ТРАНЗИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕТР

Е. Красунцев, Радио №4/1965, ст. 47

В последнее время для создания транзисторных электротермомет­ров используется один из сущест­венных недостатков транзисторов — зависимость их параметров от тем­пературы. При этом наиболее эф­фективными оказываются приборы, принцип действия которых основан на зависимости падения напряжения на переходе база — эмиттер от тем­пературы.

Исследования показывают, что при увеличении температуры эмиттер­ного перехода на 1° С падение нап­ряжения на нем уменьшается на 2,0—2,5 мв. Эти изменения напряже­ния вызывают соответствующие из­менения тока базы. Последние уси­ливаются самим транзистором и соз­дают падение напряжения на наг­рузке коллектора, изменяющееся в соответствии с изменением темпера­туры транзистора. Это напряжение и является мерой температуры.

По этому принципу и работает транзисторный электротермометр, схема которого приведена на рис. 1. Он предназначен для измерения тем­пературы горных пород, обладает высокой чувствительностью и удобен для работы в шахтных условиях, пос­кольку не содержит чувствитель­ного гальванометра.

Датчиком температуры в приборе служит германиевый транзистор Т₁ который прикреплен к концу хлор­виниловой трубки длиной около 2 м. Транзистор соединен с прибором тремя гибкими проводниками, поме­щенными в трубку.

Напряжение смещения на базу транзистора T1 подается с дели­теля R1—R₁₅. Напряжение, снима­емое с коллекторной нагрузки R17 транзистора T1, по­дается на уси­литель постоян­ного тока, соб­ранный на тран­зисторах Т₂, Т₃. Величина этого напряжения, как указано выше, из­меняется в соот­ветствии с измене­нием температуры транзистора.

С делителя на­пряжения R₁₈ R19, на вход усилителя постоянного тока, подается постоян­ное напряжение 0,75 в. Следова­тельно, вольтметр измеряет разность напряжений, сни­маемых с коллек­торной нагрузки транзистора Т₁ и с делителя R₁₈, R19

Усилитель по­стоянного тока рассчитан так, чтобы полное отклоне­ние стрелки микроамперметра про­исходило при изменении темпера­туры транзистора на 1° С.

Чтобы расширить диапазон изме­ряемых температур, предусмотрено ступенчатое изменение напряжения смещения на базе транзистора Т₁ с помощью переключателей П₁ и П₂, причем положение переключа­теля П₁ соответствует изменению температуры в единицах, а П₂ — в десятках градусов. Диапазон из­меряемых температур 0—50° С

При помощи переменных сопро­тивлений R14 и R₁₅ устанавливают границы диапазона измеряемых тем­ператур, а также начальное смеще­ние на базе транзистора, соответ­ствующее началу диапазона. Это делается один раз, при налаживании прибора. Каскад усилителя постоянного то­ка охвачен глубокой последователь­ной (R26—R27) ^и параллельной (R₂о— R₂₄) отрицательной обратной связью. Введение отрицательной обратной связи значительно повышает температурную стабильность усилителя, хотя и снижет его коэффициент усиления. Снижение коэффициента усиления усилителя в данном случае не имеет большого значения, так как оно может быть компенси­ровано подбором соответствующих транзисторов. К тому же для чувст­вительности прибора 100—150 мкА/°C достаточно усиление 10—20. Повышению температурной ста­бильности усилителя способствует также максимально возможное уве­личение сопротивления фильтра R₃₃ С₂, через который подается питание на усилитель.

Транзисторы Т₂, Т₃ подобраны с весьма малым разбросом параметров. Желательно, чтобы у отобранной пары транзисторов изменения I_кон в зависимости от температуры были одинаковыми. При изготовлении при­бора транзисторы Т₂ и Т₃ помещают в своеобразный термостат, состоя­щий из двух медных массивных коро­бок, вставленных одна в другую и изолированных друг от друга асбес­товой прокладкой.

Потенциометры R22 R32 предназначены для балансировки при налаживании прибора. При этом П₃ переводят в левое положение и добиваются нулевого показания микроамперметра при разомкнутом входе усилителя с помощью потен­циометра R22 ^и при замкнутом на­коротко — с помощью потенциометра R₃₂. Такую регулировку повторяют до тех пор, пока стрелка микроамперметра не будет оставаться на нулевой отметке, как при разомк­нутом, так и при замкнутом входе усилителя.

Прибор питается от батареи Б1, состоящей из четырех батарей КБС- Л-0,5. Напряжение питания стаби­лизировано кремниевыми стабилит­ронами Д808 и Д809. Стабилитроны Д1 и Д₂ подобраны так, что напряже­ния стабилизации у них различаются всего на 1 —1,5 в при выходном напря­жении около 7,5 в, чем достигается весьма высокая степень стабилиза­ции при уменьшении напряжения батареи до 9—10 в.

Переменное сопротивление R₃₆ цепи питания включено для огра­ничения тока, протекающего через стабилитроны при смене батарей. При помощи этого сопротивления устанавливают такое напряжение пи­тания, при котором ток через диоды равен 5—6 ма. Величина этого нап­ряжения контролируется стрелоч­ным прибором при переключении тумблера П₃ в правое положение (положение «контроль»). По мере уменьшения емкости батареи Б₁ соп­ротивление R₃₆ уменьшается.

Во избежание перегрузки микро­амперметра в случае, если пере­ключатель П₂ находится в положе­нии, не соответствующем измеряемой температуре, микроамперметр зашунтнрован сопротивлением R₃₀. Выключатели Вк работают таким образом, что когда Вк₁ включается, Вк₂ выключается.

В тех случаях, когда точность из­мерения температуры 0,1—0,2 град. достаточна, значительно необходимо постоянного торную цепь транзистора Т1 и делитель напряжения R18 R19 c соответствующей парой контактов пере­ключателя П₃ (положение «измере­ние»),