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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Termometro raziometrico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione In questo termometro, costruito su un sensore di temperatura standard della serie TSM, ampiamente utilizzato nell'industria, e un chip ADC a doppia integrazione KR572PV2, appositamente progettato per strumenti di misura, sono state adottate tutte le misure per compensare l'influenza delle fonti di errore e aumentare la precisione delle letture della temperatura. Il metodo raziometrico per misurare la resistenza di un sensore di temperatura resistivo (metodo del rapporto) fornisce un modo semplice per eliminare l'influenza dell'instabilità della corrente che scorre attraverso il sensore sulla precisione della conversione. Il principio di questo metodo è illustrato in Fig. 1. La corrente I crea una caduta di tensione Ud=I·Rd attraverso la resistenza del sensore Rd. Una resistenza R esemplificativa è collegata in serie al sensore0, su cui la tensione scende U0. Risultato della misurazione N=Ud/U0=Rd/Ro non dipende dalla corrente, poiché Ud e Uo cambiano proporzionalmente ad essa. La precisione della misurazione dipende solo dalla stabilità della temperatura della resistenza di riferimento R0.
Il microcircuito KR572PV2 (analogo dell'ICL7107 importato) è progettato specificamente per tali misurazioni. Dispone di ingressi differenziali reciprocamente isolati della tensione Uin misurata (ingresso) e della tensione Urev di riferimento e il risultato della misurazione è il rapporto tra Uin e Urev.
Quando si misura la temperatura sulla scala Celsius, è necessario visualizzare anche il simbolo della temperatura. Per fare ciò è necessario entrare nel circuito di misura, come mostrato in Fig. 2, resistore di polarizzazione Rcentimetri, la cui resistenza deve essere uguale alla resistenza del sensore ad una temperatura pari a 0 оC. Il risultato della misurazione sarà uguale a N \uXNUMXd (Ud - Ucm) / Uo \uXNUMXd (Rd - Rcm) / Ro. La precisione della misurazione in questo caso dipende dalla stabilità della temperatura non solo di Ro, ma anche di Rcm. Tuttavia, il microcircuito KR572PV2 non dispone di ingressi per l'alimentazione della tensione Ucm. Nella versione proposta del termometro, non solo questo, ma anche altri problemi vengono risolti. È insensibile alla stabilità della corrente che scorre attraverso il sensore, alla deriva dello zero e del guadagno dell'amplificatore operazionale incluso nel dispositivo, alla resistenza dei fili che collegano il sensore e il termometro, alla resistenza transitoria dei contatti del connettore del sensore e, nel caso di utilizzo di più sensori commutabili, alla resistenza transitoria dell'interruttore dei contatti. Il termometro misura la temperatura nell'intervallo da -50 a 180 оC con risoluzione 0,1 оC. Il sensore è un termometro a resistenza in rame standard (RCT) con caratteristica 23 [1] e resistenza 53 Ohm a 0 оC. La linearità della scala dello strumento dipende solo dal sensore e viene mantenuta per tutto il range della temperatura misurata. Lo schema del termometro è mostrato in Fig. 3. Le tensioni fornite agli ingressi del microcircuito DD5 sono formate sui condensatori C11-C14, collegati alternativamente all'uscita dell'amplificatore operazionale DA1 da un selettore-multiplexer DD4 (K561KP2), in grado di commutare segnali analogici. In sincronia con DD4, il selettore-multiplexer DD1 (K561KP1) collega la tensione dai resistori del circuito di misurazione all'ingresso dell'amplificatore operazionale.
I selettori-multiplexer sono controllati da un contatore DD3.1, il cui ingresso viene alimentato con impulsi con una frequenza di 50 kHz da un generatore su un trigger Schmitt DD2.1. La frequenza viene impostata selezionando il resistore R8. Il resistore R1 imposta la corrente che scorre attraverso il sensore RK1 e le tensioni Ucm e Urev si formano sui resistori R2-R7. L'amplificatore operazionale DA1 (KR140UD1408A) funge da inseguitore di tensione, avendo un ingresso elevato, un'impedenza di uscita bassa e un coefficiente di trasmissione unitario. Tuttavia, sposta i livelli dei segnali che passano attraverso il ripetitore del valore della deriva dello zero dell'amplificatore operazionale Udn. Per evidenziare la deriva dello zero, il selettore-multiplexer DD1, con codice 11 agli ingressi di indirizzo, collega l'ingresso del ripetitore al filo comune. Quindi il selettore-multiplexer DD4 collega il condensatore C11 all'uscita del ripetitore, che viene caricato alla tensione Udn. Questa tensione viene fornita all'ingresso -Urev del microcircuito DD5. Si può dimostrare che ciò elimina completamente l'influenza della deriva dello zero dell'amplificatore operazionale sul risultato della misurazione della temperatura. Gli elementi DD2.2-DD2.4, resistori R11-R13, diodo VD2, transistor VT2-VT4 vengono utilizzati per estinguere uno zero insignificante sull'indicatore HG1.2 (decine di gradi). Il diodo VD1 blocca lo spegnimento zero a temperature superiori a 99,9 оC, quando l'indicatore HG1.1 ne visualizza uno. I transistor VT1, VT2 e VT4 potenziano le uscite del chip DD5, fornendo loro livelli accettabili per il chip DD2.
Se si misura la temperatura superiore a 99,9 оC non è previsto, il resistore R10, i diodi VD1, VD2 e il transistor VT1 possono essere rimossi e i restanti terminali liberi dell'elemento DD2.4 e il resistore R13 possono essere collegati tra loro. Nell'alimentatore (Fig. 4), viene generata una tensione negativa di -4,7 V nel modo descritto in [2], che consente l'utilizzo del trasformatore T1 con un numero inferiore di avvolgimenti secondari. Le resistenze utilizzate nel termometro possono essere di qualsiasi tipo. Per misurazioni critiche, si consiglia di utilizzare resistori R2-R5 con un coefficiente di resistenza a bassa temperatura - C2-29V, C2-36, C2-14. È preferibile utilizzare resistori di sintonizzazione multigiro senza fili R6 e R7, ad esempio SP3-24, SP3-36, SP3-37, SP3-39, SP3-40, RP1-48, RP1-53, RP1- 62a. Le loro denominazioni possono differire da quelle indicate nello schema e raggiungere diverse decine di kiloohm. Condensatori C9-C14 - K72-9, K71-4, K71-5, K73-16, K73-17. I condensatori all'ossido possono essere qualsiasi cosa. I restanti condensatori sono ceramici di piccole dimensioni. I condensatori C1 e C2 si trovano il più vicino possibile ai terminali di alimentazione dell'amplificatore operazionale DA1 e i condensatori C23-C25 si trovano vicino ai microcircuiti DD1-DD5. Lo stabilizzatore integrale DA3 è installato su una piastra di alluminio con una superficie di almeno 16 cm2. Trasformatore T1 - TP132-19 o altra potenza complessiva di almeno 3 VA con due avvolgimenti secondari con tensione di 9 V. Per l'installazione di un termometro è necessaria una riserva di resistenza, che viene collegata al posto del sensore RK1. Prima di iniziare l'installazione, ruotare più volte tutti gli interruttori del caricatore da una serratura all'altra per rimuovere la pellicola di ossido formatasi sulle loro superfici di contatto. Impostare i cursori delle resistenze di regolazione R6 e R7 approssimativamente nella posizione centrale e la riserva di resistenza passerà alla posizione 53 Ohm. Fatto ciò, utilizzare la resistenza di regolazione R6 per impostare l'indicatore del termometro su 0,0 оC. Successivamente, spostare gli interruttori sulla posizione 77,61 Ohm, che corrisponde a una temperatura di 99,0 оC, oppure alla posizione 93,64 Ohm (temperatura 180,0 оCON). Utilizzare il trimmer resistore R7 per impostare la temperatura desiderata sull'indicatore. Per controllare, spostare gli interruttori sulla posizione 41,71 Ohm. L'indicatore dovrebbe mostrare -50,0 оC. Una descrizione di tale operazione è disponibile in [3]. Se non è presente alcuna riserva di resistenza, la regolazione può essere effettuata in un modo ben noto. Collegare tra loro il sensore e il termometro di riferimento e posizionarli in un recipiente con ghiaccio sciolto, dove la quantità di ghiaccio non sciolto dovrebbe prevalere sulla quantità di acqua di fusione. Il termometro e il sensore non devono toccare il ghiaccio o le pareti del recipiente. Dopo l'immersione, attendere qualche istante affinché la lettura del termometro si stabilizzi. Quando si stabilizzano, utilizzare il resistore di regolazione R6 per impostare l'indicatore su 0,0 оC. Quindi posizionare il sensore e il termometro di riferimento in acqua riscaldata accuratamente miscelata. Maggiore è la sua temperatura, più accurata sarà la regolazione. Dopo aver stabilizzato le letture con il resistore di regolazione R7, portarle alle letture di un termometro standard. Si consiglia di ripetere la regolazione più volte. Quando realizzi tu stesso un sensore, misura un pezzo di filo di rame di qualsiasi diametro e lunghezza tale che la sua resistenza alla temperatura ambiente effettiva corrisponda a quella indicata nella tabella. 1. Lunghezza stimata del filo alla temperatura 20 оC a seconda del suo diametro è riportato nella tabella. 2. Si presuppone che la resistività del rame a questa temperatura sia 0,0175 Ohm mm2/ m. Tabella 1
Tabella 2
L'opzione più semplice è misurare il filo con un margine e quindi accorciarlo per ottenere la resistenza desiderata. Ma soprattutto regolare accuratamente la resistenza del sensore su quelle indicate nella tabella. 1 valore non ne vale la pena. Dopotutto, durante il processo di configurazione dovrai comunque utilizzare i resistori di regolazione R6 e R7. Avvolgere il filo del sensore sulla bobina in modo bifilare, dopo averlo piegato a metà. Un tale sensore non ha induttanza e tutte le interferenze elettromagnetiche su ciascuna metà del suo filo vengono reciprocamente neutralizzate. Quando si configura un dispositivo con un sensore autocostruito utilizzando un accumulatore di resistenza, è necessario tenere conto delle deviazioni della resistenza effettiva del sensore dallo standard [1]. La sorgente di tensione da 5 V(d) che alimenta il circuito del sensore deve essere isolata galvanicamente dagli altri circuiti. L'uso dell'amplificatore per strumentazione AD623 ti consentirà di abbandonare tale fonte. Un tale amplificatore è desiderabile anche perché ha un elevato coefficiente di attenuazione delle interferenze di modo comune che inevitabilmente si verificano sui fili di collegamento del sensore. Lo schema elettrico per collegare l'amplificatore al termometro è mostrato in Fig. 5. È possibile utilizzare un altro tipo di amplificatore per strumentazione, ad esempio AD8221, LT1168, MAX4194.
Nella fig. La Figura 6 mostra un circuito amplificatore per strumentazione in cui è possibile utilizzare qualsiasi amplificatore operazionale. I valori consigliati per tutti i resistori sono 51 kOhm, ma possono essere diversi. È solo necessario soddisfare con la massima precisione possibile (con un errore di una frazione percentuale) le condizioni R1=R2 e R3=R4=R5=R6.
Il guadagno dell'amplificatore per strumentazione dipende dalla resistenza del resistore esterno Rg: K = 1 + (R1 + R2)/Rg. In sua assenza è uguale a uno e i resistori R1 e R2 possono essere sostituiti con ponticelli. La corrente che passa attraverso il sensore lo riscalda, il che porta ad un errore nella misurazione della temperatura. Il resistore R1 (vedi Fig. 3) è progettato in modo tale che nel circuito del sensore scorra una corrente di circa 4,43 mA, alla quale una variazione di temperatura di un grado provoca una variazione di tensione Ud di 1 mV. La corrente può essere ridotta aumentando la resistenza R1. Tuttavia, non importa quante volte la corrente sia stata ridotta, lo stesso numero di volte è necessario aumentare il guadagno di stadio sull'amplificatore operazionale DA1, per cui è necessario modificare il circuito del termometro, come mostrato in Fig. 7. In questo caso il guadagno è pari a K = 1 + R2`/R1`. Ma non dovresti lasciarti trasportare dalla riduzione della corrente, poiché all'aumentare del segnale utile aumenterà anche l'interferenza. La deriva termica del guadagno non influirà sui risultati della misurazione, poiché tutti i segnali partecipanti alla misurazione passano uno per uno attraverso lo stesso amplificatore e cambiano proporzionalmente. Il loro rapporto rimane invariato.
Applicazione di un filtro, il cui schema è mostrato in Fig. 8, ridurrà significativamente le interferenze di modo comune, oltre a proteggere gli ingressi del microcircuito DD1 dalle sovratensioni che potrebbero, in qualsiasi situazione di emergenza, formarsi sui fili che collegano il sensore al termometro. L'induttore a due avvolgimenti L1 si trova nei circuiti di alimentazione di molti dispositivi elettronici, ad esempio nei monitor dei computer. Il filtro è incluso nei circuiti aperti che collegano i pin 2 e 4 del connettore X1 con i pin del microcircuito DD1. Le posizioni delle rotture sono mostrate in Fig. 3 croci.
Se si prevede di utilizzare più sensori, è necessario collegare tutti e cinque i fili che collegano il sensore al termometro, compreso il filo comune. L'interruttore può essere qualsiasi cosa. Letteratura
Autore: V. Prokoshin
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