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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Домашний кинотеатр с системой автоматической настройки АС 25.09.2004 Японская компания Yamaha анонсировала на начало сентября недорогой (около $400) набор домашнего кинотеатра DVX-S150. В состав системы входит аудио-видео ресивер/проигрыватель, фронтальная пара колонок (два 50 мм динамика, 100 Гц...25 кГц), тыловые сателлиты, сабвуфер (160-мм НЧ драйвер, 30 Гц...200 Гц) и центральный спикер. Главный блок системы поддерживает воспроизведение DVD+R/RW, CD-R/RW, MP3, JPEG, и аудио стандарты Dolby Digital 5.1, DTS, Dolby ProLogic II. Мощность встроенного усилителя - 225 Вт (45 Втх5 каналов). Кроме этого DVD ресивер оснащен функцией YPAO, автоматической настройки АС под окружение. Производится она с помощью высокочувствительного микрофона, который устанавливается на место, где предположительно находится зритель. На задней части ресивера имеются D2, S-Video и два композитных входа, а также оптический, аналоговый и НЧ аудио выходы.

Другие интересные новости:

▪ Низкотемпературный литий-ионный аккумулятор

▪ Предсказание солнечных вспышек

▪ Смартфон Vivo с ОЗУ 6 ГБ

▪ Наушники с возможностью прогнозирования намерений

▪ Хотите близнецов - пейте молоко

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Звонки и аудио-имитаторы. Подборка статей

▪ статья Геракл. Крылатое выражение

▪ статья Из чего делают скрипичные струны? Подробный ответ

▪ статья Очаг без рогулек. Советы туристу

▪ статья Пробник для проверки годности операционных усилителей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Аэрозоли для применения в электронике. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026