ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / 6.Электротехника и радиоэлектроника.

Горячев Н.В., Граб И.Д., Лысенко А.В., Юрков Н.К.

Пензенский государственный университет

ВЫБОР ДАТЧИКОВ ТЕМПЕРАТУРЫ УЧЕБНОГО СТЕНДА ИКОС

Одной из главных задач при проектировании стенда исследования теплоотводов [1] интеллектуальной компьютерной обучающей системы (ИКОС) является выбор способа измерения температуры и непосредственно элементов первичного преобразования– температурных датчиков. Ниже приводится обоснование выбора температурного датчика со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) типа DS1631 как элемента первичного преобразования информации об измеряемой температуре исследуемого объекта.

При измерении температуры объекта используется один из двух методов, контактный и бесконтактный (неразрушающий). При контактных измерениях температуры поверхности тела обычно применяют термопары, термометры сопротивления, датчики температуры со встроенным (АЦП).

Термопары — наиболее удобные и распространенные датчики температуры. С их помощью можно проводить измерения от -200 до +3000°С, а возможность преобразования температуры в электрический сигнал позволяет проводить дистанционные измерения. Термопара состоит из двух различных проводников, одни концы которых соединены между собой (спаяны, сварены, скручены и т. д.), а вторые — подключены к измерительному прибору. Известна дифференциальная термопара, [2] это термопара которая регистрирует разность температур между горячим и холодным спаями. Для различных диапазонов измеряемых температур применяют следующие пары материалов: медно-константановая термопара, хромель-алюмелевая термопара, хромель-копелевая термопара, платино-платиноиридиевая термопара. Широко используются и другие пары материалов.

Серьезным недостатком рассмотренных выше контактных способов измерения температуры является необходимость введения датчика в контролируемую среду, в результате чего происходит искажение исследуемого температурного поля. От этого недостатка свободны пирометры – бесконтактные датчики, действие которых основано на использовании излучения нагретых тел.

В современных электронных измерительных системах, в том числе и научно-исследовательского назначения все чаще используются датчики температуры со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Эти датчики самостоятельно оцифровывают значение температуры своего корпуса, и передают информацию в цифровом коде по стандартному интерфейсу.

Классифицировать датчики со встроенным АЦП удобно по выходному интерфейсу. Для цифровых интегральных датчиков температуры распространёнными являются интерфейсы: 1-Wire (скорость обмена не более 125кбит/с) и двухпроводной двухнаправленный интерфейс I²C обеспечивающий последовательную передачу данных со скоростью до 400 кбит/с.

Итак, термопары позволяют надёжно измерять температуру в достаточно широком диапазоне, но их применение не лишено недостатков, в частности необходимо обеспечить надёжный контакт с исследуемым объектом [2,3]. Дополнительно, применение контактных термопар требует последующей обработки поступающего с них напряжения. Такая обработка, как минимум, должна включать усиление напряжения и его оцифровку. Этого недостатка лишены температурные датчики со встроенным АЦП. Эти датчики содержат в себе устройства квантования аналогового сигнала содержащего информацию о температуре исследуемого объекта, и один из стандартных интерфейсов связи с другими микросхемами, в частности с управляющим микроконтроллером. Безусловно, всех недостатков контактного способа лишены пирометры. Однако эти приборы имеют температурный диапазон не полностью совпадающий с требованиями технического задания на проектируемый комплекс. Как справедливо замечено в исследовании [3], они слишком дороги для применения в учебном оборудование, и нужной для исследования теплоотводов радиоаппаратуры разрешающей способностью, обладают только модели пирометров верхнего ценового диапазона. К тому же, как показывает много летний опыт авторов, для организации эффективного изучения работы теплоотводов и систем охлаждения достаточно возможностей цифровых интегральных датчиков температуры. Таким образом, для применения в учебном стенде ИКОС можно рекомендовать контактный способ измерения температур, основанный на использовании датчиков температуры со встроенным АЦП. Для конкретной реализации подходят датчики типа DS1631 выпускаемые фирмой Maxim Integrated Products [4].

Литература

1. Горячев Н. В. Стенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Андреев П.Г., Трусов В.А. // Надёжность и качество. Труды международного симпозиума / Под ред. Н.К. Юркова. – Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та. - 2008. - С. 162-164

2. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по спец. "Конструир. и произв. радиоаппарартуры". - М.: Высш. шк., 1984. - 247 с.

3. Горячев Н.В. Применение контактного способа измерения температуры в учебном лабораторном стенде / Н. В. Горячев // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС : межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. проф. Н. К. Юркова. – Пенза : Изд-во ПГУ. - 2011. - Вып. 16. - С. 69-73.

4. DS1631, DS1631A, DS1731 High-Precision Digital Thermometer and Thermostat: [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.maxim-ic.com/datasheet/index.mvp/id/3241