Электронный датчик температуры

 

Изобретение относится к термометрии, а именно к электронным устройствам измерения температуры и может быть использовано в измерительной технике и автоматике. Сущность изобретения: с целью увеличения точности измерения, уменьшения энергопотребления функциональных возможностей, в схему датчика входит релаксационный генератор на однопереходном транзисторе, частота пилообразных импульсов с эмиттера которого пропорциональна температуре транзистора. При питании генератора прямоугольными импульсами напряжения, в течение одного импульса питания генератор выдает пакет импульсов с эмиттера , количество которых пропорционально величине температуры. Эти импульсы подаются на счетчик импульсов, а с него - на цифровой индикатор, на табло которого высвечивается значение температуры. Опытные образцы датчиков, предназначенных для медицины, собраны вместе с источником питания в корпусе размером с авторучку, на конце которого размещен термочувствительный однопереходный транзистор, а на боковой поверхности - трехразрядный цифровой индикатор. При питании в 5 В датчик имеет точность 0,1 ^oС в диапазоне температур 35-45 ^oС. 1 ил.

Изобретение относится к термометрии, а именно к электронным устройствам измерения температуры и может быть использовано в измерительной технике и автоматике.

Известны электронные датчики температуры (ЭДТ), содержащие генератор на однопереходном транзисторе (ОПТ), эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника питания через конденсатор и с положительным его полюсом, первая база ОПТ соединена с отрицательным полюсом, а вторая база с положительным полюсом источника питания. Поскольку характеристики ОПТ зависят от температуры, частота генератора f является также функцией температуры, поэтому измеряя f с помощью частотомера можно по его шкале производить отсчет температуры.

Недостатками ЭДТ являются: невысокая точность измерения (связанная с саморазогревом ОПТ при его работе в непрерывном режиме), большое энергопотребление, невысокие функциональные возможности (сигнал с ЭДТ нельзя прямо ввести в ЭВМ).

Цель изобретения увеличение точности измерения, уменьшение энергопотребления, расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в ЭДТ введены токозадающий транзистор, формирователь отрицательного импульса, первый и второй диоды, конденсатор и резистор, при этом эмиттер ОПТ соединен с положительным полюсом источника питания через токозадающий транзистор, а первая база ОПТ соединена с отрицательным полюсом источника питания через последовательно соединенные диод и конденсатор, средняя точка которых через последовательно соединенные второй диод и формирователь отрицательного импульса подключена к положительному полюсу источника питания.

На чертеже показана схема ЭДТ, где 1 ОПТ, 2 токозадающий транзистор, 3,4 конденсаторы, 5,6 резисторы, 7,8 диоды, 9 формирователь отрицательного импульса, 10 источник питания, 11 выключатель, 12-14 счетчики импульсов, 15-17 цифровые индикаторы.

ЭДТ работает следующим образом. ОПТ 1 с задающим его эмиттерный ток I_э транзистором 2 и конденсатором С 3 является релаксационным генератором, с эмиттера которого снимается напряжение в виде пилообразных импульсов. При непрерывном питании период следования пилообразных импульсов T 1/f C(V_В V_о)/I_э, (1) где V_В и V_o напряжение включения и остаточное напряжение эмиттерной характеристики ОПТ. Если же генератор питать прямоугольными импульсами с длительностью τ>> Т, то за время одного импульса питания τ генератор выдаст n τ/Т пилообразных импульсов с эмиттера ОПТ. Подбором величины I_э резистором 5 и конденсатором С 3 можно установить любое значение Т, а значит и получить любое количество импульсов с эмиттера n за один импульс питания τ. Например, при использовании ЭДТ в медицине можно установить такое Т, чтобы за τ= 0,1 с генератор выдавал n_o 360 импульсов при 36^оС. При изменении температуры изменяется напряжение включения ОПТ V_В за счет зависимости электрофизических параметров полупроводника от температуры. Подбором величины R 6 в цепи базы можно получить такую зависимость Т от температуры, что при увеличении температуры на 1^оС изменение Δ_n 10, т.е. один импульс с ОПТ соответствует 0,1^оС. Сигнал с ОПТ подается на счетчики импульсов 12-14 с цифровыми индикаторами 15-17. Очевидно, число импульсов на шкале индикаторов 300 соответствует температуре 30^оС, 400-40^оС и т.д. Отсюда же следует, что точность датчика при указанных условиях не выше 0,1^оС, так как счетчик считает только целое число импульсов. Однако установив n_o 3600 можно повысить точность до 0,01^оС.

Процесс измерения при этом чрезвычайно прост. Прижимаем ОПТ к телу, температура которого измеряется, и выдерживаем около 20 с (время передачи тепла к ОПТ), затем кнопкой 11 включаем питание. Формирователь импульса 9 выдает только один отрицательный импульс питания на базу ОПТ длительностью 0,1 с, в течение которого ОПТ генерирует пакет, например, из 366 импульсов. Эти импульсы подаются с эмиттера ОПТ на счетчики импульсов 12-14, которые включают три цифровых индикатора 15-17, на которых светится цифра 366, т.е. 36,6^оС. Эта цифра сохраняется на индикаторе сколь угодно долго, пока включен выключатель 11, сам же генератор на ОПТ работает лишь во время отрицательного импульса питания 0,1 с, а затем после окончания импульса не действует, несмотря на то, что выключатель 11 может быть включен для сохранения цифр на индикаторе. Для следующего измерения температуры нужно отпустить и опять нажать кнопку выключателя 11 и т.д.

Опытные образцы ЭДТ изготавливались на основе элементов: ОПТ типа КТ117, транзистор 2 типа КТ104, формирователь 9 две микросхемы К176ЛА7, счетчики 12-14 микросхемы К176ИЕ4, индикаторы 15-17 типа АЛСЗ14. Все элементы ЭДТ вместе с источником питания размещались в корпусе от авторучки с ОПТ на конце и цифровым индикатором на боковой стороне. ЭДТ работоспособен в диапазоне температур (- 60)-(+ 120)^оС. В медицинском диапазоне температур 35-45^оС зависимость периода (1) от температуры линейна, точность измерения составляет 0,1^о при количестве импульсов на градус 10.

В разработанном ЭДТ, благодаря питанию в виде одиночного импульса в процессе одного измерения, практически исключается разогрев ОПТ собственным током, что повышает точность измерения температуры. Это же обеспечивает и уменьшение энергопотребления.

Нормированный выход (10 импульсов на градус или 100, 1000 и т.д.) позволяет непосредственно, без дополнительного преобразования, вводить сигнал с ЭДТ в ЭВМ, что значительно расширяет его функциональные возможности.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОННЫЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий генератор на однодисперсном транзисторе, эмиттер которого соединен с отрицательным полюсом источника питания через конденсатор и с положительным его полюсом, первая база транзистора соединена с отрицательным полюсом, а вторая база с положительным полюсом источника питания, отличающийся тем, что в него введены токозадающий транзистор, формирователь отрицательного импульса, первый и второй диоды, конденсатор и резистор, при этом эмиттер однопереходного транзистора соединен с положительным полюсом источника питания через токозадающий транзистор, а первая база однопереходного транзистора соединена с отрицательным полюсом источника питания через последовательно соединенные диод и конденсатор, средняя точка которых через последовательно соединенные второй диод и формирователь отрицательного импульса подключена к положительному полюсу источника питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1