НОРМИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ТЕРМОМЕТРА СОПРОТИВЛЕНИЯ 

           Несмотря на широкое распространение полупроводниковых датчиков температуры, "главными" температурными датчиками пока являются термометры сопротивления. Этому явлению есть ряд причин. Во-первых, несопоставимо высокая надёжность и достоверность показаний ТС, во-вторых - практически линейная температурная характеристика во всём рабочем диапазоне температур, в-третьих - в несколько раз более широкий диапазон рабочих температур, принципиально недостижимых для полупроводниковых приборов, в четвёртых - высокая защищённость ТС от механических воздействий, в пятых - высокая точность измерения температуры.

         Принцип работы ТС основан на температурной зависимости удельного сопротивления различных металлов. В качестве материала для чувствительного элемента ТС обычно используют тонкую платиновую, медную и  никелевую проволоку. Для стандартизации характеристик, ТС  чаще всего  выпускаются с сопротивлением чувствительного элемента при 0 град.С   равном 50 или 100 Ом.  Крутизна характеристики изменения сопротивления от температуры у них разная, поэтому для каждого из типов ТС используют свой нормирующий преобразователь для получения сигнала напряжения или тока, пропорционального значению температуры чувствительного элемента ТС, который пригоден для ввода в цифровые измерители. 

    Особенностью ТС является малое приращение сопротивления при изменении температуры,  что  значительно усложняет схему  преобразователей сопротивления в сигнал  постоянного тока или напряжения, пригодного для  ввода в устройства отображения температуры или дальнейшей обработки.  Если  ТС устанавливается на значительном удалении от нормирующего преобразователя, на точность измерения начинает сказываться сопротивление подводящих проводников.  Для уменьшения этого влияния  ТС подключаются  к нормирующему преобразователю по трёх или четырёх проводной схеме.  В разделе  "Различные электронные устройства для дома и быта"  представлены схемы цифрового термометра и  регулятора температуры для холодильника, содержащие  нормирующие преобразователи  с трёх проводной схемой подключения ТС.  Недостатком этих схем является  сложность  настройки измерительного моста, нелинейность показаний  на краях  диапазона, необходимость подгонки  измерительной линии, что практически исключает возможность измерения температуры в нескольких точках с использованием переключателя ТС. 

      В настоящей статье представлена схема нормирующего преобразователя, лишенная этих недостатков.  Несмотря на  более сложную схемотехнику,  устройство  гораздо проще в настройке,  не требует точного подбора сопротивлений измерительного моста,  легко настраивается  под использование ТС различных градуировок, совершенно нечувствительно к сопротивлению  измерительной линии от   ТС до нормирующего преобразователя.

       Схема состоит из: стабилизатора измерительного тока  ТС  (DA1.1) ,  позволяющая  устранить  влияние  сопротивления кабеля до  ТС  и увеличить линейность измерения  на краях рабочего диапазона;   узла  формирования искусственного "нуля"  в  удалённой точке  соединения выводов 2 и 4  ТС (DA1.3),   устраняющего влияние сопротивления  проводников 2 и 4  на показания;  узла  установки показаний при "0" град.С  (DA1.2) ;  узла настройки показаний  при 100 град.С  (DA1.4)  и узла формирования напряжения -10В  для питания ОУ (D1).  Настройка схемы  чрезвычайно проста.  Вначале вместо ТС  подключают  прецизионный резистор сопротивлением 50,00 Ом  или магазин сопротивлений. На выход преобразователя подключается цифровой вольтметр (мультиметр).  Вращением оси подстроечного резистора R4 добиваются  нулевых показаний на выходе,  затем  подключают резистор сопротивлением 71,40 Ом  и вращением оси резистора R17 добиваются показаний 1,000 В, соответствующих температуре +100 град.С  - настройка устройства закончена.

     В рассматриваемой версии схемы температуре +100 град.С соответствует  выходное напряжение +1,000 В, подходящее для  измерения цифровым вольтметром на микросхеме  ICL7107 ( см. схему цифрового термометра).  Если требуется иное напряжение - соответственно подбираются сопротивления резисторов R11  и R19.   При использовании  ТС  с иной, чем 50М   градуировкой,  значения сопротивлений  ТС  при 100 град. С  можно получить из  специальной программы.  Например,  для  термометра сопротивления 50П  сопротивление при +100 град.С  составляет    69,556  Ом.    Схема легко  адаптируется  для ТС  градуировки 100М  или  100П.    В этом случае  сопротивление резистора  R11 должно составлять  22  кОм,  а   R12  - 110 кОм.

  Устройство собрано на печатной плате   48 х 60 мм.    

  Номиналы большинства элементов схемы  не критичны для  нормальной работы.  Отклонение сопротивлений резисторов от рекомендованных в схеме  может достигать десятков  процентов.  Например, сопротивление резисторов, номинал которых указан без десятых долей,  может отличаться от схемного в несколько раз.  Для резисторов, номинал которых указан с десятыми долями,  важна стабильность  и соотношение  сопротивлений.   Ёмкости конденсаторов совершенно не влияют на показания и могут очень значительно отличаться от  показанных в схеме.

   Если устройство  будет использоваться  в составе цифрового термометра,  содержащего источник отрицательного напряжения,  микросхему D1 и соответствующую обвязку можно исключить.   Сопротивления резисторов R14  и R20 , в этом случае, необходимо уменьшить до  4 ... 8 кОм.