Побутовий цифровий термометр. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Побутовий цифровий термометр. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори

Коментарі до статті

Потреба вимірника температури обумовлена багатьма обставинами. У побуті, наприклад, необхідністю швидкого вимірювання температури тіла людини або води, для купання дитини, температури всередині або поза приміщенням, у парнику чи оранжереї, у підвалі, якщо там зберігаються овочі, в камері холодильника чи його морозильника, води в акваріумі та багатьох інших об'єктів.

До побутових термометрів зазвичай пред'являють такі вимоги, як точність вимірювання - не гірше 0,5 °С в інтервалі температури від -50 до +100 °С (при вимірюванні температури тіла людини - не гірше 0,1...0,2 °С), малогабаритність , економічність, автономність харчування, мала теплова інерційність та гігієнічна нешкідливість. Описуваний порівняно простий цифровий термометр в основному відповідає цим вимогам.

Чутливим елементом приладу служить температурний датчик, принцип дії якого заснований на властивості деяких матеріалів, змінювати свій електричний опір при зміні температури. Датчики температури можуть бути різними. У промисловості, наприклад, часто використовують масивні металеві (мідні або платинові) термоперетворювачі.

Для побутових приладів найбільше підходять напівпровідникові малогабаритні терморезистори ММТ, КМТ, СТ1, СТ3, ТР-4,. ММТ-4, які порівняно з металевими перетворювачами значно менші за теплоінерційні, мають майже в десять разів більший температурний коефіцієнт опору (ТКС), більший електричний опір, що дозволяє повністю знехтувати опором проводів, які з'єднують датчик з приладом. Найкращими характеристиками має мініатюрний краплеподібний форми засклений терморезистор ТР-4 із зменшеним ТКС. Він має розміри 6х4х2,5, 80 мм; гнучкі висновки довжиною 0,3 мм виготовлені із дроту із низькою теплопровідністю. Його маса-XNUMX р.

Основні електричні характеристики терморезистора ТР-4: номінальний опір - 1 кОм ± 2 % за температури +25 °С, ТКС - приблизно 2 %/°С, робочий температурний інтервал -60...+200 "С, постійна часу - 3 с .

Побутовий цифровий термометр

Недолік напівпровідникових терморезисторів - нелінійність залежності опору від температури та значний розкид характеристик, що є основною причиною, що стримує їх широке застосування для вимірювання температури. Графік ілюструє типову залежність опору напівпровідникових терморезисторів ТР-4 та ММТ-4 від температури. Однак відповідні схемотехнічні рішення лінеаризації характеристики дозволяють значною мірою усунути ці недоліки.

Основні технічні характеристики термометра з використанням терморезистора ТР-4:

Принципова схема термометра зображено на рис. 1. Основа приладу - інтегруючий аналого-цифровий перетворювач (АЦП) DA3, до виходу якого підключений чотирирозрядний рідкокристалічний індикатор HG1. Така елементна база дозволила знизити енергоспоживання та забезпечити приладу малі габарити та масу.

Побутовий цифровий термометр
Рис. 1. Принципова схема

Побутовий цифровий термометр
Рис. 2. Друкована плата

Вимірювальний ланцюг приладу утворюють токозадавальний резистор R1, резистори R2 і R3, що формують зразкову напругу Uобр, терморезистор R4, напруга Uт, на якому змінюється в залежності від температури, і резистор, що компенсує, функцію якого виконують резистори R5, R6. Для зменшення похибки від самопрогрівання терморезистора номінал токозадавального резистора R1 обраний таким, щоб струм вимірювального ланцюга дорівнював приблизно 0,1 мА.

У приладі застосовано прямий вимір термоопору методом відносин - терморезистор R4 та зразковий резистор (R2+R3) включені послідовно і через них протікає однаковий струм. Падіння напруги, що виникає на терморезистори, надходить на вхідні висновки 30 і 31, а падіння напруги на зразковому резисторі, що виконує функцію джерела зразкової напруги Uобр, - на висновки 35 і 36 АЦП DA3.

При такому способі вимірювання результат перетворення АЦП не залежить від струму у вимірювальному ланцюзі, а значить, відпадає потреба в традиційно застосовуваних високоякісних джерелах струму та зразкової напруги, від яких багато в чому залежать точнісні характеристики вимірювача.

Для приладу, що працює в режимі вимірювання температури, типовою є задача компенсації початкового значення термосупротив при нульовій температурі. Для цього опір компенсаційного резистора (R5+R6) вибирають рівним опору терморезистора R4 при нульовій температурі, а щоб компенсувати суму значень напруги Uт+Uк надходить на висновок 30 АЦП, на його висновок 31 подають напругу, що дорівнює 2 Uк, яке формує операційний з коефіцієнтом посилення K=(2+R1/R14)=13. Тоді з огляду на те, що з підвищенням температури опір терморезистора зменшується, маємо Uвх ацп = U+вх - U-вх = 2Uк-(Uт+Uк) = Uк-Uт.

Лінеаризацію нелінійної залежності термоопору від температури реалізують шунтуванням терморезистора R4 резистором R11 - грубо, а точно-введенням у пристрій ОУ DA1. Але резистор R11, що шунтує, лише частково спрямовує цю нелінійність, дещо розширюючи робочий температурний інтервал.

Принцип точної лінеаризації основавши зміни коефіцієнта перетворення АЦП залежно від зразкового, напруги Uобр. Воно змінюється завдяки зворотному зв'язку через DA1. При такому зв'язку частина вхідної напруги Uвх, що визначається коефіцієнтом посилення ОУ DA1 В=[1+(R8+R9)/R7], додається до напруги Uобр. Чим більше збільшується опір терморезистора при зниженні температури, тим швидше зростає зразкова напруга, а це призводить до зменшення коефіцієнта перетворення АЦП: Uобр=U+обр-U-обр=U0-В(Uк-Uт), де U+обр-U -обр - напруги на висновках 36 та 35 АЦП відповідно.

Якщо прийняти ціну поділу молодшого розряду, що дорівнює 0,1 С, то в кінцевому вигляді показання цифрового індикатора НG1 визначиться виразом N=100Uвх/Uобр=100(Uк-Uт)/[(U0-В(Uк-Uт)]=100(R5) +R6-R4)/[(R2+R3)-В(R5+R6-R4)]

Інші елементи термометра, що забезпечують роботу АЦП, є типовими. Транзистор VT1, увімкнений інвертором, служить для індикації в цифровому індикаторі HG1 знака десяткової точки.

Деталі приладу змонтовані на друкованій платі із фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм. Мікросхему DA3 змонтовано з боку друкованих провідників. Гнізда X1, Х2 (від роз'єму 2РМ) припаяні безпосередньо до друкованих майданчиків плати. Для кріплення перемикача SA1 також передбачено друковані майданчики. Постійні резистори - С2-29В, підстроювальні - СП3-38а. Конденсатори: С1 – К50-6, С3 та С7 – К22У, С5 – К73-17, С2 та С6 – К73-24. Перемикач SA1 – ПД9-2, батарея живлення GB1 – "Корунд". Індикатор ІЖКЦ1-4/8 можна замінити на ІЖЦ-5.

Конструктивне оформлення датчика довільне. Наприклад, у пластмасовому стрижні діаметром 5 і довжиною 65-70 мм свердлять наскрізний осьовий отвір діаметром близько 3 мм, а потім в одному з його торців - заглиблення. На висновки терморезистора надягають тонкі ізоляційні трубки, виводи пропускають в отвір у стрижні, встановлюють терморезистор в поглиблення і герметизують його клеєм БОВ-1 лаком КО947. До висновків припаюють кінці двопровідного гнучкого кабелю і туго надягають на кінець стрижня, протилежний терморезистори, відрізок тонкостінної дюралюмінієвої трубки, що служить ручкою датчика. Довжина сполучного кабелю – близько 1,5 м.

Через значний розкид параметрів напівпровідникових терморезисторів пристрій введено три підстроювальні резистори: R5-для установки нуля, R2 - для встановлення масштабу шкали і R9-для лінеаризації характеристики терморезистора.

Найпростіше регулювання термометра зручно виконати за трьома контрольними значеннями температури: талої води (0 °С), тіла людини (36,6 °С) та кипіння води (100 °С). У першій із цих контрольних точок вимірюють температуру води у льоду, а не води з льодом, температура якої може бути більше 1 °С. У другій контрольній точці як зразковий прилад використовують медичний термометр. Температуру кипіння води необхідно скоригувати виправленням на атмосферний тиск. У П'ятигорську, наприклад, на висоті близько 500 м над рівнем моря, вода кипить при температурі 92,5 °С.

Регулювання починають, помістивши датчик у воду. Підлаштування резистором R5 встановлюють на індикаторі нульове показання. Потім, почергове регулювання резисторів R2 і R9 домагаються показань індикатора, відповідних значенням температури в двох інших контрольних точках. Далі датчик знову завадять талу воду і повторюють всі контрольні вимірювання.

Точне регулювання приладу можна виконувати за промисловими ртутними термометрами з ціною розподілу шкали 0,2 °С.

Замість терморезистора ТР-4 в датчику можна використовувати інші терморезистори більш широкого застосування, але з обов'язковим коригуванням опору деяких резисторів приладу. Так, при ММТ-4 з номінальним опором 1,3 кОм опір резистора R11 має бути зменшено до 3,3 кОм, а при терморезисгорі СТ3-19 з номінальним опором 2,2 кОм - до 3 кОм.

Режими роботи АЦП під час використання у приладі терморезисторів ТР-4 та ММТ-4 показані в таблиці. Якщо меж регулювання підстроючими резисторами, крім R11, не вистачає, то, можливо, доведеться підібрати резистори R3, R6, R8.

Автор; В.Суєтін, м. П'ятигорськ; Публікація: cxem.net

Дивіться інші статті розділу Регулятори потужності, термометри, термостабілізатори.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву

Потрійний диференціальний приймач AD814 15.04.2005

Фірма ANALOG DEVICES представила потрійний диференціальний приймач типу AD8143, що є компактним одночиповим рішенням для прийому диференціальних сигналів по витих парах амплітудою до 10 В і видачі однополярного сигналу. Мікросхема розроблена для прийому триколірного сигналу RGB (червоний, зелений, блакитний), що має роздільну здатність до 1600х1200 або менше.

Мікросхема AD8143 поєднується з потрійним підсилювачем диференціальних сигналів AD8133, що працює на передачу сигналів по витих парах. Мікросхема випускається у корпусі LFCSP-32 розмірами 5х5 мм.

Інші цікаві новини:

▪ Преміум смартфон Lumigon T2 HD

▪ Інтелектуальний банкомат Fujitsu

▪ Захищена камера Olympus Tough TG-870

▪ Підсолоджені напої викликають ожиріння та знос зубів

▪ Петапіксельна камера

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Побутова електроніка. Добірка статей

▪ стаття Чим ніч темніша, тим яскравіша зірка. Крилатий вислів

▪ стаття Навіщо німецькі військові дирижаблі комплектувалися спуском на довгому тросі кошиком? Детальна відповідь

▪ стаття Робота з ендоскопом. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Сенсорний перемикач входів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Регулятор потужності, що не створює перешкод. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт