Термометр на базе цифрового мультиметра
Измерения 11:24 / 11.07.2008 13 017
Используя специализированную микросхему К1019ЕМ1, цифровой мультиметр можно превратить в измеритель температуры с повышенной точностью. Цифровые мультиметры DT830B с разрядностью дисплея 3,5 легко дополнить микросхемой-термодатчиком К1019ЕМ1. Однако выходной сигнал этой микросхемы в рабочем диапазоне температур находится в интервале 2331...3931 мВ и измерять его можно только на пределе вольтметра 20 В, причем высвечиваемое на дисплее значение температуры будет в °К. Устройство, описываемое в публикуемой статье, предназначено для уменьшения выходного напряжения микросхемы К1019ЕМ1 на 2731,5 мВ. Преобразованное таким образом выходное напряжение будет соответствовать температуре в привычных нам °C.
Интегральные микросхемы К1019ЕИ1 и К1019ЕМ1А [1, 2] представляют собой чувствительные термодатчики с линейной зависимостью выходного напряжения от абсолютной температуры: Uвых=aт.Тk, где ат=10 мВ/К - температурный коэффициент напряжения, Тk - абсолютная температура в градусах К.
Точностные параметры этих микросхем достаточно высоки - погрешность выходного напряжения микросхемы, откалиброванной при температуре +25°С, в пределах всего рабочего диапазона температур 45...+125°С не превышает 10 мВ, т. е. составляет менее 1°С, а в диапазоне 0...+40°С - 0,1°С. В описываемом устройстве в качестве опорного источника напряжения используется внутренний источник АЦП самого мультиметра. При отключенном разъеме датчика температуры потребляемый устройством ток не превышает 100 мкА, а при подключении датчика он возрастает на величину рабочего тока микросхемы К1019ЕМ1, составляющего приблизительно 1 мА.
Принципиальная схема работающего с мультиметром (вольтметром) устройства для измерения температуры показана на рис. 1. Оно состоит из дополнительной платы А1.1 и термопреобразователя А2. На дополнительной плате смонтирован узел смещения постоянного напряжения, собранный на операционном усилителе DA1 и транзисторе VT1. Величина смещения напряжения на коллекторе транзистора VT1 относительно вывода 32 АЦП составляет 2731,5 мВ. Подстроечный резистор R1 служит для точной установки этого значения. Конденсатор С1 корректирует частотную характеристику участка узла смещения напряжения, охваченного отрицательной обратной связью через резистор R5, что исключает самовозбуждение. Транзистор VT2 и резисторы R11-R13 образуют генератор стабильного тока величиной около 1 мА. Термопреобразователь состоит из микросхемы-термодатч К1019ЕМ1, резисторов R8-R10 и вилки разъема Х1. Резистор R9 корректирует выходное напряжение микросхемы.
Дополнительная плата устройства измерения температуры мультиметром DT830B выполнена из пластины одностороннего стеклотекстолита размерами 32x32 мм. Расположение элементов на этой плате показано на рис. 2. После установки на плате всех монтажных элементов и подпайки внешних проводников к контактным площадкам бокорезами укорачивают их концы, выступающие со стороны печатных проводников до 1,5...2 мм, иначе плата по высоте не разместится в корпусе мультиметра. После этого с помощью брусков, изготовленных из спичек, дополнительную плату приклеивают клеем "Момент" на свободный участок печатной платы мультиметра. Термопреобразователь также смонтирован на печатной плате из стеклотекстолита. Размещение на ней элементов термопреобразователя показано на рис. 3.
Открытые контактные площадки и резисторы термопреобразователя следует покрыть лаком или клеем БФ-2. Узел термопреобразователя можно соединить с блоком мультиметра любым двухпроводным кабелем нужной длины. Автор, например, использовал телефонный кабель длиной около 8 м. Функции разъемного соединителя выполняют трехполюсная коммутационная вилка от стереофонических головных телефонов номинальным диаметром 3,5 мм и трехполюсная коммутационная розетка 1308 МЭК-рр. На рис. 4 представлен эскиз трехполюсной вилки и розетки. Последняя устанавливается в высверленное специально для нее отверстие с боковой стороны корпуса мультиметра. Пластмассовое основание розетки должно плотно прилегать к плоскости корпуса мультиметра. Для прочности места соединения промазывают клеем, который используют при изготовлении пластмассовых моделей. К коммутационной вилке подпаян проводник, соединяющий 1 и 3 ее выводы. Этот проводник подключает измерительный входной контакт мультиметра к датчику только во время измерения температуры. В измерителе температуры применены подстроечные резисторы СПЗ-19а (R1, R9), постоянные С2-29В (R2, R3, R5, R8, R9) и ОМЛТ (остальные). Конденсатор С1 керамический любого типа.
Настройка устройства производится в следующем порядке. Вначале к разъему Х1 подключают датчик температуры и резистором R1 устанавливают напряжение между коллекторами транзисторов VT1 и VT2 равным 2731,5 мВ. После этого термочувствительный преобразователь вместе с медицинским термометром помещают под мышку и через 5 мин сравнивают показания термометра с показаниями на цифровом табло мультиметра, включенного в режим вольтметра на предел 2000 мВ. Если эти показания не совпадают, нужно подстроить мультиметр с помощью резистора R9. Затем следует вновь измерить температуру и в случае необходимости снова производят коррекцию. При достижении одинаковых показаний медицинского термометра и мультиметра настройку завершают.
В заключение нужно отметить, что описанное устройство можно использовать совместно с любым цифровым вольтметром на базе АЦП К572ПВ2, К572ПВ5, К572ПВ6. Возможная область его применения - это дистанционное измерение температуры внутри и вне жилых и подсобных помещений, овоще- и зернохранилищах, на других объектах, требующих температурного контроля.
Литература:
1. Бирюков С., "Микросхемы-термодатчики К1019ЕМ1, К1019ЕМ1А" - Радио №7,1996, с.59
2. Новаченко И. В., Краснодубец Ю. А., "Интегральные схемы для бытовой радиоаппаратуры". - Радио и связь, 1995.
Радио №6, 1999
В. Поротников
г. Екатеринбург
Интегральные микросхемы К1019ЕИ1 и К1019ЕМ1А [1, 2] представляют собой чувствительные термодатчики с линейной зависимостью выходного напряжения от абсолютной температуры: Uвых=aт.Тk, где ат=10 мВ/К - температурный коэффициент напряжения, Тk - абсолютная температура в градусах К.
Точностные параметры этих микросхем достаточно высоки - погрешность выходного напряжения микросхемы, откалиброванной при температуре +25°С, в пределах всего рабочего диапазона температур 45...+125°С не превышает 10 мВ, т. е. составляет менее 1°С, а в диапазоне 0...+40°С - 0,1°С. В описываемом устройстве в качестве опорного источника напряжения используется внутренний источник АЦП самого мультиметра. При отключенном разъеме датчика температуры потребляемый устройством ток не превышает 100 мкА, а при подключении датчика он возрастает на величину рабочего тока микросхемы К1019ЕМ1, составляющего приблизительно 1 мА.
Принципиальная схема работающего с мультиметром (вольтметром) устройства для измерения температуры показана на рис. 1. Оно состоит из дополнительной платы А1.1 и термопреобразователя А2. На дополнительной плате смонтирован узел смещения постоянного напряжения, собранный на операционном усилителе DA1 и транзисторе VT1. Величина смещения напряжения на коллекторе транзистора VT1 относительно вывода 32 АЦП составляет 2731,5 мВ. Подстроечный резистор R1 служит для точной установки этого значения. Конденсатор С1 корректирует частотную характеристику участка узла смещения напряжения, охваченного отрицательной обратной связью через резистор R5, что исключает самовозбуждение. Транзистор VT2 и резисторы R11-R13 образуют генератор стабильного тока величиной около 1 мА. Термопреобразователь состоит из микросхемы-термодатч К1019ЕМ1, резисторов R8-R10 и вилки разъема Х1. Резистор R9 корректирует выходное напряжение микросхемы.
Дополнительная плата устройства измерения температуры мультиметром DT830B выполнена из пластины одностороннего стеклотекстолита размерами 32x32 мм. Расположение элементов на этой плате показано на рис. 2. После установки на плате всех монтажных элементов и подпайки внешних проводников к контактным площадкам бокорезами укорачивают их концы, выступающие со стороны печатных проводников до 1,5...2 мм, иначе плата по высоте не разместится в корпусе мультиметра. После этого с помощью брусков, изготовленных из спичек, дополнительную плату приклеивают клеем "Момент" на свободный участок печатной платы мультиметра. Термопреобразователь также смонтирован на печатной плате из стеклотекстолита. Размещение на ней элементов термопреобразователя показано на рис. 3.
Открытые контактные площадки и резисторы термопреобразователя следует покрыть лаком или клеем БФ-2. Узел термопреобразователя можно соединить с блоком мультиметра любым двухпроводным кабелем нужной длины. Автор, например, использовал телефонный кабель длиной около 8 м. Функции разъемного соединителя выполняют трехполюсная коммутационная вилка от стереофонических головных телефонов номинальным диаметром 3,5 мм и трехполюсная коммутационная розетка 1308 МЭК-рр. На рис. 4 представлен эскиз трехполюсной вилки и розетки. Последняя устанавливается в высверленное специально для нее отверстие с боковой стороны корпуса мультиметра. Пластмассовое основание розетки должно плотно прилегать к плоскости корпуса мультиметра. Для прочности места соединения промазывают клеем, который используют при изготовлении пластмассовых моделей. К коммутационной вилке подпаян проводник, соединяющий 1 и 3 ее выводы. Этот проводник подключает измерительный входной контакт мультиметра к датчику только во время измерения температуры. В измерителе температуры применены подстроечные резисторы СПЗ-19а (R1, R9), постоянные С2-29В (R2, R3, R5, R8, R9) и ОМЛТ (остальные). Конденсатор С1 керамический любого типа.
Настройка устройства производится в следующем порядке. Вначале к разъему Х1 подключают датчик температуры и резистором R1 устанавливают напряжение между коллекторами транзисторов VT1 и VT2 равным 2731,5 мВ. После этого термочувствительный преобразователь вместе с медицинским термометром помещают под мышку и через 5 мин сравнивают показания термометра с показаниями на цифровом табло мультиметра, включенного в режим вольтметра на предел 2000 мВ. Если эти показания не совпадают, нужно подстроить мультиметр с помощью резистора R9. Затем следует вновь измерить температуру и в случае необходимости снова производят коррекцию. При достижении одинаковых показаний медицинского термометра и мультиметра настройку завершают.
В заключение нужно отметить, что описанное устройство можно использовать совместно с любым цифровым вольтметром на базе АЦП К572ПВ2, К572ПВ5, К572ПВ6. Возможная область его применения - это дистанционное измерение температуры внутри и вне жилых и подсобных помещений, овоще- и зернохранилищах, на других объектах, требующих температурного контроля.
Литература:
1. Бирюков С., "Микросхемы-термодатчики К1019ЕМ1, К1019ЕМ1А" - Радио №7,1996, с.59
2. Новаченко И. В., Краснодубец Ю. А., "Интегральные схемы для бытовой радиоаппаратуры". - Радио и связь, 1995.
Радио №6, 1999
В. Поротников
г. Екатеринбург