Устройство для измерения температуры

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к термометрии . Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит первый транзистор 1 N параллельно включенных между собой транзисторных диодов от 2 до N+1 между базой и коллектором первого транзистора 1, с коллекторно-эмиттерного перехода которого снимается выходной сигнал U температуры База транзистора 1 соединена через ограничительный резистор N+2 с первым выводом N+3 источника питания, второй вывод которого соединен с эмиттером транзистора 1 и общей шиной N+4 устройства . Выходная шина N+5 соединена с коллектором транзистора 1. 1 ил.

СОЮЗ COBETGHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,80„„1732185 А I щ)5 С 01 К 7/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И A STOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

r1Q ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4829269/10 (22) 29.05.90 (46) 07;05.92. Бюл. N - 17 (71) Специальное конструкторское бюро по приборостроению и средствам автоматизации (72) Н.И.Коровин (53) 536..531(088.8) (56) Натент CLIA Р 3430077, кл. С 01 К 7/00, опублик. 1969 °

Хорвиц П. и др. Искусство схемотехники. — M. Мир, 1983, т.2, с. 414. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ TEMIEРАТУРЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к термомет2

I рии. Цель изобретения — повышение точности. Устройство содержит первый транзистор 1, N параллельно включенных между собой транзисторных диодов от 2 до И+1 между базой и коллектором первого транзистора 1, с коллекторно-эмиттерного перехода которого снимается .выходной сигнал Ug температуры.

База транзистора-1 соединена через ограничительный резистор N+2 с первым выводом И+3 источника питания, второй вывод которого соединен с змиттером транзистора 1 и общей шиной 0+4 устройства. Выходная шина N+5 соединена с коллектором транзистора 1. 1 ил. 17321

Изобретение относится к области тепловых измерений и может быть использовано в измерителях температуры, системах .термостатирования радиоэлект- 5 роннки, регуляторах температуры, при этом преимущественной областью его использования является приборостроение и измерительная техника.

Известно устройство для измерения 1б температуры, содержащее в качестве чувствительного элемента транзистор, к коллектору которого подключен первый вывод источника питания второй вывод которого подключен к подвижному контакту потенциометра, база транзистора соединена с первьм выводом индикатора и первьм крайним выводом потенциометра, эмиттер транзистора соединен с. вторым выводом индикатора 20 и вторьм крайним, выводом потенциометра, при этом транзистор включен инверсно. Принцип действия этого устройства основан на зависимости от температуры коэффициента усиления тока 35 базы транзистора, при этом в коэффициент преобразования температура— напряжение не входят твердые физические константы.

Устройство имеет невысокую точность ввиду нестабильности и нелинейности характеристики преобразования .

Известен также полупроводниковый датчик температуры, содержащий полупроводниковый диод, подключенный перBblM выводом к первьм выводам источников соответственно меньшего и большего тока, вторые выводы которых подклю-. чены .к первой и второй ламелям двухвходового коммутатора, общий вывод ко- gy торого соединен с вторьм выводом полупроводникового диода, который через конденсатор и динамический регйстра« тор температуры соединен с первым выводом полупРоводникового диода.

Устройство является сложньм ввиду наличия двух источников тока, коммутатора. Кроме того, для получения вы» хода по постоянному току необходимы выпрямитель и фильтр. SO

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения температуры, содержащее транзистор, подключенный коллектоРом к выходной шине сигнала температуры и соединенный базой непосредственно с первьм выводом резистора, подключенного вторьм выводом к первому выводу источника питания, 4

85 второй вывод которого соединен с общей шиной, подсоединенной непосредственно к эмиттеру транзистора, и ряд дополнительных транзисторов, при этом коллектор транзистора соединен через регистратор температуры и переменный резистор с эмиттером транзистора.

Недостатком известного устройства является невысокая точность ввиду зависимости коэффициента преобразования температура — напряжение от коллекторного тока транзистора.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры, Поставленная цель достигается тем, что коллектор транзистора подключен непосредственно к эмиттеру каждого дополнительного транзистора, а первый вывод резистора соединен непосредственно с базой и коллектором каждого дополнительного транзистора.

На чертеже схема устройства.

Устройство для измерения температуры содержит транзистор 1, дополнительные транзисторы 2» (N+1), резистор N+2. Вместо резистора N+2 можно включить стабилизатор тока. Источник питания подключается между выводами (N+3) и (0+4), при этом вывод (0+4) является общей шиной ° Сигнал температуры снимается с выходной шины (N+5) относительно общей шины N+4 устройства. Таким образом, выход устройства включен параллельно коллекторно-эмиттерному переходу транзистора 1.

1(аждый дополнительньпЪ транзистор

2, (И+1) имеет диодное включение (в дальнейшем — транзисторный диод) и включен между базой и коллектором транзистора 1 (основного). При этом транзисторные диоды 2, (0+1) включены параллельно друг другу. По технологии .изготовления и параметрам целесообразно, чтобы все транзисторы были одинаковыми. Вместо транзисторов 2, (О+1) может быть включен один транзистор, площадь базы которого в N раз больше площади базы транзистора 1.

Устройство. работает следующим образом.

Под действием напряжения Е и источника через резистор N42 -и коллектор- ° но-эмиттерный переход транзисторе f протекает ток I- При.рассмотрении будем пренебрегать токами баз транзисторов ввиду больших их коэффициK Х 1

11В ьэ q I Я я К

0ф = У э — .Б з = Т вЂ” 1п М, . (2) (3) постоянная Больцмана; . заряд электрона; теоретически обратный ток; абсолютная температура. где К

Ч I о

3(5 17321 ентов усиления (в частности, могут быть применены так называемые супер-

-P-транзисторы). Ввиду параллельного соединения транзисторных диодов

2, (N+1) и их идентичности ток через

5 коллекторно-эмиттерный переход каждоI го из них равен — N (частичный ток).

Ток I создает на эмиттерно-базовом

1 переходе транзистора 1 падение наI I пряжения U ° Ток — создает падение .Зэ . N напряжения на эмиттерно-базовом переходе каждого из транзисторов 2, (0+1) и на всех вместе напряжение б8 . Эти

Вэ величины и их разность, являющаяся выходным сигналом температуры, описьг ваются известными формулами:

К I

US э 1о (1) щения погрешности ввиду утечки тока через базово-коллекторный переход транзистора 1. Утечка практически полностью исключается при И > 0,08 В в диапазоне измеряемых температур.

В данном случае (при N = 100 и диапазоне измеряемых температур от -50 о до +10 > С).1 изменяется в диапазоне

0,0882-1,475 В, что является приемлемьи.

Точность предлагаемого устройства является высокой ввиду того, что в контуре измерения отсутствуют резисторы, являющиеся нестабильными при полупроводниковой технологии.и превышает точность известных устройств не менее чем в 3 раза.

Технико-экономический эффект применения устройства связан с сочетанием двух качеств: точности и простоты.

При интегральном исполнении его цена не превысит 0,5 руб. Коэффициент передачи устройства можйо стандартизировать, в результате чего оно может быть взаимозаменяемьи. При этом подгонка коэффициента преобразования может быть осуществлена вариацией числа дополнительных транзисторов пережиганием межсоединений с помощью лаз ера.

Формула изобр ет ения

Устройство для измерения температуры, содержащее транзистор, подключенный коллектором к выходной шине сигнала температуры и и соединенный базой непосредственно с первьи выводом резистора, подключенного вторьи выводом к первому выводу источника питания, второй вывод которого .соединен с общей шиной, подсоединенной непосредственнЬ к эмиттеру транзистора, и дополнительные транзисторы, о т — . л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры, коллектор транзистора подключен непосредственно к эмиттеру каждого дополнительного транзистора, t а первый вывод резистора соединен непосредственно с базой и коллектором каждого дополнительного транзистора.

Коэффициент преобразования температуры, равный -изменению выходного

) напряжения на 1 С (1 К) равен — 1n N з! что в: миз)лнвольтах на градус составит

0,08621n N. Таким образом, он являет- ся постоянным, что указывает на линейность устройства. Например, при

N = 100 это численно составит каждого дополнительного транзистора.

0,396 мВ С" . Выражение (3) показывает, что выходной сигнал устройства зависит только от физических величин ф4 и не зависит ни от напряжения Е источ- ника, ни от сопротивления резистора

N+2, ни от протекающего через него тока I.

Указанная величина должна быть достаточно большей как с точки зреЯ ния получения достаточного коэффици. ента передачи, так и для повышения точности устройства путем предотвра