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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Termometri analogici su chip logici. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Regolatori di potenza, termometri, stabilizzatori di calore I termometri descritti nell'articolo sono costruiti in modo insolito: nel primo l'elemento sensibile alla temperatura (termistore) è incluso nel circuito di integrazione, nel secondo nel circuito di differenziazione. La variazione delle costanti di tempo di questi circuiti sotto l'influenza della temperatura ambiente nel termistore viene convertita in una variazione del ciclo di lavoro degli impulsi rettangolari, con conseguente variazione della tensione effettiva all'uscita del dispositivo, che viene registrata da un microamperometro. I dispositivi sono realizzati su microcircuiti digitali ampiamente utilizzati e possono essere replicati anche da radioamatori alle prime armi. L'elemento sensibile alla temperatura nei termometri analogici è spesso incluso nel ponte di misurazione. Un tale sensore di temperatura presenta un notevole inconveniente legato alla necessità di limitare la corrente attraverso il ponte a valori che impediscano l'autoriscaldamento dei resistori che lo compongono. Inoltre, spesso vengono posti requisiti piuttosto elevati alla stabilità della tensione fornita al ponte di misura. Per amplificare il segnale prelevato dal ponte e stabilizzare la tensione ad esso fornita, molti termometri analogici utilizzano amplificatori operazionali. Ciò complica la progettazione e l'installazione di tali dispositivi. Il termometro a impulsi proposto è esente da questi inconvenienti. Contiene un generatore di impulsi rettangolare, un circuito integratore con un elemento sensibile alla temperatura, un formatore di impulsi e un comparatore che registra una tensione effettiva proporzionale al ciclo di lavoro degli impulsi. I microcircuiti digitali CMOS sono i più adatti per un dispositivo del genere: la loro tensione di basso livello praticamente non differisce da 0 e la loro tensione di alto livello non differisce dalla tensione di alimentazione. Il diagramma schematico del termometro è mostrato in fig. uno.
Sugli elementi DD1.1, DD1.2 è assemblato un generatore di impulsi rettangolare con una frequenza di ripetizione di circa 60 kHz e un ciclo di lavoro di 2. Dal generatore vengono fornite oscillazioni al circuito integratore RK1R2C2. A seconda della resistenza del termistore (di seguito denominato termistore) RK1, cambia la costante di tempo del circuito integratore e, di conseguenza, la durata degli impulsi che arrivano all'ingresso del driver, realizzati sugli elementi DD1.3 e DD1.4 .1.4. La durata degli impulsi all'uscita dell'elemento DD1 è proporzionale alla temperatura e determina la tensione effettiva registrata dal dispositivo PA1. Il resistore regolato R2 viene utilizzato per impostare lo "zero", R5 viene utilizzato per regolare la sensibilità (è massima alla sua resistenza minima). Con un valore nominale del termistore non superiore a 20 kOhm, la dipendenza della resistenza dalla temperatura è quasi lineare nell'intervallo da -50 a +1 °C. L'errore di misurazione non supera ±XNUMX °C. La stabilità della tensione di alimentazione (e quindi dell'ampiezza dell'impulso) è garantita da uno stabilizzatore parametrico sugli elementi VD1 e R3. La corrente consumata dal termometro non supera i 7 mA. Tutte le parti, ad eccezione del termistore RK1 e del microamperometro PA1, sono posizionate su un circuito stampato realizzato secondo la Fig. 2.
La scheda è progettata per l'uso di resistori MLT permanenti, resistori di taglio del filo SP5-3, condensatori KM-6 (C1 e C2 - preferibilmente gruppo M47 o M75). Termistore RK1 - KMT17 con negativo TKS. Microamperometro RA1 - M4387 o qualsiasi altro con una corrente di deflessione completa dell'ago fino a 1 mA e una resistenza interna di almeno 500 Ohm. Durante l'impostazione, il termistore viene posto in un bagno con ghiaccio sciolto e il resistore di sintonia R1 viene impostato sull'indice del dispositivo PA1 sul segno zero della scala. Quindi il sensore viene trasferito in acqua riscaldata a una temperatura di +50 ° C e il resistore di sintonizzazione R2 viene utilizzato per deviare l'ago fino all'ultimo segno. Per misurare la temperatura in un intervallo più ampio, ad esempio da -60 a +150 °C, un resistore con resistenza 3R o 1/3R deve essere collegato rispettivamente in parallelo al termistore con resistenza R o in serie con esso. La sensibilità del dispositivo dopo tale modifica ovviamente diminuirà e l'errore di misurazione potrebbe aumentare fino a ±3...5 °C. Se è necessaria una maggiore precisione, l'intervallo specificato di temperature misurate deve essere diviso in due o tre sottointervalli e il termistore linearizzato in ciascun sottointervallo. In questo caso l'errore di misura può essere ridotto a ±1 ... 1,5 °C. Nei microcircuiti TTL e TTLSh, rispetto ai microcircuiti della serie CMOS, i livelli logici differiscono notevolmente dai valori ideali. Inoltre, gli elementi base dei microcircuiti di queste serie hanno correnti di ingresso molto significative. Pertanto, un termometro su tali microcircuiti dovrebbe essere assemblato secondo lo schema mostrato in Fig. 3.
Oscillazioni rettangolari con una frequenza di ripetizione di 60 kHz, generate dal generatore sugli elementi DD1.1, DD1.2, vengono fornite agli ingressi degli elementi buffer DD1.3 e DD1.4. Eliminano l'influenza reciproca dei circuiti differenziatori C2R3RK1 e C3R4 e riducono il carico sul generatore, che ha un effetto benefico sulla stabilità della sua frequenza. L'elemento DD1.6 forma una sequenza in cui la durata degli impulsi è determinata dal circuito di differenziazione "modello" R4C3 e DD1.5 - una sequenza in cui dipende dalla resistenza del termistore RK1, che è incluso nella misurazione circuito differenziante RK1R3C2. Di conseguenza, attraverso il dispositivo PA1 scorre una corrente pulsante, il cui valore efficace è proporzionale alla temperatura ambiente. Con i valori nominali degli elementi dei circuiti differenziali indicati nello schema si possono escludere i diodi VD1, VD2. Tuttavia, se vengono utilizzati resistori di valore inferiore e condensatori C1 - C3 di capacità maggiore, questi diodi sono necessari per proteggere gli inverter DD1.5, DD1.6 dai guasti. Il termometro utilizza gli stessi tipi di parti del precedente. Invece di K555LN1, è consentito utilizzare i microcircuiti K155LN1, K155LNZ, K155LN5, K1533LN6. Il diodo KD521A può essere sostituito con un altro diodo di questa serie, oltre che con la serie KD522. Tutte le parti, ad eccezione del termistore RK1 e del microamperometro PA1, sono posizionate su un circuito stampato (Fig. 4). L'impostazione del termometro si riduce all'impostazione del resistore R3 sulla temperatura massima e del resistore R4 su zero. Nell'intervallo di temperatura da -20 a +50 °C l'errore di misurazione non supera ±1 °C.
Questo termometro può misurare la temperatura corporea. Il dispositivo deve prima essere calibrato nell'intervallo +36. ..+40°С. A tale scopo, posizionare il termistore in vaselina riscaldata a +36 °C e utilizzare la resistenza di regolazione R4 per impostare l'ago del microamperometro su zero sulla scala. Successivamente, alzando la temperatura dell'olio a +40°C, posizionare la freccia sull'ultima divisione della scala utilizzando la resistenza R3. Queste operazioni devono essere ripetute due o tre volte per una migliore riproducibilità dei risultati della misurazione. (Quando si calibra questo dispositivo, è necessario utilizzare vaselina e non acqua, poiché a causa dell'elevata conduttività elettrica delle soluzioni acquose, i risultati della misurazione sono notevolmente distorti). Dopo la calibrazione, il termistore viene inserito in un tubo di vetro, sigillato su un lato e riempito con resina epossidica. Questo design del sensore elimina l'errore nella misurazione della temperatura causato dal contatto elettrico del termistore con la pelle del paziente. Nell'intervallo di temperatura da +36 a +40 °C la dipendenza dalla temperatura della resistenza del termistore è quasi lineare. Quando si utilizzano condensatori termostabili (ad esempio, mica o fluoroplastici) come C1-C3, l'errore di misurazione in questo intervallo non supererà ±0,1°C. Autore: I.Tsaplin, Krasnodar
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