Termômetro eletrônico universal. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O termômetro descrito aqui permite medir a temperatura em pontos individuais do motor, transformador, carcaça do transistor, diodo, ponta do ferro de solda e outros dispositivos. As faixas de temperaturas medidas são 0...100°C e 0...1000°C.

O sensor de temperatura do termômetro é um termopar cromo-alumel soldado a partir de fios com diâmetro de 0.2 mm. A magnitude do EMF criado por um termopar é proporcional, como se sabe, à diferença de temperatura entre as suas extremidades “quente” e “fria”. O termômetro eletrônico em questão proporciona compensação automática da temperatura das extremidades frias do termopar t. ("quarto") com isso. para que o dispositivo de medição mostre a temperatura do objeto t. e não a sua diferença: t - t.

O diagrama esquemático do termômetro é mostrado na figura.

Consiste em uma ponte de medição (VT1, VT2, RK1, R1-R5). estabilizador de tensão para sua alimentação (VT3, VT4, R6), termopar VK1. amplificador de tensão (DA1, DA2, R7-R11, SA1), microamperímetro PA1, chave de alimentação SA2 e fonte de alimentação GB1.

Os braços inferiores da ponte de medição incluem um termistor de cobre RK1 e um resistor R3, e os braços superiores incluem estabilizadores de corrente desses resistores nos transistores VT1 e VT2. e em sua diagonal de medição estão o termopar VK1 e as entradas não inversoras dos microcircuitos amplificadores de tensão DA1, DA2. Devido à grande resistência de entrada do amplificador, praticamente não há corrente na diagonal de medição e sua tensão de entrada (Uw) não é afetada pela queda de tensão nos resistores R3. Cabos RK1 e termopar. A junção fria do termopar deve estar localizada no corpo do termômetro.

Quando a temperatura t muda (em t constante), a tensão no termistor RK1 (Urk1) e a fem do termopar E mudam em antifase para que sua soma permaneça sempre constante. Para que o zero na escala do dispositivo de medição PA1 corresponda a uma temperatura de 0 ° C e as leituras do termômetro não dependam da temperatura tk, a tensão no resistor R3 é igual a URз = UПк10 = K/LRx. (1). onde Urk1o é a tensão em RK1 em t.=0°C; K - coeficiente termoEMF do termopar: LRK1 - coeficiente de temperatura de resistência do resistor RK1. A dependência (1) é válida se a desigualdade for atendida: LRk1 "LR3 (2). Esta condição é fácil de cumprir se RK1 for enrolado com fio de cobre e um resistor MLT for usado como R3. Se os requisitos (1) e (2 ) forem atendidas, a tensão de entrada Uk = K t (3) A mesma tensão será aplicada ao resistor R8 (na faixa de temperaturas medidas 0...10СГС) ou ao resistor P9 (na faixa 0...1000Х ) já que o amplificador operacional DA1 é conectado de acordo com um circuito seguidor de tensão, e o amplificador operacional DA2 - de acordo com o circuito de um amplificador não inversor. Consequentemente, a corrente no circuito de feedback PA1.R10 será igual a: loc = Uin/R, onde R é a resistência do resistor R8 ou R9. Levando em consideração a igualdade (3) ╡oc = K t/R, ou seja, a corrente que passa pelo microamperímetro PA1 é diretamente proporcional à temperatura do objeto t.

Um microamperímetro de 1 μA foi utilizado como PA100. O resistor RK1 é enrolado em uma placa PCB de 20x10 mm com espessura de 1 mm com fio de cobre isolado com diâmetro de 0.1 mm até uma resistência de 60...100 Ohms. O transistor VT3 está incluído como estabilizador de tensão da ponte de medição. Suas funções podem ser executadas por qualquer transistor de silício de baixa potência com tensão de ruptura da junção base-emissor abaixo de 7 V. Transistores VT1, VT2, VT4 - quaisquer transistores de efeito de campo de baixa potência com junção p-n Tensão de corte VT1 . VT2 - não mais que 4 V. e VT4 - não mais que 2 V. A soma da tensão de corte do transistor VT4 e da tensão de estabilização do transistor VT3 deve ser menor que a tensão da bateria GB1. e quanto menor for esse valor, mais profundamente a bateria será descarregada e o thermomef permanecerá operacional.

Os amplificadores operacionais de micropotência são usados ​​apenas por razões de consumo mínimo de energia. Ao alimentar o termômetro pela rede, é aconselhável usar amplificadores operacionais de precisão como DAI, DA2. Resistores trimmer R2, R5, R8, R9 - multivoltas - SP5-2V ou outros semelhantes. Os resistores restantes são MLT-0.125.

A configuração do termômetro começa com o cálculo da tensão UR3. Para um termopar cromo-alumel K = 4.065·10-2 mV/°C. Para cobre LRK1 = 4.3·10-3/°С. Usando igualdade (1). obtemos URc = 4.065·10-2/ 4.3' 10-3 = 9,453 mV. Em seguida, feche a chave SA2. Um voltímetro (de preferência digital) é conectado em paralelo com o resistor R3 e o resistor R5 é usado para definir a tensão calculada com a maior precisão possível. Depois disso, a chave SA1 é movida para a posição “100°”. abaixe a junção do termopar em um recipiente com gelo derretido e o resistor R2 ajuste a agulha do microamperímetro PA1 para 0. Se o resistor R2 ou P5 não tiver limites de controle suficientes, então o resistor R1 ou R4 deve ser substituído, respectivamente. Em seguida, a junção do termopar é baixada para um recipiente com água fervente e o resistor R8 define a seta PA1 para a última divisão da escala - 100 μA. Em seguida, sem remover o termopar da água fervente, a chave SA1 é movida para a posição “1000°” e o resistor R9 ajusta a seta PA1 para a posição 10 μA. Isso conclui o ajuste.

Durante a operação do dispositivo, se a agulha do PA1 sair da escala no limite de medição de 100°C em temperatura ambiente, isso indica que a bateria do GB1 está descarregada e precisa ser substituída. A tensão de alimentação máxima do termômetro é determinada pela tensão de alimentação permitida do amplificador operacional (para microcircuitos K140UD12 UMa.c = 15 V) ou pela tensão de drenagem permitida do transistor VT4 mais a tensão de estabilização da junção base-emissor do transistor VT3. A tensão mínima de alimentação é diferente da soma da tensão de estabilização VT3 e da tensão de corte do transistor VT4 (o Umin do autor era 7,5 V) A corrente consumida pelo termômetro é de 0,6...0,9 mA.

Ao medir temperaturas negativas, você deve trocar as extremidades da conexão do termopar com o termômetro.

O termopar cromo-alumel foi utilizado pelo autor devido à sua alta temperatura de operação (até 1300°C). Se o limite de temperaturas medidas não exceder 500°C, então você pode pegar um termopar Chromel-Kopel ou soldar um termopar de outro par de metais (ligas) disponível. É óbvio que o novo par terá um valor diferente do coeficiente termoEMF K e, consequentemente, um valor diferente de Ug. O valor do coeficiente K pode ser calculado pegando os valores termoEMF desses metais emparelhados com a platina de um livro de referência e subtraindo-os uns dos outros, ou determinando o valor K experimentalmente. Para isso, conecte o termopar a um milivoltímetro digital e coloque sua junção primeiro em um recipiente com gelo derretido e depois em um recipiente com água fervente, registrando a cada vez as leituras do voltímetro (levando em consideração o sinal). Então você precisa encontrar a diferença entre os valores obtidos e dividir por 100.

Concluindo, gostaria de observar as vantagens de um termopar sobre outros sensores de temperatura. Em primeiro lugar, pequenas dimensões (o diâmetro de uma esfera de junção de termopar soldada a partir de um fio com diâmetro de 0,2 mm não excede 0,5 mm; se o fio for mais fino, a esfera será menor). Em segundo lugar, intercambialidade, ou seja, a possibilidade de conectar periodicamente a um termômetro qualquer número de termopares instalados em diferentes objetos ou em diferentes pontos de um objeto. Isto não é possível com termistores semicondutores ou diodos devido à variação em seus parâmetros. Em terceiro lugar, a alta temperatura de operação, o que torna o termopar indispensável na medição de temperaturas acima de 15°C. Em quarto lugar, baixo custo e facilidade de fabricação e reparo. Em quinto lugar, na grande maioria dos casos, não há necessidade de isolar o termopar do ambiente, mesmo quando se mede a temperatura dos eletrólitos. Devido ao pequeno valor do termoEMF, o processo eletroquímico no termopar é impossível, pois o eletrólito não o fecha, naturalmente, desde que os próprios materiais do termopar não interajam quimicamente com este eletrólito.

Autor: V. Burkov, Ivanovo

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