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:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Процессор Allwinner T7 для умных автомобилей 21.06.2018 Китайская компания Allwinner представила процессор T7, специально спроектированный для использования в различных автомобильных системах. Анонсированное изделие объединяет шесть вычислительных ядер ARM Cortex-A7. Графическая подсистема полагается на интегрированный контроллер Mali-400 MP4 GPU. Обеспечивается возможность кодирования и декодирования видео в формате H.265 1080/60р. В состав чипа входит движок EVE (Embedded Vision Engine), обеспечивающий ускорение выполнения операций, связанных с машинным зрением и распознаванием объектов. Допускается вывод изображения на два дисплея. Кроме того, процессор Allwinner T7 характеризуется широким диапазоном рабочих температур - от минус 40 до плюс 85 градусов Цельсия. Чип может использоваться в паре с программными платформами на базе Android и Linux. В качестве областей применения изделия названы бортовые информационно-развлекательные центры, цифровые приборные панели, системы оказания помощи водителю при движении, средства кругового обзора и пр. Иными словами, чип ориентирован на современные "умные" автомобили с большим количеством электронных помощников и интеллектуальных систем.

Другие интересные новости:

▪ Гроз становится больше

▪ Ощущение боли оберегает роботов от повреждений

▪ Стирание воспоминаний

▪ Способность концентрироваться важнее объема памяти

▪ Собака и смартфон

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Большая энциклопедия для детей и взрослых. Подборка статей

▪ статья Песок сыплется из кого-либо. Крылатое выражение

▪ статья Как производитель Кока-Колы приобретает экстракт листьев коки? Подробный ответ

▪ статья Швейцар. Должностная инструкция

▪ статья Сторожевой блокиратор системы зажигания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Загадочные карты. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026