Для быстрого измерения температуры различных объектов и сред контактным способом предлагаем изготовить карманный термометр, который может быть использован в различных областях науки и техники, технологических процессах, медицине, а также в быту, и в случае высокой температуры сделать запись на прием. Термометр этот отличают простота сборки, довольно широкий диапазон измерений, временная и температурная стабильность.
В основу работы прибора положено то, что содержащий информацию о температуре разностный сигнал Uin, выделенный на выходе дифференциального усилителя А1 и равный
Uin=(I1 Rt- I2 Rэ) Ku
где I1, I2 — токи от соответствующих генераторов G1 и G2, Rэ — значение эталонного резистора, Rt — сопротивление датчика температуры, Ku — масштабный коэффициент, поступает на вход интегрирующего аналого-цифрового преобразователя U1. Выходной код последнего определяется по формуле
Nx=No(Uin/Uo)
где Uo— падение напряжения на опорном резисторе Ro, равное (I1 + I2) Ro, a No —конструктивный параметр АЦП.
Таким образом, точность и стабильность прибора в конечном счете будут определяться точностью и стабильностью резисторов Rэ и Rt. Цифровое же значение измеряемой температуры высветится на жидкокристаллическом индикаторе Н1.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОМЕТРА
Габариты, мм - 100x60x25
Пределы измеряемой температуры, °С – -80…+200
Основная погрешность измерения, °С – +0,1
Дополнительная погрешность при изменении температуры окружающей среды от -5 °С (до +50°С), °С – +0,05
Показатель тепловой инерции, град., – не более 3
Потребляемый ток, мА, – не более 3.
Теперь — о принципиальной электрической схеме. В качестве генераторов тока здесь применена транзисторная сборка полевых транзисторов К504НТЗВ, режим которой выбран в термостабильной точке. Резистор R4 является эталонным. А на R2, R7, R8, R9 и операционном усилителе DA1 построен разностный усилитель. В качестве аналого-цифрового преобразователя (АЦП) используется микросхема КР572ПВ5 в обычном включении. Потенциометр R9 совместно с резистором R5 играет роль опорного сопротивления. Ну а с помощью транзистора VT2 осуществляется подсветка запятой, разделяющей целые и десятичные доли градуса на жидкокристаллическом индикаторе. Что касается потенциометра R9, то он предназначен для начальной калибровки прибора.
Термометр смонтирован на печатной плате из двустороннего фольгированного стеклотекстолита размером 60*100 мм. В конструкции прибора в качестве С1, С5, С7 применены конденсаторы типа К10-17. В роли С2 лучше всего подойдет К53-1А. Остальные конденсаторы — К73-16. Постоянные резисторы R1—R8, R10—R15 можно взять типа С2—29В (или МЛТ) с номинальной мощностью рассеивания 0,125 Вт, потенциометр R9 — СП5-2ВА.
В приборе применен датчик температуры собственного изготовления, сделать который под силу каждому радиолюбителю. Сначала выполняется контактная втулка — из низкоомного резистора типа МЛТ-0,25. С последнего удаляют эмалевое покрытие, а затем гальваническим способом наращивают слой меди толщиной 0,5 мм. Вдоль втулки (симметрично с двух сторон) делают прорези (до керамического основания) шириной приблизительно 0,5 мм, после чего удаляют боковые колпачки. В отверстие втулки вставляют направляющий стержень (которым может служить портновская булавка), покрытый тонким слоем термостойкого компаунда. Им же заполняют и прорези втулки.
Контролем качества здесь может служить сопротивление изоляции ламель-ламель, ламель-стержень. Причем величина его должна быть не менее 20 МОм (в нормальных условиях). На направляющий стержень наматывают бифилярно, виток к витку, провод ПЭТВ-0,03 длиной чуть больше 2 м, а затем в течение 6 часов проводят термотренировку конструкции при температуре 180°С.
Нелишне, думается, отметить, что сопротивление обмотки при температуре 0°С должно быть 49,9 Ом. Для любой другой положительной температуры его контрольная величина рассчитывается по формуле
Rt=49,9 (1 + 0,00428t).
Само же измерение желательно выполнять по четырехпроводной схеме с помощью цифрового вольтметра.
После того как сопротивление доведено до нужного значения, концы обмотки подпаивают (можно приварить) к ламелям контактной втулки. Полученную конструкцию соединяют с кабелем КММ-2. Причем к одной ламели припаивают экранирующую оплетку, а к другой — обе внутренние жилы кабеля. Все это в сборе помещают в державку и покрывают термостойким компаундом ЭП-773.
Смонтированный из исправных радиоэлементов термометр особой настройки не требует. А что касается калибровки прибора, то ее выполняют с помощью потенциометра R9 в точке, температура которой доподлинно известна. Подбор резисторов, помеченных «звездочкой», необходим лишь в случае получения максимальной термостабильности.
В. БЕЛЫЧЕВ,
г. Санкт-Петербург