Аналоговые термометры на логических микросхемах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

 Комментарии к статье

Описываемые в статье термометры построены необычно: в первом из них термочувствительный элемент (терморезистор) включен в интегрирующую цепь, во втором - в дифференцирующую. Изменение постоянных времени этих цепей под действием нв термистор температуры окружающей среды преобразуется в изменение скважности прямоугольных импульсов, в результате чего изменяется эффективное напряжение на выходе устройства, которое регистрируется микроамперметром. Приборы выполнены на широко распространенных цифровых микросхемах и доступны для повторения даже начинающим радиолюбителям.

Термочувствительный элемент в аналоговых термометрах чаще всего включают в измерительный мост. Такой датчик температуры имеет существенный недостаток, связанный с необходимостью ограничения тока через мост значениями, исключающими саморазогрев образующих его резисторов. Кроме того, нередко предъявляются довольно высокие требования к стабильности напряжения, подаваемого на измерительный мост. Для усиления сигнала, снимаемого с моста, и стабилизации подаваемого на него напряжения во многих аналоговых термометрах используют операционные усилители. Это усложняет конструкцию и налаживание подобных устройств.

От названных недостатков свободен предлагаемый импульсный термометр. Он содержит генератор прямоугольных импульсов, интегрирующую цепь с термочувствительным элементом, формирователь импульсов и стрелочный индикатор, регистрирующий эффективное напряжение, пропорциональное скважности импульсов. Наиболее подходят для такого прибора КМОП цифровые микросхемы: у них напряжение низкого уровня практически не отличается от 0, а высокого - от напряжения питания.

Принципиальная схема термометра изображена на рис. 1.

На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор прямоугольных импульсов с частотой следования около 60 кГц и скважностью 2. От генератора колебания поступают на интегрирующую цепь RK1R2C2. В зависимости от сопротивления терморезистора (далее термистора) RK1 изменяется постоянная времени интегрирующей цепи и, соответственно, длительность импульсов, поступающих на вход формирователя, выполненного на элементах DD1.3 и DD1.4. Длительность импульсов на выходе элемента DD1.4 пропорциональна температуре и определяет эффективное напряжение, регистрируемое прибором РА1. Подстроенный резистор R1 служит для установки "нуля", R2 - для регулировки чувствительности (она максимальна при его минимальном сопротивлении). При номинале термистора не более 5 кОм зависимость сопротивления от температуры близка к линейной в интервале от -20 до +50 °С. Погрешность измерения не превышает ±1 °С.

Стабильность напряжения питания (а следовательно, и амплитуды импульсов) обеспечивает параметрический стабилизатор на элементах VD1 и R3. Потребляемый термометром ток не превышает 7 мА.

Все детали, кроме термистора RK1 и микроамперметра РА1, размещают на печатной плате, изготовленной в соответствии с рис. 2.

Плата рассчитана на применение постоянных резисторов МЛТ, проволочных подстроечных резисторов СП5-3, конденсаторов КМ-6 (С1 и С2 - желательно группы М47 или М75). Термистор RK1 - КМТ17 с отрицательным ТКС. Микроамперметр РА1 - М4387 или любой другой с током полного отклонения стрелки до 1 мА и внутренним сопротивлением не менее 500 Ом.

При налаживании термистор помещают в ванночку с тающим льдом и подстроечным резистором R1 устанавливают стрелку прибора РА1 на нулевую отметку шкалы. Затем датчик переносят в воду, нагретую до температуры +50 °С, и подстроечным резистором R2 добиваются отклонения стрелки до последней отметки.

Для измерения температуры в более широком интервале, например, от -60 до +150 °С, параллельно термистору сопротивлением R или последовательно с ним следует включить резистор сопротивлением 3R или 1/3R соответственно. Чувствительность устройства после такой доработки, разумеется, уменьшится, а погрешность измерения может возрасти до ±3...5 °С. Если необходима более высокая точность, указанный диапазон измеряемых температур следует разбить на два-три поддиапазона и провести линеаризацию термистора в каждом поддиапазоне. В этом случае погрешность измерения можно уменьшить до ±1 ...1,5 °С.

У микросхем ТТЛ, ТТЛШ, по сравнению с микросхемами серии КМОП, логические уровни существенно отличаются от идеальных значений. Кроме того, у базовых элементов микросхем этих серий весьма значительны входные токи. Поэтому термометр на таких микросхемах следует собрать по схеме, показанной на рис. 3.

Колебания прямоугольной формы с частотой повторения 60 кГц, вырабатываемые генератором на элементах DD1.1, DD1.2, поступают на входы буферных элементов DD1.3 и DD1.4. Они устраняют взаимное влияние дифференцирующих цепей C2R3RK1 и C3R4 и уменьшают нагрузку на генератор, что благоприятно сказывается на стабильности его частоты. Элемент DD1.6 формирует последовательность, в которой длительность импульсов определяется "образцовой" дифференцирующей цепью R4C3, a DD1.5 - последовательность, в которой она зависит от сопротивления терморезистора RK1, входящего в измерительную дифференцирующую цепь RK1R3C2. В результате через прибор РА1 течет пульсирующий ток, эффективное значение которого пропорционально температуре окружающей среды. При номиналах элементов дифференцирующих цепей, указанных на схеме, диоды VD1, VD2 можно исключить. Однако, если используются резисторы меньших номиналов и конденсаторы С1 - C3 большей емкости, для защиты инверторов DD1.5, DD1.6 от пробоя эти диоды необходимы.

В термометре используют детали тех же типов, что и в предыдущем. Вместо К555ЛН1 допустимо применение микросхем К155ЛН1, К155ЛНЗ, К155ЛН5, К1533ЛН6. Диод КД521А можно заменить другим диодом этой серии, а также серии КД522.

Все детали, кроме термистора RK1 и микроамперметра РА1, размещают на печатной плате (рис. 4). Настройка термометра сводится к установке резистором R3 максимальной температуры, а резистором R4 - нулевой. В интервале температур от -20 до +50 °С погрешность измерения не превышает ±1 °С.

Этим термометром можно измерять температуру тела. Предварительно прибор необходимо откалибровать в интервале +36. ..+40°С. Для этого термистор помещают в подогретое до +36 °С вазелиновое масло и подстроечным резистором R4 устанавливают стрелку микроамперметра на нулевую отметку шкалы. Затем, повысив температуру масла до +40°С, резистором R3 устанавливают стрелку на последнее деление шкалы. Эти операции необходимо повторить два-три раза для лучшей воспроизводимости результатов измерения. (При калибровке этого прибора следует использовать именно вазелиновое масло, а не воду, поскольку из-за высокой электропроводности водных растворов результаты измерений существенно искажаются).

После калибровки термистор помещают в стеклянную трубку, запаянную с одной стороны, и заливают эпоксидной смолой. Такая конструкция датчика исключает погрешность при измерении температуры, вызванную электрическим контактом термистора с кожей пациента.

В интервале температур от +36 до +40 °С температурная зависимость сопротивления термистора практически линейна. При использовании в качестве С1-C3 термостабильных конденсаторов (например, слюдяных или фторопластовых) погрешность измерения в этом интервале не превысит ±0,1°С.

Автор: И.Цаплин, г.Краснодар

Смотрите другие статьи раздела Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Сверхлегкий ноутбук Fujitsu Lifebook WU-X/G 07.08.2022 Компания Fujitsu представила самый легкий в мире 13-дюймовый ноутбук Lifebook WU-X/G2. Он весит всего 634 грамма. Компьютер оснащен 13,3-дюймовым Full HD дисплеем (1920 х 1080 пикселей). В базе новинки есть аппаратная платформа Intel Alder Lake. Возможна установка процессора Core i7-1255U с десятью ядрами - двумя производительными и восемью энергоэффективными. Тактовая частота достигает 4,7 ГГц. Чипсет содержит графический ускоритель Intel Iris Xe. Объем оперативной памяти составляет 32 ГБ. За хранение данных отвечает твердотельный накопитель емкостью от 256 ГБ до 2 ТБ. У ноутбука есть поддержка Bluetooth 5.1 и Wi-Fi 6, слот для SD-карт и веб-камера со шторкой для защиты. Есть два порта USB 3.2 Type-C, разъем USB 3.2 Type-A, разъем RJ45 для сетевого кабеля, интерфейс HDMI и аудиоразъем 3,5 мм. Питает устройство батарея емкостью 25 Втч. Установлена операционная система Windows 11. Цены на ноутбук начинаются примерно с 1370 долларов.

Другие интересные новости:

▪ Результат APU AMD Trinity A6 для ультратонких ноутбуков в тесте 3DMark

▪ Ажурный велосипед

▪ Кислород поможет эффективнее преобразовывать солнечную энергию

▪ Шоколад не просто лакомство, а настроение и здоровье женщин

▪ Белые акулы заставляют животных испытывать стресс

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПТЭ. Подборка статей

▪ статья Поступайте с другими так, как вы хотите, чтобы они с вами поступали. Крылатое выражение

▪ статья Кто, помимо художника Мане, написал картину Завтрак на траве? Подробный ответ

▪ статья Медицинский регистратор. Должностная инструкция

▪ статья Простой частотомер из китайского приемника. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Заземление и защитные меры электробезопасности. Защитные проводники (PE-проводники). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026