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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Thermomètre ratiométrique. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Dans ce thermomètre, construit sur un capteur de température standard de la série TSM, largement utilisé dans l'industrie, et une puce ADC à double intégration KR572PV2, spécialement conçue pour les instruments de mesure, toutes les mesures ont été prises pour compenser l'influence des sources d'erreur et augmenter la précision des relevés de température. La méthode ratiométrique de mesure de la résistance d'un capteur de température résistif (méthode du rapport) constitue un moyen simple d'éliminer l'influence de l'instabilité du courant circulant à travers le capteur sur la précision de la conversion. Le principe de cette méthode est illustré sur la Fig. 1. Le courant I crée une chute de tension Ud=I·Rd aux bornes de la résistance Rd du capteur. Un exemple de résistance R est connectée en série avec le capteur0, sur lequel chute la tension U0. Résultat de mesure N=Ud/U0=Rd/Ro ne dépend pas du courant, puisque Ud et Uo évoluent proportionnellement à celui-ci. La précision de la mesure dépend uniquement de la stabilité en température de la résistance de référence R0.
Le microcircuit KR572PV2 (analogue de l'ICL7107 importé) est spécialement conçu pour de telles mesures. Il dispose d'entrées différentielles mutuellement isolées de la tension Uin mesurée (entrée) et de la tension Urev de référence, et le résultat de la mesure est le rapport Uin/Urev.
Lors de la mesure de la température sur l'échelle Celsius, il est également nécessaire d'afficher le signe de température. Pour ce faire, vous devez entrer dans le circuit de mesure, comme le montre la Fig. 2, résistance de polarisation Rcm, dont la résistance doit être égale à la résistance du capteur à une température de 0 оC. Le résultat de la mesure sera égal à N \uXNUMXd (Ud - Ucm) / Uo \uXNUMXd (Rd - Rcm) / Ro. Dans ce cas, la précision de la mesure dépend de la stabilité de la température non seulement de Ro, mais également de Rcm. Cependant, le microcircuit KR572PV2 ne dispose pas d'entrées pour fournir la tension Ucm. Dans la version proposée du thermomètre, non seulement cela, mais également d'autres problèmes sont résolus. Il est insensible à la stabilité du courant circulant dans le capteur, à la dérive du zéro et au gain de l'amplificateur opérationnel inclus dans l'appareil, à la résistance des fils reliant le capteur et le thermomètre, à la résistance transitoire des contacts du connecteur du capteur. , et dans le cas de l'utilisation de plusieurs capteurs commutables - à la résistance transitoire du commutateur de contacts. Le thermomètre mesure la température dans la plage de -50 à 180 оC avec une résolution de 0,1 оC. Le capteur est un thermomètre à résistance en cuivre standard (RCT) avec une caractéristique de 23 [1] et une résistance de 53 Ohm à 0. оC. La linéarité de l'échelle de l'instrument dépend uniquement du capteur et est maintenue sur toute la plage de température mesurée. Le diagramme du thermomètre est présenté sur la Fig. 3. Les tensions fournies aux entrées du microcircuit DD5 sont formées sur des condensateurs C11-C14, connectés alternativement à la sortie de l'ampli opérationnel DA1 par un sélecteur-multiplexeur DD4 (K561KP2), capable de commuter des signaux analogiques. De manière synchrone avec DD4, le sélecteur-multiplexeur DD1 (K561KP1) connecte la tension des résistances du circuit de mesure à l'entrée de l'ampli-op.
Les sélecteurs-multiplexeurs sont contrôlés par un compteur DD3.1 dont l'entrée est alimentée en impulsions d'une fréquence de 50 kHz provenant d'un générateur sur un déclencheur Schmitt DD2.1. La fréquence est réglée en sélectionnant la résistance R8. La résistance R1 règle le courant circulant à travers le capteur RK1 et les tensions Ucm et Urev sont formées sur les résistances R2-R7. L'ampli opérationnel DA1 (KR140UD1408A) sert de suiveur de tension, ayant une impédance d'entrée élevée, une faible impédance de sortie et un coefficient de transmission unitaire. Cependant, il décale les niveaux des signaux traversant le répéteur de la valeur de la dérive zéro de l'ampli opérationnel Udn. Pour mettre en évidence la dérive zéro, le sélecteur-multiplexeur DD1, avec le code 11 aux entrées d'adresse, connecte l'entrée du répéteur au fil commun. Puis le sélecteur-multiplexeur DD4 connecte le condensateur C11 à la sortie du répéteur, qui est chargée à la tension Udn. Cette tension est fournie à l'entrée -Urev du microcircuit DD5. On peut montrer que cela élimine complètement l’influence de la dérive du zéro de l’ampli-op sur le résultat de la mesure de la température. Les éléments DD2.2-DD2.4, les résistances R11-R13, la diode VD2, les transistors VT2-VT4 permettent d'éteindre un zéro insignifiant sur l'indicateur HG1.2 (dizaines de degrés). La diode VD1 bloque l'extinction nulle à des températures supérieures à 99,9 оC, lorsque l'indicateur HG1.1 en affiche un. Les transistors VT1, VT2 et VT4 boostent les sorties de la puce DD5, leur fournissant des niveaux acceptables pour la puce DD2.
Si vous mesurez la température au-dessus de 99,9 оC n'est pas attendu, la résistance R10, les diodes VD1, VD2 et le transistor VT1 peuvent être retirés, et les bornes libres restantes de l'élément DD2.4 et de la résistance R13 peuvent être connectées entre elles. Dans l'alimentation (Fig. 4), une tension négative de -4,7 V est générée de la manière décrite dans [2], ce qui permet l'utilisation du transformateur T1 avec un plus petit nombre d'enroulements secondaires. Les résistances utilisées dans le thermomètre peuvent être de n'importe quelle nature. Pour les mesures critiques, il est recommandé d'utiliser des résistances R2-R5 avec un coefficient de résistance à faible température - C2-29V, C2-36, C2-14. Il est préférable d'utiliser des résistances d'accord multitours sans fil R6 et R7, par exemple SP3-24, SP3-36, SP3-37, SP3-39, SP3-40, RP1-48, RP1-53, RP1- 62a. Leurs dénominations peuvent différer de celles indiquées sur le schéma et atteindre plusieurs dizaines de kilo-ohms. Condensateurs C9-C14 - K72-9, K71-4, K71-5, K73-16, K73-17. Les condensateurs à oxyde peuvent être n'importe quoi. Les condensateurs restants sont des condensateurs en céramique de petite taille. Les condensateurs C1 et C2 sont situés le plus près possible des bornes d'alimentation de l'ampli opérationnel DA1, et les condensateurs C23-C25 sont situés à proximité des microcircuits DD1-DD5. Le stabilisateur intégral DA3 est installé sur une plaque en aluminium d'une superficie d'au moins 16 cm2. Transformateur T1 - TP132-19 ou autre puissance globale d'au moins 3 VA avec deux enroulements secondaires d'une tension de 9 V. Pour configurer un thermomètre, une réserve de résistance est nécessaire, qui est connectée à la place du capteur RK1. Avant de commencer l'installation, tournez plusieurs fois tous les interrupteurs du magasin d'une serrure à l'autre pour éliminer le film d'oxyde formé sur leurs surfaces de contact. Réglez les curseurs des résistances d'ajustement R6 et R7 approximativement sur la position médiane et le magasin de résistance passe à la position 53 Ohm. Ceci fait, utilisez la résistance de réglage R6 pour régler l'indicateur du thermomètre à 0,0. оC. Ensuite, déplacez les interrupteurs soit sur la position 77,61 Ohm, ce qui correspond à une température de 99,0 оC, ou en position 93,64 Ohm (température 180,0 оAVEC). Utilisez la résistance de réglage R7 pour régler la température souhaitée sur l'indicateur. Pour contrôler, déplacez les commutateurs sur la position 41,71 Ohm. L'indicateur devrait afficher -50,0 оC. Une description d'une telle opération est disponible dans [3]. S'il n'y a pas de réserve de résistance, l'ajustement peut être effectué d'une manière bien connue. Fixez le capteur et le thermomètre de référence l'un à l'autre et placez-les dans un récipient contenant de la glace fondante, où la quantité de glace non fondue doit prévaloir sur la quantité d'eau fondue. Le thermomètre et le capteur ne doivent pas toucher la glace ou les parois du récipient. Après la plongée, attendez un moment que la lecture du thermomètre se stabilise. Lorsqu'ils se stabilisent, utilisez la résistance d'ajustement R6 pour régler l'indicateur à 0,0 оC. Placez ensuite le capteur et le thermomètre de référence dans de l'eau chauffée et soigneusement mélangée. Plus sa température est élevée, plus le réglage sera précis. Après avoir stabilisé les lectures avec la résistance d'ajustement R7, amenez-les aux lectures d'un thermomètre standard. Il est recommandé de répéter le réglage plusieurs fois. Lorsque vous fabriquez vous-même un capteur, mesurez-le avec un morceau de fil de cuivre de n'importe quel diamètre et d'une longueur telle que sa résistance à la température ambiante réelle corresponde à celle indiquée dans le tableau. 1. Longueur de fil estimée à température 20 оC en fonction de son diamètre est donné dans le tableau. 2. La résistivité du cuivre à cette température est supposée être de 0,0175 Ohm mm2/ m. Tableau 1
Tableau 2
L'option la plus simple consiste à mesurer le fil avec une marge, puis à le raccourcir pour obtenir la résistance souhaitée. Mais surtout ajustez précisément la résistance du capteur à celles indiquées dans le tableau. 1 valeur n'en vaut pas la peine. Après tout, pendant le processus de configuration, vous devrez toujours utiliser les résistances d'ajustement R6 et R7. Enroulez le fil du capteur sur la bobine de manière bifilaire, après l'avoir plié en deux. Un tel capteur n'a pas d'inductance et toutes les interférences électromagnétiques sur chaque moitié de son fil sont mutuellement neutralisées. Lors de la configuration d'un appareil avec un capteur fabriqué maison utilisant un magasin de résistance, il est nécessaire de prendre en compte les écarts de la résistance réelle du capteur par rapport à la norme [1]. La source de tension 5 V(d) alimentant le circuit du capteur doit être isolée galvaniquement des autres circuits. L'utilisation de l'amplificateur d'instrumentation AD623 vous permettra d'abandonner une telle source. Un tel amplificateur est également souhaitable car il présente un coefficient d'atténuation élevé des interférences de mode commun qui se produisent inévitablement sur les fils de connexion du capteur. Le schéma de circuit pour connecter l'amplificateur au thermomètre est illustré à la Fig. 5. Vous pouvez utiliser un autre type d'amplificateur d'instrumentation, par exemple AD8221, LT1168, MAX4194.
En figue. La figure 6 montre un circuit amplificateur d'instrumentation dans lequel n'importe quel amplificateur opérationnel peut être utilisé. Les valeurs recommandées pour toutes les résistances sont de 51 kOhm, mais elles peuvent être différentes. Il suffit de remplir avec la plus grande précision possible (avec une erreur d'une fraction de pour cent) les conditions R1=R2 et R3=R4=R5=R6.
Le gain de l'amplificateur d'instrumentation dépend de la résistance de la résistance externe Rg : K = 1 + (R1 + R2)/Rg. En son absence, il est égal à un, et les résistances R1 et R2 peuvent être remplacées par des cavaliers. Le courant traversant le capteur l'échauffe, ce qui entraîne une erreur de mesure de température. La résistance R1 (voir Fig. 3) est conçue de telle sorte qu'un courant d'environ 4,43 mA circule dans le circuit du capteur, auquel un changement de température d'un degré provoque un changement de tension Ud de 1 mV. Le courant peut être réduit en augmentant la résistance R1. Cependant, peu importe combien de fois le courant a été réduit, il est nécessaire d'augmenter le même nombre de fois le gain de l'amplificateur opérationnel DA1, pour lequel il est nécessaire de changer le circuit du thermomètre, comme le montre la Fig. 7. Dans ce cas, le gain est égal à K = 1 + R2'/R1'. Mais il ne faut pas se laisser emporter par une réduction du courant, car à mesure que le signal utile augmente, les interférences augmenteront également. La dérive en température du gain n'affectera pas les résultats de la mesure, puisque tous les signaux participant à la mesure passent un par un à travers le même amplificateur et changent proportionnellement. Leur relation reste inchangée.
Application d'un filtre dont le schéma est présenté sur la Fig. 8, réduira considérablement les interférences de mode commun et protégera les entrées du microcircuit DD1 des surtensions qui peuvent, en cas d'urgence, se former sur les fils reliant le capteur au thermomètre. L'inductance à deux enroulements L1 se retrouve dans les circuits d'alimentation secteur de nombreux appareils électroniques, par exemple les écrans d'ordinateur. Le filtre est inclus dans les circuits ouverts reliant les broches 2 et 4 du connecteur X1 avec les broches du microcircuit DD1. Les emplacements des ruptures sont indiqués sur la Fig. 3 croix.
Si vous prévoyez d'utiliser plusieurs capteurs, les cinq fils reliant le capteur au thermomètre, y compris le fil commun, doivent être connectés. Le commutateur peut être n'importe quoi. littérature
Auteur : V. Prokoshin
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