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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Universelles elektronisches Thermometer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren Mit dem hier beschriebenen Thermometer können Sie die Temperatur an einzelnen Stellen von Motor, Transformator, Transistorgehäuse, Diode, Lötkolbenspitze und anderen Geräten messen. Bereiche der gemessenen Temperaturen - 0...100°С und 0...1000°С. Der Temperatursensor des Thermometers ist ein aus Drähten mit einem Durchmesser von 0.2 mm geschweißtes Chromel-Alumel-Thermoelement. Der Wert der vom Thermoelement erzeugten EMK ist bekanntlich proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem „heißen“ und dem „kalten“ Ende des Thermoelements. Das betreffende elektronische Thermometer verfügt über eine automatische Kompensation der Temperatur der kalten Enden des Thermoelements t. ("Raum") damit. so dass das Messgerät die Temperatur des Objekts t anzeigt. und nicht sein Unterschied: t - t. Das schematische Diagramm des Thermometers ist in der Abbildung dargestellt.
Es besteht aus einer Messbrücke (VT1, VT2, RK1, R1-R5). Spannungsstabilisator für seine Versorgung (VT3, VT4, R6), Thermoelement VK1. Spannungsverstärker (DA1, DA2, R7-R11, SA1), Mikroamperemeter PA1, Netzschalter SA2 und Netzteil GB1. In den unteren Zweigen der Messbrücke sind ein Kupferthermistor RK1 und ein Widerstand R3 enthalten, und in den oberen Zweigen sind die Stromstabilisatoren dieser Widerstände an den Transistoren VT1 und VT2 enthalten. und in seiner Messdiagonale - ein Thermoelement VK1 und nichtinvertierende Eingänge der Mikroschaltungen DA1, DA2 des Spannungsverstärkers. Aufgrund der sehr hohen Eingangsimpedanz des Verstärkers fließt in der Messdiagonale praktisch kein Strom und seine Eingangsspannung (Uw) wird durch den Spannungsabfall an den Widerständen R3 nicht beeinflusst. RK1 und Thermoelementleiter. Die Vergleichsstelle des Thermoelements muss sich im Thermometergehäuse befinden. Bei einer Änderung der Temperatur t (bei konstantem t) ändern sich die Spannung am Thermistor RK1 (Urk1) und die EMK des Thermoelements E gegenphasig, sodass ihre Summe immer konstant bleibt. Damit der Nullpunkt auf der Skala des Messgeräts PA1 einer Temperatur von 0 °C entspricht und die Thermometerwerte nicht von der Temperatur tk abhängen, wird die Spannung am Widerstand R3 gleich URz = UPC10 = K eingestellt / LRx. (1). wobei Urk1o – Spannung an RK1 bei t.=0°C; K – Thermoleistungskoeffizient des Thermoelements: LRK1 – Temperaturkoeffizient des Widerstands des Widerstands RK1. Abhängigkeit (1) ist gültig, wenn die folgende Ungleichung beobachtet wird: LRk1 „LR3 (2). Diese Bedingung kann leicht erfüllt werden, wenn RK1 mit einem Kupferdraht umwickelt ist und der MLT-Widerstand als R3 verwendet wird. Wenn die Anforderungen (1) und (2) erfüllt sind, ist die Eingangsspannung Uk = K t (3). Die gleiche Spannung wird an den Widerstand R8 (im Bereich der gemessenen Temperaturen 0 ... 10CGS) oder an den Widerstand P9 (im Bereich) angelegt 0 ... 1000X). Da der Operationsverstärker DA1 nach der Spannungsfolgerschaltung und der Operationsverstärker DA2 nach dem Schema eines nichtinvertierenden Verstärkers angeschlossen ist, beträgt der Strom im Rückkopplungskreis RA1. R10 ist gleich: loc = Uin / R, wobei R der Widerstandswert des Widerstands R8 oder R9 ist. Unter Berücksichtigung der Gleichung (3) ╡os = K t / R, d. h. der Strom durch das Mikroamperemeter PA1 ist direkt proportional zur Temperatur des Objekts t. Als PA1 wurde ein 100 μA Mikroamperemeter verwendet. Der Widerstand RK1 ist auf eine 20 mm dicke Textolithplatte 10x1 mm mit isoliertem Kupferdraht von 0.1 mm Durchmesser bis zu einem Widerstand von 60 ... 100 Ohm gewickelt. Als Spannungsregler der Messbrücke ist der Transistor VT3 enthalten. Seine Funktionen können von jedem Siliziumtransistor mit geringer Leistung und einer Durchbruchspannung des Basis-Emitter-Übergangs unter 7 V ausgeführt werden. Transistoren VT1, VT2, VT4 – alle Feldeffekttransistoren mit geringer Leistung und pn-Übergang. Abschaltspannung VT1. VT2 - nicht mehr als 4 V. a VT4 - nicht mehr als 2 V. Die Summe der Abschaltspannung des Transistors VT4 und der Stabilisierungsspannung des Transistors VT3 muss kleiner als die Batteriespannung GB1 sein. und je kleiner dieser Betrag ist, desto tiefer ist die Batterieentladung und das Thermomef bleibt betriebsbereit. Micropower-Operationsverstärker werden nur aus Gründen des minimalen Stromverbrauchs verwendet. Bei der Stromversorgung des Thermometers über das Stromnetz wie DAI, DA2 ist es wünschenswert, Präzisions-Operationsverstärker zu verwenden. Trimmerwiderstände R2, R5, R8, R9 – Multiturn – SP5-2V oder ähnliche. Die restlichen Widerstände sind MLT-0.125. Die Justierung des Thermometers beginnt mit der Berechnung der Spannung UR3. Für das „Chromel-Alumel“-Thermoelement ist K = 4.065 · 10-2 mV/°C. Für Kupfer LRK1 = 4.3 · 10-3/°С. Mit Gleichheit (1). wir erhalten URc =4.065 · 10-2/ 4.3' · 10-3 = 9,453 mV. Als nächstes wird der Schalter SA2 geschlossen. Parallel zum Widerstand R3 wird ein Voltmeter (vorzugsweise digital) geschaltet und mit dem Widerstand R5 die berechnete Spannung mit höchstmöglicher Genauigkeit eingestellt. Danach wird der Schalter SA1 in die Position „100°“ gebracht. Senken Sie die Thermoelementverbindung in ein Gefäß mit schmelzendem Eis und stellen Sie den Pfeil des Mikroamperemeters PA2 am Widerstand R1 auf 0 ein. Wenn der Widerstand R2 oder P5 nicht über genügend Kontrollgrenzen verfügt, sollte der Widerstand R1 oder R4 entsprechend ersetzt werden. Dann wird die Thermoelementverbindung in ein Gefäß mit kochendem Wasser abgesenkt und der Widerstand R8 stellt den Pfeil PA1 auf die letzte Skalenteilung – 100 μA. Ohne das Thermoelement aus kochendem Wasser zu entfernen, schalten Sie SA1 außerdem auf die Position „1000 °“ und stellen Sie den Pfeil PA9 durch Widerstand R1 auf 10 μA ein. Damit ist die Einrichtung abgeschlossen. Während des Betriebs des Geräts zeigt das Verschwinden des PA1-Pfeils an der Messgrenze von 100 °C bei Raumtemperatur an, dass die GB1-Batterie entladen ist und ausgetauscht werden muss. Die maximale Versorgungsspannung des Thermometers wird durch die zulässige Versorgungsspannung des OU (für K140UD12-Mikroschaltungen UMa.c = 15 V) oder die zulässige Drain-Gate-Spannung des VT4-Transistors zuzüglich der Stabilisierungsspannung des Basis-Emitter-Übergangs von bestimmt der VT3-Transistor. Die minimale Versorgungsspannung unterscheidet sich von der Summe der Stabilisierungsspannung VT3 und der Abschaltspannung des Transistors VT4 (die Umin des Autors betrug 7,5 V). Der vom Thermometer verbrauchte Strom beträgt 0,6 ... 0,9 mA. Bei der Messung negativer Temperaturen sollten die Enden der Thermoelementverbindung zum Thermometer vertauscht werden. Das Chromel-Alumel-Thermoelement wurde vom Autor wegen seiner hohen Betriebstemperatur (bis zu 1300 °C) verwendet. Wenn die Grenze der gemessenen Temperaturen 500 °C nicht überschreitet, können Sie ein Chromel-Kopel-Thermoelement nehmen oder ein Thermoelement aus einem anderen verfügbaren Metallpaar (Legierungen) schweißen. Es ist offensichtlich, dass das neue Paar einen anderen Wert des ThermoEMF-Koeffizienten K und dementsprechend einen anderen Wert von Ug haben wird. Der Wert des Koeffizienten K kann berechnet werden, indem man dem Handbuch die ThermoEMF-Werte dieser mit Platin gepaarten Metalle entnimmt und sie voneinander subtrahiert oder den Wert von K experimentell bestimmt. Dazu sollte das Thermoelement an ein digitales Millivoltmeter angeschlossen und zunächst in ein Gefäß mit schmelzendem Eis und dann in ein Gefäß mit kochendem Wasser gestellt werden, wobei jeweils die Voltmeterwerte (unter Berücksichtigung des Vorzeichens) aufgezeichnet werden. Dann müssen Sie die Differenz zwischen den erhaltenen Werten ermitteln und durch 100 dividieren. Abschließend möchte ich auf die Vorteile eines Thermoelements gegenüber anderen Temperatursensoren hinweisen. Erstens kleine Abmessungen (der Durchmesser der aus einem Draht mit einem Durchmesser von 0,2 mm geschweißten Thermoelement-Lötkugel überschreitet nicht 0,5 mm; wenn der Draht dünner ist, wird die Kugel kleiner). Zweitens die Austauschbarkeit, d. h. die Möglichkeit, in regelmäßigen Abständen eine beliebige Anzahl von Thermoelementen, die an verschiedenen Objekten oder an verschiedenen Stellen eines Objekts installiert sind, an ein Thermometer anzuschließen. Bei Halbleiterthermistoren oder Dioden ist dies aufgrund der Streuung ihrer Parameter nicht möglich. Drittens die hohe Betriebstemperatur, die das Thermoelement bei der Messung von Temperaturen über 15 °C unverzichtbar macht. Viertens: vernachlässigbare Kosten und einfache Herstellung und Reparatur. Fünftens besteht in den allermeisten Fällen keine Notwendigkeit, das Thermoelement von der Umgebung zu isolieren, selbst wenn die Temperatur von Elektrolyten gemessen wird. Aufgrund des geringen Wertes der ThermoEMF ist der elektrochemische Prozess im Thermoelement unmöglich, daher schließt der Elektrolyt es natürlich nicht, vorausgesetzt, dass die Materialien des Thermoelements selbst nicht chemisch mit diesem Elektrolyten interagieren. Autor: V.Burkov, Ivanovo
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