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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Uhrenthermometer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Leistungsregler, Thermometer, Wärmestabilisatoren Auf der LED-Anzeige dieses Geräts ändern sich die Messwerte der aktuellen Uhrzeit periodisch in den Wert der Umgebungstemperatur am Ort des Sensors – einer herkömmlichen Halbleiterdiode. Das Gerät enthält keine Chips, die programmiert werden müssen. Das schematische Diagramm des Uhrenthermometers ist in Abb. dargestellt. 1. Der Teil „Uhr“ basiert auf den bekannten Mikroschaltungen K176IE18 (DD4) und K176IE13 (DD6). Über das Funktionsprinzip und Merkmale der Anwendung kann beispielsweise in [1] nachgelesen werden.
Das Thermometer basiert auf der Mikroschaltung KR572PV6 (DA4) – einem ADC mit doppelter Integration, der in vielerlei Hinsicht den bekannten KR572PV2 und KR572PV5 ähnelt. Die Hauptunterschiede liegen in der höheren Genauigkeit der Spannungsumwandlung in Code (4,5 Dezimalstellen) und in den Ausgangsschaltungen, die für den Anschluss eines dynamischen Digitalanzeigers ausgelegt sind. An den Ausgängen B1, B2, B4, B8 erscheinen abwechselnd BCD-Codes der Ziffern des Konvertierungsergebnisses. Jede Ziffer wird von einem hohen Logikpegel am entsprechenden Ausgang D1 (höchste Dezimalziffer, wird im betrachteten Gerät nicht verwendet) – D5 (niedrigstwertige Ziffer) begleitet. Impulse am STB-Ausgang markieren die Momente des Ziffernwechsels. Der Logikpegel am POL-Ausgang zeigt die Polarität des Ergebnisses an: 1 – positiv, 0 – negativ. Die für den Betrieb des DA4-Chips notwendigen Taktimpulse mit einer Frequenz von ca. 120 kHz werden seinem CLK-Eingang vom Generator über die Elemente DD2.3 und DD2.4 zugeführt. Auf der Mikroschaltung KR142EN19A (DA3) ist ein 2,5-V-Spannungsregler für die Messkreise des Thermometers montiert. Der Kondensator C11 verhindert eine parasitäre Erzeugung. Mit dem Widerstand R21 wird der Strom (ca. 0,14 mA) durch den Temperatursensor – Diode VD12 – eingestellt. Die Spannung an der Diode wird bei konstantem Strom, linear abhängig von der Temperatur, dem IN-Eingang der DA4-Mikroschaltung zugeführt. An seinen Eingang IN + wird vom Motor des Abstimmwiderstands R26 eine Spannung angelegt, die der Spannung an der VD12-Diode bei einer Temperatur von 0 DC entspricht – etwa 600 mV. Mit einem Abstimmwiderstand R200 wird die Referenzspannung von 28 mV am Eingang Uref des ADC eingestellt. Diesen Wert (absolut) hätte die Potentialdifferenz der Eingänge IN+ und IN- bei einer Sensortemperatur von ±100 °C erreicht. Praktisch liegt der Bereich der gemessenen Temperatur bei -60...+99,9 °C. Die R22C15-Schaltung schützt den ADC-Eingang vor Rauschen und Störungen. Der Kondensator C19 dient zur Speicherung der Referenzspannung. Der Kondensator C16 und der Widerstand R39 sind Elemente des Integrators. Der Kondensator C18 ist in der automatischen Nullpunktkorrekturschaltung des ADC enthalten. Die Diode VD12 wird vom Kondensator C13 überbrückt, um Störungen mit einer Frequenz von 50 Hz zu eliminieren, die die Messwerte erheblich verfälschen können. Die Funktionsweise eines solchen Thermometers können Sie in [2] nachlesen. Der Mikroschaltkreis K561LS2 (DD7) – vier UND-ODER-Elemente mit gemeinsamen Strobe-Eingängen – verbindet abwechselnd zwei Quellen für Anzeigeziffernauswahlsignale mit dem Anzeigeknoten: Ausgänge T1-T4 des DD4-Mikroschaltkreises im Zeitanzeigemodus oder Ausgänge D2-D5 des DA4-Mikroschaltung im Temperaturanzeigemodus. Die Signale von den Ausgängen der DD7-Elemente steuern die Transistoren VT8, VT10, VT13, VT14, die abwechselnd die Anzeigen HG1-HG4 einschalten. An den Eingängen von DDI – einem BCD-zu-Sieben-Elemente-Wandler – werden die Signale von den Ausgängen B1, B2, B4, B8, STB der DA4-Mikroschaltung durch die Repeater der DD8-Mikroschaltung geleitet. Die Ausgänge der Mikroschaltung DD1 sind auch mit ihren Eingängen (Konverter DD6) verbunden. Das an den Eingang V DD6 und die Eingänge E und Z DD8 angelegte Steuersignal ermöglicht jedoch, dass nur die Ausgänge einer dieser Mikroschaltungen aktiv sind, wodurch die Ausgänge des anderen in einen passiven (hochohmigen) Zustand. Der passive Zustand der Ausgänge des DD6-Chips hat keinen Einfluss auf den Zeitzählvorgang. Als Ergebnis, wenn log. 1 an Pin 5 des DD5-Zählers, die HG1-HG4-Anzeigen zeigen die Temperatur und mit einem Protokoll an. 0 - Zeit. Der CN-Eingang dieses Zählers empfängt zweite Impulse vom Ausgang 51 DD4-Chips, alle 4 s wechselt der Ausgangspegel 5 und damit auch der Anzeigemodus. Wenn die Kontakte des Schalters SA1 geöffnet werden, stoppt der Zähler in dem Zustand, in dem er sich zum Zeitpunkt des Öffnens befand. Durch Schließen der Kontakte des Schalters SA1 wird der periodische Moduswechsel wieder aufgenommen. Über Stromverstärker an den Transistoren VT1-VT7 werden die Ausgangssignale des DD1-Codewandlers den Anoden der HG1-HG4-Anzeigen zugeführt. Im Temperaturanzeigemodus wird die „zusätzliche“ oberste Ziffer des Indikators durch das am Eingang K des Wandlers DD1 ankommende Signal gelöscht, das vom Element DD3.1 gebildet wird. Das Signal vom Ausgang des Elements DD3.2 bei negativer Temperatur enthält das Element g auf dem Indikator HG1 - das Minuszeichen. Das Element DD3.3 und der Transistor VT11 steuern die LEDs HL1 und HL2. Im Temperaturanzeigemodus sind beide LEDs aus. Im Zeitanzeigemodus blinkt die HL2-LED immer mit einer Frequenz von 1 Hz und die HL1-LED nur, wenn der SA1-Schalter geschlossen ist. Die zweite Kontaktgruppe dieses Schalters, die den Stromkreis des Senders HA1 schließt, ermöglicht das Ertönen des Tonsignals des Weckers. Da der Eingang 12 der DD8-Mikroschaltung mit einem gemeinsamen Draht verbunden ist, schaltet im aktiven Zustand (im Temperaturanzeigemodus) der hohe Logikpegel vom Ausgang 11 dieser Mikroschaltung über die Taste am VT12-Transistor das h-Element ein der HG3-Indikator – ein Dezimalpunkt zwischen den Ziffern von Einheiten und Zehntelgraden. Die Widerstände R48-R56 werden benötigt, um die Spannung mit hohem Logikpegel an den Ausgängen des DA4-Chips zu erhöhen. Die Widerstände R3, R13-R16 sind Lastwiderstände in den Ausgangskreisen der Open-Source-Mikroschaltung DD4. Das Netzteil des Gerätes besteht aus einem Transformator T1 und zwei Vollweggleichrichtern. Einer von ihnen (an den Dioden VD3 und VD4) liefert eine Spannung von +12 V, um die Anodenkreise der HG1-HG4-Anzeigen zu versorgen. Daraus wird mit Hilfe eines integrierten Stabilisators DA1 eine Spannung von +5 V zur Versorgung der Mikroschaltungen des Geräts gewonnen. Aus der Spannung des zweiten Gleichrichters (an den Dioden VD5, VD6) wird mit dem integrierten Stabilisator DA2 eine Spannung von -5 V gewonnen, die für den ADC-Chip DA4 notwendig ist. Als Transformator T1 können Sie jedes Netzwerk mit zwei Sekundärwicklungen für 9-12 V bei einem Laststrom von mindestens 300 mA verwenden. Die Mikroschaltungen DA1 und DA2 ersetzen alle integrierten Stabilisatoren bzw. positive (z. B. KR1157EN502A) und negative (z. B. KR1168EN5) Spannung von 5 V. Im Extremfall kann der negative Spannungsstabilisator auf der Zenerdiode KS156A parametrisch sein . Der im -5-V-Stromkreis verbrauchte Strom überschreitet nicht 3 mA. Backup-Batterie GB1 – drei in Reihe geschaltete galvanische Zellen der Standardgröße AA. Es dient dazu, die Uhr auch dann weiterlaufen zu lassen, wenn keine Netzspannung anliegt. In diesem Fall wird die Batteriespannung über die VD13-Diode nur den „Uhr“-Mikroschaltungen DD4 und DD6 zugeführt. Damit die übrigen Mikroschaltungen, die ohne Strom bleiben, die genannten nicht beeinträchtigen, sind die Widerstände R11, R43-R46 in den sie verbindenden Schaltkreisen in Reihe geschaltet, und der Widerstand R31 hält im Notstrommodus einen niedrigen Logikpegel am Eingang aufrecht V der DD6-Mikroschaltung. Der Widerstand R23 sorgt für das Aufladen der GB1-Batterie im Netzbetrieb. Das Autorenexemplar des Uhrenthermometers ist in einem Kunststoff-Uhrengehäuse des Radiodesigners „Electronics“ montiert. Die Teile sind auf mehreren Glasfaserplatten montiert und hauptsächlich durch hängende isolierte Drähte verbunden. Der Zugang zu den Achsen der Abstimmwiderstände R26 und R28 erfolgt durch die Löcher auf der Rückseite des Gehäuses. Anstelle der im Diagramm angegebenen LED-Anzeigen SC10-21YWA können Sie auch andere mit einer gemeinsamen Kathode verwenden, die in Größe und Leuchtfarbe geeignet sind. Die LEDs HL1, HL2 sind in der Lücke zwischen den Anzeigen HG2 und HG3 platziert. Als Transistoren VT8, VT10, VT13, VT14 können beliebige p-pn-Siliziumstrukturen mit einem Stromübertragungskoeffizienten von mindestens 180 und einem maximalen Kollektorstrom von mindestens 300 mA verwendet werden. Achten Sie bei der Auswahl eines Ersatzes auf die verbleibende Kollektor-Emitter-Spannung im Sättigungsmodus, die die Helligkeit der Anzeigen erheblich beeinflusst. Bei KT530A-Transistoren beträgt sie nicht mehr als 0,13 V. Schallsender HA1 – kleiner Elektromagnet von einem importierten Wecker. Stattdessen können Sie erfolgreich einen dynamischen Kopf mit einem Schwingspulenwiderstand von mindestens 30 Ohm verwenden. Importieren Sie Analoga des KR572PV6-Chips - ICL7135 oder TLC7135. Einige Beispiele solcher ADCs leiden unter „verzerrten“ Eigenschaften – die Ergebnisse der Umwandlung einer positiven und negativen Spannung, die ihr in absoluten Werten entspricht, unterscheiden sich geringfügig (ohne Berücksichtigung des Pegels am POL-Ausgang). Beseitigen Sie den Versatz mit einer Dioden-Widerstandsschaltung, die wie in Abb. gezeigt angeschlossen ist. 2.
Die Einstellung des Uhrenteils des Gerätes ist in [1] ausführlich beschrieben. Und um das Thermometer zu kalibrieren, wird der Temperatursensor (Diode VD12) in schmelzendes Eis oder Schnee gelegt und der Trimmwiderstand R26 erreicht einen Nullwert auf der LED-Anzeige. Wenn dies fehlschlägt, wählen Sie den Wert des Widerstands R25. Durch Absenken des Sensors in heißes Wasser mit einer durch ein Referenzthermometer kontrollierten Temperatur stellt der Widerstand R28 dann den entsprechenden Wert auf der Anzeige ein. Die Helligkeit der Anzeigen HG1-HG4 und der LEDs HL1, HL2 kann bei Bedarf durch Auswahl der Werte der Widerstände R4-R10, R30, R36 erhöht oder verringert werden. Abschließend möchte ich meine Erfahrungen mit der Installation eines Temperatursensors im Freien teilen. Es sollte so weit wie möglich von den Fenstern und Wänden des Hauses entfernt sein, gut vom Wind geblasen, aber vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt sein. Der beste Platz ist der äußere Teil des Balkongeländers. Senkrecht dazu ist ein horizontaler Holzblock mit einem Querschnitt von 30x30 mm und einer Länge von ca. 500 mm befestigt. Am Ende der Stange, weit vom Balkon entfernt, ist in einem Winkel von 30° eine Sonnenblende mit den Maßen 300x300 mm aus mindestens 10 mm dickem Sperrholz angebracht. Unter dem Visier wird in einem Abstand von 40 ... 60 mm von der Mitte seiner Unterseite eine VD12-Diode platziert, nachdem diese zuvor in eine feuchtigkeitsdichte Kapsel mit geeignetem Volumen, beispielsweise unter dem Medikament, platziert wurde. Die Öffnung in der Kapsel, durch die die Anschlussdrähte herausgeführt werden, sollte verschlossen werden. Literatur
Autor: V. Surov, Gorno-Altaisk
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