С помощью этого устройства можно измерять температуру в овоще- и зернохранилищах, в комнате и на улице, а при размещении датчиков в улье - получать дополнительную информацию о состоянии пчелиной семьи в период зимовки, для чего, собственно, и разрабатывался термометр.
Пределы измерения термометра - +50...-50°С. Точность измерения - 0,3°С (зависит от класса примененного микроамперметра). В качестве датчика используется диод Д223, который экранированным проводом соединен (через магнитофонный разъем, установленный на задней стенке улья) с электронным термометром.
Рассмотрим упрощенную схему устройства (рис.1).
Датчиком температуры (т.е. термочувствительным элементом) служит кремниевый диод. При комнатной температуре через открытый диод проходит ток 1... 2 мА, падение напряжения обычно составляет 600 мВ. При увеличении температуры воздуха напряжение на диоде линейно уменьшается на 2,2 мВ на каждый градус Цельсия. Такая зависимость четко сохраняется в диапазоне от 0 до 100°С. В качестве индикатора температуры используется чувствительный микроамперметр с нулем посередине шкалы, подключенный к диодам-датчикам через мостовую схему.
Мост считается уравновешенным, если напряжение в точках А и Б одинаково. При нагревании диодов Д1 и Д2, являющихся датчиками температуры, падение напряжения на них уменьшается. При этом баланс моста нарушается и цифровое значение разбаланса показывает стрелка прибора РА1.
Налаживание и калибровка
Предварительно отключив прибор РА1, включают питание и проверяют относительно "-" напряжения в точках А и Б. Они должны быть равны между собой и находиться в пределах 1... 1,2 В. Если напряжение в точке Б равно напряжению питания (4,5 В), значит диоды включены неправильно, их полярность надо изменить на обратную.
Если разность напряжений в точках А и Б небольшая, ее выравнивают подстроечным резистором R4. Добившись удовлетворительного результата, устанавливают минимальное сопротивление резистора R3, включают в схему стрелочный прибор и подают питание. Затем резистором R4 устанавливают стрелку прибора на отметку 20°С (или другую комнатную температуру), контролируя температуру воздуха ртутным термометром. Далее зажимают пальцами измерительные диоды и смотрят на стрелку. Она должна плавно отклоняться вправо и остановиться примерно на делении 30°С. Если стрелка движется влево, надо изменить полярность питания прибора на обратную.
Калибруется термометр в двух точках - в начале и в конце шкалы. Для калибровки начальной точки используется сосуд с тающим льдом, взятым из морозильной камеры холодильника. Температура тающего льда - 0°С. Подстройку ведут резистором R5. Затем датчик температуры (диоды) опускают в воду, температура которой составляет 50°С. В этом случае подстройку производят резистором R3. Для надежности калибровку обеих точек шкалы делают 3 раза, контролируя температуру точек 0°С и 50°С ртутным термометром.
Схема более точного и удобного термометра приведена на рис.2.
Он питается от одного гальванического элемента на 1,5 В, что немаловажно, и предназначен для измерения температуры в различных точках улья, что обеспечивает получение информации о состоянии пчелиной семьи.
В качестве датчиков используется диод Д-223 или - при необходимости - группа диодов. Они могут быть объединены на плоской стеклотекстолитовой шине или сгруппированы на проволоке, являющейся общим проводом, а также на отдельных парах проводов для получения информации в точках, разнесенных на необходимое расстояние. При этом надо учитывать, что сопротивление плеча АО (резистор R2 +сопротивление диода или диодов Д-223) должно быть равно сопротивлению плеча ОБ (резистор R10 + сопротивление подстроечника R11).
Если в качестве датчика Д применяется один диод, сопротивление резистора R10 составляет примерно 3.9 кОм, если три диода Д223 - примерно 5,9 кОм. Это обусловлено тем, что сопротивление диода Д223 составляет 720...725 Ом при токе через диод равном Iпр-0,4 мА и 16 Ом - при токе 50 мА.
Термометр представляет собой уравновешенный мост, в диагональ которого включен парафазный усилитель с симметричным выходом на индикатор. В плечо АО моста включено сопротивление кремниевого перехода, являющееся датчиком температуры.
Мост составлен из резисторов R1, R2, R9, R10, подстроечника R11 и сопротивления кремниевого перехода диода Д1. Парафазный усилитель собран на транзисторах VT1 и VT2 типа КТЗ15, КТ342. Желательно чтобы триоды были подобраны по коэффициенту усиления. Нагрузкой коллекторных цепей являются сопротивления R3 и R7. Резистор R6 является общим эмиттерным резистором связи, a R4, R8 и R5 - элементами регулировки чувствительности каскадов.
Шунтирующий подстроечник R5 определяет чувствительность прибора. Базы транзисторов блокированы конденсаторами С1 и С2, включенными в диагональ моста. Микроамперметр с пределами измерения 50-0-50 мкА включен между коллекторами триодов. Питание осуществляется от элемента 1,5 В через гасящий переменный резистор R14.
Настройка
1. Установить питание 1,3 В с помощью R14.
2. Замкнуть базы (отклонение стрелки от "0" допускается на +1 деление). Если стрелка отклоняется более чем на одно деление, следует подобрать резисторы R3 и R7.
3. Разомкнуть базы VT1 и VT2. Опустить датчик в воду со снегом или льдом и установить "0" подстроечником R11 - Температура воды контролируется ртутным термометром.
4. Опустить датчик в воду с температурой 50°С. Если показания микроамперметра не соответствуют отметке 50, стрелку следует установить на эту отметку с помощью резистора R5.
5. Опустить датчик в среду с нулевой температурой и проверить, устанавливается ли стрелка на ноль. Если нет - подстроить R11.
6. Еще раз проверить показания РА1, опустив датчик в воду с температурой 50°С.
Для контроля питания 1,3 В следует подключить микроамперметр к цепи контроля, нажав SI - кнопку П2К, затем подстроечным резистором R14 установить нужное напряжение. Вольтметр калибруется с помощью R13 в пределах 0...5 В при отключении термометра от питания и сравнением его показаний с образцовым вольтметром при этой шкале (0.. .5 В) сопротивление R12=100к, т.к. R=U/I=5/0,05=100 к.
Диоды имеют большой разброс по сопротивлению, поэтому их нужно подбирать. Сначала отбирают один, сопротивление которого оказывается самым большим при комнатной температуре. Подбирают его с помощью цифрового вольтметра-мультиметра типа В7-20 или аналогичного, так как тестером найти диод с самым большим сопротивлением трудно, а вольтметр позволяет измерить падение напряжения на диоде при заданном токе. Этот датчик будет контрольным. Относительно него подбирают дополнительные сопротивления (довески) к другим диодам (рис.3).
К выводам диодов подпаивают провода, чтобы диоды можно было опустить в воду, температура которой постоянно контролируется ртутным термометром. С помощью переключателя S4 образцово-контрольный диод (по которому настраивался электротермометр) и испытуемый поочередно подключаются к электротермометру. Подстроечным резистором R1 добиваются одинаковых показаний микроамперметра РА1. Затем, измерив тестером или мультиметром сопротивление подстроечника R1 при отключенных диодах, определяют значение сопротивления довеска - постоянного сопротивления, которое подпаивается последовательно с испытуемым диодом. Таким же образом подбираются довески к другим диодам-датчикам. Подобранные диоды (с довесками) устанавливаются в нужных точках в ульях и подключаются через разъем к термометру. Экран провода подключается к минусовой шине, центральная жила - к R2 термометра.
Термометр можно применять и в других отраслях сельского хозяйства.
Автор: А.Кухаренко, г.Гродно, Беларусь