ロジックマイクロ回路上のアナログ温度計。スキーム、説明

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ロジックマイクロ回路上のアナログ温度計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事で説明されている温度計は珍しい方法で構築されています。最初の温度計では、感温素子（サーミスター）が積分回路に含まれており、XNUMX番目の温度計では微分回路に含まれています。周囲温度サーミスタの影響によるこれらの回路の時定数の変化は、方形パルスのデューティサイクルの変化に変換され、その結果デバイスの出力の実効電圧が変化し、これが記録されます。微小電流計。このデバイスは広く使用されているデジタル超小型回路で作られており、アマチュア無線の初心者でも繰り返し使用できます。

アナログ温度計の感温素子は、ほとんどの場合、測定ブリッジに組み込まれています。このような温度センサーには、ブリッジを流れる電流を、それを形成する抵抗器の自己発熱を除外する値に制限する必要があることに関連する重大な欠点があります。さらに、測定ブリッジに供給される電圧の安定性に対してかなり高い要件が課されることがよくあります。ブリッジから取得した信号を増幅し、それに加えられる電圧を安定させるために、多くのアナログ温度計はオペアンプを使用します。これにより、そのようなデバイスの設計と調整が複雑になります。

提案されたパルス温度計にはこれらの欠点がない。これには、方形パルス発生器、温度感知素子を備えた積分回路、パルス整形器、およびパルスのデューティサイクルに比例する実効電圧を記録するポインタインジケータが含まれています。 CMOSデジタルマイクロ回路は、このようなデバイスに最適です。低レベル電圧は実質的に0と変わらず、高レベル電圧は電源電圧と変わりません。

温度計の模式図を図に示します。 1。

ロジックチップ上のアナログ温度計

要素 DD1.1、DD1.2 には、繰り返し率約 60 kHz、デューティサイクル 2 の矩形パルス発生器が組み込まれており、この発生器からの発振が積分回路 RK1R2C2 に供給されます。サーミスタ（以下、サーミスタと呼ぶ）RK1の抵抗に応じて、積分回路の時定数が変化し、それに応じて、要素DD1.3とDD1.4で作られる整形器の入力に到着するパルスの持続時間も変化します。 DD1.4。 DD1 素子の出力におけるパルスの持続時間は温度に比例し、RA1 デバイスによって記録される実効電圧を決定します。同調抵抗器R2は「ゼロ」に設定する役割を果たし、R5は感度を調整する役割を果たします（最小抵抗で最大になります）。サーミスタの公称値が 20 kOhm 以下の場合、抵抗の温度依存性は -50 ～ +1 °C の範囲で線形に近くなります。測定誤差は±XNUMX°Сを超えません。

電源電圧 (およびその結果としてのパルスの振幅) の安定性は、要素 VD1 および R3 のパラメトリック安定化装置によって提供されます。温度計の消費電流は 7 mA を超えません。

RK1 サーミスタと PA1 微小電流計を除くすべての部品は、図に従って作成されたプリント基板上に配置されます。 2.

ロジックチップ上のアナログ温度計

このボードは、固定 MLT 抵抗、SP5-3 ワイヤトリミング抵抗、KM-6 コンデンサ (C1 および C2 - できれば M47 または M75 グループ) を使用するように設計されています。サーミスタ RK1 - KMT17 負 TKS 付き。微小電流計 RA1 - M4387 または針の全偏向電流が最大 1 mA、内部抵抗が少なくとも 500 オームであるその他の電流計。

サーミスタを確立するときは、サーミスタを氷が溶けた浴槽に置き、トリマ抵抗器 R1 が RA1 デバイスの矢印をスケールのゼロマークに設定します。次に、センサーを+50°Cの温度に加熱した水に移し、トリミング抵抗R2を使用して矢印を最後のマークまでずらします。

たとえば、-60 ～ +150 °C など、より広い範囲の温度を測定するには、抵抗値 R のサーミスタとそれぞれ 3R または 1/3R の抵抗器を並列または直列に接続する必要があります。。もちろん、そのような改良後のデバイスの感度は低下し、測定誤差は最大±3...5°Сまで増加する可能性があります。より高い精度が必要な場合は、示された温度範囲を 1 つまたは 1,5 つのサブ範囲に分割し、各サブ範囲でサーミスターを線形化する必要があります。この場合、測定誤差は ±XNUMX ... XNUMX °C まで低減できます。

TTL、TTLSh マイクロ回路では、CMOS シリーズのマイクロ回路と比較して、論理レベルが理想値から大きく異なります。さらに、これらのシリーズの超小型回路の基本要素には、非常に大きな入力電流があります。したがって、そのようなマイクロ回路上の温度計は、図に示すスキームに従って組み立てる必要があります。 3.

ロジックチップ上のアナログ温度計

要素 DD60、DD1.1 の発生器によって生成された 1.2 kHz の繰り返しレートを持つ方形振動は、バッファ要素 DD1.3 および DD1.4 の入力に供給されます。これらは微分回路 C2R3RK1 と C3R4 の相互影響を排除し、発電機の負荷を軽減し、周波数の安定性に好影響を与えます。要素 DD1.6 は、パルスの持続時間が「例示的な」微分回路 R4C3 によって決定されるシーケンスを生成します。要素 DD1.5 は、パルスの持続時間が測定微分回路 RK1R1C3 に含まれるサーミスタ RK2 の抵抗に依存するシーケンスです。。その結果、デバイス PA1 には脈動電流が流れ、その実効値は周囲温度に比例します。図に示されている微分回路の素子の値を使用して、ダイオードVD1、VD2を除外できます。ただし、より小さな抵抗とより大きなコンデンサ C1 ～ C3 を使用する場合、インバータ DD1.5、DD1.6 を故障から保護するためにこれらのダイオードが必要になります。

温度計は前回と同じタイプの部品を使用しています。 K555LN1 の代わりに、K155LN1、K155LNZ、K155LN5、K1533LN6 マイクロ回路を使用することができます。 KD521A ダイオードは、このシリーズの別のダイオードおよび KD522 シリーズに置き換えることができます。

RK1サーミスタとRA1微小電流計を除くすべての部品はプリント基板上に配置されています（図4）。温度計の設定は、結局のところ、抵抗器 R3 で最高温度を設定し、抵抗器 R4 でゼロを設定することになります。 -20～+50°Сの温度範囲では、測定誤差は±1°Сを超えません。

ロジックチップ上のアナログ温度計

この体温計は体温を測ることができます。デバイスはまず +36 の範囲で校正する必要があります。 ..+40°С。これを行うには、サーミスターを+36°Cに加熱したワセリンオイルの中に置き、トリマー抵抗器R4を使用して微小電流計の針をスケールのゼロマークに設定します。次に、油温を+40℃に上げた後、抵抗R3で矢印を目盛の最後の目盛に設定します。測定結果の再現性を高めるには、これらの操作を XNUMX ～ XNUMX 回繰り返す必要があります。 (この機器を校正する場合、水ではなくワセリンオイルを使用する必要があります。水溶液の高い導電率により測定結果が大幅に歪むためです)。

校正後、サーミスタはガラス管に入れられ、片側が密閉され、エポキシが充填されます。このセンサーの設計により、サーミスターと患者の皮膚の電気的接触によって引き起こされる温度測定の誤差が排除されます。

+36 ～ +40 °C の温度範囲では、サーミスタ抵抗の温度依存性はほぼ直線的です。 C1～C3に耐熱コンデンサ（マイカやフッ素樹脂など）を使用した場合、この範囲の測定誤差は±0,1℃を超えません。

著者: I. Tsaplin、クラスノダール

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