بسم الله الرحمن الرحيم

 

مقياس درجة الحرارة – ذو تدرج خطي

 

متابعة للموضوع السابق المتعلق بقياس درجة الحرارة باستخدام الترموكبل وعناصر التحسس الحراري .

يمكننا استخدام المتصل BE في ترانزيستور من الجرمانيوم أو السلكون كحساس لقياس درجة الحرارة حيث يكون جهد هذا المتصل  تابعا لدرجة الحرارة وفق العلاقة :

∆VBE = - Tv*∆T

حيث:

∆VBE مقدار انخفاض الجهد الهابط على المتصل الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة – والعكس بالعكس صحيح .

∆T مقدار تغير درجة الحرارة للمتصل

Tv  تقدر بــ  2.2mV/c    أو ( 1.66mv/F ) في ترانزيستورات الجرمانيوم وحوالي 2.6mV/c في السلكون ويجب عدم استخدام ترانزيستور الجرمانيوم عند درجات حرارة تصل إلى 85C  وللسلكون 150C

والعلاقة السابقة صحيحة من أجل تيار وصلة ثابت.

على هذا الأساس تم تصميم الجهاز التالي الذي يستطيع  قياس درجة الحرارة ضمن المجال  30F-  و حتى 120F

يستخدم ثنائي الاتصال المكون من الترانزيستور Q1 كحساس حراري يتم تأمين جهد انحيازه عبر R1 الذي يعتبر عمليا يعمل عند تيار وصله ثابت – بوصل CB يتحسن أداء الوصلة من الناحية الخطية لأن ذلك يجعل التيار أكثر ثباتا..

عند ارتفاع درجة الحرارة فإن هبوط الجهد على المتصل الترانزستوري سيتغير بحدود 1.66mV- لكل درجة فهرنهايت واحدة   1.66mV/F .

يتم تضخيم هذا الجهد عبر مكبر العمليات المكون من IC1 ذات ربح الحلقة المغلقة Gain = R3/R2 = 5   

أما IC2  فتشكل مبدل من جهد إلى تيار وحسب كير شوف فإن مجموع التيارات في العقدة 2 عند مدخل IC2 يجب أن يساوي صفرا لذا عن طريق R5,R6 يمكن تعيير صفر جهاز غلفاني ذو المجال 1mA بحيث أنه عند الدرجة 30F- (بدء القياس) يشير المقياس إلى 0mA ولتأمين قيمة المقاومة R4=681Ω

 نصل على التفرع المقاومتينΩ  910//Ω600 .وعندها يكون التيار المار في R4 يساوي التيار المار عبر R5,R6 .

عند ارتفاع درجة الحرارة  فإن التيار عبر R4 ينخفض لانخفاض الجهد في مخرج IC1  وبسبب كون التيار عبر R5,R6 ثابتا لكون المدخل 2 في مكبر العمليات IC2 مؤرضا من الناحية الوهمية فسيتم استجرار تيار عبر المقياس M1 عبر المخرج pin 6  لمكبر العمليات IC2 هذا التيار يساوي قيمة انخفاض التيار المار عبر R4 والتعلق بشكل خطي مع درجة الحرارة المقاسة .

إذا انخفضت درجة الحرارة إلى ما دون 30F- هذا يتطلب تيارا عكسيا من مخرج IC2  ولمنع هذا التيار من المرور- حماية لميكانيكية المقياس ولكون درجة الحرارة عندها خارج مجال المقياس إذ من غير المناسب أن تنحرف إبرة المقياس في الاتجاه المعاكس  – وضع الديود D1 الذي يمنع مرور مثل هذا التيار عبر المقياس.

معايرة الجهاز:

تتم معايرة الجهاز بدءا من درجة الحرارة الأدنى 30F- حيث يجب أن يشير المقياس عندها إلى 0mA

ثم عند درجة الحرارة العليا 120F+ والتي عندها يجب أن يشير المقياس إلى 1mA

يقسم الميناء في المقياس إلى أقسام متساوية بين هاتين النقطتين – بسبب التدرج الخطي – وكلما ازداد عدد التدريجات تزداد دقة القراءة فإذا كان التقسيم مثلا إلى 150 قسما متساويا – على سبيل المثال – هذا سيجعل كل تدريجه على المقياس تقابل درجة فهرنهايتية واحدة.

تتم المعايرة عمليا بوضع الحساس في درجة حرارة معلومة مثل درجة نقطة ذوبان الجليد والتي تساوي 32F حيث يوضع ماء + ثلج في وعاء كبير معا وننتظر عدة دقائق للحصول على التوازن الحراري وتكون عندها درجة حرارة المزيج 32F ويمكن الاستعانة بمقياس درجة حرارة مساعد (كحولي مثلا ) لدقة العمل ونعايرR6 حتى يعطي مقياس ال mA القراءة المناسبة 32F على مينائه الجديد المدرج بالدرجات الفهرنهايتية.

مكن وضع تدريج مقابل للتدريج الفهرنهايتي بالتدريج المئوي – سلزيوس -