НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ЮНОСТЬ, НАУКА, КУЛЬТУРА – 2013»

Секция: Инноватика, альтернативные источники энергии (гелиотехника, термоэнергетика, ресурсосберегающие технологии)

Исследовательская работа на тему: "Оригинальный измеритель температуры"

Автор: Потапов Дмитрий Геннадиевич

ЦД (Ю) ТТ «Городской» г. Липецка,

7А класс

Руководитель: Самохин Юрий Петрович

педагог дополнительного образования

руководитель лаборатории

радиотехнического конструирования

ЦД (Ю) ТТ «городской» г. Липецка

г. Липецк 2013г.

Аннотация

Существует множество схем измерителей температуры: цифровые и стрелочные, электронные и механические. Моя разработка, что-то промежуточное, между электронной и механической. Представьте, вам необходимо регулировать приток воздуха в погребе в зависимости от температуры, а ваш погреб находится далеко от электрических сетей. Как поступить в этом случае: каждый раз с изменением температуры производить ручную регулировку проёма форточки или поручить это электромеханической системе, которая будет эту работу производить автоматически.

Ну а уж если есть поступательное движение, зависящее от температуры, почему бы на основе этого не изготовить оригинальный термометр. Электронная начинка одна и та же, только расширен предел измерения.

Предложенный термометр не претендует на большую точность измерения температуры, но у него есть множество преимуществ:

1) Можно использовать и как указатель температуры, и как регулятор притока воздуха, за счет увеличения или уменьшения проема форточки в зависимости от температуры;

2) Простота схемы в случае повторения;

3) Экономичность (в спящем режиме потребляет 10 мкА, а во время перестройки 30 мА);

4) Легко изменяющаяся шкала, как по размеру, так и по пределу измерения;

5) Возможность применения предложенного устройства как наглядного устройства при изучении в школах или училищах основ автоматики.

И все это благодаря мосту постоянного тока, в диагональ которого включена электромеханическая система поступательного перемещения.

Предложенный термометр имеет две шкалы: одна расширенная от 0° до 40°, другая - специальная от 34° до 40°, для измерения температуры тела человека, выносной и встроенный датчики температуры, в виде терморезисторов. Для экономии электроэнергии предусмотрено три режима измерения:

1. Постоянно следящей за изменением температуры;

2. Производящей замер каждые 10 сек;

3. Производящей замер температуры таким образом: через каждую минуту термометр включается всего на 2-3 сек для измерения (корректировки).

План исследования

Проблема:

Можно ли расширить имеющиеся парк измерителей температуры?

Гипотеза:

Найти применение разработанной схеме.

План:

1. Анализ измерения параметров моста постоянного тока.

Для проведения этого анализа была собрана следующая схема:

В одно плечо моста включено переменное сопротивление, причем многооборотное, т. е. изменение своего номинала происходит за 20-30 оборотов выведенной оси. В другое плечо - терморезистор. Изменяя номинал терморезистора с помощью изменения окружающей среды, была составлена таблица зависимости количества оборотов переменного сопротивления от изменения номинала терморезистора.

Таблица 1

t° окруж. среды	0	10	20	30	40
Сопротивление терморезистора	77	50	33	18	13
Кол-во оборотов	0	5	10	15	20

Т. е. чтобы сбалансировать мост постоянного тока с изменением температуры от 0° до 40° многооборотный резистор сделал 20 оборотов. Прикрепив на ось переменного резистора шкивов с диаметром 12 мм и намотав на него нить, получили изменение длины нити приблизительно от 5 см при температуре 40°, до 100 см при 0°. Но ток разбаланса очень маленький, а чтобы управлять механизмом установки баланса необходима схема управления.

2. Изучение и разработка схем реверсного управления двигателями постоянного тока.

3. Изучение и разработка схем автоматики для предложенного термометра.

4. Изготовление действующей модели согласно разработанной схем.

5. Испытание и доводка.

Описание

Дизайн предложенного настенного термометра (см. фото прил.4) оригинален также как и его внутреннее устройство.

Датчик температуры и электронный узел термометра находятся внутри блока, расположенного наверху (в данном случае на шкафу) (см. фото прил.5). При изменении температуры формируется ток разбаланса моста постоянного тока и через усилитель подается на двигатель. На его вал насажен барабан, на который наматывается при повышении температуры или с которого сматывается при её понижении нить, удерживающая на весу стрелку термометра. Она перемещается вдоль шкалы, нанесенной на ленту, закрепленную на стену шкафа.

Изменяя диаметр вала можно увеличивать или уменьшать длину ленты.

Электронная начинка термометра состоит из основного блока и двух вспомогательных и питается от аккумуляторной батарейки 7,2 В.

Основной блок это нечто иное, как усовершенствованный мост постоянного тока, в диагональ которого включен усилитель. Работает следующим образом (см. прил. 1).

Установленное напряжение смещения базы транзистора VT1 резисторами R1(терморезистор), R2 (резистор, ось которого связана с двигателем) и подстроенного резисторами R3, R4 усиливается по току транзисторам VT2 нагрузкой которого является R7 и три элемента микросхемы Д1.Напряжение с коллектора транзистора VT2 через резистор R9 подается на транзистор VT3 нагрузкой которого является резистор R10 и оставшиеся три элемента Д1.

Между выходами элементов микросхемы Д1 включен двигатель Дв1.

Установив резистор R2 в среднее положение регулируя резисторами R3, R4 до полной остановки двигателя при температуре 20°

Теперь любое изменение температуры вызовет разбаланс схемы, и двигатель через редуктор установит баланс резистором R2. На вал, которого посажен барабан.

Резисторы R5, R6 и выключательS1 служат для изменения шкалы и термометра.

С резистора R8 снимается напряжение для дальнейшей обработки в блоке ограничения хода стрелки. Он состоит (см. прил.2) из двух симметричных узлов: один отвечает за верхний ход, другой за нижний ход стрелки термометра.

Как только напряжение в точке «А» (см. прил.1) уменьшается менее 1Вольта, включается реле Р1 (см. прил.2) и своими контактами замкнет резистор R3 моста (см. прил.1). Мост разбалансируется и заставит двигатель вращаться в обратном направлении.

Аналогично происходит и верхнее ограничение, только реле Р2 (см. прил.2) включится уже при напряжении в точке «А», достигшей 3,5В и своими контактами замкнет резистор R4 моста (см. прил.1). Мост разбалансируется и заставит двигатель вращаться в обратном направлении.

Вся схема ограничения хода стрелки собрана на одной микросхеме типа К561ЛН2 и четырех транзисторах

Рассмотрим работу одной части схемы (см. прил.2).

Полученное напряжение с точки «А» основного блока через делитель напряжения R1, R2 поступает на усилитель на транзисторах VT1 и VT2 и далее через резистор R4 на пороговый усилитель, который собран на логических элементах Д1.1. Д1.2. микросхемы Д1. Как только напряжение уменьшится менее заданного на выходе 6 элемента Д1.3. возникнет единица и выключит реле P1.

Изменение температуры окружающей среды происходит довольно таки медленно, и работать измерителю температуры все время не обязательно. Достаточно контролировать температуру хотя бы через минуту. Это сэкономит энергию автономного источника питания. Для этого мною была разработана электронная схема (реле времени) которая имеет три режима работы: 1) постоянный контроль; 2) через каждые 10 секунд основной блок включается на одну секунду; 3) через каждую одну минуту основной блок включается на 3 секунды. Переключение режимов работы производится переключателем, расположенным на передней панели блока (см. фото. прил.4)

Вся схема собрана (см. прил.3) на двух микросхемах К561ИЕ16(делитель частоты) и К561ЛН7(четыре логических элемента «И”)

На двух элементах Д2.1 Д2.2 собран задний генератор, импульсы которого поступают на вход двоичного счета Д1.

Импульсы с выходов микросхемы Д1 подают на каскад совпадения на логическом элементе Д.2.3. для получения нужной нам длительности паузы и длительности работы. Команда на включение подается на усилитель транзистора VT1, VT2 ,нагрузкой которого является реле P1. Реле своими контактами включает основной блок.

Схема автоматики запитана через резистор 1мОм, т.е. в режиме паузы потребления тока не более 10 мкА.

На передней панели блока расположены также (см. фото. прил.4) выключатель питания, переключатель шкалы измерения температуры, разъем для зарядки аккумулятора и разъем для подключения внешнего датчика температуры, а также светодиодные указатели вращения вала и включения блока.

Для демонстрации работы указателя температуры как термостат, на стрелку закрепляется небольшой магнит, а на шкалу геркон. Как только магнит дойдет до геркона, он включится и подаст напряжение на подогрев выносного терморезистора, стрелка поползет вверх, этим самым отключит элемент подогрева (в нашем случае лампочку) и этот цикл будет повторяться, поддерживая нужную температуру.

Для работы устройства как регулятор притока воздуха вместо стрелки через тросик крепится откидная форточка. ( смотрите рисунок).

Использованная литература

1. Н.И. Чистяков. «Справочная книга радиолюбителя-конструктора». Радио и связь, 1990г.

2. Журнал «Радио» 2000 – 2012 гг.

3. Журнал «Радиоконструктор» 2000 – 2012 гг.