ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОМЕТР ПРЯМОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Электронный термометр, собранный на полупроводниковых приборах, предназначен для эксплуатации в условиях холодного, умеренно холодного и тропического климатов при температуре окружающей среды от -40 до +45 °С, относительной влажности воздуха до 98 % при температуре +20 °С и атмосферном давлении в пределах 200.900 мм рт.ст. Работает электронный термометр от сети переменного тока напряжением 220 или 127 В частотой 50 Гц. Электронный термометр можно применять в быту и в производственных условиях для измерения температуры в помещениях хозяйственных построек, теплицах, парниках, банях, саунах, подвалах, на чердаках и в погребах. При этом в указанных помещениях устанавливают только электронный датчик, конструкция того полностью зависит от условий применения. к примеру, для измерения температуры в зернохранилищах датчик может быть выполнен в виде длинного щупа, а в жилом помещении — виде миниатюрной коробочки или декоративного элемента. Широкий диапазон измеряемых температур позволяет значительно расширить область использования электронного термометра, к примеру для измерения температуры в сушильных печах, духбвках, в аквариуме, в сосудах с различными жидкостями, в том числе и агрессивными, но для этого датчик заливается в форму эпоксидной смолой, которая должна покрывать его тонким слоем.

В основу создания термометра положен принцип линейной зависимости изменения падения прямого напряжения в диодах и транзисторах от температуры окружающей среды. Если диод, примененный в датчике, слегка нагреть, то напряжение уменьшится.

Снятие отображений температуры при помощи электронного термометра осуществляется непосредственно со шкалы измерительного прибора РА1. При небольших величиных диод или транзистор обладают малой тепловой инерцией, что обеспечивает во всех случаях быстрое снятие точных отображений.

Принципиальная электрическая схема электронного термометра приведена на рис.3.6. Термометр состоит из входных цепей, сетевого трансформатора питания Т1, выпрямителя, емкостного фильтра, стабилизатора напряжения, устройства контроля и измерения температуры и датчика.

Подключение термометра к сети переменного тока обеспечивается при помощи соединителя XI, смонтированного с электрическим кабелем. На входе установлены переключатель SA1, емкостный фильтр и индикатор готовности прибора к работе.

Напряжение на термометр подается через фильтр Cl С2. Этот фильтр во время работы обеспечивает защиту от помех, проникающих из сети, а также предотвращает распространение по сети помех от прибора. Неоновая лампа загорается во время включения электронного термометра в сеть и светится постоянно.

Сетевой понижающий трансформатор питания Т1 изготавливают на броневом магнитопроводе типа Ш. Трансформатор имеет две обмотки, между которыми расположен экран, намотанный обмоточным проводом в одни слой.

Первичная обмотка трансформатора рассчитана на подключение к сети напряжением 220 или 127 В. На вторичной обмотке действует переменное напряжение 10 В. Сетевой трансформатор обеспечивает расчетный уровень выходного выпрямленного напряжения постоянного тока, гальваническую развязку вторичных цепей электронного термометра от сети переменного тока и достаточную электробезопасность при работе с прибором при заземлении вторичных цепей. Вместо самодельного трансформатора можно воспользоваться покупным трансформатором типа ТВК-110, предназначенным для работы в системе кадровой развертки телевизора. Первичная обмотка трансформатора Т1 имеет 3000 витков провода марки ПЭЛ диаметром 0,17 мм, вторичная обмотка — 150 витков провода ПЭЛ диаметром 0,51 мм. В качестве магнитопровода можно применять магнитопровод типа 11116x32 или УШ 16x32.

Выпрямитель выполнен на четырех выпрямительных диодах VD1 — VD4 по однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая характеризуется фактически полным использованием габаритной мощности трансформатора, повышенной частотой пульсаций выпрямленного напряжения, пониженным обратным напряжением на диодах и повышенным падением напряжения на диодном комплекте. Выпрямитель работает на емкостный фильтр, собранный на конденсаторе СЗ.

На выходе выпрямительного устройства имеется стабилизатор напряжения компенсационного типа, выполненный на транзисторах VT1 — VT3. После этого датчик переносится в среду с температурой +100 С. Резистором R14 устанавливают стрелку прибора на отметку, соответствующую этой температуре.

Процесс калибровки шкалы повторяют несколько раз.

Основные технические данные электронного термометра прямого измерения
температуры
Номинальное напряжение питающей сети переменного тока, В . Стабилизатор характеризуется высокими техническими параметрами и достаточной мощностью при коэффициенте стабили— зации не менее 500. В нем применен полевой транзистор VT2 большой мощности. Управляющим элементом схемы стабилизатора является транзистор VT1. Источником опорного напряжения служит транзистор VT3. Включение полевого транзистора, имеющего высокое входное сопротивление, вместе с высокоомным резистором R2 обусловливает большой коэффициент усиления управляющего элемента и высокий коэффициент стабилизации. При коротком замыкании в выходной цепи ток через транзистор VT2 ограничен начальным током стока. рекомендуется отметить, что при увеличении температуры корпуса регулирующего транзистора крутизна характеристики и ток стока уменьшаются, благодаря чему в режиме перегрузки перегорания регулирующего транзистора с обычным для биполярного транзистора лавинообразным неуправляемым увеличением его тока не происходит. А полевой транзистор определяет максимально возможный ток нагрузки. Надежный запуск стабилизатора происходит автоматически, так как в момент включения транзистор VT1 закрыт и напряжение поступает на затвор полевого транзистора. Конденсаторы С4 и С5 предназначены для улучшения электрических параметров стабилизатора при работе под нагрузкой с различным числом сенсоров. Минимальное напряжение стабилизации, при котором электронный термометр работат достаточно устойчиво, определяется напряжением отсечки полевого транзистора VT2 и составляет примерно 7 В. Максимальное напряжение стабилизатора определяется выпрямленным напряжением и допустимым напряжением перехода исток-сток, но не более 15 В. Устройство контроля и измерения температуры включает каскады на транзисторах VT4 я VT5, термочувствительный датчик VD6, подключенный к зажимам Х2 и ХЗ, стрелочный индикатор РА1, по углу отклонения стрелки того определяют контролируемую температуру. Вместо диода VD6 в качестве датчика может быть применен транзистор VT6. Электропитание устройства контроля, поступающее со стабилизатора напряжения через балластный резистор R4 и стабилитрон VD5, обеспечивает повышенную точность измерения и устойчивую работу. Напряжение смещения на базу транзистора VT5 подается с делителя Rll — R13, при этом переменным резистором R12 стрелка прибора РА1 устанавливается точно на нуль. Напряжение смещения транзистора VT4 подается с резисторов R5, R13 и датчика VD6. При изменении температуры в помещении, где расположен термодатчик, изменяется напряжение смещения на базе транзистора VT4, и стрелка прибора отклоняется. В электронном термометре применены элементы следующих типов: Rl — Rll, R13, R15 типа ВСа, R12 типа СП-I-A, R14 типа СПЗ-4М-0.25А; конденсаторы С1, С2 типа МБМ-И-400В, СЗ, С4 типа К50–6, С5 типа К40У-9–200В; электрические соединители XI типа «вилка сетевая» с электрическим кабелем, Х2, ХЗ — контактные зажимы; предохранители FU1, FU2 типа ПМ-1; переключа — тель SA1 типа П2Т-1–1; сетевой трансформатор питания Т1 типа ТВК-110. При изготовлении термометра могут быть применены и другие элементы, не ухудшающие основные параметры и эксплуатационные характеристики. . .	220 или 127
Пределы изменения напряжения питающей сети переменного
	+10.-15
Ток, потребляемый термометром при отсутствии нагрузки, мкА,
	25
	0,5
	500
	0,05
	9
	-20.+120
	0,7
	5
	0,85

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ

Дистанционное автоматическое устройство для измерения относительной влажности изготавливается в виде прибора для измерения относительной влажности от 30 до 100 % при температуре +15.+45 °С. Прибор можно эксплуатировать в условиях умеренно холодного климата при температуре окружающей среды от — 40 до +60 С, относительной влажности воздуха до 98 % при температуре +20 °С и атмосферном давлении в пределах 200.900 мм рт.ст. Транзистор типа КП903А можно заменить на транзисторы типов КП903Б, КП903В, транзистор типа КТ3102Б на транзисторы типов КТ3102В, КТ3102Г, КТ3102Е, КТ342Б, КТ342В, транзистор типа КТ315А — на транзисторы типов КТ315Б, КТ315В с коэффициентом передачи не менее 40; постоянные резисторы типа ВСа — на резисторы типов МЛТ, ОМЛТ, УЛИ, МТ; конденсаторы типа К50–6 — на конденсаторы типов К50–3, К50–12, К50–16, конденсатор типа К40У-9 — на конденсаторы типов КЛС, МБМ, КМ, К10–7В.

Регулирование прибора начинают с подбора транзистора VT3 с требуемым напряжением стабилизации. Этот транзистор может быть заменен обычным стабилитроном, к примеру типа Д814Г, с подбором сопротивления резистора R3 из условия обеспечения номинального тока, протекающего через стабилизатор. При этом детали параметрического стабилизатора R4 и VD5 из схемы должны быть исключены. После включения термометра в сеть проверяют значение потребляемого тока, то должно быть не более 20 мА. Предварительную проверку производят при нагревании датчика VD6. Сначала резистором R12 устанавливают стрелку прибора РА1 (типа М24 или М592) на отметку 20 мкА при температуре окружающей среды +20 °С. При нагревании датчика стрелка прибора должна показывать увеличение температуры. Если стрелка начинает отклоняться в обратную сторону, то необходимо изменить полярность подключения измерительного прибора.

Калибровку шкалы прибора осуществляют по эталонному термометру. Для этого термодатчик помещают в сосуд со льдом и водой, где температура равна 0 °С. Резистором R12 устанавливают стрелку прибора точно на нулевую отметку шкалы. Затем датчик помещают в среду с температурой +20 °С и отмечают, что стрелка прибора вернулась в исходное состояние на отметку 20 мкА. Устройство предназначено для измерения относительной влажности в любых помещениях жилых домов и хозяйственных построек на садово-огородных и приусадебных участках, в теплицах и парниках.

Принципиальная электрическая схема электропсофометра приведена на рис.3.7. Электропитание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 или 127 В частотой 50 Гц. Подключают устройство к сети при помощи электрического соединителя XI, смонтированного с электрическим кабелем с повышенной электроизоляцией. После включения в сеть и замыкания контактов переключателя SA1 загорается неоновая лампа HL1, сигнализирующая о готовности устройства к работе, и напряжение подается на сетевой понижающий трансформатор Т1.

В устройстве применен броневой унифицированный трансформатор Т1 типа ТПП254–127/220–50. Изготавливают трансформатор на броневом магаитопроводе типа ШЛМ25х32 с уменьшенным расходом меди. Активная площадь сечения основного стержня магнитопровода равна 8 см . На вторичных обмотках трансформатора Т1 действуют напряжения переменного тока: 2,5 В (выводы 11 и 12), 2,5 В (выводы 13 и 14), 5 В (выводы 15 и 16), 5 В (выводы 17 и 18), 1,35 В (выводы 19 и 20), 1,34 В (выводы 21 и 22).

Сетевой трансформатор обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей прибора от сети переменного тока и достаточную электробезопасность при питании измерительных цепей пониженным напряжением. В устройстве может быть применен самодельный трансформатор, выполненный по упрощенной схеме намотки. Изготовить трансформатор можно на магнитопроводе типа 11120x25. Первичная обмотка должна содержать 1800 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,27 мм, вторичная обмотка — 41 виток провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,83 мм.

Применение в качестве измерительных элементов термосопротивлений типа ММТ, обладающих высокой точностью и чувствительностью, позволяет простыми средствами осуществлять автоматическую регистрацию измеряемых величин. Собраны элементы по схеме неравновесного моста. Такая схема позволяет легко производить измерения температуры и влажности в любых условиях. Устройство ППК-1 является электропсофометром с непосредственным измерением. В качестве сухого термометра использованы два терморезистора R15 и R16, соединенные параллельно. Они позволяют получать меньшую погрешность при значительно большем отношении тока, идущего через микроамперметр, к току, идущему через любой терморезистор моста.

Напряжение питания моста подбирают переключением обмоток трансформатора переключателем SA1 так, чтобы стрелка прибора при включенных контрольных резисторах установилась на крайней черте шкалы. Шкала должна иметь до 100 делений, а каждому делению должен соответствовать 1 % относительной влажности.

В качестве мокрого термометра использован терморезистор R9, который по своим характеристикам идентичен сухому термометру (температурный коэффициент и номинальное сопротивление). Равенство основных параметров сухого и мокрого термометров достигается при помощи компенсационных постоянных резисторов R7, R8, R12, R14. Постоянные резисторы R5 и R11 служат для контроля значения напряжения, поступающего на мост. Регулирование напряжения питания моста производят при помощи переключателя SA2 и переменного резистора R2 при отключенных переключателем SA3 сухого и мокрого термометров и подключенных вместо них постоянных резисторов R5 и R11.

При правильно рассчитанных электрических параметрах устройства, правильно подобранных элементах моста и безошибочном монтаже прибор не требует настройки и сразу же показывает правильные результаты измерений. Номинальное сопротивление 18 кОм должно быть уменьшено на значение внутреннего сопротивления, примененного в данной схеме прибора РА1.

В устройстве автоматического определения относительной влажности использованы элементы следующих типов: резисторы и терморезисторы Rl, R3, R4, R6, R7, R9, R13, R14, R16 типа МЛТ-2–300 кОм, R2 типа СП4–2Ма-Б, R5 типа С2–29В-0.25–4219 Ом ±0,1 %, R8, R12 типа С2–29В, R10 МЛТ-0,5–( 18000 Rpai) Ом, R11 типа С2–29В-0,25–1740 Ом ±0,1 %, R15 типа ММТ-4; конденсаторы Cl, С2 типа К50–3; электрический соединитель XI типа «вилка сетевая» с электрическим кабелем длиной не менее 1,5 м; переключатели SA1 типа П2Т-1–1, SA2 типа ПГК-5П2Н, SA3 типа МТЗ-1–1; измерительный прибор РА1 типа Ml692; сетевой понижающий трансформатор питания типа ТПП254–127/220–50.

При монтаже прибора могут быть применены и другие элементы, не ухудшающие основные параметры устройства. Терморезисторы типа ММТ-4 можно заменить на терморезисторы типов СТЗ-1, ММТ-6, СТ4–16, резисторы типа МЛТ на резисторы типов ВСа, МТ, С2-ЗЗН, С1–4, резисторы типа С2–29В на резисторы типов С2–14, БЛПа; конденсаторы типа К50–3 на конденсаторы типов К50–6, К50–12, К50–16; измерительный прибор типа Ml692 на приборы типов М42007, М4205.

Основные технические данные устройства для определения относительной влажности

Номинальное напряжение питающей сети переменного тока, В . . Однако рекомендуется проверить отображения измерительного прибора РА1 при обоих сухих термометрах. Они оба должны показывать одинаковые результаты.

При монтаже необходимо точно рассчитать сопротивление резистора R10, включенного последовательно с измерительным прибором РА1. . 220 или 127

Пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока, % +15.20

Напряжение питания измерительного моста постоянным током, В . 5. 15

Пределы измерения относительной влажности воздуха, % 20. 100

Градуировка прибора, % . 0.100

Точность измерения относительной влажности воздуха, % ±0,5

Диапазон температуры, при той производятся измерения относительной влажности воздуха, °С +10.+45

Ток, потребляемый прибором в режиме, мкА:

измерений 25

холостого хода 10

КПД, %, не менее . 95

Указатель Назад Вперед

При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна!

Правообладатели статей являются их правообладателями. Информация получена из открытых источников.

Лаборатория домашней безопасности

Схемы и идеи систем безопасности для самостоятельного изготовления

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТЕРМОМЕТР ПРЯМОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ