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:

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 Создан прототип квантового радара 18.07.2021 Физики из Института науки и техники Австрии с коллегами из США, Великобритании и Италии создали прототип радара, который использует квантовую запутанность для обнаружения объекта. Эта технология в будущем может найти применение в биомедицинских сканерах с ультранизким энергопотреблением. Исследователи представили технологию, называемую микроволновым квантовым освещением (от английского microwave quantum illumination) и основанную на запутанных фотонах. При квантовой запутанности две частицы остаются взаимосвязанными вне зависимости от того, насколько далеко они находятся друг от друга. Это позволяет радару работать даже в условиях сильного теплового шума, в которых классические системы часто неэффективны. Ученые запутали фотоны при температуре на несколько тысячных градуса выше абсолютного нуля (-273,15 градуса Цельсия). Одна группа фотонов, называемых сигнальными, отправлялась к объекту, а над другой группой - холостыми фотонами - проводились измерения в условиях без помех и шума. Когда сигнальные фотоны отражаются от объекта, запутанность разрушается, но сохраняется корреляция, по которой можно определить наличие или отсутствие целевого объекта. Испытание прототипа показало, что с его помощью можно обнаружить объект с низкой отражательной способностью при комнатной температуре. Квантовое освещение позволяет решить проблему низкой чувствительности радарных систем, которым трудно отличить излучение, отражаемое от объекта, от естественного фонового шума.

Другие интересные новости:

▪ Повторители USB 3.0 от Parade Technologies

▪ Гигиена от A до Z

▪ Шея - слабое место футболиста

▪ Солнечная Севилья

▪ Стабильность вторичного углеродного радикала

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники. Подборка статей

▪ статья Гром победы раздавайся. Крылатое выражение

▪ статья Что такое азот? Подробный ответ

▪ статья Верхолазные работы. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Автомат Световой день. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Доработка приемников. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025