Таким приладом можна швидко і точно виміряти, наприклад, температуру тіла людини, води та повітря. Електронний градусник потрібен працівникам сільського господарства, щоб визначати температуру зерна, картоплі, ґрунту, та медичним працівникам.
Термометр складається з п’яти основних блоків: перетворювача температура-частота, генератора прямокутних імпульсів, лічильника імпульсів з дешифратором, живлення та індикатора (рис. 1).
Перший блок перетворює пряме падіння напруги на датчику-діоді в частоту. Сигнал на виході перетворювача заповнюють надходжучі з генератора прямокутні імпульси і далі подається на лічильник, який перетворює вхідну частоту в код управління семисегментними індикаторами. Під час рахунку імпульсів індикатори не горять — вони заперті сигналом, що приходить з блоку генератора, який також виробляє імпульс скидання показань в кінці циклу індикації.
Принципова схема термометра — на рисунку 2. Датчиком температури служить діод V7 типу Д9, падіння напруги на якому використовується для роботи інтегратора. Сильна температурна залежність падіння напруги на p-n переході при фіксованому струмі через нього та мала нелінійність характеристики температура — напруга обумовлюють широке застосування напівпровідникових діодів як датчиків температури. З такими перетворювачами можна виготовляти точні електронні термометри, не вводячи в прилади спеціальні лінеаризуючі пристрої.
Інтегратор зібраний на операційному підсилювачі А2 К574УД1Б з великою швидкістю наростання напруги. Тим самим досягаються висока швидкодія процесу відстеження та точність перетворення 0,1°. Коли конденсатор С3 заряджається до рівня 10 В, інтегратор скидається одноперехідним транзистором V6. Опорна напруга, що задає поріг його відпирання та стабілізує струм через діод V7, створюють два зустрічно-послідовно включених стабілітрони V4, V5.
Вихідна напруга інтегратора через диференціюючу ланцюжок R15C4 надходить на струмовий ключ, що формує пакети імпульсів рахунку та індикації, — транзистор V8, на базі якого складаються сигнали перетворювача та генератора прямокутних імпульсів.
Генератор зібраний на операційному підсилювачі А1 К140УД8Б, що забезпечує вихідну напругу прямокутної форми з періодом 4 с. Скважність імпульсів регулюють змінним резистором R3 так, щоб відношення тривалості імпульсу до паузи становило 1:3. За час тривалості імпульсу, рівний 1 с, в лічильники вводиться інформація про вимірювану температуру, а в паузі тривалістю 3 с ця інформація висвічується на трьох індикаторах. Під час рахунку вони заперті напругою 15 В, що приходить з генератора. Після підрахунку числа імпульсів, пропорційних вимірюваній температурі, ключ V8 закривається, лампи Н1 — Н3 висвічують інформацію, що зберігається в лічильниках D1 — D3 протягом 3 с — періоду індикації. В кінці цього періоду транзистор V3 та диференціююча ланцюжок R8C2 формують імпульс скидання показань. Для стійкої роботи генератора застосовано запам’ятовуючий конденсатор типу К73П-3 (С1) з малим струмом витоку та високою термостабільністю.
Блок живлення (рис. 3) зібраний за звичайною схемою на транзисторах V2, V3. Опорну напругу формують стабілітрони V4 — V8.
Серцевина трансформатора Т1 має переріз 2,5 см2. Його первинна обмотка містить 5000 витків дроту ПЕВ 0,1. Обмотка II складається з двох половин — 2X400 витків ПЕВ 0,14, обмотка III має 20 витків дроту ПЕВ 0,31. Струм холостого ходу трансформатора не повинен перевищувати 5 мА.
В термометрі застосовано постійні резистори МЛТ-0,125, підстроювальні R10, R12 — СП5-3 (дротяні, багатооборотні) або аналогічні. Застосовувати однооборотні резистори небажано, оскільки пороги спрацювання інтегратора повинні бути підібрані дуже точно. Резистор R13 — СПЗ-1б або СПЗ-22. Конденсатор С1 — К73П-3, С3 — типу К10-23 або КМ4, КМ5. Його краще скласти з окремих конденсаторів, що мають ТКЕ різних знаків, так, щоб сумарний ТКЕ був близький до нуля. Якщо достатня точність вимірювання 0,3—0,5°, замість К574УД1Б можна використовувати ОУ К140УД8Б.
Транзистори V2, V3 блоку живлення можуть бути типу КТ502, КТ503, КТ201, КТ203. Лічильник допустимо побудувати на ІМС серії К155, але тоді зросте споживана потужність і потрібно буде внести зміни в блок живлення.
Висновки діода Д9 загнуті в один бік, припаяні до виносного фторопластового кабелю, а до половини корпусу діода надіта поліхлорвінілова трубка.
Занурювати датчик в струмопровідне середовище можна не більше ніж на половину довжини його корпусу. Для роботи в агресивних середовищах датчик слід захистити епоксидною смолою, що забезпечує надійну ізоляцію та хорошу теплопровідність, а при вимірюванні температури фоторозчинів до датчика прикріпляють шматочок пробки або пінопласту, щоб він плавав на поверхні розчину.
Термометр змонтований на трьох платах, виготовлених з фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм. На двох розміром 130X40 мм зібрано генератор прямокутних імпульсів з лічильником та індикаторами (рис. 4) та блок живлення (рис. 5), а на третій з габаритами 80X40 мм виконано перетворювач температура-частота (рис. 6). За допомогою кутників плати кріпляться до гетинаксового підстави розміром 130X90Х3 мм та розміщені в корпусі з зовнішніми габаритами 135Х100Х50 мм. Він спаяний з 2-мм фольгованого склотекстоліту (рис. 7) та обклеєний плівкою «під дерево». Проріз для табло закрито оргсклом з синьо-зеленим світлофільтром. Кабель датчика намотують на виступи, розташовані на задній стінці приладу.
Щоб точність термометра була максимальною, налаштування ведуть із застосуванням цифрових частотоміра ЧЗ-32 та промислового термометра. При використанні більш простих приладів точність налаштування знижується до 0,3—0,5°.
Для калібрування перетворювача від бази транзистора V3 від’єднують генератор, а до колектора V8 підключають частотомір. За допомогою підстроювального резистора R13 струм через датчик V7 встановлюють рівним 1 мА. Потім датчик поміщають в киплячу воду (100° С), а змінним резистором R12 встановлюють вихідну частоту 1000 Гц. Потім датчик охолоджують до 0° (талий сніг) та змінним резистором R10 зривають коливання інтегратора. Ці операції повторюють 3—4 рази, щоб усунути взаємні впливи резисторів R10, R12.
Потім приєднують генератор до бази V8 та змінним резистором R3 встановлюють показання лічильника при температурі 99,9° на значення 99,9. Після цього перевіряють лінійність пристрою в усьому діапазоні температур. Наприклад, вимірюють температуру тіла людини, порівнюючи з показаннями медичного градусника. За потреби налаштування повторюють.
ДАНІ ТЕРМОМЕТРА:
Діапазон вимірюваних температур, °С … 0 — 99,9
Роздільна здатність, °С … 0,1
Точність вимірювання
— в діапазоні 10 — 90, °С … 0,1
— в діапазоні 0 — 10, °С … 0,5
— в діапазоні 90 — 99,9, °С … 0,3
Час зчитування температури, с … 1
Час індикації температури, с … 3
Споживана потужність, Вт … 1
Габарити, мм … 135x100x50
Маса, кг … 0,3
А. ШАМОВ, Г. ШИК