レシオメトリック温度計。スキーム、説明

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レシオメトリック温度計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この温度計は、業界で広く使用されているTSMシリーズの標準温度センサーと、測定器用に特別に設計された二重集積ADCチップKR572PV2をベースに構築されており、誤差要因の影響を補償し、温度読み取りの精度を高めるためにあらゆる対策が講じられています。

抵抗温度センサーの抵抗を測定するレシオメトリック法 (レシオ法) を使用すると、センサーを流れる電流の不安定性が変換精度に及ぼす影響を簡単に排除できます。この方法の原理を図に示します。 1. 電流 I により、センサー抵抗 Rd に電圧降下 Ud=I・Rd が生じます。例示的な抵抗 R はセンサーと直列に接続されています₀、電圧が低下する U₀。測定結果 N=Ud/U₀₌Ud と Uo は電流に比例して変化するため、Rd / Ro は電流に依存しません。測定精度は基準抵抗 R の温度安定性のみに依存します。₀.

レシオメトリック温度計
米。 1. 測温抵抗体の抵抗値を測定するレシオメトリック法

KR572PV2 マイクロ回路 (輸入品の ICL7107 と同様) は、このような測定用に特別に設計されています。これは、測定された (入力) Uin と例示的な Uobr 電圧の差動相互絶縁入力を備えており、測定結果は Uin と Uobr の比になります。

レシオメトリック温度計
米。 2.測定回路のスキーム

摂氏温度スケールで温度を測定する場合は、温度の符号も表示する必要があります。これを行うには、図に示すように、測定回路に入る必要があります。 2、バイアス抵抗R_см、その抵抗は温度 0 におけるセンサーの抵抗と等しくなければなりません。 ^оC. 測定結果は次のようになります。

N \uXNUMXd (Ud - Ucm) / Uo \uXNUMXd (Rd - Rcm) / Ro.

この場合の測定精度は、RoだけでなくRcmの温度安定性にも依存します。ただし、KR572PV2 マイクロ回路には電圧 Ucm を供給するための入力がありません。提案されたバージョンの温度計では、これだけでなく他の問題も解決されます。センサーを流れる電流の安定性、デバイスに含まれるオペアンプのゼロのドリフトとゲインのドリフト、センサーと温度計を接続するワイヤの抵抗、センサーのコネクタ接点の過渡抵抗、および複数のスイッチセンサーを使用する場合はスイッチ接点の過渡抵抗の影響を受けません。

温度計は、-50 から 180 の範囲で温度を測定します。 ^оC、解像度 0,1 ^оC. センサーは、23 [1] の特性と 53 で 0 オームの抵抗を備えた標準的な銅測温抵抗体 (TCM) です。 ^оC. デバイスのスケールの直線性はセンサーにのみ依存し、測定温度の全範囲にわたって維持されます。

温度計の回路を図に示します。 3. DD5 マイクロ回路の入力に供給される電圧はコンデンサ C11 ～ C14 で形成され、アナログ信号を切り替えることができるセレクタマルチプレクサ DD1 (K4KP561) によってオペアンプ DA2 の出力に接続されます。 DD4 と同期して、セレクターマルチプレクサー DD1 (K561KP1) は、測定回路の抵抗からの電圧をオペアンプの入力に接続します。

米。 3. 温度計の図 (クリックして拡大)

セレクタ/マルチプレクサはカウンタ DD3.1 によって制御され、その入力には、シュミットトリガ DD50 のジェネレータから 2.1 kHz の周波数のパルスが適用されます。周波数は抵抗 R8 を選択することによって設定されます。抵抗器 R1 はセンサー RK1 を流れる電流を設定し、電圧 Ucm と Uobr は抵抗器 R2 ～ R7 に形成されます。

オペアンプ DA1 (KR140UD1408A) は、高入力、低出力インピーダンス、伝達係数が 1 のボルテージフォロワとして機能します。ただし、中継器を通過する信号のレベルは、OA ゼロドリフト Udn の値だけシフトします。ゼロのドリフトを強調するために、アドレス入力にコード 11 を持つセレクターマルチプレクサー DD4 がリピーターの入力を共通線に接続します。次に、セレクタマルチプレクサDD11はコンデンサC5をリピータの出力に接続し、電圧Udnに充電されます。この電圧は、DDXNUMX マイクロ回路の -Uobr 入力に適用されます。これにより、温度測定結果に対する OA のゼロドリフトの影響が完全に除去されていることがわかります。

要素 DD2.2 ～ DD2.4、抵抗器 R11 ～ R13、ダイオード VD2、トランジスタ VT2 ～ VT4 は、インジケータ HG1.2 の重要でないゼロを消す（数十度の放電）ために使用されます。ダイオード VD1 は 99,9℃ を超える温度でゼロダンピングをブロックします ^оC、ディスプレイ HG1.1 が 1 を表示する場合。トランジスタ VT2、VT4、および VT5 は DD2 チップの出力を増幅し、DDXNUMX チップに許容可能なレベルを提供します。

レシオメトリック温度計
米。 4.電源回路

99,9を超える温度を測定する場合 ^оＣが想定されていない場合、抵抗器Ｒ１０、ダイオードＶＤ１、ＶＤ２、およびトランジスタＶＴ１を除去することができ、素子ＤＤ２．４の残りの自由端子と抵抗器Ｒ１３とを相互に接続することができる。

電源 (図 4) では、[4,7] で説明されている方法で -2 V の負電圧が形成されます。これにより、二次巻線の数が少ない T1 トランスを使用できるようになります。

温度計で使用される抵抗器は任意です。重要な測定には、抵抗温度係数が低い抵抗器 R2 ～ R5 (C2-29V、C2-36、C2-14) を使用することをお勧めします。トリマー抵抗器 R6 および R7 は、SP3-24、SP3-36、SP3-37、SP3-39、SP3-40、RP1-48、RP1-53、RP1-62a など、非ワイヤ多巻を使用することをお勧めします。それらの単位は図に示されているものとは異なる場合があり、数十キロオームに達する場合があります。

コンデンサ C9-C14 - K72-9、K71-4、K71-5、K73-16、K73-17。酸化物コンデンサは何でも構いません。残りのコンデンサは小型のセラミックコンデンサです。コンデンサ C1 および C2 はオペアンプ DA1 の電源端子のできるだけ近くに配置され、コンデンサ C23 ～ C25 はマイクロ回路 DD1 ～ DD5 の近くに配置されます。

一体型スタビライザーDA3は、少なくとも16cmの面積のアルミニウムプレートに取り付けられています²。変圧器 T1 - TP132-19 または電圧 3 V の 9 つの二次巻線を備えた少なくとも XNUMX VA のその他の全体電力。

温度計を確立するには、RK1 センサーの代わりに接続される抵抗ストアが必要です。調整を始める前に、すべてのストアスイッチをロックからロックへ数回回して、接触面に形成された酸化皮膜を除去してください。トリマー抵抗器 R6 と R7 をほぼ中間の位置に設定すると、抵抗ストアが 53 オームの位置に切り替わります。これを完了したら、温度計インジケーターのトリマー抵抗器 R6 を 0,0 に設定します。 ^оC.

次に、スイッチを 77,61 オームの位置に切り替えます。これは、温度 99,0 に相当します。 ^оC、または93,64オームの位置まで（温度180,0 ^оと）。トリマー抵抗器 R7 を調整して、インジケーター上の希望の温度を設定します。スイッチを制御するには、41,71 オームの位置に移動します。インジケーターには -50,0 が表示されるはずです ^оC. このような操作の説明は [3] にあります。

抵抗ボックスがない場合、調整はよく知られた方法で行うことができます。センサーと基準温度計を一緒に固定し、溶けた氷の入った容器に置きます。溶けていない氷の量が溶けた水の量よりも多くなるようにします。温度計とセンサーは氷や容器の壁に触れないようにしてください。ダイビング後は、温度計が安定するまでしばらくお待ちください。安定したらインジケーターのトリマR6を0,0に設定します。 ^оC.

次に、センサーと基準温度計を完全に混合した加熱水の中に置きます。温度が高いほど、調整はより正確になります。トリミング抵抗 R7 で測定値を安定させた後、基準温度計の測定値と一致させます。何度か調整を繰り返すことをお勧めします。

センサーを自分で作成する場合は、実際の周囲温度での抵抗が表に示されている抵抗に一致するような長さの任意の直径の銅線を測定します。 1. 20 時のワイヤ長の推定値 ^о直径に応じて表に示します。 2. この温度での銅の抵抗率は 0,0175 Ohm mm と仮定されます。²/メートル。

表1

T, ^оС	Rd、オーム	T, ^оС	Rd、オーム
0	53,00	20	57,52
15	56,39	21	57,74
16	56,61	22	57,97
17	56,84	23	58,19
18	57,06	24	59,42
19	57,29	25	58,65

表2

公称銅径、mm	長さm
0,05	6,45
0,03	9,29
0,07	12,65
0,08	16,52
0,09	20,91
0,1	25,85

最も簡単なオプションは、余裕を持ってワイヤを測定し、それを短くして目的の抵抗を実現することです。

ただし、センサーの抵抗を表に示す値に調整することが特に正確です。 1 の値には価値がありません。実際、確立の過程でもトリミング抵抗 R6 と R7 を使用する必要があります。

センサーワイヤーをあらかじめ半分に折り、二本巻きにしてコイルに巻き付けます。このようなセンサーにはインダクタンスがなく、ワイヤーの各半分にあるすべての電磁ピックアップは相互に中和されます。抵抗ボックスを使用して自作センサーを備えたデバイスをセットアップする場合、センサーの実際の抵抗値と標準抵抗値からの偏差を考慮する必要があります [1]。

センサー回路に供給する電圧源 5 V (d) は、他の回路から電気的に絶縁する必要があります。そのようなソースを拒否するには、楽器用アンプAD623の使用が可能になります。

このような増幅器は、センサの接続ワイヤ上で必然的に発生するコモンモードノイズの減衰係数が大きいため、また望ましい。アンプと温度計を接続する回路を図に示します。 5. AD8221、LT1168、MAX4194などの他のタイプの計装アンプも使用できます。

レシオメトリック温度計
米。 5.温度計のアンプのスイッチを入れる方式

図上。図６は、任意のオペアンプを使用できる計器用増幅器の回路を示す。すべての抵抗器の推奨値は 6 kΩ ですが、異なる場合があります。必要なのは、条件 R51=R1 および R2=R3=R4=R5 を可能な限り高い精度で (何パーセントかの誤差で) 満たすことだけです。

レシオメトリック温度計
米。 6. 計装アンプ回路

計器アンプのゲインは、外部抵抗 Rg の抵抗値によって決まります。

K = 1 + (R1 + R2)/Rg 。

それが存在しない場合、これは 1 に等しく、抵抗 R2 と RXNUMX はジャンパに置き換えることができます。

センサーに電流が流れるとセンサーが発熱し、温度測定に誤差が生じます。抵抗 R1 (図 3 を参照) は、温度が 4,43 度変化すると電圧 Ud が 1 mV 変化する約 1 mA の電流がセンサー回路に流れるように計算されています。抵抗 R1 を大きくすると電流を減らすことができます。ただし、電流を何倍に減らしたかというと、その分だけオペアンプDA7の段ゲインを上げる必要があり、そのためには図に示すように温度計回路を変更する必要があります。 XNUMX. この場合、ゲインは次のようになります。

K = 1 + R2`/R1`。

ただし、有用な信号が増幅されると干渉も増加するため、電流を減らすことに夢中になるべきではありません。測定に含まれるすべての信号は同じアンプを XNUMX つずつ通過し、比例して変化するため、ゲインの温度ドリフトは測定結果には影響しません。彼らの関係は今も変わりません。

レシオメトリック温度計
米。 7.温度計回路の一部を変更しました

フィルタの適用、そのスキームを図に示します。 8 はコモンモード干渉を大幅に軽減するだけでなく、緊急事態においてセンサーと温度計を接続するワイヤに発生する可能性のある過電圧から DD1 チップの入力を保護します。 1 巻線チョーク L2 は、コンピューターモニターなどの多くの電子機器の主電源回路に見られます。フィルターは、X4 コネクタのピン 1 と 1 を DD3 マイクロ回路のピンに接続する回路の切れ目に含まれています。休憩箇所は図の通りです。 XNUMXつのクロス。

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米。 8. フィルタ回路

複数のセンサーを使用する場合は、共通ワイヤーを含むセンサーと温度計を接続する XNUMX 本のワイヤーすべてを切り替える必要があります。スイッチは何でも構いません。

文学

測温抵抗体校正。 - URL: axwap.com/kipia/docs/datchiki-temperatury/termometry-soprotivleniya.htm。
1981 つの変圧器巻線から 5 つの電圧 (海外)。 - ラジオ、6 年、No. 72-XNUMX、p. XNUMX.
Homenkov N.、Zverev A. デジタル温度計。 - ラジオ、1985 年、No. 1、p. 47、48。

著者: V. プロコシン

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