В основу работы прибора положена зависимость падения напряжения на p-n переходе кремниевого диода от температуры при протекании через него фиксированного прямого тока. Оно линейно уменьшается на 2...2,5 мВ с каждым градусом прироста температуры в интервале -60...+120 °С. Термометр, схема которого показана на рис. 1, представляет собой, по существу, милливольтметр постоянного тока. В нем принят ряд мер, уменьшающих влияние изменения температуры элементов (кроме датчика - диода VD1) на показания.
Ток датчика стабилизирован транзистором VT2, работающим в термостабильной точке выходной характеристики (ток стабилизации - приблизительно 200 мкА). Аналогичным образом транзистором VT3 стабилизирован ток в цепи формирования образцового напряжения. Оба транзистора микросхемы DA1 находятся на одном полупроводниковом кристалле и имеют идентичные параметры, одинаково зависящие от температуры. В результате показания микроамперметра РА1 зависят только от температуры датчика.
На транзисторе VT1 и стабилитроне VD2 собран стабилизатор напряжения питания термометра. Ток стока транзистора VT1 остается равным приблизительно 3,5 мА при изменении напряжения питания в интервале 8... 12 В. Это дополнительно улучшает стабильность выходного напряжения стабилизатора и показаний прибора.
Прибор собирают навесным монтажом на небольшой текстолитовой плате. Ее можно укрепить непосредственно на винтах-выводах микроамперметра РА1 - М42304 с нулевой отметкой посредине шкалы. Удобно выбирать микроамперметр таким образом, чтобы ток полного отклонения его стрелки в микроамперах соответствовал необходимому интервалу измеряемой температуры в градусах Цельсия. Тогда, не изменяя цифр на шкале, достаточно исправить указанную там единицу измерения.
Можно применить и обычный микроамперметр (с нулем в начале шкалы), подключив его по схеме, показанной на рис. 2. Но с изменением знака измеряемой температуры придется каждый раз переводить переключатель SA2 в соответствующее положение.
Транзисторы КП103Л можно заменить на КП103Ж. При возможности в качестве VT2 и VT3 нужно использовать подобранные на заводе транзисторы с близкими параметрами. К обозначению подобных транзисторов добавляют индекс Р (КП103ЖР, КП103ЛР) и поставляют их попарно в общей упаковке. Микросхему КР159НТ1 можно заменить интегральным коммутатором К101КТ1А, содержащим два транзистора с общим коллектором, или его импортным аналогом КС809. В крайнем случае можно воспользоваться двумя отдельными транзисторами, например, КТ3102 с любым буквенным индексом, но достичь высокой стабильности прибора при этом вряд ли удастся. Тем не менее подобное решение вполне допустимо, если измерительная часть прибора будет постоянно находиться в помещении со сравнительно стабильной температурой. В этой ситуации можно пойти на еще большее упрощение, заменив цепи VT2R1 и VT3R7 одинаковыми постоянными резисторами номиналом 100 кОм.
Диод VD1 размещают там, где необходимо контролировать температуру. Длина экранированной витой пары проводов, соединяющей датчик с прибором, может достигать пяти и более метров. Для устранения помех, вызванных детектированием высокочастотных сигналов близлежащих радио- и телевизионных станций, диод датчика полезно зашунтировать керамическим конденсатором емкостью не менее 0,1 мкФ. Кроме указанного на схеме КД102А в качестве датчика подойдут и другие малогабаритные кремниевые диоды. Опыт показывает, что скорость реакции на изменение температуры тем выше, чем меньше размеры диода и тоньше его выводы.
Приступая к налаживанию термометра, прежде всего следует найти термостабильные рабочие точки транзисторов VT2 и VT3. Учтите, небрежное выполнение этих операций приведет к совершенно неправильной работе прибора. Для регулировки стабилизатора тока на транзисторе VT2 последовательно с диодом VD1 или вместо него включают микроамперметр (пригоден любой из широко распространенных цифровых мультиметров) и подстроечным резистором R1 устанавливают здесь ток приблизительно 200 мкА. Поочередно нагревая транзистор паяльником и охлаждая его ватой, смоченной ацетоном, подбирают такое положение движка резистора R1, при котором ток через датчик не зависит от температуры транзистора. Аналогичным образом, включив микроамперметр в разрыв цепи R5R6, находят термостабильную рабочую точку транзистора VT3, регулируя ток подстроечным резистором R7.
Прежде чем приступать к калибровке шкалы прибора, необходимо защитить от влаги диод-датчик VD1 и места пайки к нему соединительных проводов. Защищаемые участки покрывают каким-либо бескислотным герметиком. Составы на кислотной основе (их отличает характерный запах уксуса) в данном случае непригодны, так как разъедают тонкие выводы диода и обладают заметной электропроводностью. Аккуратная герметизация защитит датчик от вредных воздействий и в процессе эксплуатации, лишь незначительно увеличив его тепловую инерционность.
Для калибровки потребуется сосуд с тающим льдом и нагревательный прибор с кипящей, желательно дистиллированной водой. Датчик опускают в тающий лед, стараясь поместить его как можно ближе к границе вода-лед. Подстроечным резистором R5 добиваются нулевых показаний микроамперметра РА1. Переносят датчик в кипящую воду и подстроечным резистором R3 устанавливают стрелку микроамперметра на отметку +100 °С. Эти операции полезно повторить несколько раз, корректируя при необходимости положения движков подстроечных резисторов. Дополнительной контрольной точкой может стать температура человеческого тела (+36,6 °С), которую, при необходимости, легко уточнить с помощью медицинского термометра.
Автор: С.Ганц, г.Губкинский Ямало-Ненецкого АО