由单片A／D转换器装配的袖珍式数字万用表日趋普及，这种万用表的功能多、精度高，显示直观。如何扩展它的功能，作到一表多用，是大家所感兴趣的。本文介绍的用晶体三极管的发射结作感温元件，同这种万用表组成的测温仪，能分辨出±0.1℃，可用于各方面的温度测量。
原理和制作
当3DG6C的发射结通过140μA的恒定电流时，发射结的正向压降与温度的关系如图1所示。可以看出，3DG6C发射结的压降在100℃以内随着温度的升高而线性下降，变化率约为-2mV／℃。
为用PN结作感温元件，可将晶体管的发射结接在图2所示的恒流电桥中。恒定电流I\(_{1}\)和I2分别通过电桥的两臂。当PN结温度为0℃时，调节电位器W，使电桥平衡，V\(_{ab}\)=0；当温度升高时，发射结的正向压降减小，而恒定电流I2在R和W上的压降维持不变，因此V\(_{ab}\)增加。这样以来，电桥的输出电压Vab与温度的关系如图3所示。
当用数字万用表的200mVDC档测量V\(_{ab}\)时，如果在0℃和100℃时的Vab值恰好等于0mV和100mV，则万用表显示的数字可直接表示所测的温度。但实际上，若用3DG6C的发射结作感温元件，当温度从0℃升到100℃时，发射结正向压降约变化200mV左右，因此，必须采取适当措施，才能使万用表显示的数字与被测温度一致。一个办法是改变万用表内A／D转换器的基准电压，但这样会影响万用表的正常功能。而在不改动万用表的情况下，可利用分压原理，取出发射结正向压降的一部分加以测量。
图4是用3DG6C的发射结作感温元件，可用DT890A型数字表组成的测温仪原理电路，由R\(_{2}\)、R3和W\(_{2}\)对发射结的正向压降进行分压。由于分压电阻及万用表的旁路作用，一般要破坏电桥原来的输出特性。但这里采用的是恒流源，同时只要正确选择分压电阻的阻值，则在PN结并上分压电阻后，除使正向压降的绝对值及其随温度的变化率有所降低外，对线性几乎没有影响。图1中的曲线2是按图4中的参数得到的。分压电阻的阻值，取决于恒流源的电流、数字万用表200mVDC档的输入阻抗和PN结的性质等，须由试验确定。电位器W1和W\(_{2}\)，是在温度标定时用来调整确定冰点和沸点的。电路中的R1～3都应选用温／度系数小的电阻，W\(_{1}\)和W2采用带紧固螺母的微型线绕电位器。
测温电路的所有元件及电池，可封装在图5所示的测温探头内。由于整个电路的总电流还不到300μA，用两节五号电池即可。若要进一步缩小探头尺寸，也可用CR2025或CR2032型氧化银电池供电。可将3DG6C管帽上的漆层除掉，在基极和发射极上焊好引线后，装在长20cm、内径约6mm的铜管的一端，使晶体管管帽的顶部露在铜管外面，用环氧树脂或高强度粘合剂密封，以防渗水。装元件和电池的电路板盒，可用有机玻璃制作，通过螺纹与铜管联接在一起。电源开关装在盒的侧壁，带插头的测量线从盒的后部引出，插在万用表200mV测量端。
标定方法
因为感温元件工作在线性区，因此只要对直线上相距足够远的两点进行标定即可。在用3DG6C的发射结感温时，可在0℃和100℃这两点标定。0℃由纯净的冰水混合物获得，100℃由一个大气压下的纯开水获得，但都必须用标准温度计校准。标定时，应使感温元件紧靠标准温度计的水银体。
冰水混合物可盛在五磅的保温瓶里，将感温元件和标准温度计放入后，用棉花等绝热物塞住瓶口，只露出标准温度计的刻度。注意不要让残留的冰块接触标准温度计的水银体和感温元件。
沸点的标定可在容积不小于30升的金属容器中进行。容器盛满纯水，用电炉加温。标准温度计的水银体和感温元件，应放在水的中部，不可靠近容器底部或边沿。要不断搅动水，以使水温均匀。
标定步骤如下：
1．确定分压值：发射结并上分压电阻后，接通恒流源，用数字万用表分别测出发射结在0℃和100℃时的正向压降，求出所需的分压值。以图4为例。当恒定电流等于140μA时，用DT890A型数字万用表的2VDC档，测得发射结在0℃和100℃时的正向压降分别为682mV和499mV，差值为183mV。在0～100℃的温度变化范围内，为使电桥的输出电压V\(_{ab}\)相应等于0～100mV，则0℃时的分压值
V\(_{bo}\)=\(\frac{682×100}{183}\)=373（mV）
2．电桥平衡调节：保持发射结温度为0℃，调节R\(_{2}\)\(^{*}\)和W2，使b、o间的电压V\(_{bo}\)等于所需的分压值。再把数字万用表拨至200mVDC档，接在电桥的a、b两点之间，调节W1，使万用表显示“0”。这时电桥平衡，对图4有
V\(_{ao}\)=Vbo=373mV。
3．冰点和沸点的整定：经过以上调节后，当发射结温度从0℃升到100℃时，电桥的输出电压也应从0mV增加到100mV。例如，在0℃时，V\(_{ao}\)和Vbo都等于373mV；100℃时，V\(_{ao}\)不变，而
V\(_{bo}\)=\(\frac{499×100}{183}\)=273（mV），
则电桥的输出电压
V\(_{ab}\)=Vao-V\(_{bo}\)=373-273=100(mV）。
但由于万用表的输入阻抗和换档误差的影响，在0℃时虽能显示“0”，而在100℃时显示的数字会稍微偏离“100”，因此必须加以整定。这时需微调W\(_{1}\)，若显示数少于100，应提高Vao；反之，应降低V\(_{ao}\)。
由于W\(_{1}\)和W2对电桥有交互影响，调了W\(_{1}\)后，会使电桥在0℃时失去平衡，这时应重新在0℃的条件下调节W2，使电桥达到新的平衡。这样反复调整几次，就能使数字万用表在0℃和100℃时准确地显示“0”和“100”，一台精密的测温仪就标定好了。值得提出的是，在整定冰点和沸点时，应注意W\(_{1}\)和W2的调节顺序：整定100℃时调W\(_{1}\)，整定0℃时调W2。若顺序反了，会使偏离值越调越大。
几点说明
1．恒流源的确定：通过发射结电流的大小要适当，不可太大和太小。因发射结的动态电阻与通过它的电流成反比，若电流太小了，动态电阻太大，分压电阻和万用表的旁路作用明显，可能影响测温电桥输出信号的线性；若电流太大了，将产生热效应，不但会破坏线性，甚至将发射结烧毁。在图4中，DL\(_{1}\)选用2DH01型恒流管，恒流值为140μA，温度系数约为10\(^{-}\)3/℃，在-20～40℃的环境温度下，由此而引起的测温误差约为实测温度的0.03％，在所要求的精度范围内，可不予考虑。DL2的恒流值也要合理选择，恒流值太小时，为使电桥在0℃时平衡，势必要增加R\(_{1}\)和W1的阻值，这对稳定性不利；恒流值太大时，恒流管的温度系数增加，动态电阻降低，这都会影响测温精度。在图4中，DL\(_{1}\)和DL2选用恒流值相近的同一型号的半导体恒流管，已能满足要求。
2．仪器的标定虽然只在两点进行，但只要在发射结感温特性的线性区，并且不超出PN结的允许工作温度，则测温范围可以扩大。例如，用3DG6C的发射结感温时，测温范围约为-40～120℃。若用3AX31B的发射结作感温元件，当温度超过40℃时，感温特性的线性就破坏，所以只能在-40～40℃范围内使用。在用该仪器测温时，数字万用表能自动显示正、负号。
3．由于半导体恒流管的动态电阻r\(_{d}\)和数字万用表的输入阻抗ri都很高，因此允许通过长导线进行遥感或遥测。在图4中，2DH01的动态电阻r\(_{d}\)≥8MΩ，DT890A的290mVDC档的输入阻抗ri≥10MΩ，接感温元件或数字万用表的长导线的直流电阻，与r\(_{d}\)和ri相比，可以忽略不计。(王宝舫)