Электронный термометр бытового назначения на трех микросхемах

September 2, 2011 by admin Комментировать »

На рис. 4.7 приведена принципиальная электрическая схема бытового электронного термометра с прямым отсчетом по показаниям стрелочного ИП РА/. В основу принципа действия термометра заложен эффект изменения падения прямого напряжения в зависимости от температуры на выпрямительных диодах, который носит линейный характер. Точно такой же эффект возникает на переходах между эмиттерной и базовой областями транзисторов, что позволяет вместо диода использовать в качестве температурного датчика кремниевый транзистор. Если взять обыкновенный диод и пропустить через него небольшой постоянный ток, то на нем можно обнаружить небольшое падение напряжения. Если диод немного нагреть, то это напряжение понизится.

В бытовых условиях чаще всего используются ртутные и реже биметаллические термометры, которые по своим характеристикам уступают электронным термометрам, в частности по точности измерения. Электронные термометры имеют широкий диапазон температур, повышенную чувствительность, широкую область применения, легко градуируются. Например, рассматриваемый термометр можно использовать для измерения температуры жидкостей и растворов, внутри холодильников, духовок, теплиц и парников, для определения относительной влажности воздуха, прогнозирования весенних заморозков и т. д. Выходной сигнал электронного термометра можно использовать в различных бытовых системах управления.

Рис. 4.7. Схема электронного термометра бытового назначения на трех ИМС.

Работает электронный термометр от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц, а примененный в нем сетевой трансформатор питания 77 позволяет подключать его и к напряжению 127 В.

Рассматриваемое устройство сконструировано таким образом, что может быть использовано также для электропитания различных радиолюбительских конструкций. На выходе выпрямителя относительно общего вывода действует напряжение постоянного тока 15 В, а на выходе стабилизатора — 5,6 В. От него можно также питать портативную приемопередающую аппаратуру с выходной мощностью до 75 Вт.

Как следует из принципиальной электрической схемы, электронный термометр включает в свой состав входные и выходные цепи, сетевой понижающий трансформатор питания 77, источник опорного стабилизированного напряжения, схему сравнения, датчик температуры и ИП.

Подключается устройство к сети переменного тока с помощью электрического соединителя XI и стандартной штепсельной розетки. Включаетсй и выключается термометр кнопочным переключателем S1. На входе устройства установлен емкостный фильтр, защищающий от помех, которые проникают в сеть питания. На выходной вторичной обмотке трансформатора собран световой индикатор на светодиоде VD6, который загорается при включении термометра в сеть. Яркость свечения светодиода регулируется подбором сопротивления резистора /?/. Плавкий предохранитель F1 защищает входные цепи термометра от коротких замыканий и перегрузок.

Сетевой понижающий трансформатор питания 77 изготавливается на броневом магнитопроводе типа ШЛ унифицированной конструкции с одной катушкой, на которую намотано шесть обмоток провода марки ПЭВ-2. К сети переменного тока напряжением 220 В трансформатор подключается в соответствии со схемой. Для подключения к сети с напряжением 127 В необходимо соединить между собой выводы / и 4, 3 и 6, а напряжение питания подать на выводы / и 3. На вторичных обмотках трансформатора действует переменное напряжение следующих значений: на выводах 7 и 8 — 6,3 В, на выводах 9 и 10 — 6,3 В, на выводах 11 и 12 (13) — 5,0 В (6,3 В), на выводах 14 и 15 (16) — 5,0 В (6,3 В). Номинальный ток, действующий на вторичных обмотках, может достигать 6,1 А при полной нагрузке.

Обмотки с выводами 7 и 8, соединенные последовательно обмотки 9 и 10, 11 и 13, 14 и 16 сетевого понижающего трансформатора Т1 и четыре диода VDI—VD4 образуют двухполупериодный выпрямитель напряжения. Для уменьшения внутреннего сопротивления выпрямителя диоды VD1 и VD2, VD3 и VD4 включены параллельно. Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на выходе включен оксидный конденсатор СЗ большой емкости. Однополупериодный выпрямитель, собранный на диоде VD5 и конденсаторе С4 и подключенный к выводам 14 и 16 трансформатора, предназначен для питания индикатора, показывающего подключение термометра к сети.

Для устойчивой работы термометра требуется точный источник опорного напряжения, который строится, как правило, на операционных усилителях серии К140(они делают схему наиболее простой). Микросхемы DA1 и DA2 обеспечивают создание стабилизированного напряжения. Опорное напряжение, которое вырабатывается стабилитроном VD7, подается на ИМС DA2и равно 5,6 В. Микросхема DA2включена таким образом, что вырабатываемые напряжения +5,6 В и удвоенное напряжение -f-11,2 В сравниваются микросхемой DA1 и управляют транзистором VT1.

Активным чувствительным элементом электронного термометра в данном случае является диод VD8, который соединяется с прибором экранированным кабелем с помощью соединителей Х2 и ХЗ. Электропитание на термодатчик поступает через резистор /?6, он входит в делитель напряжения и включен последовательно с резисторами R11 и R12. Переменный подстроечный резистор R11 служит для смещения стабилизированного опорного напряжения не более чем на 1 В и обеспечивает установку нуля схемы. В качестве инвертора — устройства, преобразующего сигнал низкого уровня на входе в сигнал высокого уровня на выходе и наоборот, применена ИМС DA3. Переменный резистор R7 регулирует усиление постоянного тока на инвертирующем усилителе DA3, Резистор R10 служит для обеспечения измерения напряжения в пределах от 0 до 1 В.

При изготовлении электронного термометра использованы следующие комплектующие ЭРЭ: сетевой понижающий трансформатор 77 типа ТН61-127/220-50 или самодельной конструкции поданным, приведенным в табл. 4.6; транзисторы VT1 типа КТ3107Б, VT2 типа КТ3102Д; ИМС DA1 типа К140УД7, DA2 типа К140УД7, DA3 — К140УД7; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа КД204В, VD5 типа КДЮЗА, VD8 —

КД521А; стабилитрон vd7 типа КС456А; светодиод vd6 типа АЛ307Б; конденсаторы С/ типа МБМ-П-500В-0,05 мкФ, с2 — МБМ-П-500В-0,05 мкФ, сз — К50-6-25В-500 мкФ, с4 — К50-6-16В-10 мкФ, С5 — К50-6- 25В-10 мкФ, с6 — К50-6-25В-100 мкФ, с7 — К50-6-25В-100 мкФ; резисторы r1 тина МЛТ-0,25-680 Ом, r2 — МЛТ-0,25-10 кОм, r3 — МЛТ-0,25-10 кОм, r4 — МЛТ-0,25-2,7 кОм, r5 — МЛТ-0,25-4,7 кОм, r6 — МЛТ-0,25-10 кОм, r7 — СП3 38-0,125Вт-А-220 кОм, r8 — МЛТ- 0,25-2,2 кОм, r9 — МЛТ-0,25-3,3 кОм, r10 — МЛТ-0,25-820 кОм, r11 — СПЗ-38-0,125Вт-1 кОм, ri2 — МЛТ-0,25-2,2 кОм; ИП ра1 типа М4222; плавкий предохранитель f1 типа ПМ-1-0,5 А с держателем; переключатель s1 типа П2К или П1Т-1-1; электрические соединители xi типа «вилка», Х2 и ХЗ типа КМЗ-1 приборные на одно соединение.

Таблица 4.6. Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания, примененного в электронном термометре бытового назначения на трех интегральных схемах

Обозначение трансформатора на схеме и тип конструкции

Магнито-

провод, марка стали и толщина, мм

Обмотка

Выводы

Марка и диаметр провода, мм

Число витков

Сопротивление постоянному току, Ом (предельное отклонение ±15%)

77, бро

Ш Л25X25;

I

1—2

ПЭВ-2; 0,21

1420

48

невой, с

3312;

4—5

ПЭВ-2; 0,21

1420

48

одной ка

0,35; ви

 

 

 

 

тушкой

той лен

Экран

0

ПЭВ-2; 0,21

1 слой

 

точный

II

11 — 12

ПЭВ-2; 0,51

90

0,2

 

 

 

12—13

ПЭВ-2; 0,51

90

0,2

 

 

III

14—16

ПЭВ-2; 0,51

180

0,35

 

 

 

14—15

ПЭВ-2; 0,51

80

0,1

При сборке и монтаже могут быть применены другие комплектующие ЭРЭ, не ухудшающие основные электрические характеристики электронного термометра. Резисторы типа МЛТ можно заменить на резисторы типов ВС, ВСа, МТ, OMJIT, С1-4, резисторы типа C3-38 — на СПЗ-26, СПЗ-29М, СП5-16ВА; конденсаторы типа К50-6 — на К50-3, К50-12, К50-16, К50-20, конденсаторы типа МБМ — на К40У-9, К40У-2, К40П-2, К75-12; диоды типа КД204В — на Д105, Д105А, Д223, Д237А, КД202А, Д305; транзистор КТ3107Б — на КТ3109В, транзистор типа КТ3102Д — на КТ3102А, Б; ИП РА! типа М4222 — на миллиамперметры типов М494, М906, М24, М1792.

Регулировка электронного термометра заключается в проверке работоспособности отдельных узлов и блоков и градуировке шкалы ИП. Как правило, шкалы таких приборов градуируются на пределы измерений от 0 до 100 или 125 °С. Перед тем как приступить к градуировке шкалы, необходимо изготовить конструкцию термодатчика, которая должна соответствовать назначению термометра. Для градуировки шкалы в пределах от 0 до 100 °С надо иметь термостат, позволяющий регулировать температуру в широких пределах и точно фиксировать ее по отдельным точкам. Сначала термодатчик помещается в среду с температурой 0 °С, и переменным резистором R11 стрелку прибора устанавливают на начало отсчета шкалы. Затем выбирается промежуточная температура, например 30 °С, и на шкале прибора фиксируется это положение. Далее температура внутри термостата поднимается до 100 °С, и на шкале ИП РА/ фиксируется положение стрелки соответствующей отметкой.

Для уменьшения погрешностей в показаниях электронного термометра градуировку шкалы прибора повторяют несколько раз.

Техническая характеристика

электронного термометра бытового назначения

на трех интегральных микросхемах

Номинальное напряжение питающей сети

переменного тока, В ………………………………… 220

Номинальная частота питающей сети

переменного тока, Гц ………………………………. 50

Пределы изменения напряжения питающей сети, при которых обеспечивается нормальная работа

электронного термометра, В………………………. 180—240

Пределы изменения частоты питающей сети

переменного тока, Гц ………………………………. 49—51

Коэффициент нелинейных искажений питающей сети

переменного тока, %, не более …………………… 10

Напряжение автономного источника питания

постоянного тока, В ………………………………… 12—16

Пределы измерения температуры, °С ……………….. 0—100

Погрешность измерения температуры, °С, не более . .2 Максимальная мощность устройства при питании

дополнительных РЭУ и приборов, Вт …………… 100

Ток, потребляемый электронным термометром

в режиме измерения температуры, мА, не более . . 10

Напряжение на выходе выпрямителя, В ……………. 15

Напряжение на плюсовом входе ИП РА/, В………… 5,6

Рабочая температура датчика, °С ……………………. — 60… +125

Общая емкость датчика, пФ ………………………….. 4

Максимально допустимый постоянный прямой ток датчика, мА   50

Помехозащищенность термометра при воздействии

внешнего электромагнитного поля, дБ, не менее . . .100 Сопротивление изоляции токоведущих проводников

между собой и корпусом прибора, МОм, не менее . 15—20 Срок службы электронного термометра

по ориентировочным расчетам, ч, не менее ……. 10 ООО

Вероятность безотказной работы

термометра при р =0,9 ………………………………. 0,95

Кпд, %, не менее ……………………………………… 92

Литература:

  Сидоров И. Н. С34 Самодельные электронные устройства для дома: Справочник домашнего мастера.— СПб.: Лениздат, 1996.- 352 е.. ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты