Постоянный автор Ник Корнфорд недавно опубликовал восхитительно умную идею схемы [1] с использованием платинового резистивного датчика температуры, откалиброванного для вывода сигнала в масштабе 1 мВ/°C, который идеально подходит для прямого считывания с помощью стандартного цифрового мультиметра…
Идея Ника показалась мне настолько крутой, что я просто обязан был попробовать сделать свою собственную версию. Первоначальная попытка показана на Рисунке 1.
 |
|
| Рисунок 1. | Схема платинового резистивного датчика температуры бесстыдно копирует идею Ника Корнфорда по превращению обычного цифрового мультиметра в точный цифровой термометр. |
Схема на Рисунке 1 концептуально идентична схеме Ника, в которой платиновый термометр сопротивления (platinum resistance thermometer, PRT) включен в базовую мостовую топологию с возбуждением PRT постоянным током. Однако она отличается одной деталью. Только половина моста, содержащая PRT, активно регулируется постоянным током, в то время как другая половина (с нулевой регулировкой) является просто пассивным делителем напряжения. Этот прием несколько сокращает количество компонентов (экономит два транзистора, операционный усилитель и, возможно, один или два резистора). Но это не делает работу схемы значительно хуже или лучше. Процесс калибровки – это та же процедура, очень хорошо объясненная в статье Ника, как и достижимая точность. Конкурировать в этом отношении с хорошо написанной статьей Ника я, конечно, не буду и пытаться.
На самом деле, я полагаю, вы имеете все основания спросить, действительно ли такая похожая схема заслуживает отдельной публикации. К счастью, это еще не конец нашей истории.
Из-за 10-процентного ослабления сигнала PRT, обусловленного пассивной стороной моего моста, для того чтобы воспроизвести потрясающую возможность схемы Ника – прямое считывание 1 мВ/°C, мне пришлось увеличить ток возбуждения PRT IPRT на те же 10%, чтобы получить сигнал большего уровня. Итак, я сделал
вместо 2.597 мА, которые использовал Ник в своей схеме с двумя согласованными источниками постоянного тока. Пока все идет хорошо.
Но затем это заставило меня задуматься о том, какой эффект могут дать дальнейшие умножения IPRT. Это, конечно, было очень интересно, поскольку температурный коэффициент платины не совсем постоянен в зависимости от температуры, и этот факт описывается полиномом Каллендара-Ван Дузена. Он предсказывает, что температурный коэффициент платины неуклонно снижается от значения 0 °C по мере повышения температуры T. Обратите внимание на досадный квадратичный член «B»:
R(T) = R(0)[1 + (A×T) – (B×T2)],
A = 3.9083×10–3,
B = 5.775×10–7.
Итак, постепенно увеличивая IPRT, я рассчитал выходное напряжение схемы при температуре от 0 °C до 100 °C. Интересные результаты представлены на Рисунке 2. Ось X – фактическая температура, красный цвет – погрешность показаний в градусах.
 |
|
| Рисунок 2. | Используемый здесь полином Каллендара-Ван Дузена предсказывает, что для любой заданной температуры существует приращение тока возбуждения, которое обеспечит точные показания; например, 0.5% для 33 °C, 1% для 67 °C и 1.5% для 100 °C. |
Чтобы использовать этот эффект для непрерывной и автоматической фиксации показаний, достаточно добавить резисторы R8 и R9 для получения положительной обратной связи, показанной на Рисунке 3. Теперь
IPRT(T) = IPRT(0)[1 + 0.15(VPRT(T) – VPRT(0)].
 |
|
| Рисунок 3. | 40 мВ положительной обратной связи, подаваемые через резистор R8 к источнику опорного напряжения U1, увеличивают ток возбуждения PRT с ростом температуры и, таким образом, линеаризуют показания температуры, обеспечивая точность термометра до ±0.1 °C. |
Таким образом, при изменении напряжения считывания от 0 до 100 мВ ток возбуждения IPRT увеличивается на 0 – +1.5%, что необходимо для точной линеаризации показаний. Остаточная ошибка в схеме с положительной обратной связью на Рисунке 3 показана на Рисунке 4.
 |
|
| Рисунок 4. | Остаточная ошибка в схеме с положительной обратной связью на Рисунке 3. |
И это, как мне показалось, заслуживает отдельной статьи. Надеюсь, Ник согласится.
Постскриптум
По своей обычной привычке я занялся исследованием линеаризации PRT с положительной обратной связью только после того, как самостоятельно пришел к этому решению. Но, сделав это, я захотел узнать, использует ли кто-нибудь еще такой метод. Да. Использует.
Угадайте, кто [2]? На самом деле теперь я даже рад, что не посмотрел перед прыжком. Если бы я заранее знал, насколько сложна схема Джима, я бы, возможно, и не стал ее делать!
Ссылки
- Nick Cornford. Самодельный резистивный датчик температуры для цифрового мультиметра
- Williams, Jim. "Signal Conditioning for Platinum Temperature Transducers."
Купить LM4040 на РадиоЛоцман.Цены
