontrolnych wartości temperatury: stopionej wody (0 °C), ciała (36,6 °C) i wrzenia wody (100 °C). W pierwszym z tych punktów kontrolnych mierzą temperaturę wody w lodzie, a nie wody z lodem, której temperatura może być więcej niż 1 °C. W drugim punkcie kontrolnym jako przykładny urządzenia wykorzystują termometr medyczny. Temperaturę wrzenia wody należy skorygować poprawką na ciśnienie atmosferyczne. W mieście Pyatigorsk, na przykład, znajdującym się na wysokości około 500 metrów nad poziomem morza, woda wrze w temperaturze 92,5 °C.
Regulację zaczynają, umieszczając czujnik w topiony wodę. Подстроечным rezystorem R5 ustalają na wyświetlaczu wskazanie zerowe. Następnie, zapewniając regulacją rezystorów R2 i R9 osiągają wskazań wskaźnika, stosownych wartości temperatury w pozostałych dwóch punktach kontrolnych. Dalej czujnik znowu ingerować w topiony wodę i powtórzyć wszystkie pomiary kontrolne.
Bardziej precyzyjną regulację urządzenia można wykonywać w przemysłowym ртутным термометрам z ceną podziałka skali co 0,2 °C.
Zamiast терморезистора TR-4 w czujniku można użyć innych терморезисторы szerszego zastosowania, ale z obowiązkową korektą oporu niektórych rezystorów urządzenia. Tak, przy ММТ-4 o wartości nominalnej 1,3 kω rezystancja rezystora R11 musi być zmniejszona do 3,3 kω, a przy терморезисгоре СТ3-19 o wartości nominalnej 2,2 kw do 3 kw.
Tryby pracy ADC w przypadku zastosowania w urządzeniu терморезисторов TR-4 i ММТ-4 przedstawione zostały w tabeli. Jeśli granice regulacji подстроечмыми parametrycznymi, poza R11, nie brakuje, to być może trzeba będzie dobrać rezystory R3, R6, R8.
Autor; W. Суетин, r. Pyatigorsk;Publikacja: www.cxem.net