Объединив точный датчик температуры со стандартным цифровым мультиметром, можно создать недорогой, точный и полезный термометр.
Идея недавней статьи «Биполярный транзистор – точный датчик абсолютной температуры в градусах Кельвина и Ранкина» [1] основывалась на руководстве по применению 1991 года [2], написанному легендарным гуру – навсегда оставшимся в памяти Джимом Уильямсом. В своей статье Уильямс продемонстрировал, что обычные, специально не отобранные транзисторы при использовании в качестве датчиков ΔVBE обеспечивают точность измерения температуры до долей градуса без калибровки:
«…случайно выбранные транзисторы 2N3904 и 2N2222… показали разброс менее 0.4 °C среди 25 устройств от различных производителей».
Как показал Уильямс, математические выкладки, касающиеся ΔVBE, можно свести к простой и легко запоминающейся (ха-ха!) линейной зависимости от абсолютной температуры:
(Здесь CR – отношение токов). Таким образом, если нам нужно какое-либо заданное значение ΔVBE/°C, то требуемое значение CR
Например, для ΔVBE/°C = 100 мкВ
Это отношение реализовано в простой схеме на Рисунке 1, обеспечивающей выходной сигнал 100 мкВ на градус Кельвина.
 | |
| Рисунок 1. | Обычный биполярный транзистор Q1 служит точным датчиком абсолютной температуры с чувствительностью 100 мкВ на градус Кельвина. |
Ладно. Но для чего же это нужно? Одно из возможных применений продемонстрировал наш постоянный автор Ник Корнфорд в ряде оригинальных проектов:
- Новый и улучшенный резистивный датчик температуры для цифрового мультиметра. Часть 1 [3] и Часть 2 [4];
- Вставить PRTD в слот термистора. А это возможно? [5];
- Самодельный резистивный датчик температуры для цифрового мультиметра [6].
Он показал, что сочетание точного датчика температуры со стандартным цифровым мультиметром позволяет создать недорогой, точный и полезный термометр.
Любимый датчик Ника – сверхуниверсальный платиновый RTD, однако, как показал Уильямс, вполне подходит также и скромный (и сверхдешевый) биполярный транзистор 2N3904 (или аналогичный). Это, разумеется, при условии, что будет достаточно ограниченного возможностями корпуса температурного диапазона от –55 до +150 °C. А также при условии, что датчик получит небольшую поддержку от своих друзей, таких как операционный усилитель с нулевым смещением на Рисунке 2, который масштабирует диапазон выходного сигнала до удобного для цифровых мультиметров значения 1 мВ на градус Цельсия, Кельвина, Фаренгейта или Ранкина.
 | |
| Рисунок 2. | Операционный усилитель A1 с нулевым дрейфом и максимальным смещением 5 мкВ масштабирует 100 мкВ/°K в 10 раз до 1 мВ/°C и в 18 раз до 1 мВ/°F. |
Конечно, измерения абсолютной температуры в градусах Кельвина и Ранкина используются гораздо реже, чем привычные шкалы Цельсия и Фаренгейта… и именно здесь на помощь приходит Рисунок 3.
 | |
| Рисунок 3. | Подключите плюсовой провод цифрового мультиметра к соответствующему выходу схемы на Рисунке 2, а минусовой – к нужному контакту точного смещения 0°, чтобы перекалибровать ноль (перенастроить 273 K в 0 °C и 460 R в 0 °F). |
Напряжение V+ может быть любым от 3 до 6 вольт. Ток, потребляемый при 3 В, едва превышает 1 мА; основной вклад в него вносит параллельный источник опорного напряжения Z1, поэтому двух батареек AA хватит на 2000 часов (почти три месяца) непрерывной работы. Одной литиевой дисковой батарейки CR2032 хватит на 10 дней без перерыва.
Спасибо, Ник и Джим!