Termometr ratiometryczny. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Technologia pomiarowa

 Komentarze do artykułu

W tym termometrze, zbudowanym na bazie standardowego czujnika temperatury serii TSM, szeroko stosowanego w przemyśle, oraz podwójnie integrowanego układu ADC KR572PV2, specjalnie zaprojektowanego do przyrządów pomiarowych, podjęto wszelkie działania w celu kompensacji wpływu źródeł błędów i zwiększenia dokładność odczytów temperatury.

Ratiometryczna metoda pomiaru rezystancji rezystancyjnego czujnika temperatury (metoda ilorazowa) pozwala w prosty sposób wyeliminować wpływ niestabilności prądu przepływającego przez czujnik na dokładność przetwarzania. Zasada tej metody jest zilustrowana na ryc. 1. Prąd I powoduje spadek napięcia Ud=I·Rd na rezystancji czujnika Rd. Przykładowa rezystancja R jest połączona szeregowo z czujnikiem₀, na którym spada napięcie U₀. Wynik pomiaru N=Ud/U₀₌Rd / Ro nie zależy od prądu, ponieważ Ud i Uo zmieniają się proporcjonalnie do niego. Dokładność pomiaru zależy tylko od stabilności temperaturowej rezystancji wzorcowej R₀.

Ryż. 1. Ratiometryczna metoda pomiaru rezystancji rezystancyjnego czujnika temperatury

Mikroukład KR572PV2 (podobny do importowanego ICL7107) został zaprojektowany specjalnie do takich pomiarów. Posiada różnicowe wzajemnie izolowane wejścia mierzonego (wejściowego) napięcia Uin i przykładowego napięcia Uobr, a wynikiem pomiaru jest stosunek Uin do Uobr.

Ryż. 2. Schemat obwodu pomiarowego

Podczas pomiaru temperatury w skali Celsjusza wymagane jest również wyświetlanie znaku temperatury. W tym celu należy wejść w obwód pomiarowy, jak pokazano na rys. 2, rezystor polaryzacji R_cm, którego rezystancja powinna być równa rezystancji czujnika w temperaturze 0 ^оC. Wynik pomiaru będzie

N \uXNUMXd (Ud - Ucm) / Uo \uXNUMXd (Rd - Rcm) / Ro.

Dokładność pomiaru w tym przypadku zależy nie tylko od stabilności temperaturowej Ro, ale również Rcm. Jednak mikroukład KR572PV2 nie ma wejść do zasilania napięcia Ucm. W proponowanej wersji termometru rozwiązano nie tylko ten, ale także inne problemy. Jest niewrażliwy na stabilność prądu przepływającego przez czujnik, dryft zera i wzmocnienia wzmacniacza operacyjnego zawartego w przyrządzie, rezystancję przewodów łączących czujnik z termometrem, rezystancję przejściową styków złącza czujnika, a w przypadku zastosowania kilku przełączanych czujników na przejściową rezystancję styku przełącznika.

Termometr mierzy temperaturę w zakresie od -50 do 180 ^оC z rozdzielczością 0,1 ^оC. Czujnik to standardowy miedziany termometr oporowy (TCM) o charakterystyce 23 [1] i rezystancji 53 omów przy 0 ^оC. Liniowość skali urządzenia zależy tylko od czujnika i jest utrzymywana w całym zakresie mierzonej temperatury.

Obwód termometru pokazano na ryc. 3. Napięcia dostarczane do wejść mikroukładu DD5 powstają na kondensatorach C11-C14, które są z kolei podłączone do wyjścia wzmacniacza operacyjnego DA1 przez selektor-multiplekser DD4 (K561KP2), zdolny do przełączania sygnałów analogowych . Synchronicznie z DD4 selektor-multiplekser DD1 (K561KP1) łączy napięcie z rezystorów obwodu pomiarowego z wejściem wzmacniacza operacyjnego.

Ryż. 3. Schemat termometru (kliknij, aby powiększyć)

Selektory-multipleksery są kontrolowane przez licznik DD3.1, na wejście którego podawane są impulsy o częstotliwości 50 kHz z generatora na wyzwalaczu Schmitta DD2.1. Częstotliwość ustawia się wybierając rezystor R8. Rezystor R1 ustawia prąd płynący przez czujnik RK1, a na rezystorach R2-R7 powstają napięcia Ucm i Uobr.

Wzmacniacz operacyjny DA1 (KR140UD1408A) pełni funkcję wtórnika napięciowego o wysokiej rezystancji wejściowej, niskiej rezystancji wyjściowej i współczynniku przenoszenia równym jeden. Jednak przesuwa poziomy sygnałów przechodzących przez repeater o wartość dryftu zera OA Udn. Aby podkreślić dryft zera, selektor-multiplekser DD1 z kodem 11 na wejściach adresowych łączy wejście wzmacniacza ze wspólnym przewodem. Następnie selektor-multiplekser DD4 łączy kondensator C11 z wyjściem repeatera, który jest ładowany do napięcia Udn. Napięcie to jest przykładane do wejścia -Uobr mikroukładu DD5. Można wykazać, że wpływ dryftu zera OA na wynik pomiaru temperatury jest przez to całkowicie wyeliminowany.

Elementy DD2.2-DD2.4, rezystory R11-R13, dioda VD2, tranzystory VT2-VT4 służą do gaszenia nieznacznego zera na wskaźniku HG1.2 (rozładowanie kilkudziesięciu stopni). Dioda VD1 blokuje zerowe tłumienie w temperaturach powyżej 99,9 ^оC, gdy wyświetlacz HG1.1 wyświetla jeden. Tranzystory VT1, VT2 i VT4 wzmacniają wyjścia układu DD5, zapewniając ich poziomy akceptowalne dla układu DD2.

Ryż. 4. Obwód zasilania

Jeśli zmierzysz temperaturę powyżej 99,9 ^оC nie zakłada się, rezystor R10, diody VD1, VD2 i tranzystor VT1 można usunąć, a pozostałe wolne zaciski elementu DD2.4 i rezystora R13 można ze sobą połączyć.

W zasilaczu (rys. 4) powstaje napięcie ujemne -4,7 V w sposób opisany w [2], co umożliwia zastosowanie transformatora T1 o mniejszej liczbie uzwojeń wtórnych.

Rezystory zastosowane w termometrze mogą być dowolne. Do pomiarów krytycznych zaleca się stosowanie rezystorów R2-R5 o niskim współczynniku temperaturowym rezystancji - C2-29V, C2-36, C2-14. Rezystory trymerowe R6 i R7 lepiej stosować bez drutu wieloobrotowego, na przykład SP3-24, SP3-36, SP3-37, SP3-39, SP3-40, RP1-48, RP1-53, RP1-62a . Ich nominały mogą różnić się od wskazanych na schemacie i sięgać kilkudziesięciu kiloomów.

Kondensatory C9-C14 - K72-9, K71-4, K71-5, K73-16, K73-17. Kondensatory tlenkowe mogą być dowolne. Pozostałe kondensatory to dowolne małe kondensatory ceramiczne. Kondensatory C1 i C2 znajdują się jak najbliżej zacisków zasilania wzmacniacza operacyjnego DA1, a kondensatory C23-C25 znajdują się w pobliżu mikroukładów DD1-DD5.

Integralny stabilizator DA3 montowany jest na płycie aluminiowej o powierzchni co najmniej 16 cm². Transformator T1 - TP132-19 lub inny o łącznej mocy co najmniej 3 VA z dwoma uzwojeniami wtórnymi o napięciu 9 V.

Aby założyć termometr, wymagany jest magazyn rezystancyjny, który jest podłączony zamiast czujnika RK1. Przed przystąpieniem do regulacji przekręć kilka razy wszystkie przełączniki sklepu od zamka do zamka, aby usunąć warstwę tlenku utworzoną na ich powierzchniach styku. Ustaw rezystory trymera R6 i R7 w przybliżeniu w pozycji środkowej, a przełączniki magazynu rezystancji w pozycji 53 omów. Po wykonaniu tej czynności ustaw rezystor trymera R6 na 0,0 na wskaźniku termometru ^оC.

Następnie przełącz przełączniki albo do pozycji 77,61 Ohm, co odpowiada temperaturze 99,0 ^оC lub do pozycji 93,64 oma (temperatura 180,0 ^оZ). Wyreguluj rezystor trymera R7, aby ustawić żądaną temperaturę na wskaźniku. Aby sterować przełącznikami, przejdź do pozycji 41,71 omów. Wskaźnik powinien pokazywać -50,0 ^оC. Opis takiej operacji jest dostępny w [3].

W przypadku braku skrzynki oporowej, regulacji można dokonać w znany sposób. Połącz czujnik z termometrem wzorcowym i umieść w naczyniu z topniejącym lodem, w którym ilość nieroztopionego lodu powinna przeważać nad ilością roztopionej wody. Termometr i czujnik nie mogą dotykać lodu ani ścian naczynia. Po nurkowaniu odczekaj chwilę, aż termometr się uspokoi. Kiedy się ustabilizują, ustaw trymer R6 na wskaźniku na 0,0 ^оC.

Następnie umieść czujnik i termometr wzorcowy w dokładnie wymieszanej, podgrzanej wodzie. Im wyższa jego temperatura, tym dokładniejsza będzie regulacja. Po ustabilizowaniu odczytów za pomocą rezystora dostrajającego R7, doprowadź je do odczytów termometru wzorcowego. Zaleca się kilkukrotne powtórzenie regulacji.

Wykonując czujnik samodzielnie, należy zmierzyć kawałek drutu miedzianego o dowolnej średnicy i takiej długości, aby jego rezystancja w rzeczywistej temperaturze otoczenia odpowiadała wartości podanej w tabeli. 1. Szacunkowa długość drutu na 20 ^оW zależności od jego średnicy podano w tabeli. 2. Zakłada się, że rezystywność miedzi w tej temperaturze wynosi 0,0175 Ohm mm²/ m.

Tabela 1

Tabela 2

Najprostszą opcją jest zmierzenie drutu z marginesem, a następnie skrócenie go, uzyskując pożądaną rezystancję.

Ale szczególnie dokładne jest dostosowanie rezystancji czujnika do wartości wskazanych w tabeli. 1 wartość nie jest tego warta. Rzeczywiście, w trakcie ustalania nadal musisz używać rezystorów przycinających R6 i R7.

Przewód czujnika nawiń na cewkę bifilarnie, uprzednio składając go na pół. Taki czujnik nie ma indukcyjności, a wszystkie przetworniki elektromagnetyczne na każdej połowie jego przewodu są wzajemnie neutralizowane. Konfigurując urządzenie z samodzielnie wykonanym czujnikiem z wykorzystaniem puszki rezystancyjnej należy uwzględnić odchylenia rzeczywistej rezystancji czujnika od wzorcowej [1].

Źródło napięcia 5 V (d) zasilające obwód czujnika musi być galwanicznie odizolowane od innych obwodów. Odmowa takiego źródła pozwoli na użycie wzmacniacza instrumentalnego AD623.

Taki wzmacniacz jest również pożądany, ponieważ ma duży współczynnik tłumienia szumu wspólnego, który nieuchronnie występuje na przewodach łączących czujnik. Obwód do podłączenia wzmacniacza do termometru pokazano na ryc. 5. Można zastosować inne typy wzmacniaczy oprzyrządowania, takie jak AD8221, LT1168, MAX4194.

Ryż. 5. Schemat włączenia wzmacniacza w termometrze

na ryc. 6 przedstawia obwód wzmacniacza instrumentalnego, w którym można zastosować dowolny wzmacniacz operacyjny. Zalecane wartości dla wszystkich rezystorów to 51 kOhm, ale mogą być różne. Trzeba tylko spełnić z jak największą dokładnością (z błędem ułamków procenta) warunki R1=R2 i R3=R4=R5=R6.

Ryż. 6. Obwód wzmacniacza oprzyrządowania

Wzmocnienie wzmacniacza instrumentalnego zależy od rezystancji zewnętrznego rezystora Rg:

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

W przypadku jego braku jest równy jeden, a rezystory R1 i R2 można zastąpić zworkami.

Prąd przepływający przez czujnik nagrzewa go, co prowadzi do błędu pomiaru temperatury. Rezystor R1 (patrz rys. 3) oblicza się tak, aby w obwodzie czujnika płynął prąd o natężeniu około 4,43 mA, przy którym zmiana temperatury o jeden stopień powoduje zmianę napięcia Ud o 1 mV. Możesz zmniejszyć prąd, zwiększając rezystancję R1. Jednak ile razy prąd został zmniejszony, o tę samą wartość konieczne jest zwiększenie wzmocnienia stopnia na wzmacniaczu operacyjnym DA1, dla którego konieczna jest zmiana obwodu termometru, jak pokazano na ryc. 7. W tym przypadku zysk jest

K = 1 + R2`/R1`.

Ale nie powinieneś dać się ponieść zmniejszaniu prądu, ponieważ gdy użyteczny sygnał zostanie wzmocniony, zakłócenia również wzrosną. Dryft temperaturowy wzmocnienia nie wpłynie na wyniki pomiarów, ponieważ wszystkie sygnały biorące udział w pomiarze przechodzą jeden po drugim przez ten sam wzmacniacz i zmieniają się proporcjonalnie. Ich relacja pozostaje niezmieniona.

Ryż. 7. Zmieniona część obwodu termometru

Zastosowanie filtra, którego schemat pokazano na rys. 8 znacznie zmniejszy zakłócenia w trybie wspólnym, a także ochroni wejścia układu DD1 przed przepięciami, które mogą powstać na przewodach łączących czujnik z termometrem w sytuacjach awaryjnych. Dwuuzwojeniowy dławik L1 można spotkać w obwodach zasilania sieciowego wielu urządzeń elektronicznych, np. monitorów komputerowych. Filtr jest zawarty w przerwach w obwodach łączących piny 2 i 4 złącza X1 z pinami mikroukładu DD1. Miejsca przerw pokazano na ryc. 3 krzyże.

Ryż. 8. Obwód filtra

Jeśli zamierzasz używać kilku czujników, wszystkie pięć przewodów łączących czujnik z termometrem, w tym przewód wspólny, powinno zostać zamienionych miejscami. Przełącznik może być dowolny.

literatura

1. Kalibracja termometru rezystancyjnego. - URL: axwap.com/kipia/docs/datchiki-temperatury/termometry-soprotivleniya.htm.
2. Dwa napięcia z jednego uzwojenia transformatora (za granicą). - Radio, 1981, nr 5-6, s. 72.
3. Homenkov N., Zverev A. Termometr cyfrowy. - Radio, 1985, nr 1, s. 47, 48.

Autor: W. Prokoszyń

Zobacz inne artykuły Sekcja Technologia pomiarowa.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach 02.05.2024

We współczesnym rolnictwie postęp technologiczny ma na celu zwiększenie efektywności procesów pielęgnacji roślin. We Włoszech zaprezentowano innowacyjną maszynę do przerzedzania kwiatów Florix, zaprojektowaną z myślą o optymalizacji etapu zbioru. Narzędzie to zostało wyposażone w ruchome ramiona, co pozwala na łatwe dostosowanie go do potrzeb ogrodu. Operator może regulować prędkość cienkich drutów, sterując nimi z kabiny ciągnika za pomocą joysticka. Takie podejście znacznie zwiększa efektywność procesu przerzedzania kwiatów, dając możliwość indywidualnego dostosowania do specyficznych warunków ogrodu, a także odmiany i rodzaju uprawianych w nim owoców. Po dwóch latach testowania maszyny Florix na różnych rodzajach owoców wyniki były bardzo zachęcające. Rolnicy, tacy jak Filiberto Montanari, który używa maszyny Florix od kilku lat, zgłosili znaczną redukcję czasu i pracy potrzebnej do przerzedzania kwiatów. ... >>

Zaawansowany mikroskop na podczerwień 02.05.2024

Mikroskopy odgrywają ważną rolę w badaniach naukowych, umożliwiając naukowcom zagłębianie się w struktury i procesy niewidoczne dla oka. Jednak różne metody mikroskopii mają swoje ograniczenia, a wśród nich było ograniczenie rozdzielczości przy korzystaniu z zakresu podczerwieni. Jednak najnowsze osiągnięcia japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego otwierają nowe perspektywy badania mikroświata. Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego zaprezentowali nowy mikroskop, który zrewolucjonizuje możliwości mikroskopii w podczerwieni. Ten zaawansowany instrument pozwala zobaczyć wewnętrzne struktury żywych bakterii z niesamowitą wyrazistością w skali nanometrowej. Zazwyczaj ograniczenia mikroskopów średniej podczerwieni wynikają z niskiej rozdzielczości, ale najnowsze odkrycia japońskich badaczy przezwyciężają te ograniczenia. Zdaniem naukowców opracowany mikroskop umożliwia tworzenie obrazów o rozdzielczości do 120 nanometrów, czyli 30 razy większej niż rozdzielczość tradycyjnych mikroskopów. ... >>

Pułapka powietrzna na owady 01.05.2024

Rolnictwo jest jednym z kluczowych sektorów gospodarki, a zwalczanie szkodników stanowi integralną część tego procesu. Zespół naukowców z Indyjskiej Rady Badań Rolniczych i Centralnego Instytutu Badań nad Ziemniakami (ICAR-CPRI) w Shimla wymyślił innowacyjne rozwiązanie tego problemu – napędzaną wiatrem pułapkę powietrzną na owady. Urządzenie to eliminuje niedociągnięcia tradycyjnych metod zwalczania szkodników, dostarczając dane dotyczące populacji owadów w czasie rzeczywistym. Pułapka zasilana jest w całości energią wiatru, co czyni ją rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska i niewymagającym zasilania. Jego unikalna konstrukcja umożliwia monitorowanie zarówno szkodliwych, jak i pożytecznych owadów, zapewniając pełny przegląd populacji na każdym obszarze rolniczym. „Oceniając docelowe szkodniki we właściwym czasie, możemy podjąć niezbędne środki w celu zwalczania zarówno szkodników, jak i chorób” – mówi Kapil ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Asfalt oczyszcza powietrze 07.07.2006 Włoska firma „Ital-sementi” po dziesięciu latach badań naukowych opracowała nawierzchnię drogową, która oczyszcza powietrze ze spalin samochodowych. To asfalt z dodatkiem nanocząsteczek dwutlenku tytanu. Pod wpływem światła słonecznego chemicznie aktywny dodatek przekształca niespalone węglowodory, tlenek węgla, tlenki azotu i siarki w wodę, dwutlenek węgla i sole stałe. Eksperymenty przeprowadzone w zamkniętej komorze wykazały, że asfalt tytanowy oświetlony świetlówkami rozkłada 400% tlenków azotu w ciągu 99 minut. Pozostałe szkodliwe gazy, gdy nawierzchnia drogi jest oświetlona światłem słonecznym (eksperymenty te przeprowadzono w warunkach naturalnych, na drodze), rozkładają się w 5%. Oblicza się, że jeśli tylko 75% ulic i placów dużego miasta pokryje się nowym asfaltem, powietrze w nim stanie się dwa razy czystsze. Dotychczas wyprodukowano 900 ton asfaltu tytanowego. Planuje dostawy do 18 krajów, m.in. do Francji, Indii i Chin.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Pomiar zanieczyszczenia powietrza

▪ Pociąg hybrydowy

▪ Lasery bojowe do bombowców

▪ Power bank Meizu 10 000 mAh z technologią szybkiego ładowania

▪ Błędy w nauce

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja witryny Urządzenia komputerowe. Wybór artykułów

▪ artykuł Nie da się żyć w społeczeństwie i być wolnym od społeczeństwa. Popularne wyrażenie

▪ artykuł Jak zwolennicy Ruchu Dobrowolnego Zagłady Ludzkości uzasadniają swój cel? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Rezerwat Kronotsky. Cud natury

▪ artykuł Letni prysznic z kolektorem słonecznym. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Pulsujące twarze. Sekret ostrości

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024