Термодатчик

 

Использование: изобретение относится с конструкциям термочувствительных релейных устройств, действующих по принципу включено-выключено, и предназначено для применения в схемах регулирования температуры термостатов, нагревательных холодильных устройств, а также для защиты электротехнической аппаратуры от перегрева . Сущность: с целью повышения точности, термодатчик содержит подсоединенные параллельно к источнику тока два каскада с p-n-p-n-структурами, выполненными с тонкими базами и зашунтированными эмиттерными p-n-переходами, а также термозависимый каскад с последовательной цепью диодов и опорный каскад с цепью последовательно соединенных шестивольтовых стабилитронов , которые подключены к базам p-rt-p-n-структур соответственно первого и второго каскадов. Первый и второй выходы термодатчика специализированы для управления регулировкой соответственно охлаждения и нагрева. Параметры термодатчиков не зависят от технологического разброса параметров р-п-р-л-структур. Термодатчики могут быть выполнены в виде интегральных схем и могут работать в диапазоне температур от -60 до 200°С. 5 ил.

(19) (I 1) (яцек G 01 К 7/22

ОП ИСАН И Е ИЗОБ РЕТЕ Н ИЯ

К ПАТЕНТУ

2 (21) 5018121/10 (22) 24.12.91 (46) 07,09.93. Бюл. N- 33 — 36 (76) Смолянский В.А, О

О

О (Л (Л

Комитет Российской Федерации по патентам и товарнымзнакам (54) ТЕРМОДАТЧИК (57) Использование: изобретение относится к конструкциям термочувствительных релейных устройств, действующих по принципу включено-выключено, и предназначено для применения в схемах регулирования температуры термостатов, нагревательных холодильных устройств, а также для защиты электротехнической аппаратуры от перегрева. Сущность: с целью повышения точности, термодатчик содержит подсоединенные параллельно к источнику тока два каскада с

Изобретение относится к конструкциям термочувствительных элементов и релейных устройств регулирования температуры срабатывания, действующих по принципу включено — выключено.

Известны полупроводниковые датчики температуры, использующие зависимость от температуры параметров р-и-переходов. например зависимость прямого падения напряжения от температуры и тока—

0пр(Т, I).

Недостатком термодатчиков на р — п-переходах является их малая чувствительность (М = 2 MR) à и необходи.Гость применения стабильных высокочувствительных усилителей и стабилизированного злектропита,ич. большее распространение в области пел иньг регучлторов температур-п-р-п-структурами, выполненными с тонкими базами и зашунтированными змиттерными р-п-переходами, а также термозависимый каскад с последовательной цепью диодов и опорный каскад с цепью последовательно соединенных шестивольтовых стабилитронов, которые подключены к базам р — и — р — и-структур соответственно первого и второго каскадов. Первый и второй выходы термодатчика специализированы для управления регулировкой соответственно охлаждения и нагрева, Параметры термодатчиков не зависят от технологического разброса параметров р-п-р-п-структур.

Термодатчики могут быть выполнены в виде интегральных схем и могут работать в диапазоне температур от -60 до 200 С. 5 ил. ры находят термореле с биметаллическими контактами, контактными термометрами или с терморезисторами, позволяющими с большей простотой управлять исполнительной нагрузкой, Известны термодатчики, использующие приборы с р — n — р — n — структурой (тиристоры) в качестве термочувствительного и усилительного элемента одновременно. Термочувствительным параметром в этих датчиках является падающая зависимость тока выключения 1вцкл (Т) от температуры.

В известных термодатчиках каскад с термодатчиком подключен к двум независимым источникам тока: пульсирующему, обеспечивающему периодическое включение р-и — р — п-структуры, и постоянному. удерживающему р- и-р-и-структуру в от2000559 крытом состоянии. Если постоянный ток удерживающего источника 1уд < Iss n (Т ), где

Т вЂ” заданная температура срабатывания термодатчика, то р-и-р — n-структура периодически включается и в цепи пульсирующего источника тока возникают импульсы, которые могут быть использованы как сигналы о недостаточной температуре окружающей среды, т.е. Токр < Т . При 1уд > 1лыкл (Т*) р-и-р-и-структура перестает выключаться и отсутствие импульсов может быть использовано как информационный сигнал о том, что To@ð > Т . Задавая значение тока 1уд в интервале значений тока выключения р-ир-и-структуры в ее рабочем диапазоне (-60 — +200 С), т.е. от 1выкл (+200) до 1выкл (60). можно настроить термодатчик на заданную температуру срабатывания.

Недостатками известных термодатчиков с р-n — р — п — структурами является технологический разброс параметра. 1выкл, наблюдаемый при нормальной температуре, и нестабильность зависимости 1л,л от температуры. Эти недостатки препятствуют созданию простых серийноспособных стабильных датчиков температуры, необходимых для массового применения в термостатах, электронагревательных и холодильных устройствах, устройствах тепловой защиты электротехнических средств, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому резул ьтату я вл яется термодатчик, содержащий диоды; первый и второй каскады с р-и-р-и-структурами (тиристорами); источник пульсирующего напряжения и RC-цепочку (образующие источник пульсирующего тока), в котором первый каскад с р-пр-и-структурой подключен к источнику пульсирующего тока.

Предлагаемое изобретение направлено на создание тиристорных термодатчиков для релейных устройств регулирования температуры, действующих по принципу включено — выключено и не имеющих указанных выше недостатков.

Принципиальная схема термодатчика приведена на фиг. 1; подключение термодатчика к силовому тиристору и нагрузке термостата или теплонагревательного прибора показано на фиг. 2; подключение термодатчика к силовому тиристору и нагрузке холодильника показано на фиг, 3; изменение вольт-амперной характеристики первого каскада с р-и-р-и-структурой при подключении термозависимого каскада с 30 кремниевыми диодами в диапазоне температур от +25 до 150 С показано на фиг. 4; вольт-ямперной характеристики первого каскаля с р- и-р -и- структурой при подклече5

55 нии термозависимого каскада с 25 кремниевыми диодами в диапазоне температур от

-60 до+30 С показано на фиг. 5.

Приняты следующие условные обозначения 1 - первый каскад с р-и — р-п-структурой; 2 — второй каскад с р-n-p-иструктурой; 3 — источник пульсирующего тока; 4- первая р-и-р-и-структура: 5- вторая

p — n-p-и-структура; 6- термозависимый каскад с последовательно соединенными диодами; 7 — опорный каскад с последовательно соединенными стабилитронами; 8, 9 — резисторы; 10 — цепь последовательно соединенных диодов; 11 — цепь последовательно соединенных табилитронов; 12-15 — резисторы; 16 — выходная клемма первого каскада; 17 — выходная клемма второго каскада; 18- входная клемма термозависимого каскада: 19 — входная клемма опорного каскада; 20, 21 — клеммы источника пульсирующего тока; 22 — нагрузки теплового или холодильного устройства: 23 — силовой тиристор; 24 — резистор; 25 — конденсатор; 26 — термодатчик как элемент блок-схемы; 27, 28 — клеммы сети переменного напряжения.

Термодатчик может быть выполнен в нескольких схемотехнических вариантах.

В варианте, показанном на фиг. 1, термодатчик выполняется в тех случаях, когда имеется необходимость одновременного управления нагревательным и холодильным элементами в управляемом объекте. 8 этом случае исполнительные устройства: нагреватель и холодильник одновременно подключены к термодатчику, первый — в соответствии с фиг. 2, второй — в соответствии с фиг. 3. При использовании только нагревательного элемента (фиг, 2) резистор 14 может быть исключен, а эмиттер р-и-р-иструктуры 4 может быть соединен с клеммой

21. При использовании холодильного элемента (фиг. 3) резистор 15 аналогично может быть исключен.

В тех случаях, когда термодатчик используется в схемах тепловой защиты и достаточны дискретные значения температуры срабатывания, резисторы 12 и

13 могут быть исключены.

Термодатчик может быть выполнен в нескольких конструктивных вариантах. Наиболее целесообразным является выполнение его термозависимого каскада и первого каскада с р-n-p-и-структурой в виде единой интегральной схемы. опорного каскада и второго каскада с р-и-р-n — структурой в виде второй интегральной схемЫ. В этом случае первая интегральная схема может располагаться в зоне регулирования температуры. а вторян в составе обслуживающей аппэря уры В другом варианте

00г б

Wp

40

Rm<

1 штхтвикп

55 термодатчик в целом может быть выполнен в виде интегральной схемы. Этот вариант выполнения позволяет достичь лучшей стабильности работы схемы, однако, в этом случае увеличивается число линий связи между источником питания и термодатчиком. Возможен также вариант, в котором термозависимый каскад из кремниевых диодов выполнен в виде первой интегральной схемы, размещаемой в зоне регулирования температуры, а остальная часть термодатчика — в виде второй интегральной схемы, которая может размещаться вне зоны регулирования температуры.

Термодатчик работает следующим образом.

При включении источника пульсирующего тока начнет включаться та из р-и — р— п-còðóêòóð, напряжение включения которой меньше. Возможны два основных варианта действия термодатчика.

1, При размещении термочувствительного каскада 6 (фиг, 1) термодатчика 26 (фиг, 2) в зоне нагреваемой нагрузки 27 напряжение включения первого каскада 1 (фиг, 1) уменьшается (см. фиг. 4). Если напряжение включения второго каскада 2 (фиг, 1) при нормальной температуре выбрано менее, чем напряжение включения второго каскада

2 (фиг. 1) за счет соответствующего выбора числа диодов в цепи 10 или числа стабилитронов в цепи 11, то при повышении температуры нагреваемой эоны р — п-р-пструктура 4 начнет включаться, а р — и — р — и— структура 5 включаться перестанет. Это вызовет отключения тиристора 23 (фиг. 2), выключение нагрузки 22 и охлаждение зоны с термочувствительным каскадом 6 (фиг. 1), При этом вновь включится р — п — p — n-структура 5.

2. При размещении термочувствительного каскада 6 (фиг. 1) термодатчика 26 (фиг.

3) в зоне, охлаждаемой при помощи нагрузки 22, напряжение включения первого каскада 1 (фиг, 1) возрастает по мере снижения температуры в охлаждаемой зоне (см. фиг.

5). Если напряжение включения второго каскада 2 (фиг. 1) эа счет соответствующего выбора числа диодов и стабилитронов выбрано более, чем напряжение включения первого каскада 1, то при снижении температуры зоны начнет включаться р — п-р-пструктура 5, а р-и-р-п-структура 4 включаться перестанет, что вызовет выключение тиристора 23 (фиг. 3) и на(руэки холодильника. При этом начнется нагревание зоны с термочувствительным каскадом 6 (фиг, 1) и вновь включится р — и-р-п-структура 4.

Формула изобретения

1. Термодатчик, содержащий диоды, первый и второй каскады с р-n-p — n — структурами и источник пульсирующего тока, о т л и ч а ю шийся тем, что между одной из баз р-и-р — и-структуры первого каскада и одной иэ клемм источника пульсирующего тока или одним из эмиттеров р-п-р-иструктуры включен термочувствительный каскад, содержащий цепь иэ по меньшей мере двух последовательно соединенных диодов, между одной из баз р-п-р-и-структуры второго каскада и одной иэ клемм источника пульсирующего тока или одним иэ эмиттеров р-и-р — n-структуры включен опорный каскад. содержащий цепь из по меньшей мере одного термокомпенсированного стабилитрона. второй каскад с р-ир-и-структурой подключен параллельно первому каскаду, р-и-р — и — структуры выполнены с тонкими р- и и-базами; где Рlр, W> — толщины р- или и — баэ;

Lr, Lp — диффузионные длины пролета неосновных носителей заряда(электронов и дырок) в соответственно р — и п-базах, одним из эмиттерных р-и — переходов каждой р-и-р — n-c Tðóê Tóðû за шунти рова н резистором с сопротивлением R, удовлетворяющим условию где max! выкл — максимальное значение тока включения р-и-р-п — структур.

2, Термодатчик по и. 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что термочувствительный каскад выполнен в виде соединения цепи последовательно соединенных диодов и термонезависимого резистора.

3. Термодатчик по пп, 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что опорный каскад выполнен в виде последовательного соединения по меньшей мере одного стабилитрона и термонезависимого резистора. б(Ъ| )(I () 2000559 т. 2

56мл R

u„e

18

Чярт . 4

u,в

f R

Чюрл. 5

Составитель С.Ботуз

Редактор А.Кучерякова Техред М,Моргентал Корректор Н.Ревская

Тираж Подписное

НПО ". Поиск" Роспатента

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

Заказ 3077

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород. ул,Гагарина, 101