Бытовой цифровой термометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

 Комментарии к статье

Потребность в измерителе температуры обусловлена многими обстоятельствами. В быту, например, необходимостью быстрого измерения температуры тела человека или воды, для купания ребенка, температуры внутри или вне помещения, в парнике или оранжерее, в подвале, если там хранятся овощи, в камере холодильника или его морозильника, воды в аквариуме и многих других объектов.

К бытовым термометрам обычно предъявляют такие требования, как точность измерения - не хуже 0,5 С в интервале температуры от -50 до +100 °С (при измерения температуры тела человека - не хуже 0,1…0,2 °С), малогабаритность, экономичность, автономность питания, малая тепловая инерционность и гигиеническая безвредность. Описываемый здесь сравнительно простой цифровой термометр в основном отвечает этим требованиям.

Чувствительным элементом прибора служит температурный датчик, принцип действия которого основан на свойстве некоторых материалов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Датчики температуры могут быть различными. В промышленности, например, часто используют массивные металлические (медные или платиновые) термопреобразователи.

Для бытовых приборов наиболее подходят полупроводниковые малогабаритные терморезисторы ММТ, КМТ, СТ1, СТ3, ТР-4,. ММТ-4, которые по сравнению с металлическими преобразователями значительно менее теплоинерциониы, имеют почти в десять раз больший температурный коэффициент сопротивления (ТКС), большее электрическое сопротивление, позволяющее полностью пренебречь сопротивлением проводов, которые соединяют датчик с прибором. Наилучшими характеристиками обладает миниатюрный каплевидной формы остеклованный терморезистор ТР-4 с уменьшенным ТКС. Он имеет размеры 6х4х2,5 мм; гибкие выводы длиной 80 мм изготовлены из проволоки с низкой теплопроводностью. Его масса-0,3 г.

Основные электрические характеристики терморезистора ТР-4: номинальное сопротивление - 1 кОм ± 2 % при температуре +25 °С, ТКС - примерно 2 %/°С, рабочий температурный интервал -60...+200 "С, постоянная времени - 3 с.

Недостаток полупроводниковых терморезисторов - нелинейность зависимости сопротивления от температуры и значительный разброс характеристик, что является основной причиной, сдерживающей их широкое применение дм измерения температуры. График иллюстрирует типовую зависимость сопротивления полупроводниковых терморезисторов ТР-4 и ММТ-4 от температуры. Однако соответствующие схемотехнические решения линеаризации характеристики позволяют в значительной мере устранить эти недостатки.

Основные технические характеристики термометра с использованием в нем терморезистора ТР-4:

Интервал измеряемой температуры, °С . . . -50...+100
Разрешающая способность, °С . . . 0,1
Погрешность измерения, °С,
на краях рабочего интервала . . . ±0,5
в средней части рабочего интервала, не хуже . . . ±0,1...0,2
Напряжение источника питания, В . . . 9
Потребляемый ток, мА . . . 1
Габариты, мм . . . 175х65х30
Масса, г . . . 250

Принципиальная схема термометра изображена на рис. 1. Основа прибора - интегрирующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) DA3, к выходу которого подключен четырехразрядный жидкокристаллический индикатор HG1. Такая элементная база позволила снизить энергопотребление и обеспечить прибору малые габариты и массу.

Рис. 1. Принципиальная схема

Рис. 2. Печатная плата

Измерительную цепь прибора образуют токозадающий резистор R1, резисторы R2 и R3, формирующие образцовое напряжение Uобр, терморезистор R4, напряжение Uт, на котором изменяется в зависимости от температуры, и компенсирующий резистор, функцию которого выполняют резисторы R5, R6. Для уменьшения погрешности от самопрогрева терморезистора номинал токозадающего резистора R1 выбран таким, чтобы ток в измерительной цепи был равен примерно 0,1 мА.

В приборе применено прямое измерение термосопротивления методом отношений - терморезистор R4 и образцовый резистор (R2+R3) включены последовательно и через них протекает одинаковый ток. Падение напряжения, возникающее на терморезисторе, поступает на входные выводы 30 и 31, а падение напряжения на образцовом резисторе, выполняющем функцию источника образцового напряжения Uобр, - на выводы 35 и 36 АЦП DA3.

При таком способе измерения результат преобразования АЦП не зависит от тока в измерительной цепи, а значит, отпадает надобность в традиционно применяемых высококачественных источниках тока и образцового напряжения, от которых во многом зависят точностные характеристики измерителя.

Для прибора, работающего в режиме измерения температуры, типичной является задача компенсации начального значения термосопротявления при нулевой температуре. Для этого сопротивление компенсационного резистора (R5+R6) выбирают равным сопротивлению терморезистора R4 при нулевой температуре, а чтобы скомпенсировать сумму значений напряжения Uт+Uк поступающую на вывод 30 АЦП, на его вывод 31 подают напряжение, равное 2 Uк, которое формирует операционный усилитель DA2 с коэффициентом усиления K=(1+R14/R13)=2. Тогда с учетом того, что с повышением температуры сопротивление терморезистора уменьшается, имеем Uвх ацп = U+вх - U-вх = 2Uк-(Uт+Uк) = Uк-Uт.

Линеаризацию нелинейной зависимости термосопротивления от температуры реализуют шунтированием терморезистора R4 резистором R11 - грубо, а точно-введением в устройство ОУ DA1. Но шунтирующий резистор R11 лишь частично спрямляет эту нелинейность, несколько расширяя рабочий температурный интервал.

Принцип точной линеаризации основав на изменения коэффициента преобразования АЦП в зависимости от образцового, напряжения Uобр. Оно изменяется благодаря обратной связи через ОУ DA1. При такой связи часть входного напряжения Uвх, определяемая коэффициентом усиления ОУ DA1 В=[1+(R8+R9)/R7], добавляется к напряжению Uобр. Чем больше увеличивается сопротивление терморезистора при снижении температуры, тем быстрее растет образцовое напряжение, а это приводит к пропорциональному уменьшению коэффициента преобразования АЦП: Uобр=U+обр-U-обр=U0-В(Uк-Uт), где U+обр-U-обр - напряжения на выводах 36 и 35 АЦП соответственно.

Если принять цену деления младшего разряда равной 0,1 С, то в конечном виде показание цифрового индикатора НG1 определится выражением N=100Uвх/Uобр=100(Uк-Uт)/[(U0-В(Uк-Uт)]=100(R5+R6-R4)/[(R2+R3)-В(R5+R6-R4)]

Другие элементы термометра, обеспечивающие работу АЦП, типовые. Транзистор VT1, включенный инвертором, служит для индикации в цифровом индикаторе HG1 знака десятичной точки.

Детали прибора смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Микросхема DA3 смонтирована со стороны печатных проводников. Гнезда X1, Х2 (от разъема 2РМ) припаяны непосредственно к печатным площадкам платы. Для крепления переключателя SA1 также предусмотрены печатные площадки. Постоянные резисторы - С2-29В, подстроечные - СП3-38а. Конденсаторы: С1 - К50-6, С3 и С7 - К22У, С5 - К73-17, С2 и С6 - К73-24. Переключатель SA1 - ПД9-2, батарея питания GB1 - "Корунд". Индикатор ИЖКЦ1-4/8 можно заменить на ИЖЦ-5.

Конструктивное оформление датчика произвольное. Например, в пластмассовом стержне диаметром 5 и длиной 65-70 мм сверлят сквозное осевое отверстие диаметром около 3 мм, а затем в одном из его торцов - углубление. На выводы терморезистора надевают тонкие изоляционные трубки, выводы пропускают в отверстие в стержне, устанавливают терморезистор в углубление и герметизируют его клеем БОВ-1 им лаком КО947. К выводам припаивают концы двупроводного гибкого кабеля и туго надевают на конец стержня, противоположный терморезистору, отрезок тонкостенной дюралюминиевой трубки, служащей ручкой датчика. Длина соединительного кабеля - около 1,5 м.

Из-за значительного разброса параметров полупроводниковых терморезисторов в устройство введены три подстроечных резистора: R5-для установки нуля, R2 - для установки масштаба шкалы и R9-для линеаризации характеристики терморезистора.

Простейшую регулировку термометра удобно выполнить по трем контрольным значениям температуры: талой воды (0 °С), тела человека (36,6 °С) и кипения воды (100 °С). В первой из этих контрольных точек измеряют температуру воды во льду, а не воды со льдом, температура которой может быть более 1 °С. Во второй контрольной точке в качестве образцового прибора используют медицинский термометр. Температуру кипения воды необходимо скорректировать поправкой на атмосферное давление. В Пятигорске, например, находящемся на высоте около 500 м над уровнем моря, вода кипит при температуре 92,5 °С.

Регулировку начинают, поместив датчик в талую воду. Подстроечным резистором R5 устанавливают на индикаторе нулевое показание. Затем, поочередной регулировкой резисторов R2 и R9 добиваются показаний индикатора, соответствующих значениям температуры в двух остальных контрольных точках. Далее датчик снова помешают в талую воду и повторяют все контрольные измерения.

Более точную регулировку прибора можно выполнять по промышленным ртутным термометрам с ценой деления шкалы 0,2 °С.

Вместо терморезистора ТР-4 в датчике можно использовать и другие терморезисторы более широкого применения, но с обязательной корректировкой сопротивления некоторых резисторов прибора. Так, при ММТ-4 с номинальным сопротивлением 1,3 кОм сопротивление резистора R11 должно быть уменьшено до 3,3 кОм, а при терморезисгоре СТ3-19 с номинальным сопротивлением 2,2 кОм - до 3 кОм.

Режимы работы АЦП при использования в приборе терморезисторов ТР-4 и ММТ-4 показаны в таблице. Если пределов регулировки подстроечмыми резисторами, кроме R11, не хватает, то, возможно, придется подобрать резисторы R3, R6, R8.

Автор; В.Суетин, г. Пятигорск; Публикация: cxem.net

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 Кошачья ненависть к закрытым дверям 07.10.2024 Многие владельцы кошек замечали, что их питомцы проявляют сильное недовольство при виде закрытых дверей: они могут громко мяукать, царапать дверь или пытаться просунуть лапу в щель. Это поведение часто вызывает недоумение у хозяев: почему кошки так раздражаются из-за невозможности попасть в другую комнату? Ответ кроется в природных инстинктах и особенностях их поведения, которые формировались на протяжении эволюции. Одной из причин такого поведения является так называемый страх упустить что-то важное (FOMO - fear of missing out), объясняет доктор Карен Суэда, ветеринарный бихевиорист. Кошки по своей природе чрезвычайно любопытны и стремятся контролировать все, что происходит на их территории. В дикой природе это важно для выживания, ведь знание того, что происходит вокруг, помогает им защищаться от возможных угроз и искать добычу. Поэтому закрытая дверь воспринимается ими как преграда для контроля над территорией и вызывает у них тревогу. Консультант по поведению кошек Ингрид Джонсон добавляет, что для кошек очень важно чувствовать себя хозяевами своего пространства. Закрытая дверь лишает их возможности самостоятельно решать, куда идти и где находиться, что вызывает у них чувство стресса и беспокойства. Джонсон называет это "тремя ужасными C" - изменение (change), потеря контроля (control), и отсутствие выбора (choice). Кошки избегают всех этих ситуаций и предпочитают стабильность в своей среде обитания. Кроме того, кошки очень привязаны к своим хозяевам и стремятся к их вниманию. Согласно исследованию, проведенному в 2017 году, большинство кошек предпочитают взаимодействие с человеком даже больше, чем другие стимулы, такие как еда или игрушки. Закрытая дверь ограничивает возможность такого взаимодействия, и это может раздражать питомца, даже если ему не обязательно заходить в комнату - ему важно знать, что он может это сделать. Эксперты рекомендуют хозяевам поддерживать стабильный режим доступа к различным зонам дома, чтобы снизить стресс у кошек. Например, если какая-то комната должна быть закрыта для животного, лучше держать ее всегда закрытой, а не только в определенных случаях, таких как приезд гостей. Это создаст у питомца чувство предсказуемости и снизит тревожность. Если кошка проявляет серьезное беспокойство, выражающееся в агрессии, постоянном мяуканье или других проблемах поведения, стоит обратиться к ветеринару для исключения возможных проблем со здоровьем. Часто поведение может быть связано с внутренним дискомфортом или заболеваниями, и только специалист сможет выявить причины такого поведения. Таким образом, кошачья ненависть к закрытым дверям - это не просто каприз, а сложный механизм, основанный на инстинктах выживания и потребности в контроле за своим пространством. Понимание этих аспектов помогает владельцам создать для своих питомцев более комфортную и спокойную среду, что способствует их физическому и психологическому благополучию.

Другие интересные новости:

▪ Найден самый мощный источник энергии

▪ Батареи из крабов и креветок

▪ NXP открыла в Сингапуре дизайн-центр для развития технологии W-USB

▪ Литиевые аккумуляторы SAFT для экстремальных температур

▪ Лечение герпеса инфракрасным светом

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструкции по эксплуатации. Подборка статей

▪ статья Майкл Фарадей. Знаменитые афоризмы

▪ статья У какого растения цветки становятся прозрачными после дождя? Подробный ответ

▪ статья Настольный сверлильный станок. Домашняя мастерская

▪ статья ГИР на 1,8-150 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья УКВ ЧМ приемник на микросхеме КХА060. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026