Логометричний термометр. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

 Коментарі до статті

У цьому термометрі, побудованому на стандартному, широко поширеному в промисловості датчику температури серії ПММ і мікросхемі АЦП подвійного інтегрування КР572ПВ2, спеціально призначеної для вимірювальних приладів, вжито всіх заходів для компенсації впливу джерел похибки та підвищення точності відліку температури.

Логометричний метод вимірювання опору резистивного датчика температури (метод відносин) дозволяє простим способом усунути вплив нестабільності струму, що протікає через датчик, на точність перетворення. Принцип цього ілюструє рис. 1. Струм I створює на опорі датчика Rд падіння напруги Uд=I·Rд. Послідовно з датчиком включено зразковий опір R₀, на якому падає напруга U₀. Результат виміру N=Uд/U₀₌Rд/Ro залежить від струму, оскільки Uд і Uо змінюються пропорційно йому. Точність вимірювання залежить лише від температурної стабільності зразкового опору R₀.

Мал. 1. Логометричний метод вимірювання опору резистивного датчика температури

Мікросхема КР572ПВ2 (аналог імпортної ICL7107) призначена саме для таких вимірів. Вона має диференціальні взаємно розв'язані входи вимірюваного (вхідного) Uвх і зразкового Uобр напруги, а результат виміру - відношення Uвх до Uобр.

Рис. 2. Схема вимірювального ланцюга

При вимірі температури за шкалою Цельсія необхідно відображати ще й знак температури. Для цього до вимірювального ланцюга потрібно ввести, як показано на рис. 2, резистор зміщення R_см, опір якого має дорівнювати опору датчика при температурі 0 ^оС. Результат виміру дорівнюватиме

N = (Uд - Uсм) / Uо = (Rд - Rсм) / Ro.

Точність виміру у разі залежить від температурної стабільності як Rо, а й Rсм. Однак у мікросхеми КР572ПВ2 входи для подачі напруги Uсм не передбачені. У запропонованому варіанті термометра вирішена не лише ця, а й інші проблеми. Він нечутливий до стабільності струму, що протікає через датчик, дрейфу нуля і дрейфу коефіцієнта посилення операційного підсилювача, що входить до складу приладу, до опору проводів, що з'єднують датчик і термометр, перехідному опору контактів роз'єму датчика, а в разі застосування декількох контактів, що перемикаються, - до перехідного опору перемикача.

Термометр вимірює температуру в інтервалі від -50 до 180 ^оЗ роздільною здатністю 0,1 ^оДатчиком служить стандартний мідний термометр опору (ТСМ) з характеристикою 23 [1] і опором 53 Ом при 0 ^оС. Лінійність шкали приладу залежить лише від датчика і зберігається у всьому інтервалі вимірюваної температури.

Схема термометра показано на рис. 3. Подані на входи мікросхеми DD5 напруги формуються на конденсаторах C11-C14, що по черзі підключаються до виходу ОУ DA1 селектором-мультиплексором DD4 (К561КП2), здатним комутувати і аналогові сигнали. Синхронно з DD4 селектор-мультиплексор DD1 (К561КП1) підключає до входу напругу ОУ з резисторів вимірювального ланцюга.

Рис. 3. Схема термометра (натисніть , щоб збільшити)

Селекторами-мультиплексорами управляє лічильник DD3.1, на вхід якого подано імпульси частотою 50 кГц від генератора на тригері Шмітта DD2.1. Частоту встановлюють добіркою резистора R8. Резистор R1 задає струм, що протікає через датчик RK1, а на резисторах R2-R7 формуються напруги Uсм і Uобр.

ОУ DA1 (КР140УД1408А) служить повторювачем напруги, що має високий вхідний, низький вихідний опір і коефіцієнт передачі, що дорівнює одиниці. Однак він зміщує рівні сигналів, що проходять через повторювач, величину дрейфу нуля ОУ Uдн. Щоб виділити дрейф нуля, селектор-мультиплексор DD1 коді 11 на адресних входах з'єднує вхід повторювача із загальним проводом. Потім селектор-мультиплексор DD4 підключає до виходу повторювача C11 конденсатор, який заряджається до напруги Uдн. Ця напруга надходить на вхід -Uобр мікросхеми DD5. Можна показати, що цим вплив дрейфу нуля ОУ результат вимірювання температури повністю усувається.

Елементи DD2.2-DD2.4, резистори R11-R13, діод VD2, транзистори VT2-VT4 служать гасіння незначного нуля на індикаторі HG1.2 (розряд десятків градусів). Діод VD1 блокує гасіння нуля при температурі вище 99,9 ^оЗ коли на індикаторі HG1.1 виводиться одиниця. Транзистори VT1, VT2 і VT4 умощують виходи мікросхеми DD5, забезпечуючи рівні, прийнятні для мікросхеми DD2.

Рис. 4. Схема блоку живлення

Якщо вимірювати температуру вище 99,9 ^оЗ не передбачається, резистор R10, діоди VD1, VD2 і транзистор VT1 можна видалити, а висновки елемента DD2.4 і резистора R13, що залишилися вільними, з'єднати між собою.

У блоці живлення (рис. 4) негативна напруга -4,7 формується способом, описаним в [2], що дозволяє використовувати трансформатор T1 з меншим числом вторинних обмоток.

Резистори, які застосовуються в термометрі, можуть бути будь-якими. Для відповідальних вимірювань рекомендується застосовувати резистори R2-R5 з низьким температурним коефіцієнтом опору – С2-29В, С2-36, С2-14. Підстроювальні резистори R6 і R7 краще використовувати багатодротові дротяні, наприклад, СП3-24, СП3-36, СП3-37, СП3-39, СП3-40, РП1-48, РП1-53, РП1-62а. Їхні номінали можуть відрізнятися від зазначених на схемі і досягати кількох десятків кілоом.

Конденсатори C9-C14 – К72-9, К71-4, К71-5, К73-16, К73-17. Оксидні конденсатори можуть бути будь-якими. Інші конденсатори - будь-які малогабаритні керамічні. Конденсатори C1 і C2 мають якомога ближче до висновків живлення ОУ DA1, а конденсатори С23-С25 - поблизу мікросхем DD1-DD5.

Інтегральний стабілізатор DA3 встановлюють на алюмінієву пластину площею не менше ніж 16 см.². Трансформатор T1 - ТП132-19 або іншою габаритною потужністю не менше 3 В·А з двома вторинними обмотками напругою 9 В.

Для налагодження термометра потрібний магазин опорів, який підключають замість датчика RK1. Перед початком налагодження усі перемикачі магазину поверніть кілька разів від упору до упору, щоб видалити окисну плівку, що утворилася на контактних поверхнях. Двигуни підстроювальних резисторів R6 і R7 встановіть приблизно в середнє положення, а перемикачі магазину опорів - в положення 53 Ом. Зробивши це, підстроювальним резистором R6 встановіть на індикаторі термометра 0,0 ^оС.

Далі перемикачі переведіть або в положення 77,61 Ом, що відповідає температурі 99,0 ^оабо в положення 93,64 Ом (температура 180,0 ^оЗ). Підстроювальним резистором R7 встановіть на індикаторі задану температуру. Для контролю перемикачі переведіть у положення 41,71 Ом. Індикатор має показати -50,0 ^оС. Опис подібної операції є в [3].

За відсутності магазину опорів регулювання можна виконати загальновідомим способом. Датчик і зразковий термометр скріпіть між собою і помістіть у посудину з льодом, що тане, де кількість льоду, що не росте, повинна переважати над кількістю талої води. Термометр і датчик не повинні торкатися льоду та стінок судини. Після занурення зачекайте деякий час для встановлення показань термометра. Коли вони стабілізуються, підстроювальним резистором R6 встановіть на індикаторі 0,0 ^оС.

Потім датчик і зразковий термометр помістіть ретельно перемішану підігріту воду. Чим вища її температура, тим точніше буде регулювання. Після стабілізації показань підстроювальним резистором R7 доведіть їх до показань зразкового термометра. Рекомендується повторити налаштування кілька разів.

При самостійному виготовленні датчика відміряйте для нього відрізок мідного дроту будь-якого діаметра такої довжини, щоб його опір за фактичної температури навколишнього середовища відповідав зазначеному в табл. 1. Розрахункова довжина дроту за температури 20 ^оЗ залежно від його діаметра наведена в табл. 2. Питомий опір міді за цієї температури прийнято рівним 0,0175 Ом·мм²/ М.

Таблиця 1

Таблиця 2

Найпростіший варіант - відміряти провід із запасом, а потім укорочувати його, домагаючись потрібного опору.

Але особливо точно підганяти опір датчика під наведені в табл. 1 значення не варто. Адже в процесі налагодження все одно доведеться користуватися підстроювальними резисторами R6 і R7.

Дрот датчика намотайте на котушку біфілярним способом, попередньо склавши його вдвічі. Такий датчик не має індуктивності, а всі електромагнітні наведення на кожну половину його дроту взаємно нейтралізуються. При налагодженні приладу із самостійно виготовленим датчиком за допомогою магазину опорів необхідно враховувати відхилення фактичного опору датчика від стандартного [1].

Джерело напруги 5 (д), що живить ланцюг датчика, повинен бути гальванічно ізольований від інших ланцюгів. Відмовитись від такого джерела дозволить застосування інструментального підсилювача AD623.

Такий підсилювач бажаний ще й тому, що він має великий коефіцієнт ослаблення синфазних перешкод, що неминуче виникають на сполучних проводах датчика. Схема включення підсилювача термометр зображена на рис. 5. Можна застосувати інструментальний підсилювач іншого типу, наприклад, AD8221, LT1168, MAX4194.

Рис. 5. Схема включення підсилювача в термометр

На рис. 6 представлена ​​схема інструментального підсилювача, в якій можуть бути використані будь-які ОУ. Рекомендовані номінали всіх резисторів - 51 кОм, але можуть бути й іншими. Необхідно лише виконати з якомога більшою точністю (з похибкою у частки відсотка) умови R1=R2 і R3=R4=R5=R6.

Рис. 6. Схема інструментального підсилювача

Від опору зовнішнього резистора Rg залежить коефіцієнт посилення інструментального підсилювача:

K = 1 + (R1 + R2) / Rg.

За його відсутності він дорівнює одиниці, а резистори R1 і R2 можна замінити перемичками.

Струм, що проходить через датчик, нагріває його, що призводить до помилки вимірювання температури. Резистор R1 (див. рис. 3) розрахований так, що в ланцюгу датчика протікає струм близько 4,43 мА, при якому зміна температури на градус викликає зміну напруги Uд на 1 мВ. Зменшити струм можна збільшенням опору R1. Однак у скільки разів було зменшено струм, у стільки ж разів необхідно збільшити коефіцієнт посилення щаблі на ОУ DA1, для чого треба змінити схему термометра, як показано на рис. 7. У разі коефіцієнт посилення дорівнює

K = 1 + R2 `/R1`.

Але зменшенням струму не слід захоплюватися, оскільки під час посилення корисного сигналу посилюватимуться і перешкоди. Температурний дрейф коефіцієнта посилення на результатах вимірювання не позначиться, тому що всі сигнали, що беруть участь у вимірі, проходять по черзі через один і той же підсилювач і змінюються пропорційно. Їхні стосунки залишаються незмінними.

Рис. 7. Змінена частина схеми термометра

Застосування фільтра схема якого зображена на рис. 8 дозволить значно послабити синфазні перешкоди, а також захистити входи мікросхеми DD1 від перенапруг, які можуть у будь-яких аварійних ситуаціях утворитися на проводах, що з'єднують датчик з термометром. Двообмотувальний дросель L1 можна знайти в ланцюгах мережного живлення багатьох електронних приладів, наприклад комп'ютерних моніторів. Фільтр включають розриви ланцюгів, що з'єднують контакти 2 і 4 роз'єму X1 з висновками мікросхеми DD1. Місця розривів показано на рис. 3 хрестами.

Рис. 8. Схема фільтра

Якщо передбачається використовувати кілька датчиків, то комутувати слід п'ять проводів, що з'єднують датчик з термометром, включаючи загальний провід. Перемикач може бути будь-яким.

література

1. Градуювання термометрів опору. - URL: axwap.com/kipia/docs/datchiki-temperatury/termometry-soprotivleniya.htm.
2. Дві напруги від однієї обмотки трансформатора (За кордоном). – Радіо, 1981, № 5-6, с. 72.
3. Хоменков Н., Звєрєв А. Цифровий термометр. – Радіо, 1985, № 1, с. 47, 48.

Автор: В. Прокошин

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Асфальт очищує повітря 07.07.2006 Італійська фірма "Італ-сементі" після десяти років наукових досліджень розробила дорожнє покриття, що очищає повітря від автомобільних вихлопних газів. Це асфальт із добавкою нано-часток двоокису титану. Під дією сонячних променів хімічно активна добавка перетворює незгорілі вуглеводні, чадний газ, оксиди азоту та сірки у воду, вуглекислий газ та тверді солі. Досліди, проведені в герметичній камері, показали, що титановий асфальт, що освітлюється лампами денного світла, за 400 хвилин розкладає 99% оксидів азоту. Інші шкідливі гази при освітленні дорожнього покриття сонячним світлом (ці досліди проводилися в природних умовах, на дорозі) розкладаються на 5%. Розраховано, що, якщо покрити новим асфальтом лише 75% вулиць та площ великого міста, повітря в ньому стане вдвічі чистішим. Поки що вироблено 900 тонн титанового асфальту. Намічаються його постачання до 18 країн, включаючи Францію, Індію та Китай.

Інші цікаві новини:

▪ Вимірювання забруднення повітря

▪ Потяг-гібрид

▪ Бойові лазери для бомбардувальників

▪ Зовнішній акумулятор Meizu ємністю 10 000 мАч з технологією швидкого заряджання

▪ Навчальні помилки

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Комп'ютерні пристрої. Добірка статей

▪ стаття Жити у суспільстві та бути вільним від суспільства не можна. Крилатий вислів

▪ стаття Як обґрунтовують свою мету прихильники Руху за добровільне зникнення людства? Детальна відповідь

▪ стаття Кроноцький заповідник. Диво природи

▪ Літній душ з сонячним колектором. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Пульсуючі фізіономії. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

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

www.diagram.com.ua
2000-2024