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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Termómetro radiométrico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición En este termómetro, construido sobre un sensor de temperatura estándar de la serie TSM, ampliamente utilizado en la industria, y un chip ADC de doble integración KR572PV2, especialmente diseñado para instrumentos de medición, se toman todas las medidas para compensar la influencia de las fuentes de error y aumentar la precisión de las lecturas de temperatura. El método radiométrico para medir la resistencia de un sensor de temperatura resistivo (método de la relación) permite eliminar de forma sencilla la influencia de la inestabilidad de la corriente que fluye a través del sensor en la precisión de la conversión. El principio de este método se ilustra en la Fig. 1. La corriente I crea una caída de tensión Ud=I·Rd en la resistencia del sensor Rd. Una resistencia ejemplar R está conectada en serie con el sensor0, en el que cae el voltaje U0. Resultado de la medición N=Ud/U0=Rd/Ro no depende de la corriente, ya que Ud y Uo cambian proporcionalmente a ella. La precisión de la medición depende únicamente de la estabilidad de la temperatura de la resistencia de referencia R0.
El microcircuito KR572PV2 (similar al ICL7107 importado) está diseñado específicamente para tales mediciones. Tiene entradas diferenciales mutuamente aisladas del Uin medido (entrada) y el voltaje Uobr ejemplar, y el resultado de la medición es la relación de Uin a Uobr.
Al medir la temperatura en la escala Celsius, también se requiere mostrar el signo de la temperatura. Para hacer esto, es necesario ingresar al circuito de medición, como se muestra en la Fig. 2, resistencia de polarización Rcm, cuya resistencia debe ser igual a la resistencia del sensor a una temperatura de 0 оC. El resultado de la medición será N \uXNUMXd (Ud - Ucm) / Uo \uXNUMXd (Rd - Rcm) / Ro. La precisión de la medición en este caso depende de la estabilidad de la temperatura no solo de Ro, sino también de Rcm. Sin embargo, el microcircuito KR572PV2 no tiene entradas para suministrar voltaje Ucm. En la versión propuesta del termómetro, no solo se resuelve este, sino también otros problemas. Es insensible a la estabilidad de la corriente que fluye a través del sensor, la deriva de cero y la deriva de la ganancia del amplificador operacional incluido en el dispositivo, la resistencia de los cables que conectan el sensor y el termómetro, la resistencia transitoria del contactos del conector del sensor, y en el caso de utilizar varios sensores conmutados, a la resistencia transitoria del interruptor de contactos. El termómetro mide la temperatura en el rango de -50 a 180 оC con una resolución de 0,1 оC. El sensor es un termómetro de resistencia de cobre estándar (TCM) con una característica de 23 [1] y una resistencia de 53 ohmios a 0 оC. La linealidad de la escala del dispositivo depende únicamente del sensor y se mantiene en todo el rango de la temperatura medida. El circuito del termómetro se muestra en la fig. 3. Los voltajes suministrados a las entradas del microcircuito DD5 se forman en los condensadores C11-C14, que a su vez están conectados a la salida del amplificador operacional DA1 por el selector-multiplexor DD4 (K561KP2), capaz de cambiar señales analógicas . Sincrónicamente con DD4, el selector-multiplexor DD1 (K561KP1) conecta el voltaje de las resistencias del circuito de medición a la entrada del amplificador operacional.
Los selectores-multiplexores están controlados por el contador DD3.1, a cuya entrada se aplican pulsos con una frecuencia de 50 kHz desde el generador en el disparador Schmitt DD2.1. La frecuencia se establece seleccionando la resistencia R8. La resistencia R1 establece la corriente que fluye a través del sensor RK1, y los voltajes Ucm y Uobr se forman en las resistencias R2-R7. El amplificador operacional DA1 (KR140UD1408A) sirve como seguidor de voltaje con una entrada alta, una impedancia de salida baja y un coeficiente de transferencia igual a uno. Sin embargo, cambia los niveles de las señales que pasan a través del repetidor por el valor de la deriva cero de OA Udn. Para resaltar la deriva de cero, el selector-multiplexor DD1 con código 11 en las entradas de dirección conecta la entrada del repetidor a un cable común. Luego, el selector-multiplexor DD4 conecta el capacitor C11 a la salida del repetidor, que se carga con el voltaje Udn. Este voltaje se aplica a la entrada -Uobr del microcircuito DD5. Se puede demostrar que la influencia de la deriva cero del OA en el resultado de la medición de temperatura se elimina por completo con esto. Los elementos DD2.2-DD2.4, las resistencias R11-R13, el diodo VD2, los transistores VT2-VT4 se utilizan para apagar un cero insignificante en el indicador HG1.2 (descarga de decenas de grados). El diodo VD1 bloquea la amortiguación cero a temperaturas superiores a 99,9 оC, cuando la pantalla HG1.1 muestra uno. Los transistores VT1, VT2 y VT4 amplifican las salidas del chip DD5, proporcionando niveles aceptables para el chip DD2.
Si mide la temperatura por encima de 99,9 оC no se asume, la resistencia R10, los diodos VD1, VD2 y el transistor VT1 se pueden quitar, y los terminales libres restantes del elemento DD2.4 y la resistencia R13 se pueden conectar entre sí. En la fuente de alimentación (Fig. 4), se forma una tensión negativa de -4,7 V de la manera descrita en [2], lo que permite utilizar el transformador T1 con un número menor de devanados secundarios. Las resistencias utilizadas en el termómetro pueden ser cualquiera. Para mediciones críticas, se recomienda usar resistencias R2-R5 con un coeficiente de resistencia de baja temperatura: C2-29V, C2-36, C2-14. Las resistencias de corte R6 y R7 son mejores para usar multigiro sin cable, por ejemplo, SP3-24, SP3-36, SP3-37, SP3-39, SP3-40, RP1-48, RP1-53, RP1-62a . Sus denominaciones pueden diferir de las indicadas en el diagrama y alcanzar varias decenas de kilo-ohmios. Condensadores C9-C14 - K72-9, K71-4, K71-5, K73-16, K73-17. Los condensadores de óxido pueden ser cualquier cosa. Los condensadores restantes son de cerámica de pequeño tamaño. Los condensadores C1 y C2 están ubicados lo más cerca posible de los terminales de potencia del amplificador operacional DA1, y los condensadores C23-C25 están ubicados cerca de los microcircuitos DD1-DD5. El estabilizador integral DA3 está montado sobre una placa de aluminio con un área de al menos 16 cm.2. Transformador T1 - TP132-19 u otra potencia total de al menos 3 VA con dos devanados secundarios con un voltaje de 9 V. Para establecer un termómetro, se requiere un acumulador de resistencia, que se conecta en lugar del sensor RK1. Antes de comenzar el ajuste, gire todos los interruptores de la tienda varias veces de tope a tope para eliminar la película de óxido formada en sus superficies de contacto. Establezca las resistencias de corte R6 y R7 aproximadamente en la posición media, y el almacén de resistencia cambia a la posición de 53 ohmios. Una vez hecho esto, configure la resistencia de ajuste R6 en 0,0 en el indicador del termómetro. оС. A continuación, cambie los interruptores a la posición de 77,61 ohmios, que corresponde a una temperatura de 99,0 оC, o a la posición de 93,64 ohmios (temperatura 180,0 оCON). Ajuste la resistencia de corte R7 para establecer la temperatura deseada en el indicador. Para controlar los interruptores, muévase a la posición de 41,71 ohmios. El indicador debe mostrar -50,0 оC. Una descripción de tal operación está disponible en [3]. En ausencia de caja de resistencias, el ajuste se puede realizar de forma conocida. Una el sensor y el termómetro de referencia juntos y colóquelos en un recipiente con hielo derretido, donde la cantidad de hielo sin derretir debe prevalecer sobre la cantidad de agua derretida. El termómetro y el sensor no deben tocar el hielo ni las paredes del recipiente. Después de bucear, espere un tiempo hasta que el termómetro se estabilice. Cuando se estabilicen, ajuste el trimmer R6 en el indicador a 0,0 оС. Luego coloque el sensor y el termómetro de referencia en agua caliente bien mezclada. Cuanto mayor sea su temperatura, más preciso será el ajuste. Después de estabilizar las lecturas con una resistencia de corte R7, llévelas a las lecturas de un termómetro de referencia. Se recomienda repetir el ajuste varias veces. Cuando haga el sensor usted mismo, mida para él un trozo de alambre de cobre de cualquier diámetro de tal longitud que su resistencia a la temperatura ambiente real corresponda a la indicada en la Tabla. 1. Longitud estimada del cable en 20 оCon dependiendo de su diámetro se da en la tabla. 2. Se supone que la resistividad del cobre a esta temperatura es de 0,0175 Ohm mm2/ m. Tabla 1
Tabla 2
La opción más fácil es medir el cable con un margen y luego acortarlo, logrando la resistencia deseada. Pero es especialmente preciso ajustar la resistencia del sensor a las indicadas en la Tabla. 1 valor no vale la pena. De hecho, en el proceso de establecimiento, aún debe usar las resistencias de corte R6 y R7. Enrolle el cable del sensor en la bobina de forma bifilar, habiéndolo doblado previamente por la mitad. Dicho sensor no tiene inductancia y todas las captaciones electromagnéticas en cada mitad de su cable se neutralizan mutuamente. Al configurar un dispositivo con un sensor de fabricación propia utilizando una caja de resistencia, es necesario tener en cuenta las desviaciones de la resistencia real del sensor con respecto a la estándar [1]. La fuente de tensión de 5 V (d) que alimenta el circuito del sensor debe estar aislada galvánicamente de otros circuitos. Rechazar dicha fuente permitirá el uso de un amplificador instrumental AD623. Tal amplificador también es deseable porque tiene un gran coeficiente de atenuación del ruido de modo común que inevitablemente ocurre en los cables de conexión del sensor. El circuito para conectar el amplificador al termómetro se muestra en la fig. 5. Se pueden utilizar otros tipos de amplificadores de instrumentación, como AD8221, LT1168, MAX4194.
En la fig. 6 muestra un circuito de un amplificador instrumental en el que se puede utilizar cualquier amplificador operacional. Los valores recomendados para todas las resistencias son 51 kOhm, pero pueden ser diferentes. Sólo es necesario cumplir con la mayor precisión posible (con un error de fracciones de un tanto por ciento) las condiciones R1=R2 y R3=R4=R5=R6.
La ganancia del amplificador instrumental depende de la resistencia de la resistencia externa Rg: K = 1 + (R1 + R2)/Rg. En su ausencia, es igual a uno, y las resistencias R1 y R2 se pueden reemplazar con puentes. La corriente que pasa por el sensor lo calienta, lo que provoca un error en la medición de la temperatura. La resistencia R1 (ver Fig. 3) se calcula para que fluya una corriente de aproximadamente 4,43 mA en el circuito del sensor, a la que un cambio de temperatura de un grado provoca un cambio de voltaje Ud de 1 mV. Puede reducir la corriente aumentando la resistencia R1. Sin embargo, cuántas veces se redujo la corriente, en la misma cantidad es necesario aumentar la ganancia de etapa en el amplificador operacional DA1, para lo cual es necesario cambiar el circuito del termómetro, como se muestra en la Fig. 7. En este caso, la ganancia es K = 1 + R2`/R1`. Pero no debes dejarte llevar por reducir la corriente, ya que al amplificar la señal útil, la interferencia también aumentará. La deriva de temperatura de la ganancia no afectará los resultados de la medición, ya que todas las señales involucradas en la medición pasan una a una por el mismo amplificador y cambian proporcionalmente. Su relación permanece sin cambios.
Aplicación del filtro, cuyo esquema se muestra en la Fig. 8 reducirá significativamente la interferencia de modo común y protegerá las entradas del chip DD1 de las sobretensiones que pueden formarse en los cables que conectan el sensor al termómetro en situaciones de emergencia. El estrangulador de dos devanados L1 se puede encontrar en los circuitos de suministro principal de muchos dispositivos electrónicos, como monitores de computadora. El filtro está incluido en las rupturas de los circuitos que conectan los pines 2 y 4 del conector X1 con los pines del microcircuito DD1. Los lugares de descanso se muestran en la fig. 3 cruces.
Si tiene la intención de usar varios sensores, entonces se deben cambiar los cinco cables que conectan el sensor al termómetro, incluido el cable común. El interruptor puede ser cualquier cosa. Literatura
Autor: V. Prokoshin
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