Широкодиапазонный полупроводниковый термометр предназначен для эксплуатации в условиях холодного и умеренно холодного климата при температуре окружающей среды от -40 до +40 °С, относительной влажности воздуха до 98 % при температуре +20 °С и атмосферном давлении в пределах 200…900 мм рт.ст.
Электронным термометром можно измерять температуру в различных помещениях и объемах, расположенных на расстоянии более 100 м от основного прибора с электронной схемой измерения. Предлагаемый термометр обладает преимуществами перед другими типами термометров, например биметаллическими и ртутными. Простота градуирования шкалы измерительного прибора на широкий диапазон температур, малая тепловая инерция электронного датчика, высокая чувствительность, малые размеры делают его незаменимым при измерении температуры внутри холодильников, электрических печей, на чердаках зданий, в подвалах, хозяйственных постройках, инкубаторах, сосудах с жидкостями и т.п.
Выходной сигнал термометра можно использовать для управления различными системами, например системой обогрева жилых помещений или теплиц на приусадебном участке. В основу электронного термометра положен принцип изменения падения прямого напряжения на датчике, имеющего линейный характер, в зависимости от температуры. В качестве датчика использован транзистор в диодном включении.
Принципиальная электрическая схема электронного термометра приведена на рис.
Термометр состоит из входного устройства, сетевого понижающего трансформатора питания Т1, выпрямителя, работающего на емкостный фильтр, стабилизатора напряжения с защитой от коротких замыканий и перегрузок, датчика температуры и устройства контроля и измерения температуры. Входное устройство предназначено для подключения прибора к сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц при помощи электрического соединителя XI с электрическим кабелем длинойне менее 1,5 м, для предохранения прибора от замыканий в первичных цепях предохранителем FU1, индикации включения в сеть и готовности к работе и для фильтрации сетевых помех емкостным фильтром, собранным на конденсаторах С1 и С2. Индикаторная лампа подсвечивает выключатель SA1 в темноте. Сетевой понижающий трансформатор питания Т1 изготавливают на броневом магнитопроводе типа Ш или ШЛ. Площадь сечения стали основного стержня магнитопроврда, на котором установлена катушка, должна быть не менее 5 см . В устройстве можно применять трансформатор кадровой развертки от телевизоров типа ТВК-70 или ТВК-110. Трансформатор обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей термометра от сети переменного тока, расчетный уровень выходного и выпрямленного напряжений, а также дополнительную электробезопасность при эксплуатации за счет повышенной прочности изоляции и низкого выходного напряжения. Первичная обмотка трансформатора имеет 3000 витков провода марки ПЭВ-1 диаметром 0,12 мм, вторичная обмотка —146 витков провода марки ПЭВ-1 диаметром 0,51 мм.
Выпрямитель выполнен на четырех выпрямительных диодах VD1—VD4 по однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая характеризуется повышенной частотой пульсации выпрямленного напряжения, пониженным обратным напряжением на диодах, хорошим использованием мощности трансформатора и повышенным падением напряжения на диодном комплекте. Вместо четырех диодов в устройстве может быть применена диодная сборка типа КЦ405А. На выходе выпрямителя собран емкостный фильтр на конденсаторе СЗ, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения.
Стабилизатор напряжения с защитой от перегрузок и коротких замыканий выполнен на двух транзисторах VT1, VT2 и двух стабилитронах VD6 и VD8. Регулирующим элементом является транзистор VT1 средней мощности, управляющим элементом — транзистор VT2. В делитель напряжения введен стабилитрон VD8, с которого стабилизированное напряжение подается на базу управляющего транзистора VT2 относительно общего минусового провода, а изменения выходного напряжения передаются на эмиттерныи переход этого транзистора без ослабления делителем. Введение стабилитрона в делитель позволило заметно улучшить систему запуска стабилизатора при его включении. В стабилизаторе запускающий ток протекает через резистор R3 и эмиттерныи переход транзистора VT2, так как диод VD7 отсекает ток через нагрузку, а стабилитрон VD8 закрыт в момент включения питания. Выпрямительный диод VD5 обеспечивает необходимое смещение для транзистора VT1 в автоматическом режиме, позволяющее более эффективно управлять им в сторону закрывания. Резистор R4 рассчитан на максимальный ток нагрузки, регулирует ток, открывающий транзистор VT1. Подбором сопротивления резистора R4 устанавливается ток срабатывания системы защиты от перегрузок. Ток короткого замыкания зависит от значения запускающего тока. На выходе стабилизатора действует стабилизированное напряжение постоянного тока, равное 9 В. Подбором сопротивления резистора R5 можно изменить значение выходного стабилизированного напряжения в пределах 8… 10 В. Конденсатор С4 обеспечивает сглаживание пульсаций и уменьшает возможные броски выходного напряжения. В устройстве контроля и измерения температуры в качестве датчика температуры применен кремниевый транзистор VT6, который
характеризуется тем, что зависимость изменения падения напряжения на переходе база-эмиттер от температуры при фиксированном значении тока в области положительных значений вольт-амперной характеристики линейна в диапазоне температур -25…+125 °С и составляет не более 2,5 мВ/°С. Значение тока, проходящего через транзистор VT6, задается подстроечным резистором R15. Все изменения падения напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT6 передаются на вольтметр постоянного тока, собранный на транзисторах VT4 и VT5 по дифференциальной схеме. При этом на базу транзистора
VT5 поступает сигнал с датчика температуры, а на базу транзистора VT4 —стабилизированное напряжение 5 В с делителя напряжения R8 R11. При изменении температуры в помещении, где расположен датчик VT6, возникает напряжение разбаланса, соответствующее этому изменению. Оно регистрируется стрелочным прибором РА1. Шкала прибора РА1 отградуирована в градусах Цельсия для прямого снятия показаний.
В схему термометра введен транзистор VT3, служащий усилителем постоянного тока. Он обеспечивает стабильную работу устройства при значительных колебаниях напряжения питающей сети.
В электронном термометре применены элементы следующих типов: резисторы R1—R7, R9—R11, R13, R14 типа МЛТ, R8, R15 типа СПЗ-4М; конденсаторы С1, С2 типа МБМ-И-400В, СЗ, С4 типа К50-3; предохранитель FU1 плавкий типа ПМ-1; переключатель SA1 типа П1Т-1-1; электрические соединители XI типа «вилка сетевая», Х2, ХЗ — контактные зажимы для подключения шлейфа от датчика; измерительный прибор РА1 типа М4200.
При монтаже транзистор VT1 устанавливают на радиаторе охлаждения с эффективной площадью теплового рассеяния не менее
100 см . Выпрямительные диоды в стабилизаторе напряжения можно заменить любыми кремниевыми диодами малой или средней мощности с током не менее 300 мА. Транзистор типа П213Б можно заменить на транзисторы типов П213В, П214, П215, П217, транзистор типа КТ603А — на транзисторы типов КТ603Б, КТ801, КТ807, транзисторы типа 2Т3167 — на транзисторы типов КТ342В, КТ342Б, транзисторы типа 2Т3851 — на транзисторы типа КТ349Б; диод типа 2Д5607 — на диод типа КД521; резисторы типа МЛТ на резисторы типов ВС, ВСа, МТ, ОМЛТ, УЛИ, С1-4, С2-8, конденсаторы типа К50-3 — на конденсаторы типов К50-6, К50-12, К50-16.
Регулирование электронного термометра заключается в установлении нулевого деления шкалы прибора резистором R8, соответствующего 0 °С, когда датчик по контрольному термометру находится при этой температуре. Для полной градуировки шкалы можно нанести всего четыре точки, например при температуре 0, 20, 40 и 100 °С.
Всю шкалу необходимо разметить от -25 до +125 °С. При температуре +100 °С резистором R12 стрелку прибора устанавливают на предпоследнее деление шкалы.
При регулировке нулевое деление шкалы температур не совпадает с нулевым делением прибора, что делает возможным при измерении отрицательных температур не вводить дополнительный переключатель.
Основные технические данные электронного термометра автоматического действия
Номинальное напряжение питающей сети переменного тока, В . . . 220
Пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока, В …. 242…187
Напряжение постоянного тока на выходе стабилизатора, В ….9
Пределы измерения температуры, °С -25…+125
Точность измерения температуры, °С …. +\-0,8
Число точек измерения температуры ….1
Длина шлейфа от датчика температуры до прибора, м ….100
Максимальный ток нагрузки, мА …. 300
Амплитуда пульсаций на выходе выпрямителя при номинальном напряжении сети, В …1
Коэффициент стабилизации, не менее ….200
Сопротивление на выходе стабилизатора, Ом ….0,2
КПД, не менее ….0,85
Литература
- МРБ 1219 Сидорин И.Н. — Электроника дома и в саду(справочник)
Загрузка...