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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Termômetros analógicos em microcircuitos lógicos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Reguladores de potência, termômetros, estabilizadores de calor Os termômetros descritos no artigo são construídos de forma inusitada: no primeiro deles, o elemento termossensível (termistor) está incluído no circuito integrador, no segundo - no circuito diferenciador. A mudança nas constantes de tempo desses circuitos sob a influência do termistor de temperatura ambiente é convertida em uma mudança no ciclo de trabalho dos pulsos retangulares, como resultado da mudança da tensão efetiva na saída do dispositivo, que é registrada por um microamperímetro. Os dispositivos são fabricados em microcircuitos digitais amplamente utilizados e estão disponíveis para repetição até mesmo para rádios amadores novatos. O elemento sensível à temperatura em termômetros analógicos é geralmente incluído na ponte de medição. Tal sensor de temperatura tem uma desvantagem significativa associada à necessidade de limitar a corrente através da ponte a valores que excluam o autoaquecimento dos resistores que o formam. Além disso, requisitos bastante elevados são frequentemente impostos à estabilidade da tensão fornecida à ponte de medição. Para amplificar o sinal retirado da ponte e estabilizar a tensão aplicada a ela, muitos termômetros analógicos utilizam amplificadores operacionais. Isto complica o projeto e o ajuste de tais dispositivos. O termômetro de pulso proposto está livre dessas deficiências. Contém um gerador de pulsos retangular, um circuito integrador com um elemento sensível à temperatura, um modelador de pulso e um ponteiro indicador que registra uma tensão efetiva proporcional ao ciclo de trabalho dos pulsos. Os microcircuitos digitais CMOS são mais adequados para tal dispositivo: sua tensão de baixo nível praticamente não difere de 0, e a tensão de alto nível da tensão de alimentação. O diagrama esquemático do termômetro é mostrado na fig. 1.
Nos elementos DD1.1, DD1.2, é montado um gerador de pulsos retangulares com taxa de repetição de cerca de 60 kHz e ciclo de trabalho de 2. Do gerador, as oscilações são alimentadas ao circuito integrador RK1R2C2. Dependendo da resistência do termistor (doravante denominado termistor) RK1, a constante de tempo do circuito integrador muda e, consequentemente, a duração dos pulsos que chegam à entrada do modelador, feitos nos elementos DD1.3 e DD1.4. A duração dos pulsos na saída do elemento DD1.4 é proporcional à temperatura e determina a tensão efetiva registrada pelo dispositivo RA1. O resistor sintonizado R1 serve para definir "zero", R2 - para ajustar a sensibilidade (é máximo na resistência mínima). Com um valor nominal do termistor não superior a 5 kOhm, a dependência da resistência com a temperatura é quase linear na faixa de -20 a +50 °C. O erro de medição não excede ±1 °С. A estabilidade da tensão de alimentação (e, consequentemente, da amplitude dos pulsos) é garantida por um estabilizador paramétrico nos elementos VD1 e R3. A corrente consumida pelo termômetro não excede 7 mA. Todas as peças, exceto o termistor RK1 e o microamperímetro PA1, são colocadas em uma placa de circuito impresso confeccionada conforme fig. 2.
A placa foi projetada para usar resistores MLT fixos, resistores de corte de fio SP5-3, capacitores KM-6 (C1 e C2 - preferencialmente grupos M47 ou M75). Termistor RK1 - KMT17 com TKS negativo. Microamperímetro RA1 - M4387 ou qualquer outro com corrente de deflexão total da agulha de até 1 mA e resistência interna de pelo menos 500 ohms. Ao instalar o termistor, o termistor é colocado em um banho com gelo derretido e o resistor trimmer R1 ajusta a seta do dispositivo RA1 para a marca zero da escala. Em seguida, o sensor é transferido para água aquecida a uma temperatura de +50 ° C, e o resistor de corte R2 é usado para atingir o desvio da seta até a última marca. Para medir a temperatura em uma faixa mais ampla, por exemplo, de -60 a +150 ° C, um resistor com resistência de 3R ou 1/3R, respectivamente, deve ser conectado em paralelo com o termistor com resistência R ou em série com ele . A sensibilidade do dispositivo após tal refinamento, é claro, diminuirá e o erro de medição poderá aumentar até ±3...5 °C. Caso seja necessária maior precisão, a faixa de temperatura indicada deve ser dividida em duas ou três subfaixas e o termistor linearizado em cada subfaixa. Neste caso, o erro de medição pode ser reduzido para ±1 ... 1,5 °С. Nos microcircuitos TTL, TTLSh, em comparação com os microcircuitos da série CMOS, os níveis lógicos diferem significativamente dos valores ideais. Além disso, os elementos básicos dos microcircuitos dessas séries possuem correntes de entrada muito significativas. Portanto, um termômetro em tais microcircuitos deve ser montado de acordo com o esquema mostrado na Fig. 3.
Oscilações retangulares com taxa de repetição de 60 kHz, geradas pelo gerador nos elementos DD1.1, DD1.2, são alimentadas nas entradas dos elementos buffer DD1.3 e DD1.4. Eles eliminam a influência mútua dos circuitos diferenciadores C2R3RK1 e C3R4 e reduzem a carga do gerador, o que afeta favoravelmente a estabilidade de sua frequência. O elemento DD1.6 gera uma sequência em que a duração dos pulsos é determinada pelo circuito diferenciador "exemplar" R4C3, e DD1.5 é uma sequência em que depende da resistência do termistor RK1 incluído no circuito diferenciador de medição RK1R3C2 . Como resultado, uma corrente pulsante flui através do dispositivo PA1, cujo valor efetivo é proporcional à temperatura ambiente. Com os valores dos elementos dos circuitos diferenciadores indicados no diagrama, os diodos VD1, VD2 podem ser excluídos. Entretanto, se forem usados resistores menores e capacitores maiores C1 - C3, esses diodos são necessários para proteger os inversores DD1.5, DD1.6 contra quebras. O termômetro utiliza peças dos mesmos tipos do anterior. Em vez de K555LN1, é permitido usar microcircuitos K155LN1, K155LNZ, K155LN5, K1533LN6. O diodo KD521A pode ser substituído por outro diodo desta série, assim como pela série KD522. Todas as peças, exceto o termistor RK1 e o microamperímetro RA1, são colocadas na placa de circuito impresso (Fig. 4). Configurar o termômetro se resume a definir a temperatura máxima com o resistor R3 e zero com o resistor R4. Na faixa de temperatura de -20 a +50 °С, o erro de medição não excede ±1 °С.
Este termômetro pode medir a temperatura corporal. O dispositivo deve primeiro ser calibrado na faixa de +36. ..+40°С. Para fazer isso, o termistor é colocado em óleo de vaselina aquecido a +36 ° C e a agulha do microamperímetro é ajustada para a marca zero da escala com um resistor trimmer R4. Então, após elevar a temperatura do óleo para +40°C, a seta é colocada na última divisão da escala com o resistor R3. Estas operações devem ser repetidas duas ou três vezes para melhor reprodutibilidade dos resultados da medição. (Ao calibrar este instrumento, deve-se usar óleo de vaselina, e não água, pois os resultados da medição são significativamente distorcidos devido à alta condutividade elétrica das soluções aquosas). Após a calibração, o termistor é colocado em um tubo de vidro, selado de um lado e preenchido com epóxi. Este design do sensor elimina o erro na medição da temperatura causado pelo contato elétrico do termistor com a pele do paciente. Na faixa de temperatura de +36 a +40 °C, a dependência da resistência do termistor com a temperatura é quase linear. Ao usar capacitores termoestáveis (por exemplo, mica ou fluoroplástico) como C1-C3, o erro de medição nesta faixa não excederá ±0,1°C. Autor: I. Tsaplin, Krasnodar
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