Термометр може вимірювати температуру від -60 до + 100 ° С, похибка не перевищує 0,2 ° С у діапазоні 0 … 40 ° С і в два рази більше за його межами. Робоча температура корпусу приладу 15 … 25 ° С. Термометр живиться від вбудованої батареї 7Д-0, 125Д і споживає струм не більше 2 мА. Основою запропонованого пристрою служить аналого-цифровий перетворювач на мікросхемі DD2 з рідкокристалічним індикатором HG1 (рис. 1).

Схема цифрового термометра

Рис.1. Схема цифрового термометра

В якості параметричного датчика використаний кремнієвий діод VD1, для якого температурний коефіцієнт напруги (ТКН) приблизно дорівнює -2 мВ / ° С. Падіння напруги на прямосмещенном діод при струмі 0,1 … 1 мА має величину в межах 550 … 650 мВ та лінійно зменшується з ростом температури. Для живлення датчика використаний наявний в мікросхемі DD2 джерело опорного напруги. Дільник з резисторів R4, R7, R10 – R13 знижує напругу до 600 мВ, що за величиною відповідає напрузі на діод VD1 при температурі 0 ° С; підлаштування резистор R10 забезпечує його невелику регулювання. Дільник формує також напруга 200 мВ, відповідне різниці напруг, що знімаються з діода VD1 і движка резистора R11 при показанні термометра 100 ° С. Ця напруга подається на входи UОБР мікросхеми DD2, воно може бути теж підлаштовано резистором R12. Елементи R5, R6, С2 визначають частоту задаючого генератора (50 кГц), ланцюжок R8C3 згладжує наведення і шуми і сприяє захисту від статичного електрики. Конденсатор С6 служить для зберігання зразкового напруги, резистор R14 і конденсатор С9 є елементами інтегратора мікросхеми, С10 входить в ланцюг автокорекції нуля. Конденсатори С1, С5, С7, С8 – блокувальні в ланцюгах живлення. Конденсатор С4 усуває наведення змінної напруги з частотою мережі, які за його відсутності детектуються на нелінійності діода VD1 і істотно спотворюють показання. Мікросхема DD1 використовується для постійного включення комою Н3 і контролю розрядки батареї. Особливо слід відзначити призначення резистора R9. Справа в тому, що нестабільність джерела опорного напруги мікросхеми DD2 становить приблизно 0,01% / ° С і 0,1% при зниженні напруги свежезаряженной батареї 7Д-0.125Д з 9,8 В до 8 В (неповна розрядка). Для використання в цифровий мультиметр така нестабільність допустима. У описуваному термометрі це зміна опорного напруги призводить до помилки в 0,6 мВ або в 0,38 ° С, що помітно. Частково можна компенсувати цю похибка підбором резистора R9, зменшивши помилку до 0,1 ° С. Всі елементи конструкції, крім батареї, вимикача і датчика, встановлені з обох сторін двосторонньої друкованої плати з фольгованого склотекстоліти. На рис. 2, а наведено розташування деталей і провідників на стороні розміщення мікросхем, а на рис. 2, б – з протилежного боку. Конструктивні особливості плати – ті ж, що і плати мультиметр.

Друкована плата

Рис.2. Друкована плата

Як датчик температури практично придатний будь-який кремнієвий малопотужний діод, перевагу слід віддати приладів з найменшими габаритами. Конденсатори С6 і С9 – К73-17 з допуском ± 10% на робочу напругу 160 В, можливе застосування та інших плівкових конденсаторів. Полярний конденсатор С4 – К53-4, інші – КМ-5 або КМ-6. Резистори R7, Rll, R13, що входять до подільники, бажано використовувати стабільні, наприклад С2-29В, резистори R10, R12 – СПЗ-19а. Плата встановлена у пластмасовий корпус промислового виготовлення з габаритами 30х72х132 мм. Оформлення датчика температури залежить від передбачуваних областей використання термометра. Можливий, наприклад, варіант, показаний на мал. 3. Оформлення датчика температури
Для його виготовлення беруть скляну трубку 1 діаметром 4 … 6 мм, кінець її, нагріте на вогні газового пальника або спиртівки, відтягують для зменшення діаметру приблизно до 3 … 3,5 мм. Потім тонку частину трубки слід розламати і запаяти на тому ж полум'я. Один з висновків діода 6, використовуваного як датчик, слід підігнути до його корпусу, до обох висновків підпаяні два дроти 2 марки МГТФ-0, 07 довжиною по 0,5 м, одягти на кожен з них по два відрізки (4 і 5) полівінілхлоридної або фторопластовою трубки. Діод з проводами вставити в скляну трубку і закріпити дроти у її відкритому кінці краплею епоксидного клею 3. Для поліпшення теплового контакту трубки і діода перед складанням датчика у витончену частина трубки з допомогою тонкої трубки ввести невелику кількість рідкого масла, наприклад моторного. Можливий і такий варіант. До висновків діода підпоюють дроти, потім на них одягають полівінілхлоридними або фторопластових трубку завдовжки близько 300 мм так, щоб діод був розташований з невеликим зсувом щодо її середини, після чого трубку складають навпіл і кінці туго обмотують ниткою, попередньо заповнивши їх клеєм. Якщо передбачається використовувати термометр для вимірювання температури повітря в приміщенні, ніякого спеціального оформлення датчика не потрібно – цілком достатньо встановити його в корпусі приладу, в якій зробити вентиляційні отвори. Налагодження термометра нескладно. Спочатку підбирають резистор R5 для забезпечення частоти генератора, що задає мікросхеми DD2 рівної 50 кГц. Контроль виробляють на виведення 21 мікросхеми – на ньому частота повинна становити 62,5 Гц. Помістивши датчик у таїть лід або сніг, підлаштування резистором R10 слід встановити нульові показання на індикаторі, при необхідності підібрати резистор R4. Потім опустивши датчик у воду з температурою 35 … 40 ° С, контрольованої точним термометром, резистором R12 встановити відповідні свідчення на індикаторі. Використання киплячої води для калібрування небажано, оскільки температура кипіння залежить від атмосферного тиску.
Підключивши термометр до джерела регульованого напруги, підібрати резистор R9 так, щоб при зміні напруги в межах від 8 до 9,8 В свідчення відрізнялися не більше ніж на 0,1 ° С. Після цього треба уточнити настройку відповідно до попереднім абзацом при напрузі живлення 8,8 В. Суттєво підвищити точність цифрового термометра і стабільність його показань при зміні напруги харчування й температури корпусу приладу можна, використавши інтегральний датчик температури К1019ЕМ1 [6]. Датчик представляє з себе двополюсників з малим диференційним опором, падіння напруги на якому при струмі 1 мА і температурі 0 ° С складає 2932 мВ і змінюється пропорційно абсолютній температурі корпусу датчика. Абсолютний ТКН такого датчика, на відміну від діода, позитивний і становить 10 мВ / ° С. Сама по собі установка датчика К1019ЕМ1 замість діода не вирішує проблем з похибками, пов'язаними із залежністю опорного напруги від температури і напруги живлення, оскільки відносні ТКН датчика та діода практично рівні і відрізняються тільки знаком (+0,3% / ° C і -0,3% / ° С відповідно). Рішенням проблеми, пов'язаної з нестабільністю опорного напруги, може бути одночасне використання двох поруч розташованих датчиків – мікросхеми К1019ЕМ1 і кремнієвого діода. На рис. 4 наведено можливу схему їх спільного включення.

Схема спільного включення мікросхеми К1019ЕМ1 і кремнієвого діода

Рис.4. Схема спільного включення мікросхеми К1019ЕМ1 і кремнієвого діода

Датчик температури DA1 живиться струмом 1 мА від генератора струму на транзисторі VT1 і світлодіоді HL1, а діод VD1-струмом 100 мкА від аналогічного генератора на тому ж світлодіоді і транзисторі VT2. Дільником R19 – R21 напруга з датчика DA1 зменшено приблизно в п'ять разів і приведено до напруги на діод VD1 при температурі 0 ° С. Різниця цих величин, що подається на вимірювальний вхід АЦП, змінюється з ТКН 4 мВ / ° С. Температурі 100 ° С відповідає напруга 400 мВ, такої ж величини має бути і напруга, що подається на вхід АЦП зразковий DD2, воно знімається з дільника R16 – R18. Тепер нестабільність опорного напруги мікросхеми DD2 не позначається на величині сигналу, що подається на вимірювальний вхід АЦП, а нестабільність зразкового напруги в 0,1% призводить до помилки 0,1 ° С при 100 ° С, причому не впливаючи на свідчення при 0 ° С. Оскільки зразкове напруга становить 400 мВ, опір резистора R14 інтегратора має бути збільшене до 220 кОм. Налаштування цього термометра полягає в установці підлаштування резистором R20 нульового показання при температурі 0 ° С і свідчень, відповідних температурі, близької до верхньої межі діапазону використовуваного, підлаштування резистором R17. Недоліками такого варіанту термометра є необхідність підключення датчика, що включає в себе мікросхему і діод, трипровідній кабелем і відносно великі габарити датчика.