31.03.21

[Домашняя]

Схема электронного термометра со стрелочным индикатором показана на рисунке.

В качестве показывающего устройства здесь используется измерительная головка типа М903 с током полного отклонения 50мкА. Можно использовать любую другую головку магнитоэлектрической системы, но если ток полного отклонения отличается от указанной величины, то придется пересчитать резистор R7. Головку придется доработать: с нее надо снять переднюю крышку со стеклом (нарушив при этом гарантийную пломбу, защищающую один из крепящих винтов) и очень аккуратно, чтобы не повредить весьма чувствительную стрелку с очень нежным поворотным механизмом, наклеить поверх имеющейся шкалы новую. Шкалу эту можно изготовить, напечатав ее на качественной бумаге с помощью струйного или лазерного принтера, а для наклейки следует использовать синтетический клей типа "Момент-кристалл" или другой — только ни в коем случае не на водной основе! Крайние деления на шкале должны совпадать с делениями на оригинальной шкале (положение ограничителей хода стрелки не должно совпадать с крайними делениями, у стрелки должен оставаться небольшой свободный ход за пределы шкалы). Крайнее левое деление будет соответствовать -50°, а крайнее правое +50°, ноль в этом случае должен быть расположен ровно по центру шкалы. Так как длина шкалы равна всего нескольким сантиметрам, то нанести разборчивые деления с шагом меньше, чем через 2 градуса, вряд ли получится, и именно этот параметр будет определять максимально требующуюся точность — снижать погрешность ниже половины деления шкалы, в данном случае, менее 1° не имеет смысла (на самом деле по всему диапазону погрешность у нас будет еще несколько больше — порядка 2—3°). Забегая вперед, заме­тим, что нет никаких проблем в том, чтобы отградуировать шкалу на любой другой диапазон, скажем, от -30° до 70°, или от 0° до 100°, для этого нужно будет только подобрать величину резистора R2. Датчиком температуры здесь служит транзистор в диодном включении. Можно использовать любой маломощный кремниевый п-р-п-транзистор (за исключением "супербета"-разновидностей), единственное, что желательно (но необязательно), чтобы он был в металлическом корпусе. Для изготовления датчика подбирают подходящую по диаметру пластмассовую трубку и заклеивают в нее эпоксидной смолой транзистор с заранее подпаянными выводами так, чтобы металлический корпус соприкасался с окружающей средой— чувствительность и скорость реакции термометра сильно возрастут в сравнении с заделкой его внутрь трубки. Можно использовать и транзистор р-п-р-типа, тогда в схеме его придется перевернуть, что может быть даже предпочтительнее, т. к. соединенный с коллектором корпус окажется под потенциалом "земли". Можно использовать и кремниевый диод, и прогреваться он будет значительно медленнее. Ток через датчик будет равен примерно 1 мА, падение напряжения на нем, естественно, около 0,6 В. Наклон температурной характеристики отрицателен и равен примерно, как мы говорили, 2,3 мВ на один градус, поэтому общее изменение напряжения на датчике составит 230 мВ на диапазон 100°. Выходное напряжение ОУ при максимальном сигнале мы хотим сделать как можно больше, чтобы минимизировать ошибки, как связанные с собственным падением напряжения на измерительной головке, так и погрешности схемы вообще. Максимум, что мы можем получить от ОУ в данной схеме — это напряжение несколько ниже напряжения питания, равного 5 В, поэтому выбираем коэффициент усиления, приблизительно равный 20 (с округлением в меньшую сторону). От ОУ здесь требуется, в первую очередь, возможность работать с малым напряжением питания и с выходными напряжениями, равными напряжению "земли". Кроме указанного типа ICL7612 подойдут ICL7614, ICL7616 (они даже совпадают по цоколевке и схеме включения), а также МАХ407, МАХ409, МАХ4162 (в корпусе SO) и многие другие типы, единственным общим недостатком которых является относительно высокая цена— более $10, однако за удовольствие надо платить. Общее потребление схемы определяется здесь, в основном, потреблением цепи датчика, а также собственным потреблением стабилизатора (потребление ОУ и делителя R1-R2 малы в сравнении с указанными) и, в худшем случае, составит в сумме около 3,5—4 мА. Емкость батарейки "Крона" алкалай - нового типа составляет порядка 1800 мА-ч, и наша схема сможет проработать от одного элемента в непрерывном режиме около трех недель. Вместо резисторов R2, R5 и R6 сначала устанавливаются подстроечные резисторы соответствующего номинала (R5 и R6 несколько больше указанных на схеме). Настройку схемы надо начинать с того, что при накоротко замкнутых между собой неинвертирующем входе ОУ (вывод 2) и нижнем по схеме выводе резистора R4 с помощью резистора R6 настроить начало шкалы измерительной головки (стрелка должна быть ровно на делении -50°). Само напряжение на выходе ОУ при этом должно быть равно нулю. От подобной штатной настройки нуля ОУ мы ранее отказались из принципа (см. главу 14), однако в этой не слишком точной схеме использовать ее целесообразно, в первую очередь, из-за простоты. Затем перемычку следует убрать, погрузить датчик в среду с температурой 0 (тающий снег или мелкоизмельченный лед в равновесии с водой, лучше всего поместить это дело в термос и в процессе работы периодически перемешивать) и установить с помощью резистора R2 стрелку головки на 0°. После этого датчик переносится в среду с температурой 40—50° (вот тут ой, как пригодится термостат!) и путем изменения R5 устанавливаются соответствующие показания стрелки. Ноль градусов у нас тоже при этом "уйдет", по­этому указанную процедуру следует повторить несколько раз (обычно достаточно 3—4 раза), перенося датчик из среды с температурой 0 °С в среду с более высокой и обратно. Не забывайте каждый раз выждать, пока показания установятся. Точность калибровки будет тем выше, чем больше разница между температурами в калибровочных точках, однако обязательно надо одну из точек выбирать равной или близкой к нулю градусов, потому что это критичное для практики значение. После этого переменные резисторы выпаивают и помещают на их место постоянные резисторы с точно такими же номиналами, при необходимости составляя их из нескольких параллельно и/или последовательно включенных, особую точность при этом надо соблюдать при подборе R2 (ноль градусов). Окончательно подобранный комплект резисторов можно впаять в плату "паучком", но для того, чтобы все выглядело фирменно, на плате лучше заранее предусмотреть места для подключения параллельных и последовательных резисторов (показаны на схеме пунктиром для R2, аналогично следует поступить и для R5). Резисторы можно использовать обычные, типа МЛТ или С1-4, прецизионных резисторов типа С2-29В здесь не требуется. В схему можно добавить и светодиод, сигнализирующий о включении питания, однако это повысит потребление, поэтому лучше без этого обойтись.