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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Termômetro raciométrico. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição Neste termômetro, construído sobre um sensor de temperatura padrão da série TSM, amplamente utilizado na indústria, e um chip ADC de dupla integração KR572PV2, especialmente projetado para instrumentos de medição, todas as medidas foram tomadas para compensar a influência de fontes de erro e aumentar a precisão das leituras de temperatura. O método raciométrico de medição da resistência de um sensor de temperatura resistivo (método de razão) fornece uma maneira simples de eliminar a influência da instabilidade da corrente que flui através do sensor na precisão da conversão. O princípio deste método é ilustrado na Fig. 1. A corrente I cria uma queda de tensão Ud=I·Rd na resistência do sensor Rd. Uma resistência exemplar R é conectada em série com o sensor0, em que a tensão cai U0. Resultado da medição N=Ud/U0=Rd/Ro não depende da corrente, pois Ud e Uo mudam proporcionalmente a ela. A precisão da medição depende apenas da estabilidade da temperatura da resistência de referência R0.
O microcircuito KR572PV2 (análogo ao ICL7107 importado) foi projetado especificamente para tais medições. Possui entradas diferenciais mutuamente isoladas da tensão Uin medida (entrada) e da tensão Urev de referência, e o resultado da medição é a razão de Uin para Urev.
Ao medir a temperatura na escala Celsius, também é necessário exibir o sinal de temperatura. Para fazer isso, você precisa entrar no circuito de medição, conforme mostrado na Fig. 2, resistor de polarização Rcentímetro, cuja resistência deve ser igual à resistência do sensor a uma temperatura de 0 оC. O resultado da medição será igual a N \uXNUMXd (Ud - Ucm) / Uo \uXNUMXd (Rd - Rcm) / Ro. A precisão da medição neste caso depende da estabilidade da temperatura não apenas de Ro, mas também de Rcm. Porém, o microcircuito KR572PV2 não possui entradas para alimentação de tensão Ucm. Na versão proposta do termômetro, não só isso, mas também outros problemas são resolvidos. É insensível à estabilidade da corrente que flui através do sensor, desvio de zero e desvio de ganho do amplificador operacional incluído no dispositivo, à resistência dos fios que conectam o sensor e o termômetro, à resistência transitória dos contatos do conector do sensor , e no caso de utilização de vários sensores comutáveis - à resistência transitória da chave de contato. O termômetro mede a temperatura na faixa de -50 a 180 оC com resolução 0,1 оC. O sensor é um termômetro de resistência de cobre padrão (RCT) com característica 23 [1] e resistência 53 Ohm a 0 оC. A linearidade da escala do instrumento depende apenas do sensor e é mantida em toda a faixa de temperatura medida. O diagrama do termômetro é mostrado na Fig. 3. As tensões fornecidas às entradas do microcircuito DD5 são formadas nos capacitores C11-C14, conectados alternadamente à saída do amplificador operacional DA1 por um seletor-multiplexador DD4 (K561KP2), capaz de comutar sinais analógicos. Sincronicamente com DD4, o seletor-multiplexador DD1 (K561KP1) conecta a tensão dos resistores do circuito de medição à entrada do amplificador operacional.
Os seletores-multiplexadores são controlados por um contador DD3.1, cuja entrada é alimentada com pulsos com frequência de 50 kHz de um gerador em um gatilho Schmitt DD2.1. A frequência é definida selecionando o resistor R8. O resistor R1 define a corrente que flui através do sensor RK1, e as tensões Ucm e Urev são formadas nos resistores R2-R7. O amplificador operacional DA1 (KR140UD1408A) serve como um seguidor de tensão, tendo uma alta impedância de entrada, baixa impedância de saída e um coeficiente de transmissão unitário. No entanto, ele muda os níveis dos sinais que passam pelo repetidor pelo valor do desvio zero do amplificador operacional Udn. Para destacar o desvio de zero, o seletor-multiplexador DD1, com código 11 nas entradas de endereço, conecta a entrada do repetidor ao fio comum. Em seguida, o seletor-multiplexador DD4 conecta o capacitor C11 à saída do repetidor, que é carregado com a tensão Udn. Esta tensão é fornecida à entrada -Urev do microcircuito DD5. Pode-se mostrar que isso elimina completamente a influência do desvio zero do amplificador operacional no resultado da medição de temperatura. Elementos DD2.2-DD2.4, resistores R11-R13, diodo VD2, transistores VT2-VT4 são usados para extinguir um zero insignificante no indicador HG1.2 (dezenas de graus). O diodo VD1 bloqueia a extinção zero em temperaturas acima de 99,9 оC, quando o indicador HG1.1 exibe um. Os transistores VT1, VT2 e VT4 aumentam as saídas do chip DD5, fornecendo-lhes níveis aceitáveis para o chip DD2.
Se você medir a temperatura acima de 99,9 оC não é esperado, o resistor R10, os diodos VD1, VD2 e o transistor VT1 podem ser removidos e os terminais livres restantes do elemento DD2.4 e do resistor R13 podem ser conectados entre si. Na fonte de alimentação (Fig. 4), é gerada uma tensão negativa de -4,7 V da forma descrita em [2], o que permite a utilização do transformador T1 com menor número de enrolamentos secundários. Os resistores utilizados no termômetro podem ser de qualquer tipo. Para medições críticas, recomenda-se o uso de resistores R2-R5 com coeficiente de resistência de baixa temperatura - C2-29V, C2-36, C2-14. É melhor usar resistores de sintonia multivoltas sem fio R6 e R7, por exemplo, SP3-24, SP3-36, SP3-37, SP3-39, SP3-40, RP1-48, RP1-53, RP1- 62a. Suas denominações podem diferir daquelas indicadas no diagrama e atingir várias dezenas de quilo-ohms. Capacitores C9-C14 - K72-9, K71-4, K71-5, K73-16, K73-17. Os capacitores de óxido podem ser qualquer coisa. Os capacitores restantes são de cerâmica de pequeno porte. Os capacitores C1 e C2 estão localizados o mais próximo possível dos terminais de alimentação do amplificador operacional DA1, e os capacitores C23-C25 estão localizados próximos aos microcircuitos DD1-DD5. O estabilizador integral DA3 é instalado em uma placa de alumínio com área de pelo menos 16 cm2. Transformador T1 - TP132-19 ou outro com potência total de no mínimo 3 VA com dois enrolamentos secundários com tensão de 9 V. Para configurar um termômetro, é necessário um acumulador de resistência, que é conectado no lugar do sensor RK1. Antes de iniciar a instalação, gire todas as chaves do magazine várias vezes de trava em trava para remover a película de óxido formada em suas superfícies de contato. Defina os controles deslizantes dos resistores de corte R6 e R7 aproximadamente para a posição intermediária e o armazenamento de resistência muda para a posição de 53 Ohm. Feito isso, use o resistor de corte R6 para definir o indicador do termômetro para 0,0 оC. Em seguida, mova os interruptores para a posição 77,61 Ohm, que corresponde a uma temperatura de 99,0 оC, ou para a posição 93,64 Ohm (temperatura 180,0 оCOM). Use o resistor trimmer R7 para definir a temperatura desejada no indicador. Para controlar, mova as chaves para a posição 41,71 Ohm. O indicador deve mostrar -50,0 оC. Uma descrição de tal operação está disponível em [3]. Se não houver armazenamento de resistência, o ajuste pode ser feito de maneira bem conhecida. Conecte o sensor e o termômetro de referência um ao outro e coloque-os em um recipiente com gelo derretido, onde a quantidade de gelo não derretido deve prevalecer sobre a quantidade de água derretida. O termômetro e o sensor não devem tocar o gelo ou as paredes do recipiente. Após o mergulho, espere um pouco até que a leitura do termômetro estabilize. Quando eles estabilizarem, use o resistor de corte R6 para definir o indicador para 0,0 оC. Em seguida, coloque o sensor e o termômetro de referência em água aquecida bem misturada. Quanto maior a temperatura, mais preciso será o ajuste. Após estabilizar as leituras com o resistor de ajuste R7, leve-as às leituras de um termômetro padrão. Recomenda-se repetir o ajuste várias vezes. Ao fazer você mesmo um sensor, meça para ele um pedaço de fio de cobre de qualquer diâmetro e comprimento tal que sua resistência à temperatura ambiente real corresponda à indicada na tabela. 1. Comprimento estimado do fio à temperatura 20 оC dependendo do seu diâmetro é dado na tabela. 2. A resistividade do cobre a esta temperatura é considerada 0,0175 Ohm mm2/ m. Tabela 1
Tabela 2
A opção mais simples é medir o fio com uma margem e depois encurtá-lo para atingir a resistência desejada. Mas ajuste com especial precisão a resistência do sensor às indicadas na tabela. 1 valor não vale a pena. Afinal, durante o processo de configuração você ainda terá que usar resistores de corte R6 e R7. Enrole o fio do sensor na bobina de forma bifilar, após dobrá-lo ao meio. Tal sensor não possui indutância e toda interferência eletromagnética em cada metade de seu fio é neutralizada mutuamente. Ao configurar um dispositivo com sensor de fabricação própria utilizando um acumulador de resistência, é necessário levar em consideração os desvios da resistência real do sensor em relação ao padrão [1]. A fonte de tensão de 5 V(d) que alimenta o circuito do sensor deve ser isolada galvanicamente de outros circuitos. O uso do amplificador de instrumentação AD623 permitirá abandonar tal fonte. Tal amplificador também é desejável porque possui um alto coeficiente de atenuação da interferência de modo comum que ocorre inevitavelmente nos fios de conexão do sensor. O diagrama do circuito para conectar o amplificador ao termômetro é mostrado na Fig. 5. Você pode usar outro tipo de amplificador de instrumentação, por exemplo, AD8221, LT1168, MAX4194.
Na Fig. A Figura 6 mostra um circuito amplificador de instrumentação no qual qualquer amplificador operacional pode ser usado. Os valores recomendados para todos os resistores são 51 kOhm, mas podem ser diferentes. Só é necessário cumprir com a maior precisão possível (com erro de uma fração de um por cento) as condições R1=R2 e R3=R4=R5=R6.
O ganho do amplificador de instrumentação depende da resistência do resistor externo Rg: K = 1 + (R1 + R2)/Rg. Na sua ausência, é igual a um, e os resistores R1 e R2 podem ser substituídos por jumpers. A corrente que passa pelo sensor o aquece, o que leva a um erro na medição da temperatura. O resistor R1 (ver Fig. 3) é projetado de modo que uma corrente de cerca de 4,43 mA flua no circuito do sensor, na qual uma mudança na temperatura em um grau causa uma mudança na tensão Ud em 1 mV. A corrente pode ser reduzida aumentando a resistência R1. Porém, não importa quantas vezes a corrente foi reduzida, o mesmo número de vezes é necessário aumentar o ganho do estágio no amplificador operacional DA1, para o qual é necessário trocar o circuito do termômetro, conforme mostrado na Fig. 7. Neste caso, o ganho é igual a K = 1 + R2`/R1`. Mas não se empolgue em reduzir a corrente, pois à medida que o sinal útil aumenta, a interferência também aumenta. O desvio de temperatura do ganho não afetará os resultados da medição, uma vez que todos os sinais participantes da medição passam um a um pelo mesmo amplificador e mudam proporcionalmente. O relacionamento deles permanece inalterado.
Aplicação de um filtro cujo diagrama é mostrado na Fig. 8, reduzirá significativamente a interferência de modo comum, além de proteger as entradas do microcircuito DD1 de sobretensões que podem, em qualquer situação de emergência, formar-se nos fios que conectam o sensor ao termômetro. O indutor L1 de dois enrolamentos pode ser encontrado nos circuitos de alimentação de muitos dispositivos eletrônicos, por exemplo, monitores de computador. O filtro está incluído nos circuitos abertos conectando os pinos 2 e 4 do conector X1 aos pinos do microcircuito DD1. Os locais das rupturas são mostrados na Fig. 3 cruzes.
Se você planeja usar vários sensores, todos os cinco fios que conectam o sensor ao termômetro, incluindo o fio comum, devem ser conectados. O interruptor pode ser qualquer coisa. Literatura
Autor: V. Prokoshin
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