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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Termómetro digital doméstico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Reguladores de potencia, termómetros, estabilizadores de calor La necesidad de un medidor de temperatura se debe a muchas circunstancias. En la vida cotidiana, por ejemplo, la necesidad de medir rápidamente la temperatura del cuerpo de una persona o del agua, para bañar a un niño, la temperatura dentro o fuera de una habitación, en un invernadero o invernadero, en el sótano si allí se almacenan verduras, en la cámara de un frigorífico o su congelador, el agua de un acuario y muchos otros objetos. Los termómetros domésticos suelen estar sujetos a requisitos tales como precisión de medición: no peor que 0,5 C en el rango de temperatura de -50 a +100 ° C (al medir la temperatura del cuerpo humano, no peor que 0,1...0,2 ° C), tamaño pequeño , eficiencia, autonomía energética, baja inercia térmica e inocuidad higiénica. El termómetro digital relativamente sencillo que se describe aquí cumple en gran medida estos requisitos. El elemento sensible del dispositivo es un sensor de temperatura, cuyo principio de funcionamiento se basa en la propiedad de algunos materiales de cambiar su resistencia eléctrica cuando cambia la temperatura. Los sensores de temperatura pueden ser diferentes. En la industria, por ejemplo, se suelen utilizar convertidores térmicos de metal macizo (cobre o platino). Los termistores semiconductores de pequeño tamaño MMT, KMT, ST1, ST3, TR-4 son los más adecuados para electrodomésticos. MMT-4, que, en comparación con los transductores metálicos, tiene una inercia térmica significativamente menor, tiene un coeficiente de resistencia a la temperatura (TCR) casi diez veces mayor y una mayor resistencia eléctrica, lo que permite la resistencia de los cables que conectan el sensor al dispositivo. ser completamente descuidado. Las mejores características las tiene un termistor vitrificado TR-4 en forma de gota en miniatura con un TCR reducido. Tiene unas dimensiones 6x4x2,5 mm; Los cables flexibles de 80 mm de largo están hechos de alambre de baja conductividad térmica. Su masa es de 0,3 g. Las principales características eléctricas del termistor TR-4: resistencia nominal - 1 kOhm ± 2% a una temperatura de +25 ° C, TCR - aproximadamente 2 % / ° C, rango de temperatura de funcionamiento -60...+200 "C, constante de tiempo - 3 s .
La desventaja de los termistores semiconductores es la no linealidad de la dependencia de la resistencia de la temperatura y una variación significativa de las características, que es la razón principal que dificulta su uso generalizado en la medición de temperatura. El gráfico ilustra una dependencia típica de la resistencia de los termistores semiconductores TR-4 y MMT-4 con la temperatura. Sin embargo, soluciones de circuito adecuadas para la linealización de las características pueden eliminar significativamente estas deficiencias. Principales características técnicas de un termómetro que utiliza termistor TR-4:
Resolución, °С. . . 0,1 Error de medición, °С, en los bordes del intervalo de trabajo. . . ±0,5 en la mitad del intervalo de trabajo, no peor que . . . ±0,1...0,2 Tensión de alimentación, V. . . 9 Corriente consumida, mA. . . una Dimensiones, mm . . 175x65x30 Misa, g. . . 250 El diagrama esquemático del termómetro se muestra en la Fig. 1. La base del dispositivo es un convertidor integrado de analógico a digital (ADC) DA3, a cuya salida está conectado un indicador de cristal líquido de cuatro dígitos HG1. Esta base elemental permitió reducir el consumo de energía y dotar al dispositivo de pequeñas dimensiones y peso.
El circuito de medición del dispositivo está formado por la resistencia reguladora de corriente R1, las resistencias R2 y R3, que forman la tensión de referencia Urev, el termistor R4, la tensión Ut, que cambia según la temperatura, y una resistencia de compensación, que cumple la función de que es realizado por las resistencias R5, R6. Para reducir el error por autocalentamiento del termistor, el valor de la resistencia de ajuste de corriente R1 se elige de modo que la corriente en el circuito de medición sea de aproximadamente 0,1 mA. El dispositivo utiliza la medición directa de la resistencia térmica mediante el método de relación: el termistor R4 y la resistencia de referencia (R2+R3) están conectados en serie y la misma corriente fluye a través de ellos. La caída de voltaje que ocurre a través del termistor se suministra a los pines de entrada 30 y 31, y la caída de voltaje a través de la resistencia de referencia, que sirve como fuente de voltaje de referencia Urev, se envía a los pines 35 y 36 del ADC DA3. Con este método de medición, el resultado de la conversión ADC no depende de la corriente en el circuito de medición, lo que significa que no hay necesidad de fuentes de corriente y voltaje de referencia de alta calidad utilizadas tradicionalmente, en las que dependen en gran medida las características de precisión del medidor. depender. Para un dispositivo que funciona en modo de medición de temperatura, una tarea típica es compensar el valor inicial de la resistencia térmica a temperatura cero. Para ello, se elige la resistencia de la resistencia de compensación (R5+R6) igual a la resistencia del termistor R4 a temperatura cero, y para compensar la suma de los valores de tensión Ut+Uk suministrados al pin 30 de Al ADC se le aplica una tensión igual a 31 Uk en su pin 2, que forma el amplificador operacional DA2 con ganancia K=(1+R14/R13)=2. Luego, teniendo en cuenta que al aumentar la temperatura la resistencia del termistor disminuye, tenemos Uin ADC = U+in - U-in = 2Uk-(Ut+Uk) = Uk-Ut. La linealización de la dependencia no lineal de la resistencia térmica de la temperatura se realiza derivando el termistor R4 con la resistencia R11, de manera aproximada, pero precisa, introduciendo el amplificador operacional DA1 en el dispositivo. Pero la resistencia en derivación R11 sólo corrige parcialmente esta no linealidad, ampliando un poco el rango de temperatura de funcionamiento. El principio de linealización precisa se basa en cambios en el coeficiente de conversión del ADC dependiendo del voltaje de referencia Urev. Cambia gracias a la retroalimentación a través del amplificador operacional DA1. Con tal conexión, parte del voltaje de entrada Uin, determinado por la ganancia del amplificador operacional DA1 V=[1+(R8+R9)/R7], se suma al voltaje Urev. Cuanto más aumenta la resistencia del termistor al disminuir la temperatura, más rápido aumenta el voltaje de referencia, y esto conduce a una disminución proporcional en el coeficiente de conversión del ADC: Urev=U+rev-U-rev=U0-V(Uk-Ut) , donde U+rev-U -rev - voltajes en los pines 36 y 35 del ADC, respectivamente. Si tomamos el precio de dividir el dígito menos significativo igual a 0,1 C, entonces en la forma final la lectura del indicador digital НG1 estará determinada por la expresión N=100Uin/Uobr=100(Uк-Uт)/[(U0 -В(Uк-Uт)]=100(R5 +R6-R4)/[(R2+R3)-В(R5+R6-R4)] Otros elementos del termómetro que aseguran el funcionamiento del ADC son estándar. El transistor VT1, encendido por el inversor, sirve para indicar el punto decimal en el indicador digital HG1. Las piezas del dispositivo están montadas sobre una placa de circuito impreso de un laminado de fibra de vidrio recubierto con una lámina de 1,5 mm de espesor. El chip DA3 está montado en el lateral de los conductores impresos. Los enchufes X1, X2 (del conector 2RM) se sueldan directamente a las placas de circuito impreso. También se proporcionan almohadillas impresas para conectar el interruptor SA1. Resistencias fijas - S2-29V, resistencias de sintonización - SP3-38a. Condensadores: C1 - K50-6, C3 y C7 - K22U, C5 - K73-17, C2 y C6 - K73-24. Interruptor SA1 - PD9-2, batería GB1 - "Corindón". El indicador IZhKTs1-4/8 se puede sustituir por IZhKTs-5. El diseño del sensor es arbitrario. Por ejemplo, en una varilla de plástico con un diámetro de 5 y una longitud de 65-70 mm, se perfora un orificio axial pasante con un diámetro de aproximadamente 3 mm y luego se perfora un hueco en uno de sus extremos. Se colocan tubos aislantes delgados en los cables del termistor, los cables se pasan a través del orificio de la varilla, el termistor se instala en el hueco y se sella con pegamento BOV-1 y barniz KO947. Los extremos de un cable flexible de dos hilos se sueldan a los terminales y un trozo de tubo de duraluminio de paredes delgadas, que sirve como mango del sensor, se coloca firmemente en el extremo de la varilla opuesto al termistor. La longitud del cable de conexión es de aproximadamente 1,5 m. Debido a la dispersión significativa en los parámetros de los termistores semiconductores, se introducen tres resistencias de ajuste en el dispositivo: R5 para configurar cero, R2 para configurar la escala y R9 para linealizar las características del termistor. El ajuste más sencillo del termómetro se puede realizar cómodamente utilizando tres valores de temperatura de control: agua derretida (0 °C), cuerpo humano (36,6 °C) y agua hirviendo (100 °C). El primero de estos puntos de control mide la temperatura del agua con hielo, no del agua con hielo, que puede ser superior a 1 °C. En el segundo punto de control se utiliza un termómetro médico como dispositivo de referencia. El punto de ebullición del agua debe ajustarse a la presión atmosférica. En Piatigorsk, por ejemplo, situada a una altitud de unos 500 m sobre el nivel del mar, el agua hierve a una temperatura de 92,5 °C. El ajuste comienza colocando el sensor en agua derretida. Usando la resistencia de recorte R5, ponga el indicador a cero. Luego, ajustando alternativamente las resistencias R2 y R9, se logran lecturas del indicador que corresponden a los valores de temperatura en los otros dos puntos de control. A continuación, se vuelve a colocar el sensor en agua derretida y se repiten todas las mediciones de control. Se puede realizar un ajuste más preciso del dispositivo utilizando termómetros industriales de mercurio con una división de escala de 0,2 °C. En lugar del termistor TR-4, se pueden utilizar en el sensor otros termistores de aplicación más amplia, pero con el ajuste obligatorio de la resistencia de algunas resistencias del dispositivo. Entonces, con MMT-4 con una resistencia nominal de 1,3 kOhm, la resistencia de la resistencia R11 debe reducirse a 3,3 kOhm, y con una termorresistencia ST3-19 con una resistencia nominal de 2,2 kOhm, a 3 kOhm. Los modos de funcionamiento del ADC cuando se utilizan termistores TR-4 y MMT-4 en el dispositivo se muestran en la tabla. Si no hay suficientes límites de ajuste con resistencias de ajuste distintas a R11, es posible que deba seleccionar las resistencias R3, R6, R8. Autor; V. Suetin, Pyatigorsk; Publicación: cxem.net
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