5.1. Термометр с полупроводниковым датчиком. [20]

Термочувствительным элементом в этой конструкции является эмиттерный переход кремниевого транзистора, падение напряжения на котором при стабильном токе пропорционально температуре перехода и составляет около 2,5 мВ на каждый градус Цельсия. Термометр рассчитан на измерение температуры от 0 до +100 °C.

Принципиальная схема термометра приведена на рис. 31.

Рис. 31. Принципиальная схема термометра с транзисторным датчиком

На транзисторе VT3 и диодах VD1, VD2 собран генератор тока, благодаря которому термометр сохраняет точность измерений при снижении напряжения батареи с 9 до 6,5 В. Датчик температуры выполнен на транзисторе VT1, через который резистором R2 устанавливается стабильный ток, равный 100 мкА.

Термодатчик и резисторы R1, R2, R8 и R9 образуют мост, в одну диагональ которого (коллектор VT3 — минус батареи) включено питание, а в другую — базы транзисторов (VT2-VT4). Эти транзисторы и резисторы R4, R6 также образуют мост, в диагональ которого включен стрелочный прибор РА1 с добавочными резисторами R3, R7. Помимо использования генератора тока, питание мостовой схемы стабилизировано стабилитроном VD3.

В связи с линейной зависимостью падения напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT1 от температуры, градуировку термометра достаточно выполнить всего в двух точках, для чего нет необходимости в эталонном термометре. Этими точками являются температура таяния снега и температура кипения воды. Погружая датчик в воду со снегом, переменным резистором R8 устанавливают стрелку прибора на нулевое деление шкалы. Затем, погружая датчик в кипящую воду, переменным резистором R3 устанавливают стрелку на максимальное деление шкалы. При использовании микроамперметра с полным отклонением стрелки, равным 100 мкА, его шкала без переделки будет показывать температуру датчика в градусах Цельсия.

В качестве транзистора VT1 можно использовать КТ342В, а остальных — КТ349Б. В качестве диодов VD1, VD2 — КД521.

Датчик должен иметь герметичную конструкцию.

Термометром можно также измерять отрицательные температуры до -25 °C. Для этого достаточно сдвинуть нуль температуры вправо, например на двадцатое деление шкалы. Но при этом потребуются либо нанесение новой шкалы, либо таблица соответствия делений шкалы температуре.

 

5.2. Электронный термометр

Власов Ю. [21]

В этой конструкции термочувствительным элементом является кремниевый диод, включенный в прямом направлении. Он выполнен в виде зонда, который можно вводить в труднодоступные точки аппаратуры для контроля температурного режима.

Конструкция зонда показана на рис. 32.

Рис. 32. Конструкция температурного зонда

Здесь:

1 — фторопластовая трубка длиной 8 мм;

2 — наружная оболочка коаксиального кабеля РК75-1-22;

3 — центральная жила кабеля;

4 — оплетка кабеля;

5 — эпоксидная смола.

Другой конец кабеля подключают к прибору с помощью стандартного соединителя (разъема). Термометр рассчитан на измерение температуры в пределах от 0 до +100 °C.

Принципиальная схема термометра показана на рис. 33.

Рис. 33. Принципиальная схема электронного термометра

Датчик и резисторы R1-R4 образуют мост постоянного тока, в одну из диагоналей которого подается питание напряжением 9 В, а во вторую диагональ включен вольтметр на операционном усилителе DA1. При указанных на схеме сопротивлениях резисторов полное отклонение стрелки измерительного прибора PV1 соответствует напряжению 1 В.

Если используется микроамперметр на 100 мкА, последовательно с ним нужно включить добавочный резистор, сопротивление которого вместе с собственным сопротивлением рамки прибора должно быть равно 10 кОм.

Для получения двуполярного питания операционного усилителя используется блок питания, принципиальная схема которого показана на рис. 34.

Рис. 34. Принципиальная схема блока питания электронного термометра

Для работы этого блока питания необходим любой униполярный выпрямитель с выходным напряжением 25 В, которое подается на интегральный стабилизатор напряжения 18 В. Далее оно делится, и с помощью стабилитрона VD1 формируется средняя точка.

Постоянные резисторы измерительного моста R1-R3 для высокой стабильности должны быть, например, типа С2-29В.

 

5.3. Быстродействующий термометр

Шелестов И. [22]

В этом приборе термочувствительным элементом является терморезистор типа СТЗ-19, который имеет малую массу и благодаря этому малоинерционен. Термометр предназначен для измерения температуры работающей микросхемы, транзистора или другого элемента для предупреждения выхода аппаратуры из строя.

Принципиальная схема термометра представлена на рис. 35.

Рис. 35. Принципиальная схема быстродействующего термометра

Питание на схему термометра поступает либо от внешнего источника, либо от встроенной батареи в зависимости от соответствующего положения переключателя SA1. Диод VD1 препятствует повреждению прибора при подключении внешнего источника питания в неправильной полярности. С помощью резистора R1 и стабистора VD2 напряжение питания стабилизируется на уровне 1,7 В.

Терморезистор R10 и постоянные резисторы R5, R8, R9 образуют мост постоянного тока, к одной диагонали которого поступает питание со стабистора, а к другой диагонали подключен вольтметр, образованный микроамперметром РА1 и добавочным резистором R6 или R7.

Прибор имеет два диапазона измерений: при разомкнутых контактах SA3 — от 0 до +40 °C, при замкнутых контактах — от +30 до +40 °C. Эти пределы могут быть сдвинуты с помощью переменного резистора R9. Градуировка термометра производится с помощью термокамеры, в которой автоматически поддерживается установленная температура.

Схема рассчитана на использование микроамперметра РА1 типа M1691 с током полного отклонения стрелки 10 мкА и многооборотных переменных резисторов типа СП5-2.

 

5.4. Медицинский термометр

Алексиев Д. [23]

С помощью этого термометра можно измерять температуру тела в пределах от +20 до +44 °C или проверить отклонение температуры в пределах ±2 °C от ранее установленного значения. В качестве термочувствительного элемента в схеме задействован терморезистор.

Принципиальная схема термометра приведена на рис. 36.

Рис. 36. Принципиальная схема медицинского термометра

Терморезистор R и резисторы R1-R4 образуют мост постоянного тока, в одну диагональ которого включен источник питания G1 с выключателем S2, а в другую — измеритель разбаланса моста. Измерение температуры тела производится при положении переключателя S1, показанном на схеме. Измерение разбаланса производится операционным усилителем при включении стрелочного прибора РА1 с добавочным резистором R7 в цепь отрицательной обратной связи. Элементы R8, С2 и С3 осуществляют частотную коррекцию. Конденсатор С1 препятствует влиянию наводок на операционный усилитель.

В нижнем положении переключателя S1 накоротко замыкается резистор R5, что приводит к увеличению коэффициента усиления операционного усилителя, а неинвертирующий вход переключается к движку переменного резистора R3. В результате полное отклонение стрелки микроамперметра соответствует изменениям температуры всего на 4 °C.

Движком R3 можно смещать стрелку прибора на середину шкалы при установленной температуре.

Операционный усилитель μА709 можно заменить на К153УД1А. В схеме используется микроамперметр РА1 с током полного отклонения стрелки 100 мкА. Терморезистор выбирается малых размеров для уменьшения необходимого времени измерения. Его сопротивление при температуре +20 °C может находиться в пределах от 500 до 5000 Ом.