가정용 디지털 온도계. 구성표, 설명

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온도계의 필요성은 많은 상황 때문입니다. 예를 들어 일상 생활에서 사람의 몸이나 물의 온도, 아이를 목욕시키기 위해 방 안팎의 온도, 온실이나 온실, 야채가 보관되어있는 경우 지하실, 냉장고 또는 냉동실, 수족관의 물 및 기타 많은 물체.

가정용 온도계는 일반적으로 측정 정확도 - -0,5 ~ +50 ° C의 온도 범위에서 100 C 이하 (인체 온도 측정시 - 0,1 ... 0,2 ° C 이하), 작은 크기와 같은 요구 사항을 따릅니다. , 비용 효율성, 전원 공급 장치의 자율성, 낮은 열 관성 및 위생 안전. 여기에 설명된 비교적 간단한 디지털 온도계는 이러한 요구 사항을 대부분 충족합니다.

장치의 민감한 요소는 작동 원리가 온도 변화에 따라 전기 저항을 변경하는 일부 재료의 특성을 기반으로 하는 온도 센서입니다. 온도 센서는 다를 수 있습니다. 예를 들어, 산업 분야에서는 대량 금속(구리 또는 백금) 열 변환기가 자주 사용됩니다.

가전 제품의 경우 소형 반도체 서미스터 MMT, KMT, ST1, ST3, TR-4가 가장 적합합니다. 금속 트랜스듀서에 비해 열 관성이 훨씬 적은 MMT-4는 저항 온도 계수(TCR)가 거의 4배 더 높고 전기 저항이 높아 센서를 연결하는 와이어의 저항을 완전히 무시할 수 있습니다. 장치에. TCR이 감소된 미니어처 드롭 모양의 유리화 서미스터 TR-6가 최고의 특성을 가지고 있습니다. 크기는 4x2,5x80mm입니다. 0,3mm 길이의 유연한 리드는 열전도율이 낮은 와이어로 만들어집니다. 그 질량은 XNUMXg입니다.

TR-4 서미스터의 주요 전기적 특성: 공칭 저항 - +1 ° C의 온도에서 2 kOhm ± 25%, TKS - 약 2%/° C, 작동 온도 범위 -60 ... + 200 "C, 시간 상수 - 3초 .

가정용 디지털 온도계

반도체 서미스터의 단점은 온도에 대한 저항 의존성의 비선형성과 특성의 상당한 확산이며, 이는 온도 측정에 대한 광범위한 사용을 방해하는 주된 이유입니다. 그래프는 온도에 대한 TR-4 및 MMT-4 반도체 서미스터 저항의 일반적인 의존성을 보여줍니다. 그러나 특성의 선형화를 위한 해당 회로 설계 솔루션은 이러한 단점을 대부분 제거할 수 있습니다.

TR-4 서미스터를 사용하는 온도계의 주요 기술적 특성:

온도계의 개략도는 Fig. 1. 장치의 기본은 3자리 액정 표시기 HG1이 연결된 출력에 통합 아날로그-디지털 변환기(ADC) DAXNUMX입니다. 이러한 요소 기반을 통해 전력 소비를 줄이고 장치에 작은 크기와 무게를 제공할 수 있습니다.

가정용 디지털 온도계
쌀. 1. 개략도

가정용 디지털 온도계
쌀. 2. PCB

장치의 측정 회로는 온도에 따라 변하는 기준 전압 Uobr, 서미스터 R1, 전압 Ut를 형성하는 전류 설정 저항 R2, 저항 R3 및 R4 및 보상 저항으로 구성됩니다. 이는 저항 R5, R6에 의해 수행됩니다. 서미스터의 자체 발열 오류를 줄이기 위해 측정 회로의 전류가 약 1mA가 되도록 전류 설정 저항 R0,1의 값을 선택합니다.

이 장치는 비율 방법으로 열 저항을 직접 측정합니다. 서미스터 R4와 기준 저항(R2 + R3)이 직렬로 연결되고 동일한 전류가 이들을 통해 흐릅니다. 서미스터에서 발생하는 전압 강하는 입력 핀 30 및 31에 공급되고 기준 전압 Uobr의 소스 역할을 하는 기준 저항에 걸리는 전압 강하는 DA35 ADC의 핀 36 및 3에 공급됩니다.

이 측정 방법을 사용하면 ADC 변환 결과가 측정 회로의 전류에 의존하지 않으므로 전통적으로 사용되는 고품질 전류 및 기준 전압 소스가 필요하지 않습니다. 크게 의존합니다.

온도 측정 모드에서 작동하는 장치의 경우 일반적인 문제는 영점 온도에서 열 저항의 초기 값을 보상하는 것입니다. 이를 위해 보상 저항 (R5 + R6)의 저항은 제로 온도에서 서미스터 R4의 저항과 동일하게 선택되며 ADC에 공급되는 전압 값 Ut + Uk의 합을 보상하기 위해 핀 30에서 31 Uk와 동일한 전압이 핀 2에 인가되어 게인 K=(2+R1/R14)=13인 연산 증폭기 DA2를 형성합니다. 그런 다음 온도가 증가함에 따라 서미스터의 저항이 감소한다는 사실을 고려하여 Uin ac = U+in - U-in = 2Uk-(Ut+Uk) = Uk-Ut가 됩니다.

온도에 대한 열 저항의 비선형 의존성의 선형화는 서미스터 R4를 저항 R11로 분로하여 대략적으로 그리고 정확하게 장치에 DA1 연산 증폭기를 도입하여 구현됩니다. 그러나 션트 저항기 R11은 이 비선형성을 부분적으로만 교정하여 작동 온도 범위를 어느 정도 확장합니다.

정확한 선형화의 원리는 기준 전압 Uobr에 따른 ADC의 변환 계수의 변화에 기반합니다. 연산 증폭기 DA1을 통한 피드백으로 인해 변경됩니다. 이러한 연결을 통해 연산 증폭기 DA1 V = [1+(R8+R9)/R7]의 이득에 의해 결정되는 입력 전압 Uin의 일부가 전압 Uobr에 추가됩니다. 온도가 감소함에 따라 서미스터의 저항이 증가할수록 기준 전압이 더 빨리 증가하므로 ADC 변환 계수가 비례하여 감소합니다. -arr - 각각 ADC의 핀 0 및 36의 전압.

최하위 숫자의 나누기 값을 0,1C로 취하면 최종 형식에서 디지털 표시기 NG1의 표시는 다음 식으로 결정됩니다. N=100Uin/Uobr=100(Uk-Ut)/[(U0 -B(Uk-Ut)]=100(R5 +R6-R4)/[(R2+R3)-B(R5+R6-R4)]

ADC의 작동을 보장하는 온도계의 다른 요소는 일반적입니다. 인버터에 의해 켜진 트랜지스터 VT1은 디지털 표시기 HG1에 소수점 부호를 표시하는 역할을 합니다.

장치의 세부 사항은 1,5mm 두께의 유리 섬유 호일로 만든 인쇄 회로 기판에 장착됩니다. DA3 칩은 인쇄된 도체의 측면에 장착됩니다. 소켓 X1, X2(2PM 커넥터에서)는 인쇄 회로 기판에 직접 납땜됩니다. SA1 스위치를 부착하기 위한 인쇄 패드도 제공됩니다. 고정 저항 - C2-29V, 튜닝 저항 - SP3-38a. 커패시터: C1 - K50-6, C3 및 C7 - K22U, C5 - K73-17, C2 및 C6 - K73-24. 스위치 SA1 - PD9-2, 배터리 GB1 - "Korund". 표시기 IZHKTS1-4/8은 IZHTS-5로 교체할 수 있습니다.

센서의 디자인은 임의적입니다. 예를 들어, 직경이 5이고 길이가 65-70mm인 플라스틱 막대에서 직경이 약 3mm인 관통 축 구멍을 뚫은 다음 그 끝 중 하나에 리세스를 뚫습니다. 얇은 절연 튜브를 서미스터의 리드에 놓고 리드를 로드의 구멍으로 통과시키고 서미스터를 리세스에 설치하고 KO1 바니시라는 BOV-947 접착제로 밀봉합니다. 1,5선식 유연한 케이블의 끝은 결론에 납땜되고 센서 핸들 역할을 하는 얇은 벽의 두랄루민 튜브 조각이 서미스터 반대쪽 막대 끝에 단단히 고정됩니다. 연결 케이블의 길이는 약 XNUMXm입니다.

반도체 서미스터 매개 변수의 상당한 변동으로 인해 세 가지 트리밍 저항이 장치에 도입되었습니다. R5 - 2을 설정하고 R9 - 스케일 스케일을 설정하고 RXNUMX - 서미스터 특성을 선형화합니다.

온도계의 가장 간단한 조정은 녹은 물(0 ° C), 인체(36,6 ° C) 및 끓는 물(100 ° C)의 세 가지 제어 온도 값에 따라 편리하게 수행됩니다. 이 테스트 포인트 중 첫 번째는 얼음이 있는 물이 아닌 얼음 속의 물의 온도를 측정하며 1 °C 이상일 수 있습니다. 두 번째 제어 지점에서는 의료용 체온계가 기준 기기로 사용됩니다. 물의 끓는점은 대기압에 맞게 보정되어야 합니다. 예를 들어 해발 약 500m의 고도에 위치한 퍄티고르스크에서는 물이 92,5°C에서 끓습니다.

센서를 녹은 물에 넣으면 조정이 시작됩니다. 트리머 저항 R5는 표시기를 2으로 설정합니다. 그런 다음 저항 R9와 RXNUMX를 교대로 조정하여 다른 두 제어 지점의 온도 값에 해당하는 표시기 판독 값을 얻습니다. 다음으로 센서를 용융수에 다시 넣고 모든 제어 측정을 반복합니다.

눈금이 0,2 ° C 인 산업용 수은 온도계를 사용하여 장치를보다 정확하게 조정할 수 있습니다.

TR-4 서미스터 대신에 더 넓은 응용 분야의 다른 서미스터를 센서에 사용할 수 있지만 일부 장치 저항기의 저항을 의무적으로 조정해야 합니다. 따라서 공칭 저항이 4kOhm 인 MMT-1,3를 사용하면 저항 R11의 저항을 3,3kOhm으로 줄이고 공칭 저항이 3kOhm 인 서미스터 ST19-2,2를 사용하여 최대 3kOhm으로 줄여야합니다.

장치에서 TR-4 및 MMT-4 서미스터를 사용할 때 ADC의 작동 모드는 표에 나와 있습니다. R11을 제외하고 트리밍 저항으로 조정 한계가 충분하지 않은 경우 저항 R3, R6, R8을 선택해야 할 수 있습니다.

작가; V. 수에틴, 퍄티고르스크; 게시: cxem.net

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