Если нужно контролировать температуру, скажем, в подвале дома, на чердаке или
в любом подсобном помещении, обычный ртутный или спиртовой термометр вряд ли
подойдет — не будете же периодически выходить из комнаты, чтобы взглянуть на его
шкалу. Более пригоден в подобных случаях электронный термометр, позволяющий измерять
температуру дистанционно — на расстояниях в сотни метров. Причем в
контролируемом помещении будет располагаться лишь миниатюрный
термочувствительный датчик, а в комнате на видном месте — стрелочный индикатор,
по шкале которого и отсчитывают температуру. Соединительная же линия между
датчиком и устройством индикации может быть выполнена либо экранированным
проводом либо двухпроводным электрическим шнуром.
Конечно, электронный термометр — не новинка современной электроники. О
подобных устройствах неоднократно рассказывалось и в популярной радиолюбительской литературе. Но в большинстве
случаев термочувствительным элементом в них работал терморезистор, обладающий
нелинейной зависимостью сопротивления от температуры окружающей среды. А это
менее удобно, поскольку стрелочный индикатор нужно было снабжать специальной
нелинейной шкалой, получаемой во время градуировки прибора с помощью образцового
термометра.
В предлагаемом ниже электронном термометре в качестве термочувствительного
элемента применен кремниевый диод, зависимость прямого напряжения (т. е. падения
напряжения на диоде при протекании через него прямого тока — от анода к катоду)
которого линейна в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды. В
этом варианте отпадает необходимость в специальной градуировке шкалы стрелочного
индикатора.
Принцип действия нашего электронного термометра легко понять, вспомнив
известную мостовую схему измерения, образованную четырьмя резисторами, с
включенным в одну диагональ стрелочным индикатором и поданным на другую диагональ питающим
напряжением. При разбалансе моста, т. е. изменении сопротивления одного из
резисторов, через стрелочный индикатор начинает протекать ток, тем больший, чем
сильнее разбаланс.
Рис.1.
Немного преобразовав измерительный мост и включив вместо двух его резисторов
транзисторные каскады (рис. 1), получим «базовую» схему электронного термометра.
В цепь базы транзистора VT1 включен делитель напряжения с термочувствительным
датчиком — диодом VD1, а в цепь базы транзистора VT2 — делитель фиксированного
напряжения. При нагреве или охлаждении термодатчика напряжение на базе
транзистора VT1 будет изменяться (с кремниевым диодом примерно на 2 милливольта
на каждый градус изменяющейся температуры относительно исходной). Чем больше
изменение падения напряжения на диоде, тем сильнее разбаланс моста, тем больше
угол отклонения стрелки индикатора РА1.
На рис. 2 приведена принципиальная схема предлагаемого электронного
термометра. Он способен измерять температуру от 0 до 100°С, от 0 до 50°С или от —50°С до
+ 50°С — все зависит от стрелочного индикатора РА1, используемого в
приборе. Так, с показанным на схеме микроамперметром на 100 мкА термометр
рассчитан на работу в первом из указанных диапазонов. Если установить индикатор
на 50 мкА, можно работать во втором диапазоне. А с индикатором на 50 мкА, но с
нулем посередине шкалы,— в третьем. При этом независимо от диапазона остальные
детали термометра остаются неизменными.
Рис.2.
Основу термометра составляют каскады на транзисторах VT1 и VT2. Смещение на
базе транзистора VT1 задается цепочкой из резисторов R1 - R3, причем переменным
резистором R2 можно более точно подбирать напряжение смещения, а значит,
балансировать измерительный мост и устанавливать стрелку индикатора РА1 на
условный нуль отсчета (на нулевое деление шкалы). Напряжение смещения на базе
транзистора VT2 определяется цепочкой из резисторов R10, R3 и диода VD1,
подключенного к зажимам ХТ1, ХТ2 и выполняющего роль термочувствительного
датчика. При изменении окружающей диод температуры изменяется напряжение
смещения на базе транзистора VT2 и стрелка индикатора отклоняется. По углу
отклонения стрелки судят о контролируемой температуре.
Питается электронный термометр стабильным напряжением, которое получается
благодаря включению в цепь батареи GB1 параметрического стабилизатора,
состоящего из балластного резистора R12 и стабилитрона VD2. Поскольку
потребляемый термометром ток значителен (более 15 мА), питание подается кнопкой SB1 только во время измерения. В простейшем варианте можно подавать напряжение от батареи 3336 или
выпрямителя (с выходным стабилизированным напряжением 4,5...6 В) на проводники А
и Б (при этом, конечно, детали стабилизатора не нужны).
Датчиком в термометре может работать, кроме указанного на схеме, любой
кремниевый диод, например, серий КД102, Д226. При использовании диода серии Д226
для контроля, скажем, температуры нагревания мощного транзистора усилителя,
следует удалить вывод катода (чтобы диод можно было прикладывать корпусом к
контролируемой поверхности), а вместо него подпаять к боковой поверхности
корпуса отрезок монтажного провода в изоляции.
Детали
Транзисторы — любые маломощные кремниевые, например, серий КТ306, КТ312,
КТ315 с коэффициентом передачи 40...50. Все постоянные резисторы — МЛТ-0,25 или
МЛТ-0,125, переменный R2 — СП-1, подстроечный R9 — СП3-1a или СП3-16. Индикатор
РА1 — типов М24, М592 или другой с указанным выше током полного отклонения
стрелки. Батарея GB1 — «Крона» или две последовательно соединенные 3336 или
любые аналогичные.
Часть деталей прибора можно разместить на плате из изоляционного материала,
применив печатный либо навесной монтаж. Взаимное расположение деталей не имеет
особого значения. Плату помещают в корпус, на лицевой панели которого крепят
стрелочный индикатор, кнопку включения питания, переменный резистор R2 и зажимы
ХТ1, ХТ2. Батарею питания укрепляют внутри корпуса.
Настройка
Налаживание собранного термометра начинают с проверки потребляемого им тока.
К зажимам ХТ1 и ХТ2 подключают диод-датчик, а к точкам А и Б — батарею 3336
(через миллиамперметр на 30—50 мА). Стабилитрон VD2 временно отключают. Стрелка
миллиамперметра должна показать ток 10...20 мА, что укажет на исправность
прибора. Затем проверяют -действие переменного резистора R2, устанавливая им стрелку
индикатора на отметку 20 мкА при нормальной окружающей температуре (20°С).
После этого, зажав в руке датчик, наблюдают за увеличением показаний стрелочного
индикатора. Если они, наоборот, падают, изменяют полярность включения
микроамперметра.
Следующий этап — калибровка электронного термометра. Диод-датчик опускают в
сосуд с водой и снегом или льдом (в воде должен находиться только один из
выводов диода, поэтому на время калибровки диод нужно поместить в изогнутую
поливинилхлоридную трубку) — температура такой смеси равна 0°С. Резистором R2
устанавливают стрелку индикатора точно на нулевую отметку шкалы. Вынимают датчик из воды и дожидаются, когда показания индикатора увеличатся
до первоначального значения. Вновь опускают датчик в воду, но уже кипящую — ее
температура около 100°С. Резистором R9 добиваются отклонения стрелки на
конечную отметку шкалы.
Далее проверяют калибровку начальной отметки шкалы, опуская датчик в воду со
льдом или снегом и корректируя положение движка резистора R2, после чего датчик
помещают в кипящую воду и добиваются нужного отклонения стрелки индикатора
подстроечным резистором R9. И так — несколько раз, пока не удастся добиться
точных показаний индикатора.
В дальнейшем достаточно будет корректировать положение стрелки индикатор
переменным резистором R2, помещая датчик в комнату с известной температурой. Для термометра со шкалой 0...50°С датчик опускают в стакан с остывающей
горячей водой и помещенным в него контрольным термометром в тот момент, когда
температура воды достигнет заданной (50°С). Если калибровку делают летом, когда нет ни снега, ни льда, датчик вместе с
контрольным термометром помещают в морозильную камеру холодильника. Конечно, калибровку следует проводить с подключенным к прибору источником
GB1, а не с выносной батареей.
Ю. Пахомов
