Устройство для измерения температуры

 

Использование: в измерителях и рогуляторах температуры. Сущность изобретения: устройство содержит транзисторы 1,2,3, 4, 5, резисторы 6, 7, 8, 9, 10, 15, конденсатор 11.1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОИ)ЛАЛИ)СТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<с)д G 01 К 7/22

ГОСУДАРСТВЕl- ÛÉ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828758/10 (22) 23.03,90 (46) 07,09.92. Бюл. № 33 (71) Специальное конструкторское бюро по приборостроению и средствам автоматизации (72) Н.Vi,ÊîðoíèH (56) 1, Авторское свидетельство СССР

М 470714, кл. G 01 К 7/22, 1973.

2. Хоровиц П„Хилл У, Искусство схемотех:- ики. M.: Мир, 1983, т.1, с. 320, рис. 5.24.

3. Контрольно-измерительная техника.

Экспресс-информация ВИ)ЧИТИ. M., 1987, ¹18, с. 24, Изобретение относится к области тепловых измерений и может быть использовано в измерителях и регуляторах температуры, в частности, бытового назначения, Известно устройство для измерения температуры (1), содержащее термотранзистор, параллельно эMèòòåðèо-базовому переходу которого включен индикатор напряжения, и потенциометр, подвижный контакт которого соединен через источник питания с коллектором термотранзистора, Недостатком этого устройства является невысокая точность из-за нелинейности характеристики преобразования температура— напряжение, но больше из-=:а того, что она основано на не определяемой твердыми физическими контактами температурной зависимости коэффициента усиления термотрэн зи сто ра по току.

Известен датчик температуры и одновременно стабилитрон "запрещенной зоны "(2), содержащий первый и второй транзисторы, базы которых подключены к отводу резистивного делителя, подключенного параллельно выходу стабилитрона, „„ Ы„„176О375 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ TEL

ПЕРАТУРЫ (57) Использование: в измЕрителях и регуляторах температуры. Сущность изобретения: устройство содержит транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, резисторы б, 7, 8, 9, 10, 15, конденсатор

11. 1 ил. первый вывод которого, соединенный с общей шиной устройства, через первый резистор соединен с выходом датчика температуры и с эмиттером первого транзлстора, соединенным через второй резистор с эмиттером второго транзистора, причем коллекторы первого и второго транзистора соединены соответственно с неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя, выход которого соединен с выходом стабилитрона, соединенным через третий резистор с коллектором первого транзистора, а через четвертый резистор с коллектором второго транзистора. Недостатками этого датчика температуры-стабилитрона являются сложность из--.а наличия операционного усилителя и потребность повышенном напряжении питания (5 В), Наиболее близким по техниче-.êîé сущности к предложенному техническому решению является низковольтный источник опорного напряжения (1,235 В) (3), сгодержащий первый, второй и третий трапа сторы, эмиттеры которых подключены к первому выводу конденсатора, соединеннок11 с пер1760375

Вым выводом устройства, BTOpQA вь! B0p, Ко торого подключен к коллектору третьего транзистора, через первый резист ) > к коллектору второго транзистора, через резистивный делитель к коллектору первого транзистора и к третьему выводу ус.. оойства, при этом отвод резистивного делителя соединен с базой первого транзистора, коллектор которого соединен с базой второго транзистора.

Первым недостатком этого устройства является сложность из-за наличия дифференциального усилителя, что затрудняет изготовление устройства на транзисторной сборке и резисторах, Вторым его недостатком является малая точность измерения изза отсутствия формирователя сигнала по температуре и соответствующего выхода (в известном устройстве существуют лишь неопределенные сигналы дрейфа от окружающей температуры), Целью изобретения является повышение точности измерения.

Это в различных случаях применения устройства приводит к экономике электроэнергии, улучшению комфортности, увеличению количества и повышению качества вырабатываемого продукта, в том числе через сохраняемость и т.д.

Цель достигается тем, что в устройство введены четвертый и пятый транзисторы, эмиттеры котооых подключены к первому выводу конденсатора, а коллек горы через введенные второй и третий резисторы соответственно — к второму выводу конденсатора, при этом коллектор второго транзистора соединен с базой четвертого транзистора, коллектор которого соединен с базой пятого транзистора, коллектор которого соединен с базой третьего транзистора.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. устройство для измерения температуры содержит первый-пятый транзисторы 1-5, первый-третий резисторы 6-8, резистивный делитель на резисторах 9-10, конденсатор 11, первый-третий выводы 12-14, балластный резистор 15, К отводу резистивного делителя 9,10 подключена база транзистора 1, Конденсатор 11 подключен параллельно коллекторно-эмиттерному переходу транзистора 3 и между первым 12 и вторым 13 выводами устройства. Конденсатор выполняет функции фильтра нижних частот. Последовательно с конденсатором может быть включен четвертый резистор со стороны первого вывода 12 устройства. Более того, эмиттер транзис-."ра 5 может быть подключен к общей точке конденсатора 11 и четвертого резистора. Однако последнее

45 IBpíûx пеоеходах транзистооов 1,2, т,е, ра в ной нул ю ошибку рассогласования меж50

«) 0

40 относится лишь к варианту возможного исполнения низкочастотного фильтра и является дополняющим.

Напряжение отрицательной полярности через балластный резистор 15 прикладывается к эмиттерам всех транзисторов

1-5. Общей точкой устройства принят второй вывод 13 для определенности. Относительно этой точки производится отсчет сигналов; пропорционального абсолютной температуре (между выводами 13,14) и стабилизированного (между выводами 12,13), Оптимальным значением стабилизированного напряжения является 1,248 В, По существу, устройство представляет собой усилитель с непосредственными связями между каскадами, охваченный глубокой отрицательной обратной связью. устройство работает следующим образом.

Транзистор 1 работа.т в так называемом послеграничном режиме. т.е, при потенциале коллектора ниже потенциала базы на величину падения напряжения на резисторе 10. Можно считать, что на транзисторах 1,2, резисторах 6,9,10 выполнен формирователь пропорционально абсолютной температуре выходного напряжения

0(Т), В формирователе выполняются определенные приводимые ниже физические соотношения между токами и напряжениями.

Коплекторный гок транзистора 1 выбирается расяетом резисторов в N раз больше коллекторного тока транзистора 2. Обычно N равно около 10. От точности упомянутого выше отношения токов зависит точность устройства в целом, Зто соотношение токов поддерживается усилителем сигнала рассогласования, выполненного на транзисторах 4,5,3 и резисторах 7,8. Являясь простым недифференциальным усилителем, он однако выполняет функции дифференциального усилителя, поддержиная равенство падений напряжения на коллекторно-эмитду коллекторами транзисторов 1,2. Зто достигается тем, что в устройстве сопротивления резисторов 6„7 поиняты одинаковыми. Для дальнейшего рассмотрения приведем необходимые обозначения. Сопротивление резистора будет обозначать буквой R c индексом, соответствующим номеру на чертеже. Коллекторные токи транзисторов будем обозначать буквой I с индексом сооветствующего транзистора, Каскад на транзисторе 1 является как бы задающим.

Падение напряжения U10 на резисторе 10 вынуждает транзистор 2 работать при меньшем коллекторном токе. Так как Rg=Rz, то

1760375

»-»ст Ъ62 9 + 10 (2) (4) 35

50

Uct —.U6@2+U(T), (8) !

2=!4. В связи с этим также имеем 0э62=0э64.

В устройстве выполняется следующее соотношение:

К .»10=0бэ1 Обэ2= T In . (1) ц т2 где К вЂ” постоянная Больцмана; ц — заряд электрона.

Далее можно записать выражения для коллекторных токов 11; l2;!

2 86 ° (3)

Ос»»»» бэ4 Uñò»-» бэ2 где UñT — стабилизированное низковольтное напряжение между первым 12 и вторым 13 выводами устройства, получающееся автоматически равным около 1,248 В.

Подставив равенства (2) и (3) в зависимость (1), получим

U10 = — Т . in

К R6

Ц, 9+ В10

Током базы транзистора 1 можно пренебречь. Поэтому общее падение напряжения на резисторах 9,10, равное ЦТ), соответствует формуле

U(T) = (+ 1) U»0 . (5) Подставив равенство (4) в формулу (5), получим

Выражение(6) определяетлинейную зависимость вида

0(Т)=-А Т, (7) Таким образом, напряжение U(T), действующее между выводами 14,13 устройства, несет информацию об абсолютной температуре Т, Коротко упомянем о сущности напряжения стабилизации». >ст между выводами 12,13 устройства. Оно равно

Стабильность этого напряжения оттемпературы поддерживается потому, что первый член выражения (8) имеет отрицательный

30 температурный коэффициент, а второй (согласно равенству (7) — положительный, При одинаковых по модулю значениях этих коэффициентов и обеспечивается стабильность».>ст. Можно показать теоретически и экспериментально, что оптимальным для большей стабильности значением U<

Устройство показало еткую работу, температурный коэффициент равен 2,5 мВ С, нелинейность передаточной характеристики температура — напряжение не превышает 0,1», .

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее первый, второй и третий транзисторы, эмиттеры которых подключены к первому выводу конденсатора, соединенному с первым выводом устройства, второй вывод которого подключен к коллектору третьего транзистора, через резистор — к коллектору второго транзистора, через резистивный делитель — к коллектору первого транзистора и второму выводу устройства, при этом база второго транзистооа соединена с отводом средней точки резистивного делителя, о т л и ч.а Io щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены четвертый и пятый тра» зисторы, эмиттеры которых подключены h первому выводу конденсатора, а коллекторы через введенные соответственно второй и третий резисторы — к второму выводу конденсатора, при этом пятый транзистор своей базой соединен с коллектором четвертого транзис, гора, подключенного базой к коллектору второго транзистора, а коллектором — к базе третьего транзистора.

1760375

Составитель Н,Коровин

Техред M,Mîpãåíòàë Корректор M.LUàðoøè

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Гагарина, 101

Заказ 3180 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5