Устройство для измерения температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K7/01 

Изобретение относится к устройствам для измерения температуры с непосредственным преобразованием ее в частоту электрического сигнала.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее генератор импульсов на транзисторе, в цепи базы которого включены термочувствительньй элемент и первая катушка индуктивности, а между его коллектором и потенциальной шиной источника питания включена вторая катушка индуктивности fl Ц.

Такое устройство относительно простое, однако имеет малый коэффициент преобразования при большой по-; требляемой мощности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае:мому результату является устройство для измерения температуры, содержащее генератор импульсов на транзисторе с термочувствительным элементом и двумя катушками индуктивности, первая из которых включена между базой транзистора и потенциальной шиной источника питания, величина напряжения которого находится в пределах области насыщения транзистора, а вторая - между той же шиной источника 1питания и коллектором тразистора 2

Недостатками устройства являются невысокая точность измерения и относительно большая потребляемая мощность.

Цель изобретения - повышение точности измерения и снижение потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве дпя измерения температуры, содержащем генератор импульсов на транзисторе с термочувствительным элементом и двумя катушками индуктивности, первая из которых включена между базой транзистора и потенциальной шиной источника пита-. ния, величина напряжения которого находится в пределах области насьш1ения- транзистора, а вторая - между той же шиной источника питания и коллектором транзистора, термочувствительный элемент включен между эмиттером транзистора и нулевой шиной источника питания.

Такое включение термочувствительного элемента обеспечивает повышение коэффициента -преобразования устройства при одновременном снижении потребляемой от источника питания мощности При этом относительное изменение частоты ;jf/fj, на составляет (46 - 150) дпя частоты f. генерируемых колебаний при заданных начальных условиях, т.е. при температуре равной и частоте 540 и 403 кГц соответственно для кремниевых транзисторов п-р-п типа (например, 2Т301Ж) при напряжении источника питания 510 мВ и германиевьгх транзисторов типа р-п-р (например, П416) при напряжении источника питания 210 мВ.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - зависимости частоты выходного сигнала от температуры: а) для медно-константановой термопары} б) термометра сопротивления; в) индуктивности для двух типов транзисторов (кривая 1 соответствует включению транзистора 2Т301Ж, кривая 2 - П416).

Устройство содержит генератор импульсов, выполненный на транзисторе

1с термочувствительным элементом 2, включенным между эмиттером транзистора 1 и нулевой шиной 3 источника

4питания, и двумя катушками 5 и 6 индуктивности, первая из которых включена между базой транзистора 1 и потенциальной шиной 7 источника 4 питания, а вторая - между той же шиной 7 и коллектором транзистора 1.

Величина напряжения источника 4 питания выбирается в пределах области насьидения транзистора 1 и соответствует мА для германиевых транзисторов р-п-р типа и -510 мВ для кремниевых транзисторов п-р-п типа.

В качестве термочувствительного элемента 2 могут быть использованы термопары, низкоомные резисторы и катушки индуктивности, параметры которых зависят от температуры.

Устройство работает следукицим образом.

При включении источника 4 питания на выходе генератора (шина 8, подключена через конденсатор 9 к коллектору транзистора 1) формируются импульсы, частота повторения которых определяется уровнем напряжения источника 4 питания, параметрами катушек

5и 6 индуктивности и термочувствительного элемента 2. Изменение параметров термочувствительного элемента

2при изменении температуры среды приводит к изменению потенциала эмиттера транзистора 1 относительно нулег вой шины 3 источника 4 питания, а следовательно, и потенциалов базы и коллектора транзистора 1 относительно его эмиттера. Это, в свою очередь, ыызьшает изменение активной и реактивной составляющих сопротивления транзистора 1 , изменение коэффициента связи между катушками 5 и 6 индуктивности, а следовательно и изменение частоты генерируемых колебаний.

Пример 1. Генератор) выполнен на транзисторе типа П416 с двумя катушками индуктивности типа ДМ-0,2 по 224 мкГн каждая. Напряжение источника питания 210 мВ. В качестве термочувствительного элемента использована термопара медь-константан. Зависимость частоты выходного сигнала от температуры приведена на фиг. 2а кривые 2 и 2, которые соответствуют различному включению термоэлектродов (кривая 2 получена при подключенном к змиттеру транзистора медном злектроде термопары, кривая 2 - константановом электроде). Амплитуда выходных импульсов при указанном выше напряжении источника питания около 0,6В, потребляемый ток и потребляемая мощность составляют соответствен;но 0,4 мА и 84 мкВт, средняя крутиз на преобразования равна 202 для кривой 2 и 244 для кривой 2. При включении вместо термопары резистора или катушки индуктивности схема генератора в указанном режиме обеспечивает среднюю крутизну л/ЗООО Гц/Ом и гПООО Гц/мкГн соответственно.

Предложенное устройство по сравнению с прототипом в зависимости от типа чувствительного элемента, в качестве которого могут быть использованы также резистивные или индуктивные датчики влажности, радиации, де-t формации и т.д., позволяет в несколь ко раз повысить точность измерения при одновременном снижении потребляемой от источника питания мощности.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее генератор импульсов на транзисторе с термочувствительным элементом и двумя катушками индуктивности, первая из которых включена между базой транзистора и потенциальной шиной источника питания, величина напряжения которого находится в пределах области насыщения транзистора, а вторая - между той же шиной источника питания и коллектором транзистора, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерения и снижения потребляемой мощности, термочувствительный элемент включен между эмиттером транзистора и нулевой шиной источника питания. 8 СО 0, 8ых | со со ел