Логометрический термометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

В этом термометре, построенном на стандартном, широко распространенном в промышленности датчике температуры серии ТСМ и микросхеме АЦП двойного интегрирования КР572ПВ2, специально предназначенной для измерительных приборов, приняты все меры для компенсации влияния источников погрешности и повышения точности отсчета температуры.

Логометрический метод измерения сопротивления резистивного датчика температуры (метод отношений) позволяет простым способом устранить влияние нестабильности тока, протекающего через датчик, на точность преобразования. Принцип этого метода иллюстрирует рис. 1. Ток I создает на сопротивлении датчика Rд падение напряжения Uд=I·Rд. Последовательно с датчиком включено образцовое сопротивление R₀, на котором падает напряжение U₀. Результат измерения N=Uд/U₀₌Rд/Ro не зависит от тока, поскольку Uд и Uо изменяются пропорционально ему. Точность измерения зависит только от температурной стабильности образцового сопротивления R₀.

Рис. 1. Логометрический метод измерения сопротивления резистивного датчика температуры

Микросхема КР572ПВ2 (аналог импортной ICL7107) предназначена именно для таких измерений. Она имеет дифференциальные взаимно развязанные входы измеряемого (входного) Uвх и образцового Uобр напряжения, а результат измерения - отношение Uвх к Uобр.

Рис. 2. Схема измерительной цепи

При измерении температуры по шкале Цельсия требуется отображать еще и знак температуры. Для этого в измерительную цепь нужно ввести, как показано на рис. 2, резистор смещения R_см, сопротивление которого должно быть равно сопротивлению датчика при температуре 0 ^оС. Результат измерения будет равен

N = (Uд - Uсм)/Uо = (Rд - Rсм)/Rо .

Точность измерения в этом случае зависит от температурной стабильности не только Rо, но и Rсм. Однако у микросхемы КР572ПВ2 входы для подачи напряжения Uсм не предусмотрены. В предлагаемом варианте термометра решена не только эта, но и другие проблемы. Он нечувствителен к стабильности тока, протекающего через датчик, дрейфу нуля и дрейфу коэффициента усиления входящего в состав прибора операционного усилителя, к сопротивлению проводов, соединяющих датчик и термометр, переходному сопротивлению контактов разъема датчика, а в случае применения нескольких переключаемых датчиков - к переходному сопротивлению контактов переключателя.

Термометр измеряет температуру в интервале от -50 до 180 ^оС с разрешающей способностью 0,1 ^оС. Датчиком служит стандартный медный термометр сопротивления (ТСМ) с характеристикой 23 [1] и сопротивлением 53 Ом при 0 ^оС. Линейность шкалы прибора зависит только от датчика и сохраняется во всем интервале измеряемой температуры.

Схема термометра показана на рис. 3. Подаваемые на входы микросхемы DD5 напряжения формируются на конденсаторах C11-C14, поочередно подключаемых к выходу ОУ DA1 селектором-мультиплексором DD4 (К561КП2), способным коммутировать и аналоговые сигналы. Синхронно с DD4 селектор-мультиплексор DD1 (К561КП1) подключает к входу ОУ напряжение с резисторов измерительной цепи.

Рис. 3. Схема термометра (нажмите для увеличения)

Селекторами-мультиплексорами управляет счетчик DD3.1, на вход которого поданы импульсы частотой 50 кГц от генератора на триггере Шмитта DD2.1. Частоту устанавливают подборкой резистора R8. Резистор R1 задает ток, протекающий через датчик RK1, а на резисторах R2-R7 формируются напряжения Uсм и Uобр.

ОУ DA1 (КР140УД1408А) служит повторителем напряжения, имеющим высокое входное, низкое выходное сопротивление и коэффициент передачи, равный единице. Однако он смещает уровни сигналов, проходящих через повторитель, на величину дрейфа нуля ОУ Uдн. Чтобы выделить дрейф нуля, селектор-мультиплексор DD1 при коде 11 на адресных входах соединяет вход повторителя с общим проводом. Затем селектор-мультиплексор DD4 подключает к выходу повторителя конденсатор C11, который заряжается до напряжения Uдн. Это напряжение поступает на вход -Uобр микросхемы DD5. Можно показать, что этим влияние дрейфа нуля ОУ на результат измерения температуры полностью устраняется.

Элементы DD2.2-DD2.4, резисторы R11-R13, диод VD2, транзисторы VT2-VT4 служат для гашения незначащего нуля на индикаторе HG1.2 (разряд десятков градусов). Диод VD1 блокирует гашение нуля при температуре выше 99,9 ^оС, когда на индикаторе HG1.1 выводится единица. Транзисторы VT1, VT2 и VT4 умощняют выходы микросхемы DD5, обеспечивая их уровни, приемлемые для микросхемы DD2.

Рис. 4. Схема блока питания

Если измерять температуру выше 99,9 ^оС не предполагается, резистор R10, диоды VD1, VD2 и транзистор VT1 можно удалить, а оставшиеся свободными выводы элемента DD2.4 и резистора R13 соединить между собой.

В блоке питания (рис. 4) отрицательное напряжение -4,7 В формируется способом, описанным в [2], что позволяет использовать трансформатор T1 с меньшим числом вторичных обмоток.

Резисторы, применяемые в термометре, могут быть любыми. Для ответственных измерений рекомендуется применять резисторы R2-R5 с низким температурным коэффициентом сопротивления - С2-29В, С2-36, С2-14. Подстроечные резисторы R6 и R7 лучше использовать непроволочные многооборотные, например, СП3-24, СП3-36, СП3-37, СП3-39, СП3-40, РП1-48, РП1-53, РП1-62а. Их номиналы могут отличаться от указанных на схеме и достигать нескольких десятков килоом.

Конденсаторы C9-C14 - К72-9, К71-4, К71-5, К73-16, К73-17. Оксидные конденсаторы могут быть любыми. Остальные конденсаторы - любые малогабаритные керамические. Конденсаторы C1 и C2 располагают как можно ближе к выводам питания ОУ DA1, а конденсаторы С23-С25 - вблизи микросхем DD1-DD5.

Интегральный стабилизатор DA3 устанавливают на алюминиевую пластину площадью не менее 16 см². Трансформатор T1 - ТП132-19 или другой габаритной мощностью не менее 3 В·А с двумя вторичными обмотками напряжением 9 В.

Для налаживания термометра требуется магазин сопротивлений, который подключают вместо датчика RK1. Перед началом налаживания все переключатели магазина проверните несколько раз от упора до упора, чтобы удалить окисную пленку, образовавшуюся на их контактных поверхностях. Движки подстроечных резисторов R6 и R7 установите примерно в среднее положение, а переключатели магазина сопротивлений - в положение 53 Ом. Сделав это, подстроечным резистором R6 установите на индикаторе термометра 0,0 ^оС.

Далее переключатели переведите либо в положение 77,61 Ом, что соответствует температуре 99,0 ^оС, либо в положение 93,64 Ом (температура 180,0 ^оС). Подстроечным резистором R7 установите на индикаторе заданную температуру. Для контроля переключатели переведите в положение 41,71 Ом. Индикатор должен показать -50,0 ^оС. Описание подобной операции имеется в [3].

При отсутствии магазина сопротивлений регулировку можно выполнить общеизвестным способом. Датчик и образцовый термометр скрепите между собой и поместите в сосуд с тающим льдом, где количество нерастаявшего льда должно преобладать над количеством талой воды. Термометр и датчик не должны касаться льда и стенок сосуда. После погружения выждите некоторое время для установления показаний термометра. Когда они стабилизируются, подстроечным резистором R6 установите на индикаторе 0,0 ^оС.

Затем датчик и образцовый термометр поместите в тщательно перемешанную подогретую воду. Чем выше ее температура, тем точнее будет регулировка. После стабилизации показаний подстроечным резистором R7 доведите их до показаний образцового термометра. Рекомендуется повторить регулировку несколько раз.

При самостоятельном изготовлении датчика отмерьте для него отрезок медного провода любого диаметра такой длины, чтобы его сопротивление при фактической температуре окружающей среды соответствовало указанному в табл. 1. Расчетная длина провода при температуре 20 ^оС в зависимости от его диаметра приведена в табл. 2. Удельное сопротивление меди при этой температуре принято равным 0,0175 Ом·мм²/м.

Таблица 1

Таблица 2

Самый простой вариант - отмерить провод с запасом, а затем укорачивать его, добиваясь нужного сопротивления.

Но особенно точно подгонять сопротивление датчика под указанные в табл. 1 значения не стоит. Ведь в процессе налаживания все равно придется пользоваться подстроечными резисторами R6 и R7.

Провод датчика намотайте на катушку бифилярным способом, предварительно сложив его вдвое. Такой датчик не обладает индуктивностью, а все электромагнитные наводки на каждую половину его провода взаимно нейтрализуются. При налаживании прибора с самостоятельно изготовленным датчиком с помощью магазина сопротивлений необходимо учитывать отклонения фактического сопротивления датчика от стандартного [1].

Источник напряжения 5 В (д), питающий цепь датчика, должен быть гальванически изолирован от других цепей. Отказаться от такого источника позволит применение инструментального усилителя AD623.

Такой усилитель желателен еще и потому, что он обладает большим коэффициентом ослабления синфазных помех, неизбежно возникающих на соединительных проводах датчика. Схема включения усилителя в термометр изображена на рис. 5. Можно применить инструментальный усилитель и другого типа, например, AD8221, LT1168, MAX4194.

Рис. 5. Схема включения усилителя в термометр

На рис. 6 представлена схема инструментального усилителя, в которой могут быть применены любые ОУ. Рекомендуемые номиналы всех резисторов - 51 кОм, однако они могут быть и другими. Необходимо лишь выполнить с возможно большей точностью (с погрешностью в доли процента) условия R1=R2 и R3=R4=R5=R6.

Рис. 6. Схема инструментального усилителя

От сопротивления внешнего резистора Rg зависит коэффициент усиления инструментального усилителя:

K = 1 + (R1 + R2)/Rg .

В его отсутствие он равен единице, а резисторы R1 и R2 можно заменить перемычками.

Ток, проходящий через датчик, нагревает его, что приводит к ошибке измерения температуры. Резистор R1 (см. рис. 3) рассчитан так, что в цепи датчика протекает ток около 4,43 мА, при котором изменение температуры на один градус вызывает изменение напряжения Uд на 1 мВ. Уменьшить ток можно увеличением сопротивления R1. Однако во сколько раз был уменьшен ток, во столько же раз необходимо увеличить коэффициент усиления ступени на ОУ DA1, для чего надо изменить схему термометра, как показано на рис. 7. В данном случае коэффициент усиления равен

K = 1 + R2`/R1`.

Но уменьшением тока не следует увлекаться, поскольку при усилении полезного сигнала будут усиливаться и помехи. Температурный дрейф коэффициента усиления на результатах измерения не скажется, так как все участвующие в измерении сигналы проходят поочередно через один и тот же усилитель и изменяются пропорционально. Их отношения остаются неизменными.

Рис. 7. Измененная часть схемы термометра

Применение фильтра, схема которого изображена на рис. 8, позволит значительно ослабить синфазные помехи, а также защитить входы микросхемы DD1 от перенапряжений, которые могут в каких-либо аварийных ситуациях образоваться на проводах, соединяющих датчик с термометром. Двухобмоточный дроссель L1 можно найти в цепях сетевого питания многих электронных приборов, например, компьютерных мониторов. Фильтр включают в разрывы цепей, соединяющих контакты 2 и 4 разъема X1 с выводами микросхемы DD1. Места разрывов показаны на рис. 3 крестами.

Рис. 8. Схема фильтра

Если предполагается использовать несколько датчиков, то коммутировать следует все пять проводов, соединяющих датчик с термометром, включая общий провод. Переключатель может быть любым.

Литература

1. Градуировки термометров сопротивления. - URL: axwap.com/kipia/ docs/datchiki-temperatury/termometry-soprotivleniya.htm.
2. Два напряжения от одной обмотки трансформатора (За рубежом). - Радио, 1981, № 5-6, с. 72.
3. Хоменков Н., Зверев А. Цифровой термометр. - Радио, 1985, № 1, с. 47, 48.

Автор: В. Прокошин

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

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 Умный гранатомет XM25 19.08.2013 Официальный представитель Пентагона заявил, что в ближайшее время гранатомет XM25 отбросит букву "Х", которая означает, что изделие экспериментальное. Другими словами, XM25 пойдет в серию, правда поначалу малыми партиями - первая серия будет насчитывать 1100 гранатометов и боеприпасы к ним. В настоящее время армия США работает над внедрением некоторых улучшений, касающихся системы управления огнем, времени автономной работы, веса и размера гранаты. После завершения этой работы армия США получит готовое к широкому боевому применению оружие. Гранатомет XM25 - это 5,5-кг полуавтоматический четырехзарядный гранатомет, оснащенный "умным" прицелом со встроенным тепловизором, баллистическим вычислителем и дальномером. Прицел позволяет обнаружить противника в любое время суток и при любой погоде, определить дальность до цели и запрограммировать 25-мм гранату на подрыв в определенном месте рядом с противником, например над окопом, люком танка, в оконном проеме и т.д. Это позволяет надежно поражать цель за укрытиями, защищающими от огня обычного стрелкового оружия. На основании нескольких сотен эпизодов применения XM25 в Афганистане, военные пришли к выводу, что новое оружие намного эффективнее большинства носимых видов оружия поддержки. Выстрел из XM25 обычно прекращает атаку талибов, причем гранатомет обеспечивает высокую точность стрельбы на расстоянии до 500 м, то есть дальше, чем автомат Калашникова. Наведение происходит следующим образом: солдат сначала находит цель с помощью совершенного 4-кратного тепловизионного прицельного комплекса, интегрированного в оружие, затем включается лазерный дальномер и в окуляре прицела появляются сведения о дальности до цели. Солдату нужно выбрать точку рядом с позицией врага: сбоку, сверху, сзади и нажать на спуск - граната взорвется позади, над, под или сбоку от укрытия. При взрыве граната поражает живую силу в радиусе 6 метров. В одном из эпизодов применения XM25, член пешего патруля сержант Карлос Смит обнаружил засаду с помощью прицела XM25. Обычно талибы прячутся за камнями, холмами, руинами и прочими укрытиями, которые защищают от пуль. Но в данном случае у бойца был XM25, и 25-мм граната взорвалась прямо над пулеметчиком противника. В итоге засада была сорвана - противник бежал, унося с собой раненых. В целом применение "умного" гранатомета сокращало бой с обычных 15-20 минут до 5-7. Благодаря XM25 солдатам не нужно было подбираться к врагу с флангов - гранаты XM25 просто выкуривали противника из укрытия, осыпая его градом шрапнели. За свои высокие боевые качества XM25 получил прозвище Punisher ("Каратель").

Другие интересные новости:

▪ Баня у индейцев майя

▪ Низкотемпературный литий-ионный аккумулятор

▪ Гарнитура Xiaomi Mi USB Type-C с активным шумоподавлением

▪ Сенсорная клавиатура-дисплей DS Pixel Keyboard

▪ Передовые аккумуляторы для электромобилей от QuantumScape

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Видеотехника. Подборка статей

▪ статья Тридцать сребреников. Крылатое выражение

▪ статья Почему берлинцы называют городскую телебашню местью папы? Подробный ответ

▪ статья Водитель лесовозного автопоезда, оснащенного гидроманипулятором. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Рамочная антенна с соотношением сторон 1:3. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Конденсаторно стабилитронный выпрямитель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026