Универсальный электронный термометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

 Комментарии к статье

Описанный здесь термометр позволяет измерять температуру в отдельных точках двигателя, трансформатора, корпуса транзистора, диода, жала паяльника и других устройств. Диапазоны измеряемых температур - 0...100°С и 0...1000°С .

Датчиком температуры термометра служит термопара "хромель-алюмель", сваренная из проволочек диаметром 0.2 мм. Величина создаваемой термопарой ЭДС пропорциональна, как известно, разности температур "горячего" и "холодных" ее концов. В электронном термометре, о котором идет речь, предусмотрена автоматическая компенсация температуры холодных концов термопары t. ("комнатной") с тем. чтобы измерительный прибор показывал температуру объекта t. а не ее разность: t - t.

Принципиальная схема термометра показана на рисунке.

Он состоит из измерительного моста (VT1, VT2, RK1, R1-R5). стабилизатора напряжения его питания (VT3, VT4, R6), термопары ВК1. усилителя напряжения (DA1, DA2, R7- R11, SA1), микроамперметра РА1, выключателя питания SA2 и источника питания GB1.

В нижние плечи измерительного моста включены медный терморезистор RK1 и резистор R3, в верхние - стабилизаторы токов этих резисторов на транзисторах VT1 и VT2. а в его измерительную диагональ - термопара ВК1 и неинвертирующио входы микросхем DA1, DA2 усилителя напряжения. Благодаря очень большому входному сопротивлению усилителя ток в измерительной диагонали практически отсутствует, и на его входное напряжение (Uw) не влияет падение напряжения на резисторах R3. RK1 и проводниках термопары. Холодный спай термопары должен находиться в корпусе термометра.

При изменении температуры t (при постоянной t) напряжение на терморезисторе RK1 (Urk1) и ЭДС термопары Е меняются б противофазе так, что их cумма всегда остается постоянной. Чтобы нуль на шкале измерительного прибора РА1 соответствовал температуре 0°С и показания термометра не зависели от температуры tk, напряжение на резисторе R3 устанавливается равным URз = UПк10 = K/LRx. (1). где Urk1o - напряжение на RK1 при t.=0°C; К - коэффициент термоЭДС термопары: LRK1 - температурный коэффициент сопротивления резистора RK1. Зависимость (1) справедлива при соблюдении неравенства: LRk1 " LR3 (2). Это условие легко выполнить, если RK1 намотать медным проводом, а в качестве R3 использовать резистор МЛТ. При соблюдении требований (1) и (2) входное напряжение Uk = K·t (3). Это же напряжение будет приложено к резистору R8 (в диапазоне измеряемых температур 0...10СГС) или к резистору Р9 (в диапазоне 0... 1000Х). поскольку ОУ DA1 включен по схеме повторителя напряжения, а ОУ DA2 - по схеме неинвертирующего усилителя. Следовательно, ток в цепи обратной связи РА1. R10 будет равен: loc=Uвх/R, где R - сопротивление резистора R8 или R9. С учетом равенства (3) ╡ос = К · t/R, т. е. ток через микроамперметр РА1 прямо пропорционален температуре объекта t.

В качестве РА1 использован микроамперметр на 100 мкА. Резистор RK1 намотан но пластинке из текстолита 20x10 мм толщиной 1 мм изолированным медным проводом диаметром 0.1 мм до сопротивления 60... 100 Ом. Транзистор VT3 включен как стабилизатор напряжения измерительного моста. Его функции может выполнять любой маломощный кремниевый транзистор с напряжением пробоя перехода база-эмиттер ниже 7 В. Транзисторы VT1, VT2, VT4 - любые маломощные полевые транзисторы с р-n переходом Напряжение отсечки VT1. VT2 - не более 4 В. a VT4 - не более 2 В. Сумма напряжения отсечки транзистора VT4 и напряжения стабилизации транзистора VT3 должна быть меньше напряжения батареи GB1. и чем меньше эта сумма, тем при более глубоком разряде батареи термомеф сохранит работоспособность.

Микромощные ОУ применены только из соображений минимального энергопотребления. При питании термометра от сети в качестве DAI, DA2 желательно применить прецизионные ОУ. Подстроечные резисторы R2, R5, R8, R9 - многооборотные - СП5-2В или другие им подобные. Остальные резисторы - МЛТ-0.125.

Налаживание термометра начичают с расчета напряжения UR3. Для термопары "хромель- алюмель" К = 4.065·10-2 мВ/°С. Для меди LRK1 = 4.3·10-3/°С. Пользуясь равенством (1). получаем URc =4.065·10-2/ 4.3' 10-3 = 9,453 мВ. Далее, замкнув выключатель SA2. параллельно резистору R3 подключают вольтметр (желательно цифровой) и резистором R5 устанавливают рассчитанное напряжение с максимально возможной точностью. После этого переключатель SA1 переводят в положение "100°". опускают спай термопары в сосуд с тающим льдом и резистором R2 устанавливают стрелку микроамперметра РА1 на 0. Если у резистора R2 или П5 не хватает пределов регулирования, то следует заменить соответственно резистора R1 или R4. Затем опускают спай термопары в сосуд с кипящей водой и резистором R8 устанавливают стрелку РА1 на последнее деление шкалы - 100 мкА. Далее, не вынимая термопару из кипящей воды, переводят переключатель SA1 в положение "1000°" и резистором R9 устанавливают стрелку РА1 в положение 10 мкА. На этом налаживание заканчивают.

При эксплуатации прибора зашкаливание стрелки РА1 на пределе измерения 100°С при комнатной температуре говорит о разрядке батареи питания GB1 и необходимости ее замены. Максимальное напряжение питания термометра определяется допустимым напряжением питания ОУ (для микросхем К140УД12 UMa.c=15 В) или допустимым напряжением сток-затвор транзистора VT4 плюс напряжение стабилизации перехода база-эмиттер транзистора VT3. Минимальное напряжение питания разно сумме напряжения стабилизации VT3 и напряжения отсечки транзистора VT4 (у автора Uмин составляло 7,5 В) Ток, потребляемый термометром, - 0,6...0,9 мА.

При измерении отрицательных температур следует поменять местами концы подключения термопары к термометру.

Термопара "хромель-алюмель" применена автором из-за ее высокой рабочей температуры (до 1300°С). Если предел измеряемых температур не превышает 500°С, то можно взять термопару "хромель-копель" или сварить термопару из другой, имеющейся в наличии, пары металлов (сплавов). Очевидно, что новая пара будет иметь уже другую величину коэффициента термоЭДС К и соответственно другое значение Ug. Величину коэффициента К можно рассчитать, взяв из справочника величины термоЭДС этих металлов в паре с платиной и вычесть их друг из друга, или определить значение К экспериментально. Для этого термопару следует подключить к цифровому милливольтметру и поместить ее спай сначала в сосуд с тающим льдом, а затем в сосуд с кипящей водой, записывая каждый раз показания вольтметра (с учетом знака). Затем нужно найти разность полученных значений и разделить ее на 100.

В заключение хотелось бы отметить преимущества термопары перед другими датчиками температуры. Во-первых, малые габариты (диаметр шарика спая термопары, сваренной из проволоки диаметром 0,2 мм, не превышает 0,5 мм; если проволока тоньше, то и шарик будет меньше). Во-вторых, взаимозаменяемость, т. е. возможность периодического подключения к одному термометру любого числа термопар, установленных на разных объектах или в разных точках одного объекта. С полупроводниковыми терморезисторами или диодами это невозможно из-за разброса их параметров. В-третьих, высокая рабочая температура, что делает термопару незаменимой при измерении температур выше 15°С. В-четвертых, ничтожная стоимость и простота изготовления и ремонта. В-пятых, в подавляющем большинстве случаев отсутствие необходимости изоляции термопары от окружающей среды, даже при измерении температуры электролитов. Из-за малой величины термоЭДС электрохимический процесс в термопаре невозможен, поэтому электролит ее не замыкает, естественно, при условии, что материалы самой термопары химически не взаимодействуют с данным электролитом.

Автор: В.Бурков, г.Иваново

Смотрите другие статьи раздела Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Жидкий лазер, не испаряющийся в воздухе 14.02.2023 Ученые создали дешевый и простой в управлении и использовании жидкостный лазер. Физики из Университета Цукубы в Японии разработали перестраиваемый лазер, работающий на основе капель жидкости. В отличие от ранее созданных капельных лазеров, новому устройству не требуются специальные условия. Технология поможет создать дешевые и гибкие устройства для оптической связи. Для своей разработки исследователи использовали "эффект лотоса". Эти растения известны своей способностью очищаться от пыли. Через микроскопические бугорки на поверхности листа капли воды не улетучиваются, но формируют почти идеальные сферы, которые скатываются вниз, захватывая за собой частицы пыли. Специалисты использовали подобный подход для создания жидких капель, которые могут действовать как лазеры, оставаясь стабильными до луны. Они использовали ионную жидкость тетрафторбората 1-этил-3-метилимидазолия и смешивали ее с красителем. Кварцевую подложку для "жидкого лазера" исследователи покрыли наночастицами фторированного кремнезема, чтобы поверхность отталкивала жидкости, как лист лотоса. В серии экспериментов ученые показали, что, если нанести с помощью обычного коммерческого струйного принтера на обработанную кремниевую подложку подготовленную жидкость, крошечные капельки формируют практически идеальные сферы. Такие капли могут оставаться стабильными в течение как минимум 30 дней. Форма и стойкость к испарению позволяют капле сохранять оптический резонанс при возбуждении лазерным источником накачки. А управлять лазером можно продувая поверхность газообразным азотом: это сдвигает лазерные пики в диапазоне от 645 до 662 нм, слегка деформируя форму капель. Исследователи отмечают, что все современные капельные лазеры требуют специальных условий и не могут работать в воздухе, потому что капли быстро испаряются. Представленная разработка - первый дешевый и доступный жидкостный лазер.

Другие интересные новости:

▪ Плохой жир становится хорошим

▪ Суперкомпьютер IBM Blue Gene

▪ Комбинированный привод с двумя лазерами для DVD-дисков

▪ Увеличена эффективность взрывчатки

▪ Новый вид космического шара для космических путешествий

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Применение микросхем. Подборка статей

▪ статья О чем шумите вы, народные витии? Крылатое выражение

▪ статья Где живут рыбы, которые любят ходить по дну вместо плавания? Подробный ответ

▪ статья Посеребрение металлов. Советы радиолюбителям

▪ статья Работа ГСС, с ВЧ-мостом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Цифровая АПЧ в гетеродине. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025