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

Изобретение относится к температурным измерениям, а точнее к устройствам для измерения температуры с полупроводниковыми датчиками темпераTyjJbi - транзисторами. Известно устройство для измерения температуры, содержащее термочувствительный «полевой транзистор, подкли}ченный к входу измерительного усилителя . Недостатком этого устройства является требование постоянства измерительного тока с высокой степенью ; точности. Известно также устройство для измерения температуры, содержащее измерительный мост с полевыми транзисторами, включенными в плечи моста, причем затворы транзисторов соединены с их истоками через переменные резисторы 23. Недостатком такого устройства является его сложность. Наиболее близким по технической сущности к, предлагаемому является устройство для измерения температуры содержащее в качестве термочувствительного элемента полевой транзистор вк.гаоченный в плечо измерительного моста, одна диагональ которого соедийена Q источником питания, а другая подключена к входу усилителя с регистратором. Б этом устройстве между источником и затвором транзистора а также затвором и стоком транзистора включены резисторы с идентичными параметрами, причем ихсопротивление должно быть в 10-50 раз больше сопро тивления канала транзистора L3 3« Для уменьшения инерционности устройства необходимо Уменьшать размеры термочувствительного элемента, который для обеспечения высокой точности измерения должен изготовляться совместно с резисторами. Однако наличие резисторов с идентичньми параметрами и большими сопротивлениями не позволяет при существукш их технологиях изготовления уменьшить термочувствительный элемент до требуемых размеров. Кроме того, при изготовлении такого термочувствительного элеменia необходимо использовать различные технологические процессы, что снижает его надежность и, соответственно, надежность всего-устройства. Цель изобретения - уменьшение икерционнос.ти н повышение надежности устройства, а также упрощение технологии его изготовления. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры, содержащее в качестве термочувствительного элемента полевой транзистор, включенный в плечо измерительного моста, одна диагональ которого соединена с источником питания, а другая подключена к входу усилителя с регистратором, введены два дополнительных полевых транзистора, включенных соответственно между истоком и затвором, а также затйором и стоком полевого транзистора, при этом затвор каждого дополнительного полевого транзистора соединен с его истоком. На чертеже приведена схема устройства. Устройство содержит полевой транзистор 1, между истоком и затвором которого, а также затвором и стоком включены два дополнительных полевых транзистора 2 и 3. Транзисторы 1-3 образуют термочувствительный элемент (датчик температуры) А, который включен в плечо измерительного моста на резисторах 5-7. Одна диагональ моста подключена к источнику питания (не показан), а другая - к усилителю 8, соединенному с регистратором 9. Устройство работает следукяцим образом. При выполнении термочувствитель- ного элемента по полупроводниковой технологии в едином технологическом процессе параметры транзисторов 2 и 3 получаются идентичными. Изменение напряжения питания термочувствительного элемента 4 приводит к тому, что транзисторы 2 и в, включенные по схеме генератора тока, изменяют свои сопротивления так, что сохраняется их равенство. Вследствие равенства сопротивлений каналов транзисторов 2 и 3 выполняется условие , где Uj - напряжение затвор - исток транзистора 1, Uj. - напряжение сток исток транзистора 1. Таким образом, вольтамперная характеристика транзистора 1 на крутом участке характеристики V/3(UrUnl c- cW. где IP - ток стока, U. - пороговое .напряжение, р - постоянный коэффициент , приобретает вид

c AUnU

Cl

a сопротивление канала транзистора R, U,/J, 7//ьи„.

Таким образом сопротивление канала транзистора 1 не зависит от Uj. и требования к стабильности U значительно уменьшаются. Изменение температуры среды приводит к изменению U/),, в результате чего температурная чувс вительность термочувствительного элемента составляет 0,4-0,6%/град..

При выполнении термочувствительного элемента А по полупроводниковой технологии на одной пластине кремния размером 1«1 мм можно изготовить несколько (5-10) термочувствительньрс элементов, соединенных последовательно, что позволяет в 5-tO раз повысить температурную чувствительность устройства по напряжению. Отсутствие паяных или сварных соединений между транзисторами 1-3 повышает надежность устройства. Учитывая что при

планарной технологии канал транзис- тора размещается внутри объема полупроводника и защищен от воздействия окружающей среды, то стабильность устройства высока.

С цепью уменьшения шунтирующего действия транзисторов 2 и 3 на тран- зистор 1 и повышения чувствительности термочувствительного элемента 4

вместо транзисторов 2 и 3 можно включать Цепочки, состоящие из нескольких полевых транзисторов, соединенных последовательно. При этом затвор каждого полевого транзистора должен i

быть соединен с его истоком.

Таким образом, введение в устройство двз дополнительных полевых транзисторов, позволяет значительно: снизить размеры чувствительного элемента и тем cavsJM уменьшить инерционность устройства, а также повысить его надежность, т.е. улучшить метро- логические и эксплуатационные параметры устройства.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее в качестве термочувствительного элемента полевой транзистор, включенный в плечо измерительного моста, одна диагональ которого соединена с источником питания, а другая подключена к входу усилителя с регистратором, отличающееся тем, что, с целью уменьшения инерционности и повышения надежности устройства, в него введены два дополнительных полевых транзистора, включенных соответственно между истоком и затвором, а также затвором и стоком полевого транзистора, при этом, затвор каждого дополнительного полевого транзистора соединен с его ис- . током. .j D . 00 со 00 Од