万能電子体温計。スキーム、説明

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万能電子体温計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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ここで説明する温度計を使用すると、モーター、トランス、トランジスタハウジング、ダイオード、はんだごての先端などのデバイスの個々のポイントの温度を測定できます。測定温度の範囲 - 0...100°Сおよび0...1000°С。

温度計の温度センサーは、直径 0.2 mm のワイヤを溶接したクロメル - アルメル熱電対です。知られているように、熱電対によって生成される EMF の値は、熱電対の「熱い」端と「冷たい」端の間の温度差に比例します。問題の電子温度計には、熱電対 t の低温端の温度が自動的に補正されます。（「部屋」）それで。測定装置が物体 t の温度を示すようにします。違いではありません: t - t。

温度計の概略図を図に示します。

ユニバーサル電子体温計

測定ブリッジ (VT1、VT2、RK1、R1 ～ R5) で構成されます。電源の電圧安定器 (VT3、VT4、R6)、熱電対 VK1。電圧アンプ（DA1、DA2、R7-R11、SA1）、微小電流計 PA1、電源スイッチ SA2、電源 GB1。

銅サーミスタ RK1 と抵抗 R3 は測定ブリッジの下アームに含まれており、トランジスタ VT1 および VT2 上のこれらの抵抗の電流安定化装置は上アームに含まれています。そしてその測定対角線には、熱電対VK1と電圧増幅器のマイクロ回路DA1、DA2の非反転入力があります。アンプの入力インピーダンスが非常に高いため、測定対角線には電流がほとんどなく、入力電圧 (Uw) は抵抗 R3 での電圧降下の影響を受けません。 RK1 と熱電対の導体。熱電対の冷接点は温度計のハウジング内にある必要があります。

温度 t が変化すると (一定の t で)、サーミスタ RK1 (Urk1) の電圧と熱電対 E の EMF は逆位相で変化するため、それらの和は常に一定に保たれます。測定装置PA1のスケールのゼロが0℃の温度に対応し、温度計の測定値が温度tkに依存しないようにするために、抵抗R3の両端の電圧はURz \u10d UPC1 \u1d Kに等しく設定されます。 /LRx。 (1)。ここで、Urk0o - t.=1°C における RK1 の電圧。 K - 熱電対の熱起電力係数: LRK1 - 抵抗器 RK1 の抵抗の温度係数。次の不等式が観察される場合、依存関係 (3) は有効です: LRk2 "LR1 (3)。この条件は、RK1 に銅線が巻かれ、MLT 抵抗が R2 として使用される場合に簡単に満たされます。要件 (3) が満たされていれば、この条件は簡単に満たされます。 (8) が満たされると、入力電圧 Uk = K t (0) 同じ電圧が抵抗 R10 (測定温度 9 ～ 0CGS の範囲内) または抵抗 P1000 (測定温度範囲内) に印加されます。 1 ... 2X) オペアンプ DA1 はボルテージフォロワ回路に従って接続されており、オペアンプ DA10 は非反転アンプの方式に従って接続されているため、フィードバック回路 RA8 の電流は増加します。 R9は次と等しくなります: loc = Uin / R、Rは抵抗器R3またはR1の抵抗です。等式(XNUMX)を考慮すると、╡os \uXNUMXd K t / R、つまり、マイクロ電流計PAXNUMXを流れる電流は正比例します。物体の温度 t に。

PA1としては100μAの微小電流計を使用した。抵抗器 RK1 は、厚さ 20 mm のテキストライトプレート 10x1 mm に、直径 0.1 mm の絶縁銅線が最大 60 ～ 100 オームの抵抗で巻かれています。トランジスタ VT3 は、測定ブリッジの電圧レギュレータとして含まれています。その機能は、ベース-エミッタ接合のブレークダウン電圧が 7 V 未満の任意の低電力シリコントランジスタによって実行できます。トランジスタ VT1、VT2、VT4 - p-n 接合のカットオフ電圧 VT1 を備えた任意の低電力電界効果トランジスタ。 VT2 - 4 V 以下。VT4 - 2 V 以下。トランジスタ VT4 のカットオフ電圧とトランジスタ VT3 の安定化電圧の合計は、バッテリ電圧 GB1 より低くなければなりません。この量が少ないほど、バッテリーの放電が深くなり、サーモメフは動作し続けます。

マイクロパワーオペアンプは、消費電力を最小限に抑える目的でのみ使用されます。 DAI、DA2 として温度計に主電源から電力を供給する場合は、高精度のオペアンプを使用することが望ましいです。トリマー抵抗器 R2、R5、R8、R9 - マルチターン - SP5-2V または同様のもの。残りの抵抗は MLT-0.125 です。

温度計の調整は、電圧 UR3 の計算から始まります。「クロメル-アルメル」熱電対の場合、K = 4.065 10-2 mV/°C。銅の場合、LRK1 = 4.3 10-3/°С。等式 (1) を使用します。 URc =4.065 10-2/ 4.3' 10-3 = 9,453 mV が得られます。次に、スイッチSA2を閉じます。電圧計 (デジタルが望ましい) が抵抗 R3 と並列に接続され、計算された電圧が抵抗 R5 で可能な限り最高の精度で設定されます。その後、スイッチＳＡ１を「１００°」の位置に移動させる。熱電対の接点を氷が溶けた容器に下げ、抵抗器 R1 で微小電流計 PA100 の矢印を 2 に設定します。抵抗器 R1 または P0 に十分な制御限界がない場合は、それに応じて抵抗器 R2 または R5 を交換する必要があります。次に、熱電対の接点を沸騰したお湯の入った容器に下げ、抵抗器R1が矢印PA4をスケールの最後の目盛りである8μAに設定します。さらに、熱電対を熱湯から取り出さずに、SA1を「100°」の位置に切り替え、抵抗R1で矢印PA1000を9μAに設定します。これでセットアップは完了です。

デバイスの動作中、室温で 1 °C の測定限界で PA100 の矢印がスケールから外れる場合は、GB1 バッテリが放電しており、交換する必要があることを示します。温度計の最大電源電圧は、OU の許容電源電圧 (K140UD12 マイクロ回路の場合、UMa.c = 15 V)、または VT4 トランジスタの許容ドレイン-ゲート電圧に、VT3 トランジスタのベース-エミッタ遷移の安定化電圧を加えたものによって決まります。 VT3トランジスタ。最小電源電圧は、安定化電圧 VT4 とトランジスタ VT7,5 のカットオフ電圧の合計とは異なります (著者の Umin は 0,6 V でした)。温度計によって消費される電流は 0,9 ... XNUMX mA です。

負の温度を測定する場合は、温度計への熱電対接続の端を交換する必要があります。

動作温度が高い (最大 1300°C) ため、著者はクロメル - アルメル熱電対を使用しました。測定温度の限界が 500 °C を超えない場合は、クロメルコペル熱電対を使用するか、別の利用可能な金属 (合金) ペアの熱電対を溶接できます。新しいペアの熱起電力係数 K の値が異なり、それに応じて Ug の値も異なることは明らかです。係数 K の値は、白金と組み合わせたこれらの金属の熱起電力値をハンドブックから取得して相互に減算するか、実験的に K の値を決定することによって計算できます。これを行うには、熱電対をデジタルミリボルト計に接続し、最初に溶けた氷の入った容器に入れ、次に沸騰したお湯の入った容器に入れ、そのたびに電圧計の測定値を記録します（符号を考慮して）。次に、取得した値の差を見つけて、それを100で割る必要があります。

結論として、他の温度センサーと比較した熱電対の利点に注目したいと思います。第一に、寸法が小さいことです（直径0,2 mmのワイヤから溶接された熱電対はんだボールの直径は0,5 mmを超えません。ワイヤが細い場合、ボールは小さくなります）。第二に、互換性、つまり、異なる物体または 15 つの物体の異なる点に取り付けられた任意の数の熱電対を XNUMX つの温度計に定期的に接続できる可能性です。半導体サーミスタやダイオードでは、パラメータが分散しているため、これは不可能です。 XNUMX 番目に、動作温度が高いため、XNUMX°C を超える温度を測定する場合には熱電対が不可欠になります。第四に、コストは無視でき、製造と修理が容易です。第 XNUMX に、ほとんどの場合、電解質の温度を測定する場合でも、熱電対を環境から隔離する必要はありません。熱起電力の値が小さいため、熱電対内での電気化学的プロセスは不可能であるため、熱電対自体の材料がこの電解質と化学的に相互作用しない限り、電解質は熱電対を閉じません。

著者: V.ブルコフ、イヴァノヴォ

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