P R O J E K T Y Termometr dynamiczny
Termometr dynamiczny
kit AVT-246
W artykule opisano
nieskomplikowany układ do
pomiaru temperatury. Mołe
on mierzyĘ temperatury
w przedziale -30..+150oC. Na
wyjÅ›ciu pojawia siÍ napiÍcie
Tym złączem
odpowiadajÄ…ce temperaturze
mołe byĘ zwykła dioda, złącze
wyrałonej w stopniach
tranzystora, albo teł specjalizowa-
Celsjusza ze wspÛÅ‚czynnikiem
W ciągu kilku lat ny układ scalony, zawierający
10mV/oC.
istnienia EP zaprezentowano na dodatkowe układy przetwarzania
Bardzo cennÄ… zaletÄ…
jej Å‚amach szereg ukÅ‚adÛw auto- i kompensacji (LM335, LM35,
układu jest mołliwośĘ
matyki, regulacji i sterowania. itp.).
wspÛÅ‚pracy jednego
MiÍdzy innymi przedstawiono OgÛlna zasada pracy czujnikÛw
przetwornika z kilkoma
wiele sposobÛw pomiaru tempe- temperatury tego typu jest poka-
czujnikami, a takłe mołliwośĘ
ratury. Kity AVT-104/1, AVT-233, zana na rys. 1.
wymiany czujnikÛw bez
AVT-242 cieszÄ… siÍ ciÄ…gle niesÅ‚ab- Rys. 1a pokazuje stosowanÄ…
potrzeby kaÅ‚dorazowej nÄ…cym zainteresowaniem. Wymie- najczÍÅ›ciej metodÍ z wykorzysta-
nione ukÅ‚ady majÄ… szereg zalet, niem ürÛdÅ‚a prÄ…dowego. Przy bliÅ‚-
kalibracji termometru. Układ
ale teÅ‚ jednÄ… wspÛlnÄ… wadÍ: przy szej analizie obwodu okazuje siÍ,
mołe byĘ wykorzystany do
wymianie uszkodzonego czujnika Å‚e napiÍcie na zÅ‚Ä…czu (reprezen-
wspÛÅ‚pracy z moduÅ‚ami
na inny egzemplarz wymagajÄ… towanym na rysunku przez diodÍ)
rodziny AVT-104, albo
ponownej kalibracji. O ile jedno- nie zmienia siÍ idealnie liniowo
z dowolnym woltomierzem
razowa kalibracja po wykonaniu wraz ze zmianami temperatury.
napiÍcia staÅ‚ego
ukÅ‚adu jest czymÅ› samo przez siÍ NapiÍcie na zÅ‚Ä…czu p-n wyraÅ‚a siÍ
o zakresie 2V.
zrozumiałym, to dla urządzenia, bowiem wzorem
ktÛre zostaÅ‚o zainstalowane do ëÅ‚ öÅ‚
Wg kT Tn
ëÅ‚ öÅ‚
ìÅ‚ ÷Å‚
Up-n = - ìÅ‚ ÷Å‚
" lnìÅ‚A
ciągłej pracy w jakimś systemie
q q IF ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
automatyki, ponowna kalibracja
moÅ‚e wiÄ…zaĘ siÍ ze znacznymi gdzie:
niewygodami. W - rÛÅ‚nica energii miÍdzy pas-
g
W niniejszym artykule, do ktÛ- mem walencyjnym i przewo-
rego pomysÅ‚ zaczerpniÍto z mie- dzenia;
siÍcznika Elektor Elektronik, k - staÅ‚a Boltzmana;
przedstawiono jeszcze jeden spo- q - Å‚adunek elektronu;
sÛb pomiaru temperatury, ktÛry A - staÅ‚a zaleÅ‚na od geometrii
nie ma wspomnianej wady. Układ złącza;
wymaga jednokrotnej kalibracji, T - temperatura bezwzglÍdna (w
natomiast po wymianie czujnika Kelwinach);
nie wymaga ani kalibracji, ani n - wykÅ‚adnik potÍgi (dla krzemu
sprawdzania parametrÛw. okoÅ‚o 3);
a) b)
Wszystko to dziÍki zastosowa- IF - prÄ…d przewodzenia zÅ‚Ä…cza.
niu oryginalnego sposobu pomiaru. Nie wgÅ‚ÍbiajÄ…c siÍ w szczegÛÅ‚y,
W wiÍkszoÅ›ci ukÅ‚adÛw pomia- naleÅ‚y zauwaÅ‚yĘ, Å‚e napiÍcie nie
ru temperatury wykorzystuje siÍ tylko liniowo zmniejsza siÍ zgod-
zaleÅ‚nośĘ od temperatury napiÍ- nie z czynnikiem
cia na złączu p-n. Jak wiadomo,
kT
przy stałym prądzie przewodze-
q
nia, napiÍcie na zÅ‚Ä…czu p-n
zmniejsza siÍ o okoÅ‚o 2..2,3mV na
Rys. 1. Najprostsze przetworniki
kaÅ‚dy stopieÒ przyrostu tempera-
temperatura-napięcie.
tury.
Elektronika Praktyczna 2/98
49
Termometr dynamiczny
piÍcie na rezystorze, a to oznacza spadek napiÍcia zaleÅ‚ny od war-
a)
wzrost prądu płynącego przez tości tego prądu. W najprostszym
rezystor, czyli prÄ…du IF. RozwaÅ‚a- przypadku zmiany napiÍcia mogÄ…
nia dotyczące optymalnego dobo- mieĘ charakter skokowy, czyli
ru napiÍcia zasilania i wartoÅ›ci przebieg prÄ…du moÅ‚e mieĘ ksztaÅ‚t
rezystora z rys. 1b wykraczają po- prostokątny. W układzie z rys. 2a
za ramy tego artykuÅ‚u. zapewniajÄ… to dwa ürÛdÅ‚a prÄ…do-
W kałdym razie, obie metody we i generator sterujący przełącza-
z rys. 1 nie tylko nie gwarantujÄ… niem tych ürÛdeÅ‚.
idealnej liniowoÅ›ci, ale teÅ‚ napiÍ- W efekcie na diodzie wystÄ…pi
cie zaleÅ‚y od egzemplarza uÅ‚ytej napiÍcie o przebiegu pokazanym
diody lub tranzystora. Rozrzuty na rys. 2b. årednie napiÍcie na
b)
parametrÛw dla poszczegÛlnych eg- diodzie, oznaczone na rysunku
zemplarzy, nawet pochodzących UD, tym razem nas zupełnie nie
z tej samej serii produkcyjnej, siÍ- interesuje. OczywiÅ›cie, to napiÍ-
gajÄ… kilku stopni. KaÅ‚da wymiana cie bÍdzie zaleÅ‚eĘ od temperatu-
czujnika musi siÍ wiÍc wiÄ…zaĘ ry, ale nie tÍ zaleÅ‚nośĘ wykorzys-
z ponownÄ… kalibracjÄ… i to kalibra- tamy. InteresowaĘ nas bÍdzie war-
cjÄ… dwupunktowÄ… (to znaczy dla tośĘ zmian napiÍcia "U. Okazuje
Rys. 2. Zasada działania
dwÛch rÛÅ‚nych temperatur). Oczy- siÍ, Å‚e wartośĘ tych zmian jest
przetwornika wykorzystujÄ…cego
wiście, przy pomiarach kilku czuj- wprost proporcjonalna do tempe-
zmiany rezystancji dynamicznej.
nikami, kaÅ‚dy czujnik musi wspÛÅ‚- ratury. OczywiÅ›cie, zaleÅ‚y teÅ‚ od
ale takÅ‚e nieco zmienia siÍ nie- pracowaĘ z oddzielnym ukÅ‚adem wartoÅ›ci prÄ…dÛw I1 oraz I2. Dla
liniowo wskutek czynnika kalibracji, nie moÅ‚na wiÍc zasto- nas jest bardzo waÅ‚ne, Å‚e jeÅ›li
sowaĘ wspÛlnego przetwornika. oba prÄ…dy bÍdÄ… zmieniaĘ siÍ
ëÅ‚ öÅ‚
Tn ÷Å‚
lnìÅ‚A
Wymienionych niedostatkÛw w tym samym stosunku, to ich
ìÅ‚ ÷Å‚
IF
íÅ‚ Å‚Å‚
nie ma opisany dalej ukÅ‚ad, opie- bezwzglÍdne wartoÅ›ci nie muszÄ…
Ten drugi czynnik powoduje, rający swe działanie na zmianie byĘ wcale stałe. Innymi słowami
łe w zakresie zmian temperatury rezystancji dynamicznej złącza wystarczy utrzymaĘ stałą wartośĘ
o 150oC, nieliniowośĘ wynosi pod wpływem temperatury. stosunku I1/I2, a to z technicznego
mniej wiÍcej 0,5oC. W praktyce punktu widzenia nie jest trudne.
nie jest to duło, ale w najbardziej Zasada działania Wracając do rys. 2b, mołemy
precyzyjnych ukÅ‚adach pomiaru Nie wchodzÄ…c gÅ‚Íboko w teoriÍ podsumowaĘ powyÅ‚szy wywÛd,
temperatury jest to bÅ‚Ä…d nie do pÛÅ‚przewodnikÛw i pominÄ…wszy Å‚e jeÅ›li utrzymamy staÅ‚Ä… wartośĘ
pominiÍcia. zawiÅ‚e rozwaÅ‚ania, wystarczy za- stosunku I1/I2, to zmiany napiÍcia
Wspomniany drugi szkodliwy poznaĘ siÍ z koÒcowymi wnioska- "U bÍdÄ… Å›ciÅ›le proporcjonalne do
czynnik mołna w dułym stopniu mi analizy: rezystancja dynamicz- temperatury. Ze wzrostem tempe-
wyeliminowaĘ, zmieniajÄ…c odpo- na (rÛÅ‚niczkowa), czyli przyrost ratury wielkośĘ "U bÍdzie linio-
wiednio wartośĘ IF w funkcji tem- napiÍcia na diodzie przy przyroÅ›- wo rosÅ‚a.
peratury. Chodzi o to, by cie prądu, liniowo zaleły od Naleły tu podkreśliĘ, łe jest to
temperatury. przeciwnie, nił w przypadku
ëÅ‚ öÅ‚
Tn ÷Å‚
lnìÅ‚A = const.
Øeby praktycznie wykorzystaĘ zmian napiÍcia przewodzenia -
ìÅ‚ ÷Å‚
IF
íÅ‚ Å‚Å‚
ten wniosek, wystarczy zbudowaĘ napiÍcie przewodzenia UD maleje
Aby to osiÄ…gnąĘ naleÅ‚y zapewniĘ: ukÅ‚ad, ktÛrego zasada dziaÅ‚ania ze wzrostem temperatury. NapiÍ-
jest pokazana na rys. 2a. cie przewodzenia, jak wiadomo,
Tn
= const
Chodzi o to, by przez diodÍ zmienia siÍ ze stosunkowo duÅ‚ym
IF
przepuszczaĘ prÄ…d o zmieniajÄ…cym wspÛÅ‚czynnikiem -2..-2,3mV/oC.
czyli prÄ…d IF powinien zwiÍkszaĘ siÍ natÍÅ‚eniu. Na diodzie wystÄ…pi Natomiast zmiany napiÍcia "U
siÍ ze wzrostem temperatury tak
samo, jak zwiÍksza siÍ czynnik Tn.
MoÅ‚e to siÍ wydaĘ dziwne, ale
nieco lepszą liniowośĘ mołna
uzyskaĘ w układzie ze stałą war-
toÅ›ciÄ… napiÍcia, a nie prÄ…du.
Niedoskonałą, ale przybliłoną
kompensacjÍ wspomnianego
szkodliwego czynnika mołna
uzyskaĘ w układzie z rys. 1b, do-
bierając odpowiednio wartości na-
piÍcia i rezystancji. NaleÅ‚y za-
uwałyĘ, łe wraz ze wzrostem
temperatury napiÍcie na diodzie
siÍ zmniejsza, czyli przy staÅ‚ym
napiÍciu zasilajÄ…cym wzrasta na-
Rys. 3. Schemat blokowy modułu.
Elektronika Praktyczna 2/98
50
Termometr dynamiczny
majÄ… wspÛÅ‚czynnik zaleÅ‚ny od dzy punktami A i B Å‚aduje siÍ do punktu C nie bÍdzie doÅ‚Ä…czone ob-
stosunku I1/I2, i przy I1/I2 = 10 pewnego napiÍcia. Nie jest waÅ‚ne, ciÄ…Å‚enie, zmieniajÄ…ce napiÍcie na
wynosi on mniej wiÍcej 0,2mV/oC. jakÄ… wartośĘ ma to napiÍcie. tym drugim kondensatorze.
Wprawdzie zmiany, ktÛre trze- WaÅ‚ne jest tylko, Å‚e napiÍcie na BliÅ‚sza analiza pokazuje, Å‚e na
ba wykryĘ i zmierzyĘ sÄ… tu znacz- kondensatorze nie moÅ‚e nagle siÍ wyjÅ›ciu prostownika moÅ‚e wystÄ…-
nie mniejsze, ale na szczÍÅ›cie zmieniĘ i Å‚e w punkcie B napiÍ- piĘ nie tylko napiÍcie dodatnie,
w grÍ wchodzi przebieg zmienny, cie ma wtedy dokÅ‚adnie wartośĘ ale i ujemne. Wszystko to bÍdzie
ktÛry moÅ‚na bez trudu i bez is- zero - potencjaÅ‚ masy. zaleÅ‚eĘ od synchronizacji przebie-
totnych bÅ‚ÍdÛw wzmocniĘ we W momencie, gdy na wyjÅ›ciu gu przeÅ‚Ä…czajÄ…cego przeÅ‚Ä…cznik
wzmacniaczu zmiennoprÄ…dowym. wzmacniacza pojawi siÍ ìgÛrna XYZ z przebiegiem w punkcie A.
Dlatego do wykonania prak- poÅ‚Ûwkaî przebiegu zostanÄ… zwar- Wnikliwsi Czytelnicy zaprotes-
tycznego ukÅ‚adu pomiarowego, te punkty Z-Y. NapiÍcie w punk- towali moÅ‚e przy wyjaÅ›nieniu, Å‚e
pracujÄ…cego na przedstawionej za- cie A wzroÅ›nie od wartoÅ›ci ìbar- napiÍcie na drugim kondensatorze
sadzie, potrzebne sÄ… bloki poka- dziej ujemnejî do wartoÅ›ci ìbar- pamiÍtajÄ…cym w chwili zwarcia
zane na rys. 3. dziej dodatniejî, czyli dokÅ‚adnie przeÅ‚Ä…cznika Z-Y stanie siÍ rÛwne
Zmienny sygnaÅ‚ z diody po- o wartośĘ miÍdzyszczytowÄ… prosto- wartoÅ›ci napiÍcia miÍdzyszczyto-
miarowej (pokazany na rys. 2b) wanego przebiegu zmiennego. Na- wego. Rzeczywiście, w prostym
jest podawany na wzmacniacz piÍcie na kondensatorze nie moÅ‚e wyjaÅ›nieniu pominiÍto przepÅ‚yw
przebiegu zmiennego. Wzmocnio- siÍ gwaÅ‚townie zmieniĘ, bo w kon- Å‚adunku z jednego kondensatora
ny sygnał prostokątny jest pros- densatorze zmagazynowany jest pe- do drugiego. Podany wniosek jest
towany w specjalnym prostowni- wien Å‚adunek. A wiÍc po wzroÅ›cie jednak sÅ‚uszny! SprawÍ przepÅ‚y-
ku synchronicznym. ZmianÄ… prÄ…- napiÍcia w punkcie A, dokÅ‚adnie wu Å‚adunkÛw miÍdzy kondensa-
du diody pomiarowej i pracÄ… pros- o tyle samo wzroÅ›nie napiÍcie torami i zwiÄ…zanych z tym zmian
townika zarzÄ…dza generator steru- w punkcie B. Tak wiÍc w tej fazie napiÍĘ naleÅ‚y braĘ pod uwagÍ
jÄ…cy. Na wyjÅ›ciu prostownika napiÍcie w punkcie B bÍdzie do- tylko w momencie pierwszego
uzyskuje siÍ napiÍcie staÅ‚e, rÛwne kÅ‚adnie rÛwne napiÍciu miÍdzy- wÅ‚Ä…czenia i podczas gwaÅ‚townych
miÍdzyszczytowej wartoÅ›ci szczytowemu prostowanego prze- zmian amplitudy przebiegu. Na
wzmocnionego przebiegu zmien- biegu. Pokazuje to przebieg napiÍ- rys. 4b liniÄ… przerywanÄ… pokaza-
nego. To napiÍcie staÅ‚e jest po- cia w punkcie B na rys. 4b. no, jak bÍdÄ… siÍ zmieniaĘ napiÍcia
dawane na układ kalibracji, na Poniewał punkty Z-Y są zwarte, po pierwszym włączeniu. Potem,
ktÛrego wyjÅ›ciu jest dostÍpne na- napiÍcie na drugim kondensatorze, gdy zmiany temperatury i odpo-
piÍcie Å›ciÅ›le odpowiadajÄ…ce tem- czyli napiÍcie w punkcie C bÍdzie wiadajÄ…ce im zmiany napiÍĘ bÍdÄ…
peraturze wyraÅ‚onej w stopniach rÛwne napiÍciu w punkcie B. W na- bardzo powolne i niewielkie, moÅ‚-
Celsjusza, o wspÛÅ‚czynniku stÍpnej fazie pracy, gdy znÛw na spokojnie przyjąĘ, Å‚e przebiegi
+10mV/oC (co daje na przykÅ‚ad zwarte bÍdÄ… punkty Z-X, ten drugi sÄ… takie, jak pokazuje linia ciÄ…gÅ‚a.
0V przy 0oC, -200mV przy -20oC kondensator bÍdzie peÅ‚niÅ‚ rolÍ pa-
i +1,00V przy +100oC). miÍci - po prostu zapamiÍta na-
Dla uzyskania takiego sygnaÅ‚u piÍcie miÍdzyszczytowe. W rezulta-
a)
wyjÅ›ciowego ukÅ‚ad musi teÅ‚ za- cie, w punkcie C napiÍcie staÅ‚e
wieraĘ precyzyjne ürÛdÅ‚o napiÍcia bÍdzie rÛwne miÍdzyszczytowej
wzorcowego. wartości przebiegu badanego. Oczy-
Zasada pracy prostownika syn- wiście pod warunkiem, łe do
chronicznego jest zilustrowana na
b)
rys. 4. Rys. 4a pokazuje uprosz-
czony schemat ideowy, a rys. 4b
- przebiegi w kluczowych punk-
tach oznaczonych A, B, C.
Celem jest uzyskanie na wyj-
Å›ciu (punkt C) napiÍcia staÅ‚ego,
o wartości odpowiadającej wartoś-
ci miÍdzyszczytowej przebiegu
prostokątnego z punktu A. Mołna
to łatwo osiągnąĘ, gdy praca
przełącznika XYZ jest zsynchroni-
zowana z przebiegiem w punkcie
A. Jak widaĘ na rys. 4b, zawsze
gdy przebieg z punktu A ma war-
tośĘ bardziej dodatnią, zwarte są
punkty Z-Y. Gdy prostowany prze-
bieg ma wartośĘ bardziej ujemną,
zwarte sÄ… punkty Z-X.
Zasada pracy jest bardzo pros-
ta. Przy zwarciu punktÛw Z-X,
kondensator umieszczony pomiÍ-
Rys. 4. Zasada działania przetwornika synchronicznego.
Elektronika Praktyczna 2/98
51
Termometr dynamiczny
Rys. 5. Schemat elektryczny układu.
Opis układu CMOS 4047. Takie uproszczenie z kolektorem. Właśnie takie połą-
Pełny schemat ideowy układu jest dopuszczalne, poniewał dla czenie pozwala zminimalizowaĘ
termometra jest pokazany na rys. działania układu kluczowe zna- szkodliwy wpływ rezystancji roz-
5. PorÛwnanie rysunkÛw 3 i 5 po- czenie majÄ… nie tyle wartoÅ›ci proszonej bazy.
zwoli szybko zidentyfikowaĘ po- bezwzglÍdne prÄ…dÛw, a tylko sto- Na schemacie obok diody D1
szczegÛlne bloki i punkty poÅ‚Ä…czeÒ. sunek tych prÄ…dÛw. narysowano tranzystor PNP. MoÅ‚e
ModuÅ‚ jest przeznaczony do Przebieg zmienny, wystÍpujÄ…cy to byĘ oczywiÅ›cie takÅ‚e tranzystor
zasilania napiÍciem bipolarnym na zÅ‚Ä…czu pomiarowym D1, jest NPN. W praktyce, w wielu przy-
o sumarycznej wartości do 18V. wzmacniany we wzmacniaczu padkach, tranzystory PNP okazują
Te 18V to granica wynikajÄ…ca US1C. Na schemacie ideowym siÍ wygodniejsze. W roli czujnika
z zastosowania ukÅ‚adÛw rodziny w roli czujnika narysowano dio- moÅ‚na wykorzystywaĘ nie tylko
CMOS 4000. dÍ. W praktyce, dla uzyskania popularne tranzystory w plastyko-
Moduł mołe zastąpiĘ układy dobrej liniowości i powtarzalności wej obudowie T0-92. Szybszą re-
AVT-104/1, AVT-233 i AVT-242 nie naleÅ‚y stosowaĘ typowych akcjÍ na zmiany temperatury za-
i jest przeznaczony do wspÛÅ‚pracy diod, tylko tranzystory w poÅ‚Ä…cze- pewniÄ… tranzystory w metalowej
z wcześniej opisanymi modułami niu diodowym. obudowie, na przykład BC177 czy
automatyki, na przykład AVT- W strukturze diody, podczas 2N2907. W wielu przypadkach,
104/2, -104/3, -104/5, -104/R. przepÅ‚ywu prÄ…du, rozkÅ‚ad gÍstoÅ›ci jeszcze lepszym rozwiÄ…zaniem bÍ-
Dwa ürÛdÅ‚a prÄ…dowe zostaÅ‚y prÄ…du przewaÅ‚nie bywa niejedno- dzie wykorzystanie w roli czujnika
uproszczone i ich rolÍ peÅ‚niÄ… re- rodny. MoÅ‚e to powodowaĘ pew- tranzystora mocy w obudowie TO-
zystory R1 i R3. Tranzystor T1 ne bÅ‚Ídy w przypadku wymiany 126 czy TO-220. Taki tranzystor
peÅ‚ni rolÍ przeÅ‚Ä…cznika zmienia- egzemplarza czujnika. moÅ‚e zostaĘ przykrÍcony do obiek-
jÄ…cego wartośĘ prÄ…du w takt prze- Lepsze wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci pomiarowe tu, ktÛrego temperaturÍ mierzy, za
biegu sygnału generatora sterują- zapewnia tranzystor w połączeniu pomocą jednej śrubki - nie trzeba
cego, zrealizowanego na układzie diodowym, czyli ze zwartą bazą dodawaĘ, łe zapewni to znakomity
Elektronika Praktyczna 2/98
52
Termometr dynamiczny
kontakt termiczny i duÅ‚Ä… szybkośĘ Wzmacniacz ten peÅ‚ni rolÍ ürÛdÅ‚a
WYKAZ ELEMENTÓW
reakcji czujnika. W takim przypad- napiÍcia przesuniÍcia (offsetu).
Rezystory
ku zazwyczaj korzystne bÍdzie, Chodzi o to, Å‚e napiÍcie miÍdzy-
R1: 1M&!/1% (825k&!..1,15M&!/1%)
jeśli z masą modułu (punkt O) szczytowe na diodzie pomiarowej
R2: 100k&!/1%
bÍdzie poÅ‚Ä…czona obudowa lub jest proporcjonalne do temperatu-
R3, R7, R16: 100k&!
wkÅ‚adka radiatorowa tranzystora, ry bezwzglÍdnej, czyli temperatu-
R4: 1M&!
ktÛra jak wiadomo jest poÅ‚Ä…czona ry wyraÅ‚onej w Kelwinach. JeÅ›li
R5: 1k&!/1%
z kolektorem - stąd tranzystor PNP. na wyjściu modułu chcemy otrzy-
R6, R13: 23,7k&!/1%
ChoĘ sygnaÅ‚ pomiarowy z czuj- maĘ napiÍcie odpowiadajÄ…ce skali
R8, R9, R11, R12: 12,1k&!/1%
nika ma małą wartośĘ, nie trzeba Celsjusza, to musimy wprowadziĘ
R10: 2,2k&!
tu stosowaĘ wzmacniacza o duÅ‚ej przesuniÍcie (czyli offset) odpo-
R14, R15: 10k&!
stabilności i małym dryfcie wej- wiadające 273 stopniom. Właśnie
R17: 1k&!
Å›ciowego napiÍcia niezrÛwnowa- na wyjÅ›ciu wzmacniacza US1D PR1, PR2: 10k&! helitrim
Å‚enia, poniewaÅ‚ jest wzmacniany wystÍpuje potrzebne napiÍcie. Na- Kondensatory
C1: 1nF
przebieg zmienny, a nie staÅ‚y. Is- piÍcie to uzyskuje siÍ ze ürÛdÅ‚a
C2, C6, C7: 220nF foliowy MKT
totne jest tylko, aby wspÛÅ‚czynnik napiÍcia odniesienia LM385 1,2V
lub MKSE
wzmocnienia byÅ‚ staÅ‚y, dlatego (US4). DokÅ‚adnÄ… wartośĘ napiÍcia
C3, C4: 1µF foliowy MKT lub
tylko rezystory R5 i R6 wyznacza- przesuniÍcia ustala siÍ podczas
MKSE
jące wzmocnienie muszą mieĘ kalibracji modułu z pomocą po-
C5: 100nF foliowy
dobre parametry. Koniecznie trze- tencjometru PR2. Jak siÍ nietrud-
C8, C9, C10: 47µF/16V
ba tu zastosowaĘ rezystory meta- no domyśliĘ, potencjometr PR2
C11, C12: 100nF ceramiczne
lizowane o tolerancji 1%. Chodzi słuły do kalibracji układu w tem-
C13: 10nF
o uzyskanie stałości wzmocnienia, peraturze zera stopni Celsjusza.
Półprzewodniki
a nie osiÄ…gniÍcie idealnie dobra- Dodatkowe wyjÅ›cie napiÍcia
T1: BC558
nej wartości wzmocnienia. wzorcowego z układu US4 na
US1: TL084
Rezystor R4 polaryzuje wejÅ›cie pewno przyda siÍ przy wykorzys-
US2: CMOS 4066
nieodwracające wzmacniacza ope- taniu modułu w bardziej złoło-
US3: CMOS 4047
racyjnego, a przy okazji stanowi nych urządzeniach, na przykład
US4: LM385/1,2V
teł obciąłenie dla przebiegu w termometrach z układem
D1: w roli czujników stosować
zmiennego. Powinien on mieĘ ICL7106 czy precyzyjnych regula-
tranzystory, np. BC558
dułą wartośĘ, aby nie obciąłaĘ torach temperatury.
D2, D3, D4, D5: 1N4148
diody D1 pracujÄ…cej przecieÅ‚ jako UkÅ‚ad US1B peÅ‚ni rolÍ bufora.
ürÛdÅ‚o sygnaÅ‚u zmiennego. Tym Znikomy prÄ…d polaryzujÄ…cy jego o wartoÅ›ci okoÅ‚o 1,37V, a nie 2,73V,
samym wspÛÅ‚pracujÄ…cy wzmac- wejÅ›cie nieodwracajÄ…ce nie obciÄ…- jak wynikaÅ‚oby z wymaganego
niacz powinien mieĘ jak najmniej- Å‚a kondensatora C4, pozwalajÄ…c wspÛÅ‚czynnika przetwarzania rÛw-
sze wejÅ›ciowe prÄ…dy polaryzacji. na bezbÅ‚ÍdnÄ… pracÍ prostownika nego +10mV/oC. PowÛd jest prosty:
W zupeÅ‚noÅ›ci wystarczy tu popu- synchronicznego. ObwÛd R7C5 sygnaÅ‚ zostaje mniej wiÍcej dwu-
larna i tania kostka TL084 z tran- stanowi dodatkowy filtr. ObwÛd krotnie wzmocniony we wzmacnia-
zystorami J-FET na wejÅ›ciu. ten nie jest niezbÍdny do prawid- czu US1B.
Kondensator C1 peÅ‚ni rolÍ fil- Å‚owej pracy ukÅ‚adu. UkÅ‚ad CMOS CD4047 peÅ‚ni
tru dla impulsowych zakÅ‚ÛceÒ, UkÅ‚ad US1B wzmacnia, mniej rolÍ generatora taktujÄ…cego. Syg-
jakie mogÄ… siÍ indukowaĘ w prze- wiÍcej dwukrotnie, staÅ‚y sygnaÅ‚ naÅ‚ z wyjÅ›cia Q\ steruje prÄ…dem
wodach Å‚Ä…czÄ…cych diodÍ czujniko- bÍdÄ…cy rÛÅ‚nicÄ… napiÍcia przesu- pÅ‚ynÄ…cym przez diodÍ pomiarowÄ….
wÄ… z ukÅ‚adem. niÍcia i wyprostowanego napiÍcia NaleÅ‚y jednak zwrÛciĘ uwagÍ, Å‚e
Układ prostownika synchro- mierzonego. Potencjometr PR1 po- do sterowania pracą prostownika
nicznego, zawierajÄ…cy klucze ana- zwala uzyskaĘ wspÛÅ‚czynnik prze- synchronicznego nie sÄ… wykorzys-
logowe CD4066 (US2) ma nieco twarzania modułu (na wyjściu) tywane sygnały z wyjśĘ Q i Q\
innÄ… budowÍ, niÅ‚ pokazuje to dokÅ‚adnie rÛwny +10mV/oC. tego ukÅ‚adu. Diody D2..D5 oraz
rysunek 4a. Klucze US2A i US2B, W praktyce, po ustawieniu za rezystory R14 i R15 peÅ‚niÄ… rolÍ
peÅ‚niÄ…ce rolÍ zwory Z-X z rysun- pomocÄ… PR2 w temperaturze bramek AND. KaÅ‚dy z dwÛch klu-
ku 4, nie zwierajÄ… kondensatora 0oC napiÍcia wyjÅ›ciowego rÛwne- czy utworzonych z ukÅ‚adu US2
C3 do masy, tylko do wyjścia go 0,00V, naleły przy temperatu- (odpowiadający zwieraniu punk-
wzmacniacza operacyjnego US1D. rze czujnika rÛwnej +100oC usta- tÛw X, Y, Z na rys. 4) jest wiÍc
wiĘ na wyjściu na- otwierany tylko w czasie 1/4 peł-
piÍcie +1,00V. nego cyklu pracy.
WyjaÅ›nienia wy- TuÅ‚ po otwarciu lub zamkniÍciu
magajÄ… jeszcze tranzystora T1 i wynikajÄ…cej z tego
sprawy zwiÄ…zane zmianie prÄ…du, oba klucze sÄ… za-
z napiÍciem prze- mkniÍte. Dopiero po ustaleniu siÍ
suniÍcia i z genera- napiÍĘ wÅ‚Ä…czany jest jeden z kluczy,
torem taktującym. według zasady pokazanej na rys. 4.
Na wyjściu ukła- Gdyby klucze były włączane jedno-
du US1D wystÍpuje czeÅ›nie ze zmianami stanu tranzys-
Rys. 6. Rozmieszczenie elementów na płytce
napiÍciu ujemne tora T1, to wskutek nieuchronnego
drukowanej.
Elektronika Praktyczna 2/98
53
Termometr dynamiczny
wystÍpowania opÛünieÒ i stanÛw 0oC i +100oC. Wypadnie do tego przebieg zbliÅ‚ony do prostokÄ…tne-
przejÅ›ciowych (wywoÅ‚anych choĘby uÅ‚yĘ mieszaniny wody z lodem go, o miÍdzyszczytowej amplitu-
obecnością pojemności kabla połą- i wrzącej wody. Naleły jednak dzie wynoszącej około 1,5V. Na-
czeniowego lub kondensatora C1), wziąĘ pod uwagÍ zmiany ciÅ›nienia piÍcie na wyjÅ›ciu wzmacniacza
praca prostownika synchronicznego atmosferycznego. Podczas kalibra- US1D powinno wynosiĘ około -
mogłaby byĘ niestabilna. Jak poka- cji czujnik musi byĘ skutecznie 1,7V (w stosunku do masy). Przed
zuje schemat, wzmacniacz US1A zabezpieczony przed wilgociÄ…. Po kalibracjÄ… napiÍcie staÅ‚e na wyj-
jest nie wykorzystany i jego wejścia umieszczeniu czujnika w miesza- ściu modułu powinno zmieniaĘ
sÄ… zwarte do masy. ninie wody z lodem, naleÅ‚y po- siÍ o okoÅ‚o 8..12mV/oC. SzczegÛÅ‚y
tencjometrem PR2 ustawiĘ na wyj- działania układu były opisane
MontaÅ‚ i uruchomienie Å›ciu (punkt B na pÅ‚ytce) napiÍcie wczeÅ›niej.
ModuÅ‚ pomiarowy moÅ‚na rÛwne 0,00V. Potem, po umiesz- KÅ‚opoty mogÄ… wynikaĘ nie tyl-
zmontowaĘ na płytce pokazanej czeniu we wrzątku, potencjomet- ko z pomyłek i uszkodzenia ele-
na wkÅ‚adce (rozmieszczenie ele- rem PR1 ustawiĘ napiÍcie wyj- mentÛw, ale czasem mogÄ… mieĘ
mentÛw przedstawiono na rys. 6). Å›ciowe rÛwne +1,00V. bardziej subtelne przyczyny.
MontaÅ‚ jest klasyczny. W pierw- PrÛby wykazaÅ‚y, Å‚e po takiej UkÅ‚ad pracuje poprawnie, jeÅ›li
szej kolejności naleły wykonaĘ jednorazowej kalibracji zmiana eg- przebieg z czujnika jest zbliłony
zaznaczone zwory, a nastÍpnie zemplarzy czujnikÛw - tranzysto- do prostokÄ…tnego. MoÅ‚e siÍ jednak
wlutowaĘ elementy bierne. Na rÛw pochodzÄ…cych z jednej serii zdarzyĘ, Å‚e na wejÅ›cie ukÅ‚adu
koÒcu naleÅ‚y wlutowaĘ ukÅ‚ady produkcyjnej - nie powodowaÅ‚a bÍdÄ… siÍ przedostawaĘ zakÅ‚Ûcenia
scalone. W przypadku wykorzys- zmiany wskazaÒ wiÍkszej niÅ‚ impulsowe lub przydüwiÍk sieci.
tania moduÅ‚u do pracy w trud- 0,3oC, co naleÅ‚y uznaĘ za wynik Wtedy albo napiÍcie wyjÅ›ciowe
nych warunkach nie zaleca siÍ bardzo dobry. Niestety, prÛby wy- nie bÍdzie stabilne, albo pojawiÄ…
stosowania tanich podstawek. miany na tranzystor zupeÅ‚nie in- siÍ okresowe bÅ‚Ídy wskazaÒ, za-
Po zmontowaniu wszystkich nego typu dawaÅ‚y wiÍksze od- leÅ‚ne od poziomu zakÅ‚ÛceÒ. Takie
elementÛw naleÅ‚y do punktÛw A chyÅ‚ki, co wskazywaÅ‚oby na ko- zakÅ‚Ûcenia moÅ‚na stosunkowo Å‚at-
i O dołączyĘ czujnik pomiarowy. niecznośĘ ponownej kalibracji. wo wykryĘ, obserwując czy prze-
Jak wspomniano, powinien to byĘ Dlatego juł w momencie wyko- bieg na wyjściu wzmacniacza
tranzystor w poÅ‚Ä…czeniu diodo- nania moduÅ‚u naleÅ‚y zachowaĘ US1C nie zawiera jakichÅ› ìdodat-
wym. W zaleÅ‚noÅ›ci od zastosowa- na zapas wiÍkszÄ… liczbÍ tranzys- kÛwî.
nia, naleÅ‚y odpowiednio zabez- torÛw z jednego opakowania, a nie W kaÅ‚dym razie, przy prÛbie
pieczyĘ czujnik. Zwłaszcza przy tylko jeden. zastosowania modułu w trudnych
pracy w wilgotnym środowisku W przypadku, gdyby układ nie warunkach przemysłowych, nale-
trzeba starannie izolowaĘ wypro- chciaÅ‚ pracowaĘ poprawnie, nale- Å‚y wziąĘ pod uwagÍ wspomniane
wadzenia, poniewaÅ‚ wszelkie Å‚y w pierwszej kolejnoÅ›ci spraw- niebezpieczeÒstwa (zakÅ‚Ûcenia
upÅ‚ywnoÅ›ci bÍdÄ… miaÅ‚y wpÅ‚yw na dziĘ poprawnośĘ montaÅ‚u, war- oraz moÅ‚liwośĘ zawilgocenia) i za-
wskazania. Jest to bardzo waÅ‚na toÅ›ci napiÍĘ zasilajÄ…cych oraz os- pobiegaĘ im przez stosowanie sku-
sprawa, zwÅ‚aszcza Å‚e czujnik pra- cyloskopem skontrolowaĘ pracÍ tecznej izolacji i ekranowania.
cuje przy bardzo maÅ‚ych prÄ…dach generatora US3. CzÍstotliwośĘ nie UkÅ‚ad modelowy zostaÅ‚ prze-
(rezystor R1 o wartości 1M&!). jest krytyczna - układ powinien testowany jedynie w warunkach
Wszelkie bÅ‚Ídy w tym zakresie poprawnie pracowaĘ w przedziale domowych, z kablem sondy o dÅ‚u-
dadzÄ… o sobie znaĘ pogorszeniem czÍstotliwoÅ›ci od stu hercÛw do goÅ›ci okoÅ‚o 1m i nie zaobserwo-
dokÅ‚adnoÅ›ci wskazaÒ. kilku kilohercÛw. NastÍpnie nale- wano Å‚adnych negatywnych zja-
Zmontowany układ naleły ska- ły sprawdziĘ oscyloskopem, czy wisk.
librowaĘ w temperaturze czujnika na wyjÅ›ciu kostki US1C wystÍpuje Piotr Górecki, AVT
Elektronika Praktyczna 2/98
54